赵三军
宁夏枣泉发电有限责任公司 宁夏 银川 750002
摘要：汽轮机冲转直接影响汽轮机的寿命，正确的进行汽轮机冲转对发电厂而言有极其重要深远的意义。
关键词：热应力；汽轮机寿命；暖阀
一、汽轮机冲转的关键
为确保汽轮机的安全运行，各个厂家在汽轮机启动过程中，对汽温、金属温度在空间、时间以及数 值上都有着明确的要求，这些要求反映在汽轮机金属温度上都十分严格，其主要目的均是最大限度的降低金属热应力确保汽轮机受热膨胀均匀，延长汽轮机寿命。
上汽机组的特点
以往 的机组或其他厂家的机组在汽轮机启动过程中，对于热力参数和热应力的控制，完全由运行人员依据厂家说明书及运行规程进行判断和控制，人为确定汽轮机启动过程中下一个步骤是否进行。 而上汽引进西门子技术的超超临界汽轮机组在启动控制策略中，则将启动过程中热力参数、汽缸阀体热应力控制综合纳入自动控制逻辑，采用的方法是用温度X准则来监视和判断热力参数是否满足工况 和机组热应力的要求，用应力估算器时刻对各应力部件的热应力进行实时计算，并提供判断依据，在整个启动过程中完全由系统软件控制汽轮机自动启动，代替人为判断热应力是否满足以及下一步操作是否进行。上汽自启动，简化了运行操作，降低了汽轮机启动难度。
二、汽轮机控制画面讲解
汽轮机控制器画面主要由启动装置控制回路（S/UP DEVICE）、转速负荷控制回路 （SPD/LOAD CTRL）、压力控制回路（HP PRES CTRL）三部分构成，以上三个回路换算出的指令经过中央低选功能得出总流量指令，再通过高排温度控制器（HP EXH TEMP CTRL）、高压叶片级压力控制器（暂未投入）（HP BLAD PRES CTRL）及阀位限制功能（POSN LIMIT）的限制，从而控制高中压调门及补汽阀的阀门开度。
（一）汽机启动装置
启动装置起作用于汽机启动阶段，其指令即TAB指令，TAB指令由启动步序自动生成（其指令输出（0~100%） ），当TAB在外部控制时，人为也可输入指令值。在机组启动过程中，启动装置TAB每次到达某一限值时，其输出TAB都会停止变化，等待启动步序SGC ST执行特定任务操作，操作完成收到反馈信号后，启动装置TAB输出才继续变化。
（二）转速设定值（SPEED SETP）
汽机设置目标转速，由闭环控制器自动计算生成， 在启动过程中无需运行人员操作，盘车转速为 50~60 转/分，程控设定暖机转速 500转 /分，当暖机结束后，由操作员手动释放额定转速，程控设定机组额定转速为 3009 转/分， 略高于电网频率，用于防止并网瞬间逆功率。当转速设定值手动设置不被闭锁时，也可人为输入目标转速值。
（三）负荷设定值（LOAD SETP）
即汽机设置目标负荷，并网后自动置于最小负荷设定值（初始负荷一般为额定负荷的 15%（66MW），也可以根据电厂实际情况在调试期间在逻辑内部 修改），在升负荷过程中，由运行人员手动输入目标负荷指令及升降负荷速率限值（LOAD GRAD SETP），该速率同样受 TSE 限制。当协调方式投入（EXT LOAD SP ON），目标负荷值将接受 CCS 外部负荷指令（EXTERN LOAD SETP）。负荷设定值，还将受最大负荷设定值（MAX LOAD SETP）限制。 实际负荷值与负荷设定值的偏差，将送入转速负荷控制器进行闭环运算。
（四）压力设定值（HP SETP）
压力设定值（HP SETP）由 CCS 给出目标指令来控制汽机前压力，限压方式 （LIMIT PRES）和初压方式 （INITIAL PRES）由运行人员手动选择。在启动过程中，应在限压方式下；带负荷后，由于在旁路关闭瞬间产生压力波动，应切至初压方式下。实际压 力值与压力设定值的偏差将送入压力控制器进行闭环运算，当偏差大于 15Bar，将会达 到压力限制值（LIMIT PRES REACHED），汽机由控制功率变为控制机前压力。机组正常运行中，协调方式下采用限压方式。
（五）HP EXH TEMP －高排温度控制器
汽轮机运行过程中，如高压缸叶片级温度（MAA50CT 15/1 6/1 ）过高，高排温度控制器将工作，关小中调门开度，高调门同时开大增加高压缸的冷却流量。如高排 温度进一步升高，将关闭高压主汽门和调门，高排通风阀打开抽真空，关闭高压缸，由中压缸进汽运行。 当高压缸叶片级温度回到正常值，汽轮机负荷大于 100MW，顺控 SGC OPEN HP TURB 将自动激活，将高压主汽门调门重新打开，系统恢复正常运行。 另外，如高压缸切除后汽轮机跳闸，该顺控也将激活，将系统复位。
（六）热应力评估（TSE）和限制
汽轮机在工况变化时，其部件的内外壁一定会产生温差；出现温差就会产生热应力，且温差越大，热应力也越大。金属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，并逐渐扩大直到断裂失效，设备寿命消耗殆尽。为了合理地分配和使用汽轮机寿命，并使汽机在使用寿命内发挥最大的效益，汽机厂会根据其产品的结构和材料特性，对受温度剧烈变化影响的主要厚重部件如高中压主汽门阀体、高中压缸体、高中压转子等计算出合理的许用温差曲线。DEH的应力评估（TSE）则测取（或模拟计算）这些部件的内外壁温，用温差评估热应力的大小。TSE再把这个差值与部件的许用温差值进行比较，即得出所谓的温度裕量（Margin）。温度裕量越大，说明温差越小，部件所受的热应力也越小。为了确保机组启动和变工况时，其热应力处于可控范围，DEH根据温度裕量的大小自动设置升速率和最大允许的负荷变动率。而且TSE出现故障时，DEH将不允许机组启动，并闭锁汽轮机升速或变负荷。
（七）冲转中的暖阀操作
当调阀室金属温度低于210℃时，开启主汽门预暖阀门,在汽轮机启动前必须预热调节阀蒸汽室，以免汽轮机一旦启动调节阀蒸汽室遭受过大的热冲击。
主蒸汽压力<20 bar,主汽门保持开启60分钟;
20bar<主蒸汽压力<30 bar,高压调门中心温度<210 °C, 主汽门保持开启30分钟;
30bar<主蒸汽压力<40 bar,高压调门中心温度<210 °C, 主汽门保持开启15分钟;
20bar<主蒸汽压力<30 bar,高压调门中心温度>210 °C, 主汽门立即关闭;
40bar<主蒸汽压力, 主汽门立即关闭。
冷态启动过程中需要打开主汽门进行暖阀，X2准则是主汽门打开的限制条件， X2准则限制主蒸汽压力对应下的饱和蒸汽温度不能太高，主要是考虑此时主汽门及调节汽门温度较低，主汽门打开后，主蒸汽温度下降较多，如果大幅度低于饱和温度，那么在汽门内表面就会形成传热系数很高的凝结换热，造成汽门内表面温度上升较快从而造成热应力过大。由于水蒸气饱和温度随其压力上升而升高，该准则可以看做是对主汽压力的限制，为此，汽轮机启动时可以适当降低主汽压力以降低蒸汽的饱和温度。
名词解释
热应力：温度改变时，物体由于外在约束及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力
汽轮机寿命：汽轮机的寿命是指从初次运行至转子出现第一条宏观裂纹（长度为0.5-2mm）期间的总工作时间。
逆功率：是发电机继电保护的一种，作为各种原因导致汽轮机原动力失去或不足，发电机出现有功功率倒送、发电机变为电动机运行异常工况的保护，用于保护汽轮机。
闭环控制：是将系统输出量的测量值与期望值的给定值相比较，由此产生一个偏差信号，利用此偏差信号进行调节控制，使输出值尽量接近于期望值。
凝结换热：当蒸汽与低于其饱和温度的冷壁面接触时，就会产生凝结换热现象，蒸汽释放出汽化潜热，凝结成为液体。
参考文献：上汽机组说明书