一种蒸汽轮机自启动控制方法与流程

本发明涉及蒸汽轮机自动控制技术领域，具体涉及一种国产的蒸汽轮机自启动控制方法。

背景技术：

自动汽轮机控制(Automation Turbine Control,ATC)技术是指汽轮机能够实现从挂闸到升速至额定转速或带上机组初始负荷的全程自动控制过程。在国产超(超)临界蒸汽轮机控制系统中，除了上海汽轮机厂有限公司借鉴德国西门子技术使之配套的控制系统具有自启动功能外，其他汽轮机厂的控制系统并不具备该项功能；或者只是设计了该项功能，但由于受我国前期火电机组自动化水平发展程度的限制及对国外ATC技术消化吸收的不足，使得所引进的ATC技术在实际中并不能应用。

APS(Automatic Power Plant Starup and Shut-down System,APS)是近年来火电机组发展的一个重要方向，其可以提高火电机组启停过程的正确性和规范性，减轻运行人员的劳动强度，缩短机组启停时间，是提高机组自动化水平行之有效的途径。其中，ATC是APS中的一个重要组成部分。从某种意义上讲，机组所配置的汽轮机控制系统是否具备ATC功能，是APS能否实现的一个关键因素。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提供了一种汽轮机自启动控制策略，该方法能够实现汽轮机从自动挂闸、运行、摩擦检查、中速暖机、进行阀切换直至升至额定转速的全程自动控制功能，减少了运行人员的操作，提高了机组的自动化水平。

一种蒸汽轮机自启动控制方法，包括以下步骤：

步骤1：依据蒸汽轮机各部件信号以及ATC工作方式信号，执行挂闸信号；

步骤2：当蒸汽轮机完成挂闸，且盘车电机已经启动或蒸汽轮机转速大于最小设定值时，执行蒸汽轮机运行信号；

步骤3：当蒸汽轮机已运行后，执行设置目标转速为500r/min信号；

步骤4：依据“需要摩擦检查”按钮信号，执行“500r/min摩擦检查”指令；

步骤5：当“需要摩擦检查”按钮未投入且蒸汽轮机转速位于490r/min-510r/min之间时，执行设置目标转速为2000r/min信号，进入步骤6；

当“需要摩擦检查”按钮投入且蒸汽轮机转速位于490r/min-510r/min之间时，执行蒸汽轮机跳闸信号，并返回步骤1；

步骤6：依据目标转速和给定转速执行2000r/min中速暖机；

给定转速是设置的转速，给定转速根据设定的蒸汽轮机升速率向目标转速靠近。

步骤7：依据暖机执行时间和蒸汽轮机转速，执行设置目标转速为2900r/min信号；

步骤8：当给定转速等于2900r/min时，执行阀切换指令；

步骤9：当阀切换完成后，执行设置目标转速为3000r/min信号；

步骤10：执行“ATC完成检查”指令，直到蒸汽轮机实际转速在2995r/min～3005r/min之间。

优选地，所述步骤1中执行挂闸信号前，蒸汽轮机各部件信号以及ATC方式至少应满足如下条件：

①汽轮机已跳闸；②润滑油系统正常；③EH油系统正常；④所有阀门全关；⑤所有疏水阀全关；⑥无偏心大报警；⑦无蒸汽室内外壁金属温差大报警；⑧无高中压外缸上下金属温差大报警；⑨低压缸排汽温度正常；⑩ATC工作方式信号启动。

优选地，通过手动按钮对ATC工作方式的选中与否进行人工确认。

当选择“ATC方式”时，汽轮机控制系统采用自启动方式；当“ATC方式”不被选中时，汽轮机控制方式仍为常规操作方式。

为了增加汽轮机自启动控制系统的安全性和可靠性，设置了“启动ATC”人工确认按钮。当以上启动条件全部满足时，点击“启动ATC”按钮，汽轮机控制系统将自动执行“挂闸”指令。

有益效果

本发明提供了一种国产蒸汽轮机自启动控制方法，基本步骤包括：1)自动挂闸；2)自动运行；3)自动置目标转速500r/min；4)500r/min摩擦检查；5)自动置目标转速2000r/min；6)2000r/min中速暖机；7)自动置目标转速2900r/min；8)自动进行阀切换；9)自动置目标转速3000r/min；10)ATC完成检查。整个控制过程为全程自动化，使用方便；

相较于现有技术，具有下述优点：

①本发明可以实现国产的蒸汽轮机从自动挂闸、运行、摩擦检查、中速暖机直至升至额定转速的全程自动控制，无需人工干预，减轻了运行人员的劳动强度；②在汽轮机自启动过程中，ATC通过对汽轮机的状态进行自行判断(如汽轮机的冷热状态、是否为过临界转速区域等)，能够对汽轮机的暖机时间及升速率进行自动设置，在汽轮机的寿命损耗和启动时间之间达到了自动择优；③ATC作为APS中的重要组成部分，对APS能否实现具有至关重要的作用。因此，本发明对于汽轮机自动化控制及APS的实际应用具有很好的推进作用。

在本发明中，汽轮机目标转速是逐步设定至最高转速的，如置目标转速500r/min、置目标转速2000r/min、置目标转速2900r/min、置目标转速3000r/min等，并不是类似现有的汽轮机ATC系统中设置的首次就置目标为最高转速，这样可降低汽轮机启动过程中的风险性；另外，本发明的ATC系统中还设置的“暂停ATC”按钮，当实际条件不满足或不理想，需要ATC程序停止时，可点击该按钮，ATC将保持当前步序不再进行；当条件满足需要恢复ATC程序时，再点击该按钮，ATC步序将自动执行。

本发明中ATC由于不需要人为操作，因此减少了人为操作时间。如不包含暖机时间在内，本发明中的ATC启动过程大约为10分钟，较常规人工操作的时间短。

本发明中根据汽轮机特点设置了多条ATC启动允许条件，当启动允许条件全部满足时才可执行ATC步序，因此对于汽轮机的本身有较好保护作用。在ATC启动过程中，汽轮机的偏心、轴承温度、绝对膨胀、轴振、轴向位移等重要参数均能达到良好指标，在一定程度上延长了汽轮机的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例一的基本步骤流程示意图；

图2为本发明实施例一过程趋势图；

图3为本发明实施例二的基本步骤流程示意图；

图4为应用本发明对蒸汽轮机进行自动启动控制过程示意图；

图5为应用本发明对蒸汽轮机进行自动启动控制过程中各项指标示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种蒸汽轮机自启动控制方法，包括以下步骤：

步骤1：依据蒸汽轮机各部件信号以及ATC工作方式信号，执行挂闸信号；

步骤2：当蒸汽轮机完成挂闸，且盘车电机已经启动或蒸汽轮机转速大于最小设定值时，执行蒸汽轮机运行信号；

步骤3：当蒸汽轮机已运行后，执行设置目标转速为500r/min信号；

步骤4：依据“需要摩擦检查”按钮信号，执行“500r/min摩擦检查”指令；

步骤5：当“需要摩擦检查”按钮未投入且蒸汽轮机转速位于490r/min-510r/min之间时，执行设置目标转速为2000r/min信号，进入步骤6；

当“需要摩擦检查”按钮投入且蒸汽轮机转速位于490r/min-510r/min之间时，执行蒸汽轮机跳闸信号，并返回步骤1；

步骤6：依据目标转速和给定转速执行2000r/min中速暖机；

给定转速是设置的转速，给定转速根据设定的蒸汽轮机升速率向目标转速靠近。

步骤7：依据暖机执行时间和蒸汽轮机转速，执行设置目标转速为2900r/min信号；

步骤8：当给定转速等于2900r/min时，执行阀切换指令；

步骤9：当阀切换完成后，执行设置目标转速为3000r/min信号；

步骤10：执行“ATC完成检查”指令，直到蒸汽轮机实际转速在2995r/min～3005r/min之间。

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例应用对象为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的630MW超临界汽轮机，其自启动控制方法的步骤包括：

1)自动挂闸；

2)自动运行；

3)自动置目标转速500r/min；

4)500r/min摩擦检查；

5)自动置目标转速2000r/min；

6)2000r/min中速暖机；

7)自动置目标转速2900r/min；

8)自动进行阀切换；

9)自动置目标转速3000r/min；

10)ATC完成检查。

优选地，所述步骤1)需要满足以下启动条件时，汽轮机控制系统“自动挂闸”指令才能够执行：①汽轮机已跳闸；②润滑油系统正常；③EH油系统正常；④所有阀门全关；⑤所有疏水阀全关；⑥无偏心大报警；⑦无蒸汽室内外壁金属温差大报警；⑧无高中压外缸上下金属温差大报警；⑨低压缸排汽温度正常；⑩ATC方式。

步骤1)启动条件中的“ATC方式”采用手动按钮进行人工确认。当选择“ATC方式”时，汽轮机控制方式采用自启动功能；当“ATC方式”不被选中时，汽轮机控制方式为常规操作方式。

为了增加汽轮机自启动控制系统的安全性和可靠性，设置了“启动ATC”人工确认按钮。当以上启动条件全部满足时，点击“启动ATC”按钮，汽轮机控制系统将自动执行挂闸指令。

步骤1)完成的条件判据为：汽轮机已挂闸，且中主门全开。

优选地，所述步骤2)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“自动运行”指令才能够执行：①ATC方式；②汽机已挂闸，且中主门全开；③盘车电机已启动或汽轮机转速大于100r/min；

步骤2)完成的条件判据为：汽轮机已运行，高调门全开。

优选地，所述步骤3)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速500r/min”指令才能够执行：①ATC方式；②汽轮机刚运行(汽轮机已运行45s脉冲信号)③高调门全开；

步骤3)完成的条件判据为：汽轮机目标转速等于500r/min。

优选地，所述步骤4)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“500r/min摩擦检查”指令才能够执行：①0r/min<汽轮机转速<500r/min；②“需要摩擦检查”按钮已投入。“需要摩擦检查”按钮默认为退出状态，汽轮机需要进行摩擦检查时由人工手动投入。

此外，在汽轮机进行升速过程中，升速率根据汽轮机的状态进行自动预设，预设后也可由人工进行修改。汽轮机的状态判断及预设升速率为：①冷态(第一级金属温度＜120℃)，预设升速率为50r/min²；②温态(120℃≤第一级金属温度＜415℃)，预设升速率为100r/min²；热态(415℃≤第一级金属温度＜450℃)，预设升速率为150r/min²；极热态(450℃≤第一级金属温度)：预设升速率为150r/min²；

所述步骤4)完成的条件判据为：“需要摩擦检查”未投入且490r/min<汽轮机转速<510r/min或汽轮机跳闸；

优选地，所述步骤5)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速2000r/min”指令才能够执行：490r/min<汽轮机转速<510r/min；

所述步骤5)完成的条件判据为：汽轮机目标转速等于2000r/min；

优选地，所述步骤6)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“2000r/min中速暖机”指令才能够执行：①目标转速等于2000r/min；②给定转速在1980～2000r/min；此外，“暖机”默认为投入状态，暖机时间预设为：①冷态：150min；②温态：90min；③热态：0min；④极热态：0min；该暖机时间也可由人工手动设置。

所述步骤6)完成的条件判据为；设置的暖机时间已到或人工手动取消暖机。

优选地，所述步骤7)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速2900r/min”指令才能够执行：1990r/min<汽轮机转速<2010r/min

优选地，所述步骤7)完成的条件判据为：目标转速等于2900r/min；

优选地，所述步骤8)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“进行阀切换”指令才能够执行：①给定转速等于2900r/min；②无阀切换报警(右主汽阀内外壁金属温度偏差大)；

所述步骤8)完成的条件判据为：阀切换完成，全开高主门系数为1，全开高调门系数为0。

优选地，所述步骤9)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速3000r/min”才能够执行：阀切换完成；

所述步骤9)完成的条件判据为：目标转速等于3000r/min；

优选地，所述步骤10)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“ATC完成检查”才能够执行：①阀切换完成；②目标转速等于3000r/min；

所述步骤10)完成的条件判据为：汽轮机实际转速在2995r/min～3005r/min之间。

实施例二：

如图3所示，本实施例与实施例一基本相同，其不同点为本实施例中的汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的1000MW超临界汽轮机。由于其在自启动过程中要求不考虑对汽轮机进行摩擦检查的过程，其自启动控制方法的步骤包括：

1)自动挂闸；

2)自动运行；

3)自动置目标转速500r/min；

4)自动置目标转速2000r/min；

5)2000r/min中速暖机；

6)自动置目标转速2900r/min；

7)自动进行阀切换；

8)自动置目标转速3000r/min；

9)ATC完成检查。

优选地，所述步骤1)需要满足以下启动条件时，汽轮机控制系统“自动挂闸”指令才能够执行：①汽轮机已跳闸；②润滑油系统正常；③EH油系统正常；④所有阀门全关；⑤所有疏水阀全关；⑥无偏心大报警；⑦无蒸汽室内外壁金属温差大报警；⑧无高中压外缸上下金属温差大报警；⑨低压缸排汽温度正常；⑩ATC方式；

步骤1)启动条件中的“ATC方式”采用手动按钮进行人工确认。当选择“ATC方式”时，汽轮机控制方式采用自启动功能；当“ATC方式”不被选中时，汽轮机控制方式为常规操作方式。

为了增加汽轮机自启动控制系统的安全性和可靠性，设置了“启动ATC”人工确认按钮。当以上启动条件全部满足时，点击“启动ATC”按钮，汽轮机控制系统将自动执行挂闸指令。

步骤1)完成的条件判据为：汽轮机已挂闸，且中主门全开。

优选地，所述步骤2)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“自动运行”指令才能够执行：①ATC方式；②汽机已挂闸，且中主门全开；③盘车电机已启动或汽轮机转速大于100r/min；

步骤2)完成的条件判据为：汽轮机已运行，高调门全开。

优选地，所述步骤3)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速500r/min”指令才能够执行：①ATC方式；②汽轮机刚运行(汽轮机已运行45s脉冲信号)③高调门全开；

步骤3)完成的条件判据为：汽轮机目标转速等于500r/min。

在汽轮机进行升速过程中，升速率根据汽轮机的状态进行自动预设，预设后也可由人工进行修改。汽轮机的状态判断及预设升速率为：①冷态(第一级金属温度＜120℃)，预设升速率为50r/min²；②温态(120℃≤第一级金属温度＜415℃)，预设升速率为100r/min²；热态(415℃≤第一级金属温度＜450℃)，预设升速率为150r/min²；极热态(450℃≤第一级金属温度)：预设升速率为150r/min²；

优选地，所述步骤4)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速2000r/min”指令才能够执行：490r/min<汽轮机转速<510r/min；

所述步骤4)完成的条件判据为：汽轮机目标转速等于2000r/min；

优选地，所述步骤5)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“2000r/min中速暖机”指令才能够执行：①目标转速等于2000r/min；②给定转速在1980～2000r/min；此外，“暖机”默认为投入状态，暖机时间预设为：①冷态：150min；②温态：90min；③热态：0min；④极热态：0min；该暖机时间也可由人工手动设置。

所述步骤5)完成的条件判据为；设置的暖机时间已到或人工手动取消暖机。

优选地，所述步骤6)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速2900r/min”指令才能够执行：1990r/min<汽轮机转速<2010r/min

所述步骤6)完成的条件判据为：目标转速等于2900r/min；

优选地，所述步骤7)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“进行阀切换”指令才能够执行：①给定转速等于2900r/min；②无阀切换报警(右主汽阀内外壁金属温度偏差大)；

所述步骤7)完成的条件判据为：阀切换完成，全开高主门系数为1，全开高调门系数为0。

优选地，所述步骤8)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“置目标转速3000r/min”才能够执行：阀切换完成；

所述步骤8)完成的条件判据为：目标转速等于3000r/min；

优选地，所述步骤9)需要满足以下启动条件，汽轮机控制系统“ATC完成检查”才能够执行：①阀切换完成；②目标转速等于3000r/min；

所述步骤9)完成的条件判据为：汽轮机实际转速在2995r/min～3005r/min之间。

如不包含暖机时间在内，本发明中的自动启动控制过程大约为10分钟，某次ATC启动过程如图4所示，较常规人工操作的时间短。

本发明中根据汽轮机特点设置了多条ATC启动允许条件，当启动允许条件全部满足时才可执行ATC步序，因此对于汽轮机的本身有较好保护作用。在ATC启动过程中，汽轮机的偏心、轴承温度、绝对膨胀、轴振、轴向位移等重要参数均能达到良好指标，在一定程度上延长了汽轮机的使用寿命。某次ATC启动过程中各项指标如图5所示。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是为了帮助本领域中的普通技术人员很好的理解。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种推演、变形和替换。这些变更和替换都将落在本发明权利要求书所限定的范围内。