第八章 汽輪機啟動系統和旁路控制系統,一、概述 汽輪機的自啟動指汽輪機啟動過程中各步序都自動完成，即從暖閥到目標負荷，啟動過程包括目標轉速、升速率、高低速暖機時間等，期間還要進行大量計算以保證既要快速啟動汽輪機，又要最大限度延長汽輪機使用壽命等，這些工作也只有計算機控制系統才能勝任。 汽輪機自啟動系統（TAS）也稱為自動汽輪機控制（ATC）。600MW及其以上機組一般都具有汽輪機自啟動功能。,二、平圩電廠600MW機組的ATC （一）ATC的基本功能和工作方式 平圩電廠600MW機組的ATC功能由DEH系統實現，ATC是DEH的一個主要控制任務，它由17個子程序構成。（只要是對汽輪機進行控制最終肯定會使用DEH中的控制結構，ATC只是再增加的軟件即可實現）在正常運行時，即使汽輪機啟動結束，只要ATC仍在投入狀態，ATC會自動計算和監視負荷變化率，當負荷變化率超出范圍后ATC仍可限制其變化。另外還可連續分析和計算當前機組的各報警工況，通過CRT對操作進行操作指導。ATC一般有三種工作方式： （1）自動汽輪機控制-ATC 此方式下，ATC可以自動將轉速從0升速到3000r/min,（2）ATC監視方式 此方式僅用于監視汽輪機參數，并不參與機組控制（負荷變化率除外）。 （3）ATC監視切除 此方式下，ATC各子程序實際還在運行，但所有參數不能發出 （二）ATC子程序（共17個） 1、周期控制任務子程序P00 監視計算機停機計時器、根據工況選擇ATC運行方式、驅動ATC控制盤上的6個指示燈、管理ATC其余子程序的調用和與基本DEH軟件接口。 2、高、中壓轉子應力計算P01、P16 使用這兩個程序計算高、中壓的實際應力和預測應力，供P04負荷升速模塊使用。程序運行周期為5S。,轉子應力有效檢查（轉子應力無效條件出現下列條件之一，計算的應力無效） 1）兩只汽輪機首級測量溫度熱電偶均發生故障，溫度信號無法得到 2）在轉速控制期間，轉速反饋信號故障 3）轉子應力計算尚未連續運轉超過2H。 設定轉子應力極限 1）冷態啟動極限 2）熱態啟動極限 3）正常負荷速率極限 4）高負荷速率極限 轉子有效溫度：有效溫度是轉子熱應力的標志參數。每5S計算一次。,轉子預測有效溫差計算：子程序按連續存儲的15個有效溫差（每分鐘刷新一次），使用外推法預測以后的應力。 主汽溫度安全檢查。在每個TV調節閥前裝有溫度測點，進行程序監控。 3.汽輪機金屬溫度監視子程序P02 測算汽輪機左右兩側汽室的內、外溫差（包括當前值和預測數值）并與限值進行比較，當溫差小于83.3時才允許汽輪機變化狀態(例如脫離盤車或變速等)運行周期10S. 4.盤車監控子程序P03 運行周期60S,功能:,(1)熱態機組已在盤車時,預測當前蒸汽參數下,首級汽溫和金屬溫度,并給出未來10MIN鐘內首級汽溫和金屬汽溫如何匹配. (2)在冷態啟動時,程序P03告訴操作員相對于冷態的轉子其主汽溫度是否太高.根據程序告訴的信號可有兩種操作可選擇:一是可由操作人員超越的工況;另一類為禁止脫離冷態盤車的工況. 5. 轉子應力控制子程序P04 每30S運行一次,根據P01、P16轉子有效溫差及其預測數值設置“轉子應力保持”等指標。 6.偏心度和振動監控子程序P05 當機組轉速600r/min時,P05監視轉子偏心度，且開始監視各軸承的振動。運行周期為10S，功能： （1）當偏心度大于76.2um時,設置”高偏心度”指示符.,(2)當監視儀表來的數據有效時,為振動報警和跳閘數據設定限制數值. A)轉速在6002000r/min時,程序設置振動報警數值為203.2um,跳閘限制數值為 254um.轉速大于2000r/min時,將按公式計算報警限制數值,總的來說是轉速越高報警限制數值越小,對機組的平衡要求越高. B)將每個軸承的振動數值和限制數值進行比較,超限時設置”超越跳閘極限”指示符.在ATC控制方式時,若振動超過了報警極限但未達到跳閘極限時,程序還必須判斷汽輪機轉速是否處于低壓缸葉片共振范圍等 7.水檢測和 疏水閥控制子程序P06 根據金屬溫差確定是否打開疏水門.,8.ATC目標值和 升速/變負荷速率控制子程序P07 P07每秒運行一次.監視所有程序設置的越限標記且完成以下任務 (1)按實際運行工況調整ATC速率表，控制機組的轉速或負荷變化 （2）在機組處于危急工況時，P07子程序可以保持轉速或負荷的保持。 9、軸承油溫和金屬溫度監控子程序P08 每60S運行一次。功能： （1）監視軸承油系統溫度是否超限。 （2）監視推力軸承金屬溫度 10、發電機監控子程序P09 60S運行一次。監視除軸承振動和金屬溫度以外的發電機工況及發電機輔助系統，并設置6個指示符。,（1）“冷卻氣體溫度高”：當氫冷卻器出口溫度高于48，或勵磁機冷卻器出口風溫度高于52時。 （2）“氫系統故障”：當氫氣壓力大于高限或低于低限，或氫氣純度不合要求，或密封氫氣的密封油和氫氣壓力差太低 （3）“發電機報警”：發電機報警接點閉和或#1、#2定子冷卻水泵停運 （4）“勵磁機監視器”：根據油電壓調節系統的報警工況來設置 （5）“視在功率頻率曲線超限”：視在功率超出限制 （6）“發電機無功容量超限”：無功超越限制,11、軸封蒸汽、排汽和凝汽器真空監視子程序P10 60S運行一次。根據機組工況設置三個標志 （1）“軸封系統故障”：當高壓軸封蒸汽溫度太低或軸封與金屬溫差太大設置 （2）“真空越限”：凝汽器壓力超過高限等設置 （3）“排汽系統故障”：當低壓缸排汽溫度大于79時設置 12、差脹及軸向位移子程序P11 每60S運行一次。監視汽輪機的脹差等數值 13、背壓與再熱汽溫的關系子程序P12 60S運行一次。為了防止汽輪機末級葉片過熱，按凝汽器壓力計算再熱溫度極限數值。 14、傳感器故障探測子程序P13 5S運行一次。監視熱電偶開路、變送器輸出超出范圍等傳感器故障。,15、暖機子程序P14 60S運行一次。確定暖機的要求和判斷暖機是否完成 三、石洞山二廠600MW超臨界機組自動啟動系統ATC,以上五部分組成機組主控順序UMS，所有程控在MUS協調下工作,構成所有控制順序的基本組成是順序步，或者利用順序步可以完成類似的控制順序程序。,代表程序進行了一步操作。,檢查被監視的操作步是否完成？,YES表示操作步完成。B表示顯示完成后信號。運行人員可通過此信號查看操作完成情況,如果操作步沒有完成，執行F程序，F顯示和此操作關聯的信息頁面，讓操作人員分析未完成的原因,在顯示F相關信號的同時C顯示要完成此操作步的操作指導圖，如此時在手動時，操作人員可以根據指導進行操作,然后程序啟動D步驟，對本步操作進行計時，稱為第一時間，當在規定的時間內未完成操作，系統將產生第一時間報警。報警后開始第二時間計時，第二時間為恢復故障時間，若第二時間到，故障依然，則產生第二時間報警，此時系統會從自動轉到手動，終止自動順序執行,第一時間報警后顯示相關信息，幫助操作人員分析故障原因。,檢測操作是否正確。H輸出操作是否完成信息,另外在自動順序控制過程中，如果前面已經執行的步出現故障，程序會自動將程序步返回到故障點，但此時系統會將自動轉換到手動，讓操作人員來處理程序步。例如，當需要給鍋爐補充水時，發現給水泵發生故障而停止工作，則順序程序回返回到給水泵啟動程序步，且自動轉換到手動。 另外一種自動轉到手動是當第二時間到后故障仍未處理，自動程序步也會由自動轉換到手動。 如果執行程序步過程中沒有任何故障，則可以在沒有操作員干預下完成所有程序步。 第二節 旁路控制系統 一、概述 系統主要功能：保護設備、回收工質、配合啟動,具體功能： （1）機組啟動過程，將不符合參數要求的蒸汽通過旁路排入凝汽器，符合要求再使用。作用：回收工質 （2）為汽輪機跳閘后啟動HP和LP使蒸汽流過過熱器和再熱器。如果要保證鍋爐帶最低穩燃負荷，只有通過旁路才能保護過熱和再熱器安全。保護設備。 （3）鍋爐汽壓過高時，減少對空排汽。回收工質 （4）配合汽輪機實現中壓缸啟動和帶負荷，減小轉子在啟動過程中熱應力 （5）發電機甩負荷時，維持汽輪機空載運行，通過旁路將多余蒸汽排入凝汽器。 （6）和2類似只是強調鍋爐可以不停機。,（一）高壓旁路控制系統 旁路控制系統任務：在完成以上6個任務同時能有效的控制主蒸汽壓力、高壓旁路出口蒸汽和低壓旁路出口蒸汽的壓力和溫度。 系統對旁路的要求：1）能在機組正常運行時（如機組啟停過程）按要求調節旁路系統蒸汽的壓力和溫度 2）在異常情況下（如汽輪機或發電機甩負荷），快速開啟旁路系統，且位置旁路出口的蒸汽溫度在許可的范圍內，以保護相關設備的安全。,旁路系統設備通常分兩大類，電子液動和電子電動。 600MW以上機組多數采用電子液動（和DEH類似） 二、旁路系統控制 設備組成：高壓旁路調節閥、高壓旁路減溫水噴水閥、高壓旁路減溫水截止閥、低壓旁路調節閥、低壓旁路減溫水噴水閥。 旁路系統根據設計的功能不同而有所不同，下面以平圩電廠600MW機組為例介紹旁路系統 平圩電廠的旁路由高壓旁路和低壓旁路串聯而成。高壓旁路（HP）將過熱器出口的蒸汽減溫減壓后輸出到再熱器進口；低壓旁路（LP）將再熱器出口蒸汽減溫減壓后輸出到凝汽器。兩級旁路通流量相同為鍋爐額定負荷的30%。控制系統采用蘇爾壽AV5模擬組裝控制儀表、液動執行機構。,平圩電廠600MW旁路系統功能如下： （1）機組啟動過程中將不合要求的蒸汽排入凝汽器，直到蒸汽參數符合要求為止 （2）汽輪機跳閘后，將鍋爐內多余蒸汽導入到凝汽器，維持鍋爐最低穩燃負荷，以便機組再次快速啟動 （3）電氣主開關跳閘后，汽輪機帶廠用電（7%8%），旁路將多余蒸汽排入凝汽器，維持鍋爐在最低負荷運行 （4）機組部分甩負荷時，擔任超壓保護 （5）保護再熱器，在鍋爐點火至汽輪機沖轉前或其他工況下，由旁路系統為再熱器提供冷卻蒸汽。,（一）高壓旁路控制系統 1、過熱器出口蒸汽壓力控制,機組啟動初期，旁路閥門開度在自動控制系統控制下，始終保持最小20%開度，讓不合格蒸汽直接進入凝汽器。,當鍋爐供汽壓力達到1MPa后，旁路系統調節旁路閥門開度以保證蒸汽壓力為1MPa。實際上當鍋爐蒸汽壓力升高時，旁路系統采取開大旁路閥門來進行調節，這個過程一直持續到旁路閥門開打到95%為止。,當旁路閥門開度達到95%以后，調節策略改變，將定值調節系統變成隨動系統，旁路定值跟隨鍋爐負荷變化。此時旁路閥門開度基本不變，隨著鍋爐負荷的增加，過熱器出口蒸汽壓力一直上升，當上升到7MPa壓力時，汽輪機開始沖轉。,汽輪機沖轉開始后，旁路系統又變成定值調節系統，過熱器出口壓力定值為7MPa。但由于汽輪機隨著沖轉進行用汽量越來越大，旁路系統采取關閉旁路閥門來滿足汽輪機的用汽。,汽輪機沖轉結束后，機組進入升負荷階段，此時鍋爐和汽輪機協調增加負荷，旁路閥門完全關閉，過熱器出口壓力逐漸增加,2、高壓旁路調節閥在異常工況下動作情況 1）機組啟動階段如鍋爐點火失敗會使旁路自動處于定壓控制方式（控制過熱器出口壓力為1MPa） 2）機組正常運行過程中汽輪機跳閘（FCB），且高壓旁路排汽溫度不高時（啟動過程或低負荷階段），旁路系統自動快速打開旁路閥門，同時閉鎖自動控制調節。 3）若在高壓旁路投入時出現高壓旁路排汽溫度過高，也要閉鎖自動控制調節。 3、高壓旁路至再熱器進口的汽溫控制 控制目標再熱器進口汽溫不超過某一數值，以保護再熱系統的設備安全。,電液轉換機構,液動執行機構,減溫水擾動下對象特性。（減溫水對再熱器進口蒸汽溫度的影響）。,蒸汽流量變化時，對再熱器進口溫度的影響規律,再熱器進口蒸汽溫度給定數值，調節系統保證過熱器出口溫度等于該給定數值。,再熱器進口蒸汽溫度反饋信號，該信號和給定數值比較后進入調節器進行調節。,給定數值和再熱器進口蒸汽溫度的反饋差值，經過PI運算，然后控制液動執行機構開大或關小減溫水閥門以調節再熱器進口蒸汽溫度,蒸汽流量前饋控制：當蒸汽流量變化后，一定時間間隔后肯定會影響到再熱器進口蒸汽溫度，如沒有R環節，調節器只有等待再熱器進口溫度變化后才進行調節，而R環節可以在蒸汽流量還沒有影響到再熱器進口溫度時，提前進行預估調節，盡管不可能準確將擾動消除，但可以抵消部分擾動，以減小再熱器進口溫度的波動。,超前微分：當系統受到外界擾動后，對象的溫度變化需要時間，此時調節器不知道對象已經受到擾動，而對信號進行微分（對變化率進行放大）可以提前對擾動進行調節。,（二）低壓旁路控制系統 1、再熱器出口汽壓控制 汽壓控制為單回路控制系統，系統功能還包含有凝汽器保護 （1）鍋爐點火，高壓缸進汽（中壓缸沖轉方式）前，調節再熱器旁路閥門維持再熱器出口汽壓在最小定值（0.86MPa)。 （2）凝汽器保護： 凝汽器過流量保護：限制低壓旁路調節閥門開度來達到保持凝汽器真空的目的。在維持再熱器出口壓力的調節過程中如果流入凝汽器的流量不影響凝汽器真空情況下，保護功能不限制低壓旁路自動調節系統的調節，當流量過大影響到凝汽器真空時，保護會限制低壓旁路閥門的開度。,其他保護：當發生下列任意情況時，關