提升西門子機組一次沖轉成功的研究與應用

作者簡介：王安生（1987.1-），男，熱控班長，技師，熱工自動化專業。

摘要：文章通過對某電廠1000MW機組第一次汽輪機沖轉期間沖轉上升速率過低，從而引起汽輪機停止的問題進行了闡述與分析，并結合數據演算出停止的原因及動態參數需求，通過優化啟動，避免汽輪機沖轉時發生異常的情況，進一步保障了汽輪機的高效啟動，延續機組的使用壽命，對同類型機組具有很好的推廣意義。

關鍵詞：西門子;沖轉;預暖;啟動

1 引言

某電廠百萬超超臨界燃煤汽輪機組為上海汽輪機廠N1000-28/600/620型一次中間再熱、四缸四排汽、雙背壓、單軸凝汽式汽輪機;高、中壓缸為分缸結構，低壓缸為對稱分流式，再熱器溫度620℃，為國內一次再熱機組高值，DEH為西門子T3000控制系統。為全面保障機組的安全可靠性，作者通過搜集現場數據以及運行參數對各項工況進行了統計分析，現就如何提升西門子機型的機組一次沖轉成功進行探討和交流。

2 事件經過

2月中下旬，某電廠進行汽輪機首次沖轉時，汽輪機出現因沖轉上升速率過低導致的停產事件，汽輪機沖轉至360轉暖機，11時39分，運行人員釋放轉速準備沖轉至3009轉;11時44分38秒，汽輪機轉速沖至2452轉時，DEH系統控制畫面報警ACCL小于MIN（沖轉上升速率過低），觸發閉鎖汽機轉速增，轉速目標降至2392轉，轉速由2452轉降至2392轉時總流量指令由24.1%降低為-79.94%，高調、中調閥位開度瞬間由7.6%、6.15%關至2.45%、2.47%，轉速繼續減小，ACCL小于MIN動作后5秒，TAB值由68.15%開始降低，20秒后自動降低至36.86%<37.5%，高主、中主門緩慢關閉至全關，汽輪機墮走。（如圖1、圖2）

3 原因分析

汽輪機沖轉期間高壓缸轉子裕值不斷降低，由46K降低至5.4K，低于組態內常數值30K，小選后輸出實時轉速率，轉速升至2452轉時高壓缸轉子可變應力裕值為5.425K，此時沖轉上升速率<100.8轉/分，ACCL小于MINN報警，觸發閉鎖動作，目標轉速自動由3009轉變為當前實際轉速（2452轉）減去60轉后的目標值（2392轉），轉速控制器輸出總流量指令由25.1%減小至-78.95%，高調、中調閥位反饋瞬間由7.6%、6.15%關至2.45%、2.47%，ACCL小于MIN動作后5秒，汽輪機啟動和閥位限值器由68.15%繼續降低，20秒后自動減小至36.86%小于37.5%，高主、中主門緩慢關閉至全關，汽輪機墮走。

3.1 原因1：沖轉上沖轉上升速率低直接觸發閉鎖功能動作

在汽輪機轉速臨界區660<轉速<840和1020<轉速<2850之間，如沖轉上升速率低則會觸發閉鎖功能動作，會引起目標轉速跟蹤實際轉速后減60轉轉速值，在轉速模式下觸發關閉閥門，閉鎖功能動作關閉主汽門。

3.2 原因2：汽輪機預暖不充分

沖轉邏輯內有專用閉鎖計算，該計算值主要涉及汽輪機升降速和升降功率時，對高壓閥門閥殼、高壓調門閥殼、高壓汽缸、高壓缸轉子、中壓轉子等部件進行監測，從而連續監視該部件的熱應力，并將換算出的結果直接計入汽輪機轉速控制和負荷控制回路中。高壓汽缸、高壓缸轉子、中壓轉子裕值結果主要應用在汽輪機升、降轉速時，最大升、減速率為600轉/分鐘，裕值比較最小設置為30K，即高壓汽缸、高壓缸轉子、中壓轉子裕值比30K小時將引起汽輪機沖轉上升速率降低，在臨界轉速區時如裕值繼續降低易引起ACCL小于MIN動作。

3.3 原因3：高壓缸轉子上升裕值低引起沖轉上升速率低

本文介紹案列，啟動時由11點39分21秒開始，轉速釋放后升3009轉，升速前轉速為360轉，高壓缸轉子上升裕值為45.9692K;到11點41分03秒時高壓缸轉子上升裕值減小至29.9442K，此時比最小的升速設置裕值30K小，轉速為1379轉;至11點44分39秒高壓缸轉子上升裕值減小至5.4257K，當前轉速為2392轉，ACCL小于MIN動作觸發閉鎖功能，則閉鎖汽輪機升轉速。

3.4 次要原因：高壓缸轉子最理想沖轉的主蒸汽溫度沒有達到最佳值

高壓缸轉子表面溫度=高壓缸內缸90%溫度三選均后溫度值;

高壓缸轉子平均溫度=高壓缸內缸90%溫度三選均后溫度值經邏輯計算后值;

高壓缸轉子升裕度值=高壓缸轉子平均溫度的函數值-（高壓缸轉子表面溫度-高壓缸轉子平均溫度）

最佳沖轉主蒸汽溫度=高壓缸轉子計算溫度+30K+高壓缸轉子升裕值，其下限為390℃，上限為600℃。

對比換算出汽輪機沖轉時高壓缸轉子對應的沖轉主蒸汽溫度為287.9℃，比最佳的沖轉主蒸汽溫度低限390℃還要低，因此汽輪機沖轉過程中導致高壓缸轉子熱應力變化過大，高壓缸轉子平均溫度變化反而慢，高壓缸轉子表面溫度上升較快，熱應力大，引起汽輪機上升沖轉速率減小，在臨界轉速區觸發了沖轉上升速率過低信號動作聯關汽輪機閥門。

4 應對措施

冷態時啟動或是熱態時啟動，汽輪機沖轉前都要使高壓缸轉子對應的最佳沖轉主蒸汽溫度滿足，且滿足溫度應力準則，汽輪機沖轉滿足X7_A、X7_B溫度準則：

1）高壓缸溫度+X7_B>主蒸汽溫度。

2）高壓缸轉子溫度+X7_A>主蒸汽溫度;

3）最佳沖轉主蒸汽溫度=高壓缸轉子計算溫度+30K+高壓缸轉子升裕度，其下限為390℃，上限為600℃。

4.1 冷態啟動

冷態啟動時須保證汽輪機啟動步序中各條件滿足要求;嚴控主、再熱蒸汽溫度和汽壓，主蒸汽壓力上汽廠建議值為8.5Mpa，根據機組實際情況進行調整;對于主、再熱蒸汽溫度，因中壓缸轉子50%溫度在100℃以下，再熱器溫不宜超過403℃，不然應力輸出計算不滿足沖轉限制;同時，建議主汽壓比較低時提前進入暖閥，根據該廠實際情況主汽門前的主蒸汽溫度在暖管時不滿足≥360℃，根據步序要求在第11至第20步之間利用投退往復的動作使其達到暖閥的最佳效果，確保閥體、管道受到較小的應力限制。

再有，汽輪機沖速前要保證X準則滿足要求，TSE有足夠的寬度，整個升速過程大于30K時方可在沖轉時保障汽輪機滿速上升，否則，在臨界區時上升率則無法達到，會引起自動降低，則致使升速過程過慢甚至高缸缸轉子裕值進一步縮小，觸發沖轉上升速率報警低限進而關閉閥門。

依據高壓缸轉子計算溫度+30K+高壓缸轉子升負荷裕值計算出最佳的沖轉主蒸汽溫度后，則理應在390℃≤最佳沖轉主蒸汽溫度≤600℃且主汽閥、調閥閥溫溫差<25℃汽輪機沖轉時，確保全速沖轉。

4.2 熱態啟動

汽輪機熱態啟動時，因其自身溫度較高，需要啟動期間主蒸汽溫度更高，為拉回汽溫，鍋爐側則增加煤量，高旁、低旁開度相比較大。因而，冷再側壓力偏高，汽輪機升速時，高壓缸側汽流無法使高排逆止門打開，引起高排側溫度高。所以，在熱態啟動時，低旁側的壓力盡量低設;并檢查X準則和最佳沖轉主蒸汽溫度是否滿足要求。

4.3 復位STOP

啟動期間因西門子FM主、從控制器間數據變化快，主、從控制器間的數據不一致導致FM報警或者他因引起畫面SOTP報警，一旦遇到STOP報警，監盤人員及時進行復位，以免閉鎖轉速上升引起啟動時升速過長而引起沖轉失敗。

5 結論

經過以上分析及解決方法的實際應用，為日后監盤人員在啟動時提供了理論基礎和依據，從而避免汽輪機啟動沖轉過沖中頻繁過臨界引起其他異常事件，也進一步提高了機組的使用壽命。

參考文獻

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