汽轮机低压缸切缸改造控制逻辑设计

唐宜强

华电国际技术服务分公司 山东 济南 250014

摘要：对汽轮机低压缸切缸运行中存在问题进行分析，从热控角度进行安全分析，给出了相应的解决措施及控制逻辑设计原则，优化控制方案及保护设计，避免压缸末级叶片在低压缸处于极低容积流量下带来的颤振、鼓风、水蚀等问题，为相关抽凝机组汽轮机切缸改造提供科学的控制方案。

关键字：汽轮机切缸改造 鼓风、震颤、水蚀 热工控制 逻辑设计

1、引言

为了解决弃风弃光问题，国家提出了火电机组灵活性改造倡导，以提高机组深度调峰的能力，进一步消纳新能源电力增长带来的安全问题。因“低压缸切缸”技术具有经济效益高，成本低，可行性高等诸多优势，当前国内对汽轮机灵活性和深度调峰改造的主要方式为“低压缸切缸”。“低压缸切缸”是指中压缸排汽基本上全部通过抽汽管道引出，仅保留少量的冷却蒸汽进入低压缸带走转子叶片与内部工质摩擦产生的热量从而实现低压缸不做功的一种运行方式。

2、改造方案

目前的主流方案是通过对中低压缸联通管的改造来实现，在联通管安装能够完全密封的蝶阀，并在联通管上增设一路旁路通过减温减压提供进入低压缸的冷却蒸汽量，冷却蒸汽旁路设置调节阀和流量计或流量显示装置，汽轮机低压进口处设置温度测点和压力测点。

图1：低压缸切缸改造热控系统图

3、改造主要危险因素分析

改造带来的风险主要是可能会发生低压缸末级叶片鼓风、震颤、水蚀等现象，给汽轮机带来危害。

1） 切缸状态运行期间因低压缸进汽量减少，低压缸末级、次末级甚至次次末级叶片都处于做负功状态，可能会发生鼓风摩擦，导致排汽温度升高，可能引起凝汽器冷却水管胀口、低压缸排汽口与凝汽器连接伸缩节损坏，破坏严密性、低压缸账差增大引起动静摩擦、造成轴系膨胀不一致导致振动增大、汽机低压缸的轴承座膨胀发生高低转子不同心振动增大、低压缸变形等。

2） 低压缸切缸状态运行，末级叶片处于低负荷、汽流波动大的环境下运行，容易发生颤振，即异步强迫振动。叶片处于颤振状态运行，叶片发生疲劳断裂的时间将大大提前，为汽轮机运行带来附加风险。

3） 汽轮机切缸状态运行，低压缸排汽需要喷水减温，在较低排汽容积流量下，汽轮机排汽区域会形成回流夹带喷水产生的水滴打在末级叶片出汽边根部形成较为严重的水蚀，对汽轮机的运行安全带来一定的风险。

4、控制及逻辑设计

针对低压缸切缸改造带来的危险因素，需对低压缸末级、次末级叶片的振动、温度进行重点监视控制，避免鼓风、震颤、水蚀现象的发生。

1） 低压缸切缸控制

切缸的时候根据低压缸末级叶片的温度，自动调节旁路冷却蒸汽量以满足低压缸冷却需要，防止低压缸末级叶片超温，根据多次切缸的运行数据，有经验的单位把蒸汽减温减压调门和减温水调门放在一个固定的数值，也可满足低压缸切缸安全需求。

2） 为避免加剧低压缸末级叶片水蚀的影响，低压缸排汽温度高喷水流量不宜过大，而且需采用雾化效果好的喷头，需要对原先不符合要求的喷水系统进行改造。同时一旦发生低压缸排汽温度上升或低压缸末级叶片温度升高，应及时可靠低投入喷水减温系统或增大冷却蒸汽调门开度。

3） 叶片颤振监测

加装汽轮机叶片健康监测系统，实现对叶片振幅、频率、叶顶间隙、叶片金属温度的实时监测，当任一参数超限，能够发出报警，提醒运行人员。目前市场上开发的汽轮机叶片健康监测系统可以实现对末级叶片振动情况的实时监测，能提供诱发叶片颤振的危险工况点，在以后的运行中加以避开。

4） 运行控制

在切缸过程中密切监控低压缸末端的温度、振动及轴向位移或胀差等参数，通过切缸试验找出最佳切缸参数，以实现低压缸极低流量下，叶片不超温，低压缸不喷水运行，尽量将水蚀的影响降至最低。

5） 逻辑设计

通过控制逻辑的优化注意以下几点：

优化低压缸切缸的自动控制系统，并将新加的温度、压力、振动等相关测点接入DEH系统或TSI系统，增加相应的报警和保护逻辑。以实现中压缸排汽参数、汽轮机TSI参数、低压转子末级叶片机排汽口温度的监视、控制。

确保低压缸冷却旁路系统可靠性。减温减压系统、汽水分离系统、冷却蒸汽调节系统的设备选用高质量产品，热工测点宜冗余配置，逻辑要容错设计，严禁“单点”保护或控制。

优化喷水保护逻辑，提高其可靠性。温度保护逻辑的温度条件应冗余可靠，温度信号需经质量判断、延时滤波，三取二或四取二逻辑判断，高一值报警，提醒运行人员，高二值输出保护信号联动低压缸喷水机构。

完善低压缸排汽温度保护逻辑，低压缸排汽温度信号需经质量判断、延时滤波，三取二或四取二逻辑判断，当排汽温度达保护定值，高一值报警，高二值联跳汽轮机。

5、结语

通过以上改造及控制逻辑优化，能够保障汽轮机低压缸切缸过程顺利、过渡平滑，各参数正常不超限，根据机组负荷和供热量要求进行机组凝抽背运行方式的随意切换，保证满足供热要求的前提下，提高了机组调峰调频的能力。

参考文文献：

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