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1、第八章 汽轮机启动系统和旁路控制系统,一、概述汽轮机的自启动指汽轮机启动过程中各步序都自动完成，即从暖阀到目标负荷，启动过程包括目标转速、升速率、高低速暖机时间等，期间还要进行大量计算以保证既要快速启动汽轮机，又要最大限度延长汽轮机使用寿命等，这些工作也只有计算机控制系统才能胜任。汽轮机自启动系统（TAS）也称为自动汽轮机控制（ATC）。600MW及其以上机组一般都具有汽轮机自启动功能。,二、平圩电厂600MW机组的ATC（一）ATC的基本功能和工作方式平圩电厂600MW机组的ATC功能由DEH系统实现，ATC是DEH的一个主要控制任务，它由17个子程序构成。（只要是对汽轮机进行控制最终肯定会
2、使用DEH中的控制结构，ATC只是再增加的软件即可实现）在正常运行时，即使汽轮机启动结束，只要ATC仍在投入状态，ATC会自动计算和监视负荷变化率，当负荷变化率超出范围后ATC仍可限制其变化。另外还可连续分析和计算当前机组的各报警工况，通过CRT对操作进行操作指导。ATC一般有三种工作方式：（1）自动汽轮机控制-ATC此方式下，ATC可以自动将转速从0升速到3000r/min,（2）ATC监视方式此方式仅用于监视汽轮机参数，并不参与机组控制（负荷变化率除外）。（3）ATC监视切除此方式下，ATC各子程序实际还在运行，但所有参数不能发出（二）ATC子程序（共17个）1、周期控制任务子程序P00监
3、视计算机停机计时器、根据工况选择ATC运行方式、驱动ATC控制盘上的6个指示灯、管理ATC其余子程序的调用和与基本DEH软件接口。2、高、中压转子应力计算P01、P16使用这两个程序计算高、中压的实际应力和预测应力，供P04负荷升速模块使用。程序运行周期为5S。,转子应力有效检查（转子应力无效条件出现下列条件之一，计算的应力无效）1）两只汽轮机首级测量温度热电偶均发生故障，温度信号无法得到2）在转速控制期间，转速反馈信号故障3）转子应力计算尚未连续运转超过2H。设定转子应力极限1）冷态启动极限2）热态启动极限3）正常负荷速率极限4）高负荷速率极限 转子有效温度：有效温度是转子热应力的标志参数。
4、每5S计算一次。,转子预测有效温差计算：子程序按连续存储的15个有效温差（每分钟刷新一次），使用外推法预测以后的应力。主汽温度安全检查。在每个TV调节阀前装有温度测点，进行程序监控。3.汽轮机金属温度监视子程序P02测算汽轮机左右两侧汽室的内、外温差（包括当前值和预测数值）并与限值进行比较，当温差小于83.3时才允许汽轮机变化状态(例如脱离盘车或变速等)运行周期10S.4.盘车监控子程序P03运行周期60S,功能:,(1)热态机组已在盘车时,预测当前蒸汽参数下,首级汽温和金属温度,并给出未来10MIN钟内首级汽温和金属汽温如何匹配.(2)在冷态启动时,程序P03告诉操作员相对于冷态的转子其主汽
5、温度是否太高.根据程序告诉的信号可有两种操作可选择:一是可由操作人员超越的工况;另一类为禁止脱离冷态盘车的工况.5.转子应力控制子程序P04每30S运行一次,根据P01、P16转子有效温差及其预测数值设置“转子应力保持”等指标。6.偏心度和振动监控子程序P05当机组转速600r/min时,P05监视转子偏心度，且开始监视各轴承的振动。运行周期为10S，功能：（1）当偏心度大于76.2um时,设置”高偏心度”指示符.,(2)当监视仪表来的数据有效时,为振动报警和跳闸数据设定限制数值.A)转速在6002000r/min时,程序设置振动报警数值为203.2um,跳闸限制数值为 254um.转速大于2
6、000r/min时,将按公式计算报警限制数值,总的来说是转速越高报警限制数值越小,对机组的平衡要求越高.B)将每个轴承的振动数值和限制数值进行比较,超限时设置”超越跳闸极限”指示符.在ATC控制方式时,若振动超过了报警极限但未达到跳闸极限时,程序还必须判断汽轮机转速是否处于低压缸叶片共振范围等7.水检测和 疏水阀控制子程序P06根据金属温差确定是否打开疏水门.,8.ATC目标值和 升速/变负荷速率控制子程序P07P07每秒运行一次.监视所有程序设置的越限标记且完成以下任务(1)按实际运行工况调整ATC速率表，控制机组的转速或负荷变化（2）在机组处于危急工况时，P07子程序可以保持转速或负荷的保
7、持。9、轴承油温和金属温度监控子程序P08每60S运行一次。功能：（1）监视轴承油系统温度是否超限。（2）监视推力轴承金属温度10、发电机监控子程序P0960S运行一次。监视除轴承振动和金属温度以外的发电机工况及发电机辅助系统，并设置6个指示符。,（1）“冷却气体温度高”：当氢冷却器出口温度高于48，或励磁机冷却器出口风温度高于52时。（2）“氢系统故障”：当氢气压力大于高限或低于低限，或氢气纯度不合要求，或密封氢气的密封油和氢气压力差太低（3）“发电机报警”：发电机报警接点闭和或#1、#2定子冷却水泵停运（4）“励磁机监视器”：根据油电压调节系统的报警工况来设置（5）“视在功率频率曲线超限”
8、：视在功率超出限制（6）“发电机无功容量超限”：无功超越限制,11、轴封蒸汽、排汽和凝汽器真空监视子程序P1060S运行一次。根据机组工况设置三个标志（1）“轴封系统故障”：当高压轴封蒸汽温度太低或轴封与金属温差太大设置（2）“真空越限”：凝汽器压力超过高限等设置（3）“排汽系统故障”：当低压缸排汽温度大于79时设置12、差胀及轴向位移子程序P11每60S运行一次。监视汽轮机的胀差等数值13、背压与再热汽温的关系子程序P1260S运行一次。为了防止汽轮机末级叶片过热，按凝汽器压力计算再热温度极限数值。14、传感器故障探测子程序P135S运行一次。监视热电偶开路、变送器输出超出范围等传感器故障。
9、,15、暖机子程序P1460S运行一次。确定暖机的要求和判断暖机是否完成三、石洞山二厂600MW超临界机组自动启动系统ATC,以上五部分组成机组主控顺序UMS，所有程控在MUS协调下工作,构成所有控制顺序的基本组成是顺序步，或者利用顺序步可以完成类似的控制顺序程序。,代表程序进行了一步操作。,检查被监视的操作步是否完成？,YES表示操作步完成。B表示显示完成后信号。运行人员可通过此信号查看操作完成情况,如果操作步没有完成，执行F程序，F显示和此操作关联的信息页面，让操作人员分析未完成的原因,在显示F相关信号的同时C显示要完成此操作步的操作指导图，如此时在手动时，操作人员可以根据指导进行操作,然
10、后程序启动D步骤，对本步操作进行计时，称为第一时间，当在规定的时间内未完成操作，系统将产生第一时间报警。报警后开始第二时间计时，第二时间为恢复故障时间，若第二时间到，故障依然，则产生第二时间报警，此时系统会从自动转到手动，终止自动顺序执行,第一时间报警后显示相关信息，帮助操作人员分析故障原因。,检测操作是否正确。H输出操作是否完成信息,另外在自动顺序控制过程中，如果前面已经执行的步出现故障，程序会自动将程序步返回到故障点，但此时系统会将自动转换到手动，让操作人员来处理程序步。例如，当需要给锅炉补充水时，发现给水泵发生故障而停止工作，则顺序程序回返回到给水泵启动程序步，且自动转换到手动。另外一种
11、自动转到手动是当第二时间到后故障仍未处理，自动程序步也会由自动转换到手动。如果执行程序步过程中没有任何故障，则可以在没有操作员干预下完成所有程序步。第二节 旁路控制系统一、概述系统主要功能：保护设备、回收工质、配合启动,具体功能：（1）机组启动过程，将不符合参数要求的蒸汽通过旁路排入凝汽器，符合要求再使用。作用：回收工质（2）为汽轮机跳闸后启动HP和LP使蒸汽流过过热器和再热器。如果要保证锅炉带最低稳燃负荷，只有通过旁路才能保护过热和再热器安全。保护设备。（3）锅炉汽压过高时，减少对空排汽。回收工质（4）配合汽轮机实现中压缸启动和带负荷，减小转子在启动过程中热应力（5）发电机甩负荷时，维持汽轮
12、机空载运行，通过旁路将多余蒸汽排入凝汽器。（6）和2类似只是强调锅炉可以不停机。,（一）高压旁路控制系统旁路控制系统任务：在完成以上6个任务同时能有效的控制主蒸汽压力、高压旁路出口蒸汽和低压旁路出口蒸汽的压力和温度。系统对旁路的要求：1）能在机组正常运行时（如机组启停过程）按要求调节旁路系统蒸汽的压力和温度2）在异常情况下（如汽轮机或发电机甩负荷），快速开启旁路系统，且位置旁路出口的蒸汽温度在许可的范围内，以保护相关设备的安全。,旁路系统设备通常分两大类，电子液动和电子电动。600MW以上机组多数采用电子液动（和DEH类似）二、旁路系统控制设备组成：高压旁路调节阀、高压旁路减温水喷水阀、高压旁
13、路减温水截止阀、低压旁路调节阀、低压旁路减温水喷水阀。旁路系统根据设计的功能不同而有所不同，下面以平圩电厂600MW机组为例介绍旁路系统平圩电厂的旁路由高压旁路和低压旁路串联而成。高压旁路（HP）将过热器出口的蒸汽减温减压后输出到再热器进口；低压旁路（LP）将再热器出口蒸汽减温减压后输出到凝汽器。两级旁路通流量相同为锅炉额定负荷的30%。控制系统采用苏尔寿AV5模拟组装控制仪表、液动执行机构。,平圩电厂600MW旁路系统功能如下：（1）机组启动过程中将不合要求的蒸汽排入凝汽器，直到蒸汽参数符合要求为止（2）汽轮机跳闸后，将锅炉内多余蒸汽导入到凝汽器，维持锅炉最低稳燃负荷，以便机组再次快速启动（
14、3）电气主开关跳闸后，汽轮机带厂用电（7%8%），旁路将多余蒸汽排入凝汽器，维持锅炉在最低负荷运行（4）机组部分甩负荷时，担任超压保护（5）保护再热器，在锅炉点火至汽轮机冲转前或其他工况下，由旁路系统为再热器提供冷却蒸汽。,（一）高压旁路控制系统1、过热器出口蒸汽压力控制,机组启动初期，旁路阀门开度在自动控制系统控制下，始终保持最小20%开度，让不合格蒸汽直接进入凝汽器。,当锅炉供汽压力达到1MPa后，旁路系统调节旁路阀门开度以保证蒸汽压力为1MPa。实际上当锅炉蒸汽压力升高时，旁路系统采取开大旁路阀门来进行调节，这个过程一直持续到旁路阀门开打到95%为止。,当旁路阀门开度达到95%以后，调节
15、策略改变，将定值调节系统变成随动系统，旁路定值跟随锅炉负荷变化。此时旁路阀门开度基本不变，随着锅炉负荷的增加，过热器出口蒸汽压力一直上升，当上升到7MPa压力时，汽轮机开始冲转。,汽轮机冲转开始后，旁路系统又变成定值调节系统，过热器出口压力定值为7MPa。但由于汽轮机随着冲转进行用汽量越来越大，旁路系统采取关闭旁路阀门来满足汽轮机的用汽。,汽轮机冲转结束后，机组进入升负荷阶段，此时锅炉和汽轮机协调增加负荷，旁路阀门完全关闭，过热器出口压力逐渐增加,2、高压旁路调节阀在异常工况下动作情况1）机组启动阶段如锅炉点火失败会使旁路自动处于定压控制方式（控制过热器出口压力为1MPa）2）机组正常运行过程
16、中汽轮机跳闸（FCB），且高压旁路排汽温度不高时（启动过程或低负荷阶段），旁路系统自动快速打开旁路阀门，同时闭锁自动控制调节。3）若在高压旁路投入时出现高压旁路排汽温度过高，也要闭锁自动控制调节。3、高压旁路至再热器进口的汽温控制控制目标再热器进口汽温不超过某一数值，以保护再热系统的设备安全。,电液转换机构,液动执行机构,减温水扰动下对象特性。（减温水对再热器进口蒸汽温度的影响）。,蒸汽流量变化时，对再热器进口温度的影响规律,再热器进口蒸汽温度给定数值，调节系统保证过热器出口温度等于该给定数值。,再热器进口蒸汽温度反馈信号，该信号和给定数值比较后进入调节器进行调节。,给定数值和再热器进口蒸汽温
17、度的反馈差值，经过PI运算，然后控制液动执行机构开大或关小减温水阀门以调节再热器进口蒸汽温度,蒸汽流量前馈控制：当蒸汽流量变化后，一定时间间隔后肯定会影响到再热器进口蒸汽温度，如没有R环节，调节器只有等待再热器进口温度变化后才进行调节，而R环节可以在蒸汽流量还没有影响到再热器进口温度时，提前进行预估调节，尽管不可能准确将扰动消除，但可以抵消部分扰动，以减小再热器进口温度的波动。,超前微分：当系统受到外界扰动后，对象的温度变化需要时间，此时调节器不知道对象已经受到扰动，而对信号进行微分（对变化率进行放大）可以提前对扰动进行调节。,（二）低压旁路控制系统1、再热器出口汽压控制汽压控制为单回路控制系
18、统，系统功能还包含有凝汽器保护（1）锅炉点火，高压缸进汽（中压缸冲转方式）前，调节再热器旁路阀门维持再热器出口汽压在最小定值（0.86MPa)。（2）凝汽器保护：凝汽器过流量保护：限制低压旁路调节阀门开度来达到保持凝汽器真空的目的。在维持再热器出口压力的调节过程中如果流入凝汽器的流量不影响凝汽器真空情况下，保护功能不限制低压旁路自动调节系统的调节，当流量过大影响到凝汽器真空时，保护会限制低压旁路阀门的开度。,其他保护：当发生下列任意情况时，关闭低压旁路截止阀LBP11、LBP12以及低压调节阀LBP1和LBP2。（1）凝汽器压力高；（2）凝汽器温度高（3）减温水压力低（4）主燃料跳闸 低压旁路截止阀控制（LBP11、LBP12）截止阀在手动状态下，手动开关命令可以打开或关闭截止阀；在自动状态时由逻辑控制系统控制其开关。汽轮机跳闸汽轮机跳闸后自动系统会自动迅速打开低压旁路调节阀，且将旁路阀控制转换成手动。2、电路旁路汽温控制利用低压喷水减温方式对进入凝汽器的蒸汽温度进行控制，但低压蒸汽已经是饱和蒸汽，如果直接测量温度，可能会由于喷水雾化不良而影响温度测量，所以这里采用测量蒸汽压力来表示温度。,
