6000KW供熱背壓汽輪機組的控制策略分析

遼寧清河發電有限責任公司 劉昕成 鄒文英 董立南

充分利用大型火力發電廠抽汽集中供暖改造是大勢所趨，改造后的熱網運行均不同程度存在高品質工質做功能量浪費問題。在供熱首站安裝6000KW背壓汽輪機組已經成功運行，可以充分回收供熱蒸汽的壓力勢能，背壓汽輪機組控制已經直接影響機組及供熱的穩定運行，根據機組設計要求和機組運行的實際，對6000KW供熱背壓汽輪機組的控制策略進行簡要分析與論述。

1.前言

由于我國北方地區寒冷的天氣因素，冬季居民生活采暖有著巨大的需求。隨著我國國民經濟的發展，居民生活水平和品質要求的提高，為百姓提供一個文明舒適的現代化居住環境將是大勢所趨。同時伴隨著國家下達的“十二五”總量減排任務，以及遼寧省環保廳倡導的藍天工程，減低小鍋爐的排放工作刻不容緩，在此背景下，近年來北方的火力發電企業也在積極的進行集中供熱改造探索和研究，已經有很多企業成功的進行了對純凝機組進行供熱機組改造。原有機組設計并未考慮供熱的需求，改造后熱網運行均不程度存在高品質工質做功能量浪費較大的問題，因此在熱網首站安裝背壓機組以代替減溫減壓器用以回收供熱蒸汽壓力勢能，同時產生額外電能，提高供熱經濟性。還可以極大降低發電企業的廠用電率，達到節能增效的目的。

本文闡述熱網首站6000KW供熱背壓汽輪機組的控制策略進行簡要分析與論述。

2.6000KW背壓汽輪機組技術規范（表1）

表1

3.6000KW背壓汽輪機組運行系統組成

清河發電公司20115年新建熱網首站一座，承擔全區220萬平方米面積，在熱網首站內安裝兩臺6000KW的背壓汽輪機異步發電機組。背壓機進汽汽源來自兩臺600MW汽輪發電機組的4段抽汽，背壓機組入口壓力按0.6MPa設計，排汽壓力0.15MPa絕對壓力，溫度180～200℃，排汽進入3臺熱網加熱器。非供暖期背壓機組仍可運行，通過技術改造背壓機組排汽通過一臺“熱網供熱蒸汽管道”，回到兩臺600MW汽輪發電機組的6號低加中由疏水系統、汽封系統等組成。

4.控制系統服務目標

4.1 本體部分

汽缸：汽缸為鑄鋼結構，具有水平中分面，分前、（中）后汽缸，通過垂直法蘭連成一體，進汽口在前汽缸下半，左右兩側各一個，對稱布置，軸向進汽；排汽口在后汽缸上半，向上排汽。

噴嘴組與隔板：噴嘴組與隔板為焊接式結構，噴嘴組由螺栓固定在噴嘴室上；隔板由懸掛銷支持在汽缸內，底部有定位鍵，上下半隔板中分面處有密封鍵和定位鍵.

轉子：轉子采用套裝型式，葉輪及聯軸器“紅套”在轉子上。通過膜片聯軸器與被驅動設備連接。

前、后軸承座：前軸承座裝有推力軸承前軸承，后軸承座裝有后軸承。前、后軸承座安放在前、后底板上，其結合中心設有縱向滑鍵，前軸承座可沿軸向滑動；后軸承座與后汽缸之間裝有立銷，保證汽缸與后軸承座中心一致，后軸承座中心與汽缸“貓爪”橫向鍵中心交點為機組熱膨脹死點。

軸承：汽輪機前軸承和推力軸承成一體，組成聯合軸承。推力軸承為瓦塊式，推力瓦塊上裝有熱電阻，導線由導線槽引出。軸承殼體頂部設有回油測溫孔。

汽封：汽封分通流部分汽封、隔板汽封、前后汽封。通流部分汽封包括動葉圍帶處的徑向、軸向汽封和動葉根部處的徑向汽封、軸向汽封。

4.2 控制及保安部分

主汽閥、調節汽閥：主汽閥為0.5秒電液聯動快速關閉閥，裝在主蒸汽管路上。主汽閥由高壓油控制，當緊急跳閘系統（ETS）動作后，脫扣裝置脫扣，主汽閥迅速關閉，關閉時間小于0.5S。

調節汽閥也為電動調節蝶閥，調節汽閥由電子調節器通過調節器的執行機構進行控制，當機組停機時調節汽閥為關閉狀態。

調節器：調節器采用本公司開發的電子系列調節器，控制器采用西門子S7-200可編程控制器；執行器采用上海蝶一閥門廠仿羅托克執行器。

超速保護控制裝置（ETS）：超速保護采用“三選二”冗余式電超速保護裝置（ETS）。還配置飛錘機械超速保護裝置1套，當電子保護裝置失靈或斷電時，機械保護裝置仍然可以起到保護作用。汽輪機采用2套主汽門，當機械保護動作時，飛錘動作時將控制第2套電子行程開關動作，關閉主汽門。

4.3 潤滑油及輔助系統

潤滑油系統包括油站和潤滑油管路。油站包括2臺交流電動油泵（1用1備）、1臺直流電動事故油泵、2臺冷油器、1臺雙聯濾油器、油箱、3組電加熱裝置等；電動盤車裝置；輔機系統主要由疏水系統、汽封系統等組成。

5.背壓汽輪發電機組控制邏輯組成

5.1 手動控制

5.1.1 汽輪機主、輔調節閥升速，汽輪機調節閥降速，速率1可設定（范圍0.10mA-2.0mA/S或100-300r/min/min）；點動操作。

5.1.2 電機工作電流大于額定電流報警并強制關小汽輪機調節閥，速率2可設定（范圍0.10mA-2.0mA/S）。

5.1.3 緊急停機時關閉調節閥1、2，保護汽輪機本體的安全；

5.2 自動控制

5.2.1 分為兩種情況，一種是轉速自動控制，該模式在汽輪機啟動狀態時應用。一種是電機工作電流的自動控制，該模式在發電機并網正常運行時應用。

5.2.2 轉速自動控制：DCS設定一轉速，汽輪機主調節閥自動調節轉速。低速暖機（500r/min)時間1可設定、速率3可設定，升速(500r/min-2700r/min)時間2可設定、速率3可設定；過臨界轉速可設定，過臨界轉速速率4可設定；超速實驗升速速率5可設定；電機工作電流大于設定電流1（設定560A）報警，大于額定電流高報警并強制關小汽輪機調節閥，速率2可設定（范圍0.10mA-2.0mA/S）

5.3 停機控制

5.3.1 停機控制有兩種情況，緊急停機關閉調節閥1、2；正常停機降速速率可設定；

5.3.2 可以按照設定電流進行自動調節。發電機發電正常工作時切換到該模式。電機工作電流大于設定電流1（設定560A）報警，大于額定電流高報警并強制關小汽輪機調節閥，速率2可設定（范圍0.10mA-2.0mA/S）

5.4 汽輪機超速控制

三選二大于3050r時三選二超速保護，該轉速可以設定。轉速傳感器故障指示，三路轉速其中一路損壞或誤差偏大時，報警。采用數字電路，數碼管顯示、配有三個磁電式轉速傳感器，三路轉速信號在保護裝置內進行比較，當兩路或兩路以上轉速信號超過汽輪機動作轉速時，該裝置自動給出停機指令，使主汽閥操縱座的脫扣裝置動作，主汽閥迅速關閉。

5.5 汽輪機和異步發電機的連鎖控制

5.5.1 汽輪機和電機有連鎖/非連鎖切換設置，連鎖狀態下電機停連鎖停汽輪機，汽輪機停連鎖停電機。

5.5.2 非連鎖狀態下汽輪機和電機不相互連鎖。(投切按鈕在DCS中實現，DCS雙路繼電器輸出跳機)

5.6 汽輪機振動保護控制

振動保護投入/解除操作可設置；投切操作在DCS中實現，保護投入狀態下汽輪機前座振動或后座振動任一大于50微米報警，汽輪機前座振動或后座振動任一大于70微米時延時5s停機

5.7 汽輪機位移保護控制

汽輪機位移保護投入/解除操作可設置；投切操作在DCS中實現，保護投入狀態下汽輪機軸向位移大于0.5mm報警，軸向位移大于1.0mm時延時5s停機。

5.8 汽輪機瓦溫保護控制

汽輪機瓦溫保護投入/解除操作可設置,投切操作在DCS中實現。汽輪機前瓦溫度、汽輪機后瓦溫度、汽輪機推力瓦溫度1、2任一超過100度以及汽輪機電機前座瓦溫、后座瓦溫任一超過85度時延時5S停機，可以有效法制汽輪機燒瓦事故的發生，保證汽輪機穩定運行。

5.9 汽輪機低油壓保護控制

圖1 背壓汽輪發電機組聯鎖停機控制框圖

汽輪機低油壓保護投入/解除可設置；投切操作在DCS中實現。低于設定油壓50KPa延時15S三選二停機保護，兩個低油壓開關和一個模擬量油壓變送器信號闞值判斷形成三信號。

5.10 汽輪機其他保護設置

5.1 0.1 調節閥1、2開度反饋顯示信號異常發出報警。

5.1 0.2 轉速傳感器故障指示，三路轉速其中一路損壞或誤差偏大時，報警。

5.1 0.3 低油壓（三選二）連鎖停機，關閉速關閥1、速關閥2，同時關閉調節閥1、調節閥2（見圖1）。

6.供汽600MW機組及熱網連跳小汽機條件控制

6.1 供汽600MW機組運行出現下列三組條件任一滿足發出小汽機跳閘信號，此保護可以有效防止熱網背壓小汽機供汽汽源中斷造成蒸汽管路和小汽機設備損壞。

6.1.1 給小汽機供汽的600MW機組六抽回汽電動門、熱網首站小汽機排汽至舊站加熱器進汽電動門均在關閉位或熱網小機排汽至600MW機組六抽回汽電動總門與熱網首站小汽機排汽至舊站加熱器進汽電動門均在關閉位。

6.1.2 給小汽機供汽600MW機組#6低加水位高高且熱網小機排汽至給小汽機供汽600MW機組六抽回汽電動門在開位。

6.1.3 給小汽機供汽600MW機組跳閘（取發電機解列信號三取二輸出信號）。

6.2 熱網故障跳小汽機條件

熱網運行出現兩條件任一滿足發出小汽機跳閘信號，熱網系統設備故障時及時停止小汽機運行，有效保護熱網設備和小汽機的安全。

6.2.1 三臺高壓循環泵全部跳閘延時15S；熱網系統運行期間，系統供配置三臺高壓循環泵，若全部停止運行，會造成供水中斷，加熱器干燒故障，嚴重危及設備安全。

6.2.2 三臺換熱器液位同時大于800mm，考慮換熱器液位過高可能淹沒蒸汽凝結段，減少換熱面積，影響熱效率，嚴重時會造成汽輪機進水的可能。

7.背壓機輪機組油站控制、電機控制、液控快關閥控制、盤車及軸封冷卻器控制

7.1 機組中汽輪機和電動機公用一臺潤滑油站，由2臺電動油泵和一臺直流油泵組成。正常運行切換為遠程控制。一般油壓控制在150-200KPa之間，油泵連鎖的邏輯關系由DCS 完成。

7.1.1 低于設定油壓1(70KPa）低油壓報警，高于設定油壓2（90KPa）油壓正常指示，低于設定油壓1（50KPa)延時10S三選二停機保護。

7.1.2 高于設定油壓3（400KPa）高油壓報警，同時停泵。

7.1.3 兩臺交流油泵為一用一備。油泵控制可以選擇手動、自動控制模式。

手動狀態下可以分別起停油泵。自動狀態時油壓低于設定油壓2（初定70KPa）3秒備用油泵自動啟動，同時報警。

7.1.4 油壓調整范圍：150KPa-200KPa之間（手動現場調節）。

7.1.5 油站加熱器可選擇投入和解除。環境溫度較低時（低于攝氏10度）可以考慮啟動加熱器，加熱器的工作為自動控制模式，由電接點溫度表參與控制，一般情況下電接點溫度表設置為：低于攝氏10度工作、高于攝氏25度停止工作。

7.2 電機控制

7.2.1 有連鎖/非連鎖狀態設置，通過切換開關實現

7.2.2 連鎖狀態下電機停連鎖停汽輪機，汽輪機停連鎖停電機；

7.2.3 非連鎖狀態下汽輪機和電機不相互連鎖。

7.2.4 電機運行的各項參數通過電能表的通訊接口讀取，RS485通信接口，波特率可在1200bps、2400bps、4800bps、9600bps間改變。

7.2.5 通信規約：符合DL／T645—2007《多功能電能表通信協議》和DL／T 645—1997《多功能電能表通信規約》要求。

7.3 液控快關閥控制

液控快關閥每臺小汽機配置一套，其采用PLC智能控制器控制，就地控制箱里安裝有開關電源、交流接觸器、熱繼電器、斷路器、PLC智能控制器、中間繼電器、接線端子等部件。具備如下功能：

7.3.1 顯示功能：設有“油泵電源”、“控制電源”、“開閥指示”、“關閥指示”、“全開限位”、“全關限位”等指示燈，方便就地查看與控制

7.3.2 開關操作功能：設有“開閥”、“停止”、“關閥”操作按鈕，實現就地開關操作，也可通過遠方功能實現開關操作。

7.3.3 快速關閉功能：通過急停開關實現“快關”，防止汽輪機組在突然甩負荷時汽輪機內的壓力突然降低，抽氣管和各加熱器內蒸汽倒入汽輪機內造成正以3000多轉高速旋轉的汽輪機葉片突然反運轉而造成將汽輪機葉片打碎、損壞汽輪發電機的惡性事故，作緊急切斷閥。在系統出現危險工況時，能在0.5秒鐘內實施緊急關閥，實現管路的可靠截止。有效防止汽機尾部蒸汽和冷凝水倒灌，保護汽輪機組的安全。旋鈕開關“遠程-本地”。

7.3.4 快關閥故障報警功能：電源失電（油泵動力電源失電）；電機過載（油泵電機過熱保護動作）；液位低；油泵運行超時(超過10分鐘），及時發出故障報警，可供運行檢修維護人員快速判斷故障原因，保護液壓系統是安全。

7.4 盤車及軸封冷卻器控制

7.4.1 盤車裝置和軸封冷卻器可以就地控制也可以遠程控制。

7.4.2 盤車離合器到位、油壓正常時可以投盤車電機。

7.4.3 離合器分開、低油壓時盤車電機停止工作。

8.小結

熱網背壓機組的控制策略分析對給其提供抽汽的600MW主機和熱網運行及設備安全都至關重要，如果聯鎖控制保護控制的缺失會對熱網系統設備造成嚴重的影響，甚至損壞，因此完善背壓機組控制邏輯才能確保供熱系統和設備的安全運行。