摘要：以上汽3号机组为例，介绍上海汽轮机厂引进的德国西门子公司超超临界汽轮机自启动控制系统策略，详细阐述了数字电液(DEH)控制系统自启动的控制步骤，X准则、Z准则和控制裕度的计算方法以及相应的控制策略，为国内同类型机组的自启动控制设计提供了一个可借鉴的思路。
关键词：660Mw超超临界汽轮机；自启动控制；X准则；z准则；裕度
目前我国几乎所有电站的机组启停均靠人工判断和控制，这种方式存在的缺点包括：(1)严重依赖运行人员的经验和水平：(2)人工控制费时费力，延长了启停过程的时问：(3)有时候仅靠运行人员的经验判断．缺乏科学依据和数据支持．为了追求运行的方便。难免存在设备热应力过大、减少设备寿命、甚至设备损害的现象上海汽轮机厂引进的德国西门子公司超超临界汽轮机技术．采用一系列热应力计算．实时监视汽轮机应力变化，数字电液(DEH)控制系统自启停顺控步骤的执行．不仅大大减轻了运行人员的负担．提高了机组启停速度．而且也保证了机组的安全使用寿命这项技术已在几个电厂得到成功应用．
1、DEH控制系统硬件配置
上汽3号机组DEH控制系统采用西门子T3000控制系统．该系统集成了超高速处理器以及与之相配合的专用输人输出模件．和西门子标准处理器以及输人输出模件．以满足DEH控制各个子系统对处理器运算速度的不同要求
(1)控制器。在号控制柜中，采用了2对冗余的处理器417H和FM458．实现双控制器冗余切换．切换时间为毫秒级417H为西门子的标准处理器．而FM458即为超高速处理器FM458具有高性能闭环控制和运算处理．高速响应能力以及高分辨率的特点．最小运算周期达到0．1ms的水平．正常控制逻辑运算处理周期一般选取几毫秒DEH控制系统的转速控制、ETS紧急遮断和甩负荷预测及控制等要求快速处理能力的控制系统均由FM458实现．因此．1号控制柜也被称为核心控制柜。2、3号控制柜主要用于辅助系统控制和一些对处理速度要求不高的运算控制
(2)I／O模件除了常规的通用模件ET200M之外．与FM458相配合的是DEH专用控制接口模块ADDFEM．该模块不同于传统输入输出模块．它包含了16个DI通道、l2个AI通道、3个PI通道、12个DO通道以及8个AO通道模拟量输出信号可直接驱动伺服阀，具有完善的自诊断功能、传感器断线监测功能、在线插拔功能
(3)系统通信。工业以太网通信协议，用于AS417H控制器、工程师站、操作员站总线问的通信，速度可达100Mb／s。PROFIBUS—DP通信协议用于AS417H控制器与ET200M及FM458与ADDFEM接口间的通信．速度可达12Mb／s。
2、自启动控制步骤及X准则和Z准则
围绕自启动控制策略有两个核心问题．一个是执行自启动每一步骤的判断条件是什么．另一个是根据当前工况如何既安全又高效的执行自启动步骤前者是实现控制的基础．系统将通过X准则、Z准则来监视、判断各热力参数是否满足工况或应力的要求．从而决定是否进行下一步骤。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从汽机盘车到并网带负荷．自启动步骤共经历35步．其中逻辑设计较为复杂．下面简要列出其步序要领
(1)汽机本体及辅助系统进行自检．检查各个设备、阀门状态是否正常；并将各相关设备投入联锁．以备自启动控制：
(2)白启动油系统，打开汽机各疏水阀，开始进行暖管、暖阀：
(3)暖管一定程度使得满足X2准则、z准则、Z4准则后，打开主汽门，继续暖管、暖阀；
(4)暖管、暖阀充分并满足)(4准则、X准则、X准则后，由运行人员进行了蒸汽品质确认，开始冲转汽机至600r／m暖机转速．进行低速暖机：
(5)增加汽机高压缸的暖机程度，在满足相应条件和X，准则后，还是由运行人员进行升速确认，将汽机冲转至额定转速：
(6)逐渐关闭部分疏水阀．进一步暖机．满足X准则后．发电机并网，机组带初负荷。
3、汽轮机热应力监控及控制裕度
汽机自启动过程中如何做到既安全平稳地运行机组。又能及时快速地响应用户的需求．发挥机组最大的性能．是一个关键性的问题在保证设备热应力较小、不超限的前提下，快速改变机组的运行工况，这种变化速度的能力．称之为控制裕度。显然．控制裕度是由当前设备的热应力所决定的．如何准确地表征和计算热应力则是控制机组运行的重要前提
3.1应力监视及应力计算
汽轮机的启动过程中．随着高参数的蒸汽涌人汽缸．蒸汽不断给汽缸和转子加热．这时汽缸的内壁温度高于外壁温度．内壁的热膨胀由于受到外壁的约束而受到压缩．产生压缩热应力：外壁则由于受内壁膨胀的拉伸，产生拉伸热应力同样．此时转子外表面和中心存在温差．温度高的外表面受到压缩热应力的作用，而中心则受到拉伸热应力的影响。机组在停机过程中．汽机各部件则是一个冷却过程．各个部位所受到的应力与启动时正好相反这些热力都是不可避免的．但是如何将热应力控制在设备可以承受的范围之内却是我们关心的问题西门子独有的汽轮机应力估算器——TSE模块从温差的角度出发．监视并计算应力。由热弹性理论可知．部件的热应力与金属部件内部的温度梯度成正比．故可采用部件的表面温度和平均温度的差值来表征热应力的大小．选取设备关键部件．采用热电偶测量其与蒸汽接触的表面的温度和50％深度壁厚处的温度．计算两者之间的温差．以温差表征热应力。通过预先设置各部件的最大允许温差．将计算后的温差与其进行比较．来决定是否应力超限因此，应力监视最终通过测量温差得以实现应力监测示惹50深度壁厚处的温度可看作该部件的平均温度．那么最大允许温差(包含允许上限和允许下限)则是的函数，部件表面温度与的差值与允许温差进行比较即可得到机组运行的温度裕量。
3.2汽轮机自启动控制裕度
在尽快改变汽轮机负荷的同时．将各部件应力控制在允许范围内．选取汽轮机热应力比较集中的5个关键部位：高压主汽门阀体、高压调门阀体、高压缸缸体、高压缸转子、中压缸转子为应力监视对象．实时采集数据并进行比较，将最小的上升和下降温度裕量作为此时汽轮机的上升和下降温度裕量。据此再从透平应力评估WTG中产生出负荷上升控制裕度WTO和负荷下降控制裕度U，并将其与系统设定的最大允许裕度FBMAX相比．分别得出相应的比值该比值可看作机组负荷变化的控制裕度．它随机组运行状态、应力情况的改变而改变，一旦上升或下降裕度为零，则停止该方向的负荷变化。将此比值与固定的转速设定值梯度NSVG相乘即得到转速设定值的变化速率：与固定的负荷设定值梯度PSVG相乘即得到负荷设定值的变化速率。由此来控制机组的负荷升降的快慢．保证机组的安全运行。
4、总结
西门子660MW超超临界汽轮机自启动控制系统很好的解决了启动过程中应力估算和应力控制的问题。采用了X准则、Z准则和控制裕度等概念，在应力合适的前提下．大大提高了机组的启动速度．系统自我决策．减轻了运行人员的负担并降低了机组启动的风险．值得国内同类型机组的学习和借鉴。
参考文献
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[3]党丽丽,魏红阳,刘丹.超临界660MW机组喷嘴流固耦合有限元分析计算[J].机械工程师,2016(4):166-168.
论文作者:党永锋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：应力论文; 机组论文; 汽轮机论文; 准则论文; 汽机论文; 温差论文; 热应力论文; 《电力设备》2018年第29期论文;