浅谈上汽百万机组温度裕度与X准则

浅谈上汽百万机组温度裕度与 X 准则

郭晗

中煤新集利辛发电有限公司 ，安徽 亳州 236700

摘要：本文针对上汽西门子1000MW汽轮机组的应力控制进行简单介绍，深入浅出地讲解温度裕度控制与X准则的控制策略，以期为同类型机组运行及检修人员更容易理解该型机组的温度裕度控制提供帮助，在启停机过程中发生相应问题时能更快更好的做出处理，由于作者水平有限，不足之处敬请指正。

关键词：温度裕度、X准则、热应力控制

板集电厂汽轮机参用上汽西门子技术的机组，DEH控制系统参用艾默生公司的OVATION3.5.0，该型机组控制系统的一大特点就是汽轮机DEH系统自启停功能，实际运行过程中自启动功能的应用更为常见和普遍，在这个过程中，经常会发生由于温度裕度或是X准则不满足导致在某些启动步序停留时间较长，而此时由于控制逻辑是由T3000程序直接翻译过的且控制逻辑中的注释为英文等问题，给运行及检修人员理解问题造成困扰。本文就是对该型机组的热应力控制策略进行分析和讲解，为同类型机组使用人员的日常工作提供帮助。

1热应力裕度（温度裕度）

以下以高压主汽门壳体为例，详细说明温度裕度的计算过程：系统通过温度元件测量高压主汽门壳体100%处温度T₁₀₀与壳体的平均温度T₅₀（系统在计算过程中使用壳体50%处温度代表壳体的平均温度），根据测得的温度计算出当前温差dT=T₁₀₀-T ₅₀，再根据高压主汽门壳体平均温度T ₅₀对应的许用温升曲线计算出壳体在该温度下的许用温升值dTup（该值为正数），则此时的高压主汽门壳体的升裕度值Tup=dTup-dT；而计算降裕度则需要根据高压主汽门壳体平均温度T ₅₀对应的许用温升曲线计算出壳体在该温度下的许用温降值dTdp（该值为负数），则此时的高压主汽门壳体的降裕度值Tdp= dT-dTdp，因板集电厂汽轮机温度裕度控制模式默认为NORMAL。

高压转子与中压转子使用的计算方法与高压主汽门相似，不同的是高中压转子本体上由于无法安装侧点，高压转子引用了高压内缸100%处璧温作为转子表面温度，中压转子引用了中压内缸金属90%处温度作为中压转子表面温度，然后利用有限元仿真模拟算法分别计算出高中压转子的中心温度。

在板集电厂实际的DEH热应力控制逻辑中，升负荷和转速时的应力裕度为高压转子的裕度、中压转子的裕度、高压缸裕度中的最小值，在升负荷时如果任一部分计算出的应力裕度不满足，出现了负的应力，则DEH的温度裕度画面将会出现相应的报警，并且热应力裕度控制器将限制机组升负荷或转速。降负荷时的应力裕度为高压主汽门阀壳、高压调门阀壳、高压汽缸、高压转子、中压转子五个部位的应力裕度的最小值，如果出现负的应力，同样会在温度裕度画面有报警，也会限制降负荷的速率。需要特别说明的是温度裕度在任何情况下都不会影响降转速的速率。在计算出最终的热应力裕度值后，经上限30下限0的限幅后再除以30就得出热应力裕度值对应的升降负荷与转速的比例值，该比例值再乘以升降负荷与转速的基础值之后，就得出最终的升降负荷和转速的幅度，在现有逻辑设计中升降负荷的基础值为100mw/min，升降转速的基础值为600rpm/min。也就是讲如果当前最小温度裕度超过30的话，汽轮机热应力控制对汽轮机升降负荷的速率限制为100mw/min、对升转速的限制为600rpm/min，其中的升降负荷速率数值只是理论上的一个数值，因为现实情况是锅炉的蓄热能力将会大大限制升降负荷的速率。

2 X准则（可变的温度准则）

X准则在上汽百万机组的应力控制中是一个比较难以理解的东西，上汽厂的调试指南上有这样的描述：“X 准则用来汽轮机的启动过程中保证进入汽机的主蒸汽和再热蒸汽参数符合 X 准则的要求，否则汽轮机的启动步序将无法进行下去。”

以下简单说明X准则的计算公式：

1）X2准则=主汽压力下的饱和温度 -（左侧高调阀 50%处壁温+1.3×左侧高调阀 50%处壁温的 f(x)函数），此处的f(x)函数对应汽轮机相应金属部件的温度裕度曲线，下同。

2）X4准则=两侧主汽温度取小后 - 主汽压力下的饱和温度的 f(x)函数

3）X5准则=两侧主汽温度取小后 -（高压转子表面温度和高压缸 50%处壁温）取大后的 f(x)函数

4）X6准则=两侧再热汽温度取小后 - 中压转子表面温度的 f(x)函数

5）X7A准则=（两侧主汽温取大）-（高压转子表面计算温度+高压转子表面温度的 f(x) + 1.4×（高压转子升负荷时的裕度+（高压转子计算温度 - 高压转子表面温度）））

6）X7B准则=（两侧主汽温取大后）-（高压缸 50%处温度+高压缸 50%处温度的 f(x)+2.2×（高压缸升负荷时的裕度+（高压缸 100%处温度 - 高压缸 50%处温度）））

7）X8准则=两侧再热汽温取大后 -（（中压转子表面温度+ 2.3×（中压转子升负荷时的裕度+（中压转子计算温度－中压转子表面温度）））

其中X2、X7A、X7B、X8均为负值，都是要求金属温度不能过低，也就是要求暖机比较充分；X2要求高调阀50%处温度不能过低，X7A要求高压转子计算温度不能过低，X7B要求高压缸温度不能过低，X8 要求中压转子温度不能过低。X4、X5、X6为正值，要求蒸汽温度不能过低，也就是要求蒸汽品质符合要求；X4、X5 要求主汽温度不能过低，X6要求再热汽温不能过低。X2准则在开主汽门前用到；X4、X5、X6 准则在汽机冲转前用到；X7A、X7B准则在汽机360rpm暖机后释放正常转速时用到；X8准则在机组并网前用到。通过上述计算公式及描述我们不难发现，X准则与温度裕度的概念是紧密相连的，而且X准则是建立在温度裕度的基础上的。直白的讲的话，所谓的X准则其实就是要求相应的部件温度与蒸汽温度之间的关系满足一个变化的温差的要求。这个温差有要求蒸汽温度不能太低的，也有要求汽轮机金属部件温度不能太低的，在某一步运行之前检查相应的要求是否被满足，如果温差被满足，说明机组的各个参数可以满足该步任务顺利完成，以此来确保SGC自启动过程每一步的成功执行，有效节约汽轮机组的启动时间，提高汽轮机的整体运行效率。

在运行中发现的问题：从建厂以来的多次启动来看，由于汽轮机自启动程序SGC中第12步的反馈要求两侧主汽门前温度均大于360摄氏度，主蒸汽参数已经比较高了，在随后的第13步时要求满足X2准则，X2准则要求高调阀壳温度与主汽压力下的饱和温度相差不能过大，此时的高调阀壳温度又比较低，满足X2准则就意味着主蒸汽的参数不能过高。这样就进入了一个死循环，如果严格按照SGC程序的要求就只能在第13步时经过比较长时间的等待，当主蒸汽热量从高压主汽门前慢慢的通过金属传导到高压调门阀壳上，直至高压调阀的温度也升上来之后满足X2准则，才能继续之后的自启动过程，这就会明显影响机组的经济性，后经咨询厂家后得知设备厂家的技术人员也认为该设计过于苛刻，建议用户下调第12步的温度限制，但是对于该温度限制的下调量设备厂家的技术人员并未给出一个明确的数值，就造成大部分用户对该参数的限制值无法明确，可能会给机组的运行带来隐患。后续的工作中对该参数限制还不能掉以轻心，应会同相关专业对该参数的调整寻找更多的理论数据支撑，为机组的全生命周期安全稳定运行打好基础。

总之，上汽西门子百万机组的温度裕度控制及X准则是一套比较完善的监视并控制汽轮机热应力综合性系统，其全面的控制策略明显减轻了运行人员的工作量，同时可以有效防止人为误操作的发生。当然，该系统还存在很多未能理解透彻的的技术细节，在今后的工作中还需多多研究，更深入的理解其控制方法与策略。

参考文献：

[1]上海电气.超超火电现场调试指南

[2]上海电气.超超临界凝汽式汽轮机调节保安系统说明书