燃机电厂真空系统智能一键启停功能设计与应用

燃机电厂真空系统智能一键启停功能设计与应用

章振伟

广东粤电新会发电有限公司，广东 江门 529100

摘要：真空系统作为汽轮机重要的系统之一，为机组的安全可靠运行提供重要的保障，真空的好坏是评价一个电厂的重要指标之一。在目前自动化水平越来越高的要求下，电厂APS系统的应用被大家广泛注意，真空系统的一键启停功能是APS中的重要组态部分。如何能够在不需要人工干预的情况下，在机组启动前建立良好的真空是值得我们研究的问题。本文主要介绍了基于艾默生OVATION 3.5.1控制系统的基础上，通过顺序控制的逻辑设计，对真空系统一键启停的实施方案，描述了机组在冷、温、热态的状态下真空系统一键启停的步序和原理，实现真空系统一键启停的目标。

关键词：真空系统；一键启停；顺序控制

一、真空系统概述

真空系统的作用是在机组启动前利用真空泵从凝汽器中抽出空气以及其他不凝结气体为凝汽器建立真空，而在机组正常运行时抽出凝汽器中渗入的空气和其他不凝结气体使凝汽器的真空保持在设计值。

广东粤电新会发电公司机组真空系统配置两台100%容量的双级水环式真空泵组。每台真空泵组由一台真空泵、一台真空泵电机、一台密封水冷却器、一台汽水分离器、一台密封水循环泵及电机、管道、阀门及仪表组成。

真空热工控制设计有系统程序控制，包含了开关量和模拟量的控制，由一套系统顺控、两套单元顺控和两套模拟量调节回路组成。真空系统顺控控制17台套设备，每套真空泵单元顺控各控制4台设备。

真空系统程序控制采用了先进的控制理念和智能构件，设备的电气联锁和热工联锁应用了“缺省自动智能联锁”模块，模拟量自动调节回路采用“三态式切换”和“超驰纠偏”智能构件，在智能构件的支持下，真空系统程序控制能够实现“一键启停”。

图1 真空-轴封蒸汽工艺系统图

1、真空系统控制设备

系统级控制18台设备，（1）A-汽封风机、（2）B-汽封风机、（3）真空破坏阀、（4）辅助蒸汽来汽封蒸汽关断门、（5）汽封母管至低压缸电动关断门、（6）汽封母管至疏水扩容器气动阀、（7）A-真空泵、（8）A-真空泵入口气动门、（9）B-真空泵、（10）B-真空泵入口气动门、（11）高压缸汽封疏水气动阀、（12）A-再循环泵、（13） B-再循环泵、（14） A-真空泵密封水补水电磁阀、（15） B-真空泵密封水补水电磁阀、（16）辅汽来汽封蒸汽旁路电动门、（17）冷再热蒸汽来汽封蒸汽旁路门、（18）冷再热蒸汽来汽封蒸汽关断门。（注：以上设备名称取自当前运行设备显示画面）

2、真空系统调节回路

模拟量调节回路两套：（1）汽封蒸汽母管压力调节，（2）汽封蒸汽母管溢流调节（汽封母管压力辅助控制）。

智能联锁设备系统

“缺省自动智能联锁”设备系统两套：（1）真空泵系统；（2）汽封风机。

二、控制策略

图2 真空-轴封蒸汽系统一键启停DCS画面

1、真空系统启动

汽机热力状态规定，以汽轮机內缸内壁下半周金属壁温为基准。

冷态：＜150℃

温态：≥150℃，＜400℃

热态：≥400℃

（1）、冷态启动

步序0：在真空系统一键启停控制控制画面上按下“真空系统顺控启动”键。

条件：真空系统设备全部已经切换至“自动”方式（系统启动前需由人工切换），循环水系统已经运行，凝结水系统也已经运行，自动调节回路M/A站工作方式投在自动（人工切换），工艺条件不具备则M/A站显示“STAND-BY”（调节回路在“自动伺服”状态，手动操作无效）。

步序1：发出指令打开，（1）真空破坏阀、（2）汽封母管至低压缸电动关断门、（3）汽封母管至疏水扩容器气动阀、（4）高压缸汽封疏水气动阀、（5）汽封母管至冷凝器调节阀开度100%。

关闭，（1）辅助蒸汽来汽封蒸汽关断门、（2）辅汽来汽封蒸汽旁路电动门、（3）冷再热蒸汽来汽封蒸汽旁路门、（4）冷再热蒸汽来汽封蒸汽关断门、（5）冷启动汽源/辅汽来主路调门开度0%。

步序2：待步序1指令执行到位后，且辅助蒸汽温度≥250℃，发出指令，全开辅助蒸汽来汽封蒸汽关断门。

步序3：辅助蒸汽来汽封蒸汽关断门全开5秒后，开始暖管。打开冷启动汽源/辅汽来主路调门，置起始阀位在30%，暖管阶段汽封蒸汽母管压力调节回路给定（SV）值自动设定在5kPa。汽封母管至冷凝器调节阀已打开至100%，汽封母管至疏水扩容器气动阀已全开，汽封母管温度和汽机轴封系统开始升温 ，暖管过程中，汽封蒸汽母管压力调节回路维持汽封母管压力不超过5kPa。待汽封母管温度≥250℃、汽机低压汽封温度＞90℃，暖管完成。

图3 智能化三态式轴封蒸汽母管压力调节组态图

步序4：全关汽封母管至疏水扩容器气动阀，用时5分钟（暂定）汽封母管至冷凝器调节阀（＜2%认为已经全关）。汽封蒸汽母管压力调节回路SV值由5kPa按设定斜率（待定）自动过渡到40kPa，冷启动汽源/辅汽来主路调门根据调节器SV值开大或关小调节均压箱压力。汽封蒸汽母管压力调节回路SV值如果已设定在40kPa，调节过程中若冷启动汽源/辅汽来主路调门开度至60%，汽封蒸汽母管压力尚未超过38kPa，辅汽来汽封蒸汽旁路电动门将参与汽封蒸汽母管压力调节，调节方式为点动、两位式，点动方式为开0.5秒，停20秒。冷启动汽源/辅汽来主路调门开度至30%，汽封蒸汽母管压力已超过42kPa，辅汽来汽封蒸汽旁路电动门将关小，点动关0.5秒，停20秒。

步序5：汽封蒸汽母管温度≥250℃、汽轮机低压汽封温度＞90℃，汽封蒸汽母管压力≥10kPa。条件满足，启动轴封风机。

步序6：任一台轴封风机启动正常，轴封加热器负压＜-3kPa（表示轴封风机启动且已正常工作），启动真空泵单元顺控 。

步序7：任一台真空泵启动正常，凝汽器真空＞-85kPa，延时30秒，自动启动第二台真空泵，当凝汽器真空＜-2.5kPa，关闭真空破坏阀。

步序8：真空破坏阀关闭，真空＜-92kPa，自动停第二台投入的真空泵。

启动完成。

图3真空-轴封蒸汽系统一键启停波形图

（2）、温、热态启动

除步序3外，其余步序条件和调节均与冷态相同。

步序3的完成条件为，轴封母管压力≤5kPa、汽机低压汽封温度＞90℃，均压箱温度以汽机高压缸调端温度为基点，±110℃。基于轴封母管温度不能低于250℃，不高于380℃（轴封母管设计有温度控制，SV值=380℃），汽机高压缸调端温度240℃～270℃，轴封母管温度不应高于对应的调端温度110℃，汽机高压缸调端温度360℃～490℃，调端温度不应高于对应均压箱的温度110℃，调端温度＞270℃，＜360℃，380℃是轴封母管温度的上限，250℃是轴封母管温度的下限。

2、真空系统停止

步序0：在真空系统一键启停控制控制画面上按下“真空系统顺控启动”键。

条件：真空系统设备全部已经切换至“自动”方式，自动调节回路在“自动”方式。

步序1：单元顺控停真空泵。

步序2：两台真空泵都已停运，汽轮机转动＜400rpm。打开真空破坏阀。

步序3：真空破坏阀已经打开，凝汽器真空＞-5.33kPa，全关均压箱辅助蒸汽电动门。

步序4：均压箱辅助蒸汽电动门已经全关，均压箱压力＞10kPa，10分钟后，退出轴封风机。

真空系统停止结束。

结束语

通过真空系统的一键启停应用，大大的降低了冷态起机时机，同时提高了机组的真空可靠性，一键启停的应用大幅地提高了电厂的自动化水平，避免了人为的误操作，降低了运行人员的操作风险，有效地提高了电厂的经济性，未来推广一键启停是电厂热控工作的重中之重。

参考文献：

[1]王立地.火电燃煤机组程序自动启停系统（APS）与智能控制.北京：中国电力出版社，2020.6

[2]李铭. 1000MW机组一键启停MCS控制思路简述.产业经济,2020-11.

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