燃气_蒸汽联合循环供热发电机组汽轮机运行模式控制

燃气－蒸汽联合循环供热发电机组汽轮机运行模式控制陈振山，王燕晋(华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045)摘要：汽轮机组在热电转换过程中，有三种主要运行模式，包括纯凝模式、抽汽模式、背压模式。

本文介绍了汽轮机运行模式及模式转换的控制。

关键词：汽轮机运行模式;纯凝;抽汽;背压中图分类号：TM611.31文献标识码：B文章编号：1003-9171（2013）07-0010-03Control of the Steam Turbine Operation Modes for the Gas-steamCombined Cycle Thermal Power PlantChen Zhen-shan，Wang Yan-Jin（North China Electric Power Research Institute Co．Ltd．，Beijing100045，China）Abstract：The steam turbine has three main kinds of operatation modes in the thermoelectric conversion process，in-cluding condensing mode，extraction mode and back pressure mode．This paper introduces the control of the steam turbine operation modes and modes conversion．Key words：the steam turbine operation modes；condensing；extraction；back pressure0前言随着城市的发展和人民居住条件的改善，热负荷需求不断增加。

大部分城市（工业或采暖）供热以热电联产方式为主，即采用供热机组供热，得到两种产品：电能和热能，提高了机组经济性［1］。

草桥热电厂热电联产机组的建立，将替代周边区域部分供热小锅炉，成为西南热电中心，保证北京西南部市区供热需求，对改善北京环境空气质量有重大意义。

符合节约资源和环境保护的基本国策，在城市建设和发展热电联产集中供热，具有战略意义。

稳定的汽轮机运行模式转换控制，保证了机组热电转换的安全可靠，根据热负荷调整到相应的机组运行模式，保证供热目标的同时资源得到充分利用。

1机组概述蒸汽轮机是上海电气制造的三压、再热、双缸、凝汽式汽轮机。

3S联轴器布置位于高中压和低压之间，可以实现低压缸在线切除，汽轮机可以纯冷凝式运行，也可以背压抽汽式机组运行。

2汽轮机运行模式转换设备描述以下设备包括一个低压主汽阀油动机（包括2个跳闸电磁阀、1个控制电磁阀）、一个低压调节阀油动机（包括2个跳闸电磁阀）、一个低压启动调节阀油动机、一个补汽主汽阀油动机（包括2个跳闸电磁阀、1个控制电磁阀）、一个补汽调节阀油动机（包括2个跳闸电磁阀）、一个抽汽逆止门油动机（包括2个跳闸电磁阀）、一个抽汽关断门油动机（包括2个跳闸电磁阀）、一个抽汽调节阀油动机（包括2个跳闸电磁阀、1个控制电磁阀）由中压控制油系统控制，控制电源为交流220V。

其中所有调节阀由电液伺服阀实现连续控制，所有主汽阀为开关二位控制。

3S联轴器为交流220V双向电磁阀控制。

3汽轮机运行模式定义以下内容包括汽轮机3种主要运行模式的状态定义：纯凝模式、抽凝模式、背压模式。

3．1纯凝模式3S联轴器啮合位，抽汽压力控制未投入，中排压力控制未投入。

3．2抽凝模式补汽主汽门关位，补汽调节门关位，抽汽逆止门开位，抽汽关断门开位，3S联轴器啮合，LTAB （低压侧透平启动和升程限制器）大于45.5%。

3．3背压模式低压主汽门关位，低压调节门关位，低压启动调节门关位，抽汽逆止门开位，抽汽关断门开位，3S联轴器未啮合，LTAB不小于28.5%。

4汽轮机模式转换自动控制回路在汽轮机运行模式转换过程中，存在2个自动控制回路：中压排汽压力控制和抽汽压力控制。

4．1中压排汽压力控制4．1．1自动控制该控制回路由低压调节门控制中压排汽压力。

目标值范围0．3 0．7MPa，变化率范围0 0．5MPa/min。

4．1．2手动控制中压排汽压力控制手动时，可通过增减指令对PID输出进行干预，每次动作0．2%。

4．1．3保护动作以下动作条件按优先级逐步升高：（1）3S联轴器啮合且背压转抽凝过程进行时，输出10%。

（2）中压排汽压力控制投入时背压转抽凝过程进行，输出100%。

（3）中压排汽压力控制投入时热网故障，输出100%压力。

（4）LTAB大于50%且纯凝模式，输出为100%。

（5）中排蒸汽温度大于378ħ或中排压力大于0.7MPa，输出按控制器每个扫描周期0．025%的开度增加。

（6）抽凝转背压过程进行，输出为0。

（7）低主门关位或背压模式或低压缸转速大于54．5Hz，输出为0。

4．2抽汽压力控制4．2．1自动控制该控制回路由抽汽调节门控制抽汽（热网）压力。

目标值范围0 1MPa，变化率范围0 0．5 MPa/min；抽汽压力控制投入自动置目标值为0.2MPa、变化率为0．1MPa/min。

4．2．2手动控制抽汽压力控制手动时，可通过增减指令对PID输出进行干预，每次动作0．2%。

4．2．3保护动作以下动作条件按优先级逐步升高：（1）抽汽压力控制退出时，输出为0%。

（2）抽汽转背压模式过程进行或背压模式或全切模式，输出为100%。

5汽轮机运行模式转换过程5．1纯凝转抽凝中排压力控制投入，低压调节门控制中排压力；抽汽压力控制投入，LTAB降至62%，补汽调门以4%/s关至0%，补汽调门关闭后，补汽主汽门控制电磁阀带电关闭，抽汽逆止门跳闸电磁阀带电开、抽汽关断门跳闸电磁阀带电、控制电磁阀失电开，抽汽调门跳闸电磁阀带电，开始控制热网压力，此时热网运行，进入抽凝运行模式。

5．2抽凝转背压通常情况下，只有在二拖一模式下，燃机已经达到最大负荷，而热负荷仍然要求增加时，才切除低压缸。

但在某些特殊条件下切除低压缸也是可能的。

切除低压缸前应确认燃机、余热锅炉及热网都处于稳定状态，确认切除过程中，中压缸压比在2．5 8．5。

随着热网负荷的升高，低压缸进汽量不断降低，符合条件后可以抽凝转背压请求，触发3S联轴器解锁，低压启动调门指令置0%，低压转速设定值为实际转速－1，转速不断下降至低压缸切除，LTAB降至30%（低压主汽门控制电磁阀带电关，低压和补汽调节门跳闸电磁阀失电关，低压和补汽主汽门跳闸电磁阀失电），抽汽调节门指令置100%，中排压力控制退出，低压调节门指令置0%，进入背压运行模式。

切除低压缸有失败情况：抽凝转背压进行30 s低压缸转差＜1Hz（低压缸退出未动作）；抽凝转背压30min后低压缸转速＞500r/min（低压缸退出失败）。

当失败发生时前一个条件直接触发背压转抽凝进行，后一个条件需要手动指令触发背压转抽凝进行。

5．3背压转抽凝为了减少供热负荷增加电负荷，需要投入低压缸。

冲转低压缸前，燃机当前负荷应与最大满负荷之间保持至少15%的余量，确保在冲转低压缸过程中，具备随时补偿蒸汽的能力。

当抽凝转背压过程30s内低压缸转速不下降，则取消低压缸切除计划，重新开启调速汽门控制转速到3S联轴器啮合并锁定，抽汽调节阀打开，快速增加汽轮机负荷15MW，重新转入抽凝运行。

正常背压转抽凝，需人为触发背压转抽凝请求进行，此时LTAB升至62%（低压和补汽主汽门跳闸阀带电，低压和补汽调节门跳闸电磁阀带电，低压主汽门控制电磁阀失电开），低压缸转速设定值为实际转速+0．5Hz，升速至并低压缸成功且3S离合器啮合，之后中排压力控制自动投入，进入抽凝运行模式。

此过程有并低压缸阶段，低压缸启动前不需要暖机，冲转过程中，低压主汽门全开，低压调节阀全关，热网抽汽调节阀控制供热压力，利用中压排汽作为汽源，用低压启动调门冲转低压转子，在2950r/min时执行预锁定，低压缸并网后，汽轮机进入抽凝模式，低压调门逐步打开增加低压缸负荷。

当低压启动调门全开，3S联轴器仍未啮合时，需要开启补汽系统进行供汽（同时需要满足补汽蒸汽品质，否则补汽无法投入，低压缸无法并入，必须重新转为背压模式），手动升速，每次动作0．15%，以保证低压缸顺利并入。

5．4抽凝转纯凝不需要供热时，退出抽汽压力控制，再退出中排压力控制，抽汽逆止门跳闸电磁阀失电，抽汽关断门控制电磁阀带电关、跳闸电磁阀失电，转为纯凝模式，全部转为电负荷。

此运行模式为提高机组资源利用，可投入补汽控制。

6存在的问题6．1中排压比问题在抽凝运行模式热负荷比较大时（低压调门开度小，抽汽调门开度大），若热网系统出现故障，抽汽回路会立即切断，即抽汽逆止门、关断门均关闭，此时虽然低压调节门指令瞬时置100%，但门体本身并不会立即开，而是按阀门本身设计的速率慢慢开大，这样造成中排压力瞬间增大，引起中排压比动作而跳机。

在背压运行模式时，低压回路已经全部切断，此时若出现热网系统故障，抽汽回路切断同样会造成中排压比高动作而跳机。

为了保护汽轮机设备安全，工艺或控制需要完善。

6．2控制电源问题低压侧所有电磁阀控制均为交流220V电源，当冗余电源切换时，虽然切换时间满足要求，但也会给响应精度高的汽轮机调门造成抖动，应该更换为直流控制电源更加可靠。

7总结草桥热电厂供热机组根据热网需求负荷，选择相应的汽轮机运行模式，既保证了供热的需求，也实现了能源的充分利用。

在完善的汽轮机运行模式逻辑的控制下，热电转换稳定可靠，保证了汽轮机组长期安全稳定的运行。

本文通过对汽轮机运行模式控制逻辑介绍和提出的一些问题，可以为同类机组提供参考与借鉴，并得到不断完善优化。

参考文献［1］张瑞青，杨旭昊，王雷．不同抽汽工况下供热机组热经济性分析［J］．热力透平，2011（1）．收稿日期：2013-05-30作者简介：陈振山（1981—），男，工程师，华北电力科学研究院有限责任公司热控所从事火电厂基建调试工作。

(本文编辑卢晓华檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱)·电力科技信息·2012年世界核电概况2012年，世界核电发电量遭受了有史以来最大规模的下滑，因为日本的核电站在过去一年间一直处于停运状态。

国际原子能机构的数据表明，2012年世界各国核电站总发电量为23460亿kWh，比2011年减少了7%。

这个数字表明了过去一年中日本核电停运、德国8个机组关闭以及世界上其他运营问题的影响。

2012年日本总共有48座在运反应堆停止发电，这是自1999年以来核电发电的最低水平。

美国水晶河核电站、卡尔霍恩堡核电站和圣奥诺弗雷核电站两个机组也没有发电。