400 MW级燃气—蒸汽联合循环分轴机组自启停技术应用研究

周学志

(无锡西区燃气热电有限公司，江苏 无锡 214000)

随着环保要求的日益提高，燃气—蒸汽联合循环发电技术具有高效清洁等特点，在我国发展十分迅速[1]。燃气轮机自动化程度普遍较高，燃机基本上可以实现自动启停。目前各电厂都在探索实现整套机组的自动启停技术(automatic plant startup and shutdown system，简称APS)， 能否实现机组的APS是机组自动化程度的标志，由于不同厂家、不同型号的燃气轮机以及配套设备不同，造成各个发电厂的APS流程和实际效果不尽相同。 APS优势在于可以减轻操作员的工作强度，最大限度防止人员误操作，通过控制系统合理的逻辑、参数设计，向整个机组提供可靠、经济的启停指令。

本文主要介绍无锡西区燃气热电有限公司(简称西区热电)机组的APS实现方法、效果，旨在为同类型机组提供借鉴。

1 设备概况

西区热电一期工程采用西门子SGT5-4000F(4+)型燃气轮机、无锡华光UG-SCC5-4000F-R型立式余热锅炉、上海汽轮机厂有限公司的LZC141.6-13.2/1.3/0.5型三压再热抽凝汽轮机共同组成一拖一分轴联合循环机组，并采用SIEMENS SPPA-T3000控制系统[2]。

2 APS启动工艺流程

APS启动过程根据现场实际需要设有锅炉上水、燃机点火前和联合循环3个阶段选项。当APS发出启动命令后系统启动顺序：启动循环水系统→启动开式冷却水系统→退出燃机减负荷控制→启动闭式冷却水系统→启动燃机辅助系统(密封油系统无故障且润滑油系统正常)→启动汽轮机辅助系统(润滑油、顶轴油、盘车、控制油)→启动凝结水系统→启动余热锅炉低压省煤器系统→启动余热锅炉低压系统→启动余热锅炉中压系统→启动余热锅炉高压系统。如果启动时选择的启动状态为锅炉上水，则程序执行到此处暂停。

当选择的启动状态为燃机点火前、联合循环时，APS检查燃机发电机氢气压力正常(氢压>280 kPa)后继续执行启动步序指令：投入汽轮机轴封及抽真空→投入汽轮机疏水联锁→检测余热锅炉烟气挡板已开。当选择启动状态为燃机点火前，则程序执行到此处暂停，等待燃机启动指令。

当选择的启动状态为联合循环时，燃机发出启动命令，燃机启动直至全速空载，等待燃机发电机并网，此处设置断点，经操作员检查确认后进行燃机发电机一键程控并网。

由于燃机的负荷、排气温度受环境温度影响较大，为了使燃机排气温度与汽轮机冲转温度相匹配，对机组冷态启动燃机并网后的初始负荷进行动态优化，燃机并网后自动投入燃机负荷控制，燃机在不同环境温度下所带初始负荷不同[3]。当压气机入口温度>25 ℃时视为夏季，初始负荷30 MW；当压气机入口温度<5 ℃时视为冬季，初始负荷50 MW；当5 ℃<压气机入口温度<25 ℃时对应负荷在30～50 MW。

当汽轮机冲转条件满足后，点击汽轮机冲转按钮，发出汽轮机冲转命令，确认蒸汽品质后汽轮机开始升速。汽轮机根据冷态、热态自行判断是否需要在600 r/min时停留暖机，如需要暖机，则需将转子温度升至>200 ℃或暖机时间大于60 min，达到升速条件后，点击释放转速按钮将汽轮机升速至额定转速；如不需要暖机，则汽轮机直接冲转至额定转速。汽轮机定速后经检查确认无异常汽轮发电机程控一键并网，汽轮机并网后APS启动程序结束。整个机组冷态启动程序有燃机发电机并网、汽轮机冲转、汽轮机升至额定转速、汽轮发电机并网4个断点；热态启动则只有燃机发电机并网、汽轮机冲转、汽轮机升至额定转速3个断点。

3 APS停机工艺流程

在APS停机画面中选择机组停机，机组投入燃机减负荷程序，以17 MW/min的速率减负荷至200 MW，该阶段设定时间为15 min，目的是保证机组在任何负荷下都有足够的降负荷时间并且能够降低锅炉压力，之后程序指令退出机组CCS方式，当CCS方式已退出、IGV关到最小阀位反馈指示灯亮起后，经运行操作员确认，汽轮机发出停机指令，汽轮机开始程控停机，当汽轮发电机负荷<10 MW时汽轮机跳闸、解列，汽轮机跳闸后燃机自动降负荷至30 MW，之后燃机发出停机指令，燃机自动停机，当燃机火检信号消失后APS停机程序结束。

4 APS启动水位控制

机组启动阶段的水位控制是机组启动操作的重点，想要实现APS自动控制非常困难，各电厂在这方面也做过大量尝试和努力，但效果差强人意，APS调试人员在调试期间尝试了新的控制策略，其调试过程如下：首先利用汽包连续排污调整门、定期排污电动门与上水调门配合调整水位，由于连续排污管道较细，无法达到水位调节要求，同时连排扩容器体积较小，当高、中压汽包连排同时开启时会影响系统安全，还发现在机组启动初期锅炉产生汽压之前，汽轮机侧抽真空后，锅炉侧空气会由连续排污管道经汽包串到汽轮机侧，导致真空降低，只有关闭汽包连续排污调整门后真空明显回升。

定期排污电动门跟踪水位调节时，电动门频繁动作调节，虽然可以满足调节要求，但是电动门频繁动作可能会烧毁电动门执行机构，定期排污电动门也没有改成调节门的先例，必定考虑设备特性和成本。经过讨论，决定对定期排污电动门增加模拟量开度反馈指令，控制策略上采用定期排污电动门阶梯式开启和关闭的方法控制汽包水位，以控制难度最大的高压汽包为例：锅炉启动水位sp1设定值为-500±100 mm；在燃机点火后定期排污电动门开至25%；在汽包液位达到-300 mm时定期排污电动门开至50%；在汽包液位达到-150 mm时定期排污电动门开至75%；在汽包液位达到0 mm时定期排污电动门开至100%；一旦汽包内汽水继续膨胀到100 mm时，汽包事故放水电动门联锁开启，可起到水位调节的后备作用。当水位下降到某定值时增加5 s关阀延时，避免定期排污电动门频繁开关[4]。

5 结束语

机组APS实施后效果明显，数次机组启停过程中无任何异常现象发生，锅炉汽包的水位调节效果优于之前的人工调节，使机组启动更加平稳，极

大提高了机组的自动化水平，减轻了运行人员在机组启停过程中的操作量和操作压力，降低了人员劳动强度，并且使操作规范化、流程化，提高发电厂管理水平，提高机组的安全性和经济性，保证机组启停机过程安全、可控。本机组APS控制策略可为同类型机组APS系统的设计和开发提供参考。

[1] 刘 杨，邹 东，冯 利，等.基于单轴布置的联合循环电站轴承振动研究[J].东北电力技术，2017，38(6)：14-21.

[2] 燃气—蒸汽联合循环机组集控运行规程：Q/XQRD—2016[S].

[3] 孟晓曦，王 朋，刘桂华.不同负荷下燃气—蒸汽联合循环机组性能分析[J].东北电力技术，2007，28(10)：23-26.

[4] 卢广法.西门子F级燃气—蒸汽联合循环发电机组培训教材[M].杭州：浙江大学出版社，2014:5-6.