探析1000MW二次再熱汽輪機極熱態沖轉及切缸與并缸摘要：二次再熱汽輪機開機時，帶超高壓缸聯合啟動，超高壓缸、高壓缸排汽溫度高，特別是極熱態開機時，經常因為排汽溫度高導致切缸事件發生。本文從理論結合實踐的角度出發，提出了超高壓缸、高壓缸排汽溫度高的原因及相應的應對策略，提出了切缸、并缸的影響及注意事項，為二次再熱汽輪機開機時缸體排汽溫度高，提供一定的應對策略及方法。關鍵詞：1000MW二次再熱；極熱態開機；切缸；并缸引言我廠汽輪機是由上海汽輪機廠生產的，型號為N1000-31/600/620/620，型式為超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機。來自鍋爐的蒸汽分成兩路從位于超高壓缸兩側的主汽閥和調節汽閥進入到超高壓缸內，在超高壓缸內做功后從底部的2個排汽口處排出至一次再熱器；一次再熱蒸汽分成兩路從位于高壓缸兩側的主汽閥和調節汽閥進入到高壓缸內，在高壓缸內做功后從高壓缸兩端的排汽口處排出至二次再熱器；二次再熱蒸汽也是分成兩路從位于中壓缸兩側的主汽閥和調節汽閥進入到中壓缸內，在中壓缸內做功后從中壓缸頂部的排汽口處排出，并經過中低壓聯通管進入到低壓缸內，在低壓缸內做功后直接排出至位于低壓缸底部的凝汽器內。機組旁路系統配置了容量為40%BMCR的高壓旁路和兩個半容量中壓、低壓旁路構成三級串聯旁路。汽輪機安全可靠的啟動是機組穩定運行的基礎。和一次再熱汽輪機相比，二次再熱機組的啟動參數更高，系統設置的更復雜。二次再熱汽輪機啟動的難點在于啟動階段參數高、流量低，超高壓缸、高壓缸排汽溫度經常因鼓風損失發熱升高，極熱態時導致汽輪機切缸運行，下面著重介紹下二次再熱汽輪機切缸的原因及動作過程、如何避免汽輪機切缸及切缸后注意事項、并缸的控制要點等。一、二次再熱汽輪機切缸的原因及動作過程汽輪機發生切缸，主要是因為汽輪機啟動時，沖轉參數高，蒸汽流量小，超高壓缸、高壓缸因鼓風損失導致排汽溫度升高，為保護相應的末級葉片，在超高壓缸排汽溫度限制器、高壓缸排汽溫度限制器動作后，排汽溫度仍然高的情況下，執行自動切缸程序，經常發生在極熱態開機或者汽輪機未并網在3000rpm長時間停留時。汽輪機DEH控制的主要任務是控制汽輪機調節閥的蒸汽流量，上汽DEH三大控制器包括TAB升程控制器、轉速/負荷控制器以及壓力回路控制器，輔助控制器包括超高排溫度控制器、高排溫度控制器、超高壓葉片級壓力控制器以及閥門限位控制器。排汽溫度高時DEH的控制：超高壓缸排汽溫度高如果超高壓缸排汽溫度過高，首先減小中壓調門的開度，減少中壓缸的進汽量，增大超高壓缸的進汽量；如果超高壓缸排汽溫度進一步上升，則關閉超高壓缸主汽門、調門、超高壓排汽逆止門，打開超高排通風閥，將超高壓缸抽真空，由高中壓缸控制汽輪機的進汽量，具體過程參數如下圖1。圖1

超高壓缸排汽溫度保護圖高壓缸排汽溫度高如果高壓缸排汽溫度過高，首先減小中壓調門的開度，減少中壓缸的進汽量，增大高壓缸的進汽量；如果高壓缸排汽溫度進一步上升，則先關閉超高壓主汽門、調門、超高壓排汽逆止門，超高排通風閥打開，將超高壓缸抽真空，中壓調門開度保持不變，開大高壓調門；如果高壓缸排汽溫度繼續上升，則關閉高壓主汽門、調門、高壓排汽逆止門，高排通風閥打開，將高壓缸抽真空，由中壓缸控制汽輪機的進汽量，具體過程參數如下圖2。圖2

高壓缸排汽溫度保護圖切缸過程（以超高壓缸為例，高壓缸與之相同）：1）超高壓主汽門快關電磁閥失電、方向電磁閥得電，超高壓主汽門關閉。2）超高壓調門閥限逐漸關至0%，超高壓調門慢慢關閉。3）超高壓缸排汽逆止門電磁閥失電關閉，超高壓缸排汽通風閥電磁閥失電打開。下面以具體的案例來進行分析：2021年7月20日，#3機組進行滿負荷甩負荷試驗，試驗完成后汽輪機極熱態開機，因超高壓轉子溫度超過480℃，DEH走步程序自動將超高壓缸切除，不帶超高壓缸進行沖轉，沖轉過程振動正常，并網后，DEH自動進行并缸，并缸過程中，多次發生高壓缸排汽溫度高，再次切缸，導致機組跳閘事件。對幾次并缸過程及切缸原因進行進行分析沖轉參數：主汽壓力（Mpa）主汽溫度（℃）一次再熱壓力（Mpa）一次再熱溫度（℃）二次再熱壓力（Mpa）二次再熱溫度（℃）第一次沖轉17.35493.65490.82555第二次沖轉10.95632.245620.68545第三次沖轉13.65652.75590.645422021年7月20日19:35第一次沖轉成功，隨后即刻并網，當機組實際負荷大于100MW后，DEH自動走并缸程序，并缸程序激活后，DEH自動設定負荷155MW，超高壓主汽門開后，超高調閥限快速釋放至105%，超高調快速開至設定負荷需求閥位15%（此閥位需求與DEH負荷設定及當時的沖轉參數有關），實際負荷快速升至240MW，超高調、高調、中調又快速關小，負荷減至60MW，后因高壓缸排汽溫度快速上升至490℃（高壓缸排汽溫度超過480℃切超高壓缸），導致并缸失敗，動作過程如圖3。圖3

并缸動作過程圖第一次并缸失敗后，等切缸程序走完，實際負荷大于100MW后，自動進行第二次并缸，DEH再次設定目標負荷155MW，超高調閥限快速釋放至105%，超高壓主汽門開后，超高調快速開至設定負荷需求閥位22%（此閥位需求與DEH負荷設定及當時的沖轉參數有關），實際負荷快速升至396MW，高調、中調快速全關后沒有再打開，實際負荷降為0MW左右，超高壓缸排氣溫度快速上升至504℃（超高壓缸排汽溫度超過495℃，切超高壓缸），超高壓缸再次并缸失敗，此時汽輪機超高壓主汽門全關，高壓、中壓調門全關，發電機逆功率運行，手動打閘汽輪機。事后分析，實際負荷低于目標負荷時，高調、中調不會自動開啟的原因：查閱相關曲線，發現汽輪機實際負荷由396MW突降至0MW瞬間，在發電機未跳閘的情況下，汽輪機由當時的負荷控制轉為轉速控制；高壓、中壓調門全關后，發電機逆功率運行，由發電機拖動汽輪機維持3000rpm，超高壓缸排汽溫度升至504℃（超高壓缸排汽溫度超過495℃，切超高壓缸），超高壓缸再次并缸失敗，超高壓主汽門關閉，此時汽輪機轉速由發電機及汽輪機共同控制。我廠逆功率保護定值為-8MW，延時15S報警，延時60S跳閘，發電機逆功率運行但未達到延時動作時間前，一直由發電機拖動汽輪機維持3000rpm，所以當時高調門、中調門一直處于關閉狀態。將上述情況反饋給上汽廠家，廠家答復：可能當時降負荷速率太快，激活了汽輪機內部的甩負荷邏輯。2021年7月21日00:21第二次沖轉成功，隨后即刻并網，當機組實際負荷大于100MW后，DEH自動走并缸程序，并缸程序激活后，DEH自動設定負荷155MW，超高壓主汽門開后，超高調閥限緩慢釋放至105%，超高調緩慢開至設定負荷需求閥位22%（此閥位需求與DEH負荷設定及當時的沖轉參數有關），實際負荷最高升至180MW，高調門、中調門關小降低負荷，造成高壓排汽溫度持續上漲，導致超高壓缸及高壓缸切除，當時由于中旁在自動狀態下全關，導致鍋爐再熱器保護動作跳閘。2021年7月21日04:25

第三次沖轉成功，隨后即刻并網，當機組實際負荷大于100MW后，DEH自動走并缸程序，并缸程序激活后，DEH自動設定負荷155MW，超高壓主汽門開后，超高調閥限緩慢釋放至105%，超高調緩慢開至設定負荷需求閥位24%（此閥位需求與DEH負荷設定及當時的沖轉參數有關），實際負荷最高升至243MW，并缸成功。圖4

并缸動作過程圖二、二次再熱汽輪機并缸失敗原因總結：調整旁路時，高、中旁路閥出現不同程度的卡澀，嚴重影響操作員對壓力的控制。機組并網后，我廠設定的初始負荷100MW，此時各項參數還未穩定，立馬自動進行并缸，導致參數波動更大，不利于運行人員調整且對汽輪機沖擊很大。第一次極熱態沖轉參數太高，此次沖轉主汽壓力：17.4Mpa（超過廠家推薦的極熱態沖轉壓力值14Mpa），導致并缸瞬間，負荷沖的太高（398MW），而當時DEH設定的負荷（155MW）偏差過大，導致超高調、高調、中調門快速關小，導致汽輪機直接由負荷控制切為轉速控制。負荷達到100MW，自動并缸時，DEH直接設定負荷155MW，這個設定值是固定值，是上汽廠家在他們推薦的沖轉參數下，并缸時根據理論計算得到的，未能反映運行中實際情況。DEH自動設定的負荷值（未考慮到實際的主汽壓力）直接影響超高壓調門的開度，進而影響并缸后的瞬時負荷。前兩次并缸過程中，閥限快開，超高壓調門快速開至對應閥位，導致負荷快速沖高，高調、中調又快速關小，導致汽輪機高壓缸排汽溫度快速上升。三、二次再熱汽輪機并缸操作建議：1.修改并缸邏輯，不要實際負荷到達100MW就自動進行并缸，改為達到100MW后，我們手動啟動并缸程序，這樣我們有時間調整好機組各參數，有余量的進行并缸。2.盡量控制沖轉參數不要太高，沖轉溫度滿足汽輪機X準則及裕度即可，沖轉壓力參考廠家推薦的沖轉壓力值（如下表），沖轉過程中根據實際的排汽溫度情況，小幅度調整旁路壓力設定值。冷態溫態熱態極熱態主汽壓力/MPa881414主汽溫度/℃400440540560一次再熱壓力/MPa2.52.52.52.5一次再熱溫度/℃380420520540二次再熱壓力/MPa0.8-1.00.8-1.00.8-1.00.8-1.0二次再熱溫度/℃380420520540分析最近幾次極熱態啟動的沖轉參數，個人認為第三次沖轉的沖轉參數比較合理，可以作為后續調整的依據。建議極熱態不帶超高壓缸沖轉時，主汽壓力扔按廠家要求的14Mpa,一次再熱壓力不要超過1.8Mpa，二次再熱壓力不超過0.5Mpa，并且旁路要留有余量，溫度滿足汽輪機X準則及裕度即可，并缸過程中根據缸體排汽溫度的變化趨勢，及時調整。3.并缸時盡量自動控制旁路，通過設偏置調整壓力，時刻保證旁路有開度（最小10%），避免調門全關時鍋爐再熱器保護動作。盡量不要手動控制旁路，因為操作量太大，不利于及時調整。4.并缸調整壓力時，要根據超高壓缸、高壓缸的實際排汽溫度情況，進行旁路壓力設定，切記不可反向調節，避免進一步惡化，優先降低高壓缸的排汽溫度。5.并缸過程中，如果實際負荷突漲，導致高調、中調快關時，及時在DEH畫面將汽機目標負荷設高，避免高調、中調門全關。6.并網前，務必將超高壓缸排汽溫度、高壓缸排氣溫度降到460℃以下，保證超高壓缸、高壓缸排汽溫度控制器已經不動作。7.并缸過程中，可以提前將超高壓缸、高壓缸通風閥打開，使缸體內處于真空狀態降低鼓風損失產生的熱量。8.并缸時降低超高調的閥限釋放速率（目前廠家已將超高調門閥限動作速率由快開改為與ATT實驗時的速率相同，第三次、第四次并缸時，負荷明顯