| 标题 | 温度裕度在百万机组启动过程中升速率控制的应用 |
| 范文 | 摘 要：随着科技的发展及社会进步，目前发电机组容量越来越大，300MW、600MW、1000MW甚至更高，机组自动化控制水平也越来越高，尤其是百万机组一键启动自动化控制。本文主要论述应力裕度在百万机组西门子DEH控制系统中一键启动过程中的应用，其中包括高压缸升裕度、高压转子升裕度、中压转子升裕度。 关键词：高压缸升裕度;应力裕度;高压转子升裕度;中压转子升裕度 中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）13-0110-02 1 应力裕度 1.1汽机热应力评估（TSE）的基本功能 汽轮机部件受热不均，出现温差就会产生热应力。温差越大，热应力也越大。部件加热时受到压缩应力，部件冷却时收到拉伸应力。而压缩和拉伸应力的不断交错循环，将会导致金属产生疲劳裂纹，消耗设备的使用寿命，并逐渐扩大直到断裂失效。为此，对于汽机的阀体、缸体、转子等厚重部件需要控制热应力。而控制热应力的最好方法就是控制部件内外温差，控制部件内外温差的最好方法则是延缓部件的升、降温速率。 西门子DEH的应力评估TSE就是将汽机厂的这些要求转换成程序，测取（或模拟计算）受温度剧烈变化影响的汽机主要厚重部件如高中压主汽门阀体、高中压缸体、高中压转子等部件的内外壁温，然后计算出可能的最大应力（用温差进行表征）并与规定限值进行比较，从而构成汽机监视系统的一部分，并根据应力决定汽机启动过程中的升速率以及变负荷时最大的允许负荷变动率[1]。 1.2温度裕度（Margin） 温差是用来表征热应力最直接的物理量。为此汽机厂根据各部件的特性，制定了主要厚重部件的温差限制，以期把热应力限制在合理的寿命消耗范围内。 温度裕度的计算。其中，横坐标表示部件中心的温度，纵坐标表示温差。两条上下线是汽机厂根据部件特性给出的正、负温差限制值，分别代表机组升、降两个工况下部件最大的允许温差。将部件允许的温差减去部件实际温差（dT）得出的差值就是部件温度裕度Margin。 上限温度裕度ddTU=dTpermu-dT; 下限温度裕度ddTL=dT-dTpermL。 Margin越大，所受的热应力越小;反之，如果Margin越小，说明热应力越大。如果Margin小于0，此时热应力已经超出了厂家的要求，再进行升速或变负荷将会导致超出预期的寿命消耗，减少部件的使用寿命，因此需要限制。 2 百万机组西门子DEH控制系统中应力裕度的计算 2.1高压缸升裕度的计算 高压缸升裕度计算主要由高压缸蒸汽温度100%和高压缸蒸汽温度50%温差计算，高压缸蒸汽温度100%温度元件安装在高压缸外缸壁100%处，测量的是高压缸外缸壁受热面温度，高压缸蒸汽温度50%温度元件安装在高压缸外缸壁50%处，测量的是高压缸外缸壁中心温度。 高压缸升裕度等于高压缸蒸汽温度50%对应的应力折线函数值减去高压缸蒸汽温度100%和高压缸蒸汽温度50%温差值，高压缸升裕度=高压缸蒸汽温度50%对应应力折线函数值-（高压缸蒸汽温度100%-高压缸蒸汽温度50%），温差越大，高压缸升裕度越小。 2.2高压转子升裕度的计算 高压转子升裕度主要是通过三个高压缸内缸温度90%来体现，由于高压缸内缸壁和高压缸转子接触的为同一热源，所以高压缸内缸壁和高压缸转子受热面温度相同，因此可以将高压缸内缸壁温度等效代替高压缸转子中心温度显示。百万机组西门子机型高压缸内缸壁90%处位置安装3支独立的温度元件来等效换算为高压转子温度。高压缸转子升裕度等于高压缸内缸壁温度90%三选中后对应一个应力折线函数值减去高压缸内缸壁温度90%三选值与高压缸内缸壁温度90%经过不同占比的一阶惯性修正后的值，即应力折线函数值减去高压缸转子在一定时间内的温度变化值。 高压转子升裕度=折线函数值-（高压缸内缸壁温度90%-高压缸内缸壁温度90%一阶惯性修正值）。 2.3中压转子升裕度的计算 中压转子升裕度计算与高压转子升裕度计算相同。中压转子升裕度主要是通过三个中压缸内缸温度90%来体现，由于中压缸内缸壁和中压缸转子接触的为同一热源，所以中压缸内缸壁和中压缸转子受热面温度相同，因此可以将中压缸内缸壁温度等效代替中压缸转子中心温度显示。百万机组西门子机型中压缸内缸壁90%处位置安装3支独立的温度元件来等效换算为中压转子温度。中压缸转子升裕度等于中压缸内缸壁温度90%三选中后对应一个应力折线函数值减去中压缸内缸壁温度90%三选值与中压缸内缸壁温度90%经过不同占比的一阶惯性修正后的值，即应力折线函数值减去中压缸转子在一定时间内的温度变化值。 中壓转子升裕度=折线函数值-（中压缸内缸壁温度90%-中压缸内缸壁温度90%一阶惯性修正值）。 3 应力裕度在百万机组西门子DEH控制系统中的应用 百万机组西门子DEH控制设置额定升速率为600/min，在一键启动第23步中，运行人员确定汽机冲转并释放转速后，目标转速设定为3009rpm，汽轮机将以额定升速率冲转，在高压缸升裕度/高压转子升裕度/中压转子升裕度中，任意一个≤30K，汽机升速率将开始受限，并且随着高压缸升裕度/高压转子升裕度/中压转子升裕度降低而减小，且成正比。 3.1额定升速率（WTF）的选择 在DEH系统中WTF逻辑页，当机组未并网时，额定升速率选择为10.0199995Hz/min，即601.19rpm/min，当机组并网时，额定升速率选择为0.26Hz/min，即15.6 rpm/min。 3.2实际升速率与稳定裕度对应关系 在DEH系统中WTF逻辑页，实际升速率为高压缸升裕度/高压转子升裕度/中压转子升裕度选最小值除以30再乘以额定升速率，高压缸升裕度/高压转子升裕度/中压转子升裕度与实际升速率为正比关系。 3.3目标转速中升速率控制 在DEH系统中NS逻辑页，SWFOF为目标转速给定输出块，其中OFB为升速率给定，UFB为降速率给定。目标转速设定为3009rpm后，将以OFB升速率给定值升速。 3.4实际转速升速率的判断 在DEH系统中NT逻辑页，F2OF为实际转速速率变化计算输出，如果实际升速率≤0.028Hz/s，即实际升速率≤100.8rpm/min，且在临界区内，则会退出机组启动。 3.5百万机组汽轮机临界区 在DEH系统中NT逻辑页，百万机组临界区设定有两个，一个是转速在11Hz～14Hz，即660rpm～840rpm，另一个为17Hz～47.5Hz，即1020rpm～2850rpm。 3.6退出启动后自动减转速，退出临界转速区域 在DEH系统中NS逻辑页，DEH退出启动时，会发出给转速设功能页NS发出退出启动信号NSNF，去SWS6F输出选择块，选择第二路输出，此时转速设定值= 当前际转速-1Hz/min，即转速设定值=当前实际转速- 60r/min，确保调门可靠关闭直至退出临界转速区域。 参考文献 [1] 孙长生，朱北恒.DL/T 774―2004，火力发电厂热工自动化系统 检修运行维护规程[S].北京：中國电力出版社，2015. Abstract：With the development of science and technology and the progress of society， the capacity of generating set is getting larger and larger than 300MW / 600 MW / 1000MW or higher at present， and the level of automatic control is higher and higher， especially the automatic control of one-click start-up for millions of units. This paper mainly discusses the application of stress margin in the one-key start-up process of Siemens DEH control system for millions of units， including high-pressure cylinder margin， high-pressure rotor margin and medium-pressure rotor margin. Key words：high pressure cylinder margin;stress margin;high pressure rotor margin;medium pressure rotor margin 收稿日期：2020-06-05 作者简介：金彦昌（1982—），男，吉林长春人，本科，工程师，研究方向：热工控制。 |
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