（1西北电力建设工程监理有限责任公司；
2西北电力试验研究院有限公司710032）
摘要：针对ALSTOM1000MW超超临界汽轮机的应力特点及RUNBACK试验经验，结合分析超超临界机组RB过程中存在的问题及不足，提出相应的优化试验控制策略。
关键词：超超临界汽轮机组；1000MW机组；应力保护；RUNBACK
1．概述
某电厂机组为1000MW国产超超临界燃煤脱硫脱硝机组，其中汽轮发电机组由北重阿尔斯通（北京）电气装备有限公司生产超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机，锅炉为北京巴布科克科-威尔科克斯有限公司生产超超临界参数燃煤变压直流锅炉，单炉膛，前后墙对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣，控制系统采用西屋公司OvationDCS。DEH使用的是阿尔斯通公司自己生产的控制系统和硬件。
2.阿尔斯通汽轮机热应力说明及计算
2.1应力保护设计思路：
应力计算控制着转速和负荷变化率的自动调整，这样使应力不会超限。如果应力超限较大汽轮机跳闸。
转子表面温度>转子平均温度即为冷应力状态，当温差大于35℃/k跳机；热应力跳机计算根据转子平均温度定义转子最大允许温度偏差（如表1），当转子表面温度与平均温度之差超限时，热应力计算值将达到100%，若热应力达到102%延时5min跳机，达到105%且为热应力状态时延时1min跳机，达到105%且为冷应力应立即跳机。
变负荷速率限制10%VWO/min，如果实际变负荷速率超出该速率，即触发甩负荷状态。
2.2应力计算：
由于运行时转子表面温度不能被测量，汽缸内壁表面温度作为相应汽缸转子的一个参考温度。汽轮机控制器通过应力计算监测高中压缸应力，转子热应力分布根据反动叶栅进口蒸汽温度计算。实际的应力状况根据汽机热力场计算机模型（图1）计算获得。如下述公式：
应力=△θ1*K2/△θlimit
θ1：HPTREFTSTRC转子表面温度
△θ1：DT1HPSURFSTRSACTVALUE认为最实际的转子平均温度与表面温度的偏差。
θm：HPAVGRTRTEMPACTVALUE转子平均温度。
△θ1*K2：HPSURFSTRESS用于计算应力的转子平均温度与转子表面温度的差。
△θlimit：最大允许的温差，根据启机前的转子平均温度计算出一条曲线，按照转子表面温度，计算出最大允许的温差。
3．RUNBACK控制策略
该机组RB动作后，控制方式由CCS（协调控制）模式切换为TF（汽机跟随）模式，锅炉主控输出辅机出力限制值，锅炉主控处于跟踪模式。
在变负荷初始阶段由于锅炉热惯性不能快速响应机组电负荷的变化，机组滑压方式变负荷时，为了减少压力控制的偏差需要将压力设定值变化滞后机组电负荷指令。因此设计该机组主汽压力目标值先经过固定的速率限制，然后经过5阶惯性生成最终的主汽压力设定值，惯性时间根据正常工况、变负荷工况及RB工况分别设置不同的惯性时间，并能够在上述工况下进行自动切换。
给水指令由静态部分和动态部分组成，锅炉主控指令经过一个曲线函数FX后，形成了与锅炉负荷静态匹配的给水指令，称为给水指令的静态部分。机组变负荷过程当中，静态给水指令叠加CCS系统发出的预加水信号后形成总的给水指令。针对锅炉反应滞后的问题，在锅炉主控指令后面增加了三阶惯性环节后再经过最小流量值限制后，最终形成给水流量设定信号。为了协调燃料与给水的时间特性，惯性时间根据机组变负荷过程，RUNBACK过程自动进行修改。锅炉进入直流方式后，给水控制还需兼顾主汽温度调节和中间点温度的调节任务，为此设计有中间点温度给水校正控制回路，以及根据喷水减温的情况，动态的输出给水指令校正信号。RUNBACK过程中给水流量是快速减小的，这个过程给水流量控制必须紧跟设定值变化，否则会引起给水流量较大扰动，对汽温和汽压影响很大，控制不好容易引发机组停机事故，因此，必须重视RB过程的给水流量控制，RUNBACK工况下给水惯性时间就显得尤为重要。
RUNBACK工况下，过热度会出现先低后高的情况，因此在RUNBACK工况发生后给水应采取先快后慢的控制，前期快速的减少给水流量，防止过热度及汽温的降低，后期给水流量减少变慢，这样有利于抑制过热度及汽温的快速上升，起到预防锅炉超温的作用。
RUNBACK工况发生后，机组将快速的减少负荷，DEH逻辑当中设计有甩负荷状态，即变负荷速率限制10%VWO/min，如果实际变负荷速率超出该速率，即触发甩负荷状态。甩负荷状态触发后，应力保护定值将相应的设置为最大值。
机组发生RUNBACK、甩负荷等剧烈工况时为维持能量平衡，汽轮机高中压缸调阀均会大幅度关小，从而造成进入汽轮机蒸汽由于节流损失和缸体内压力下降对应饱和温度降低原因，温度会急剧下降，转子急剧冷却而产生巨大热应力。同时为防止蒸汽温度骤降，汽轮机高中压缸进汽调阀相应需要迅速关闭，这使得汽轮机缸体内的蒸汽温度迅速降低，转子急剧冷却产生巨大热应力。为减缓进入汽轮机的蒸汽温度下降速率只有通过调整高中压缸进汽调阀开度，减少节流损失和减缓缸体内蒸汽压力下降速度，常规控制程序中为维持蒸汽参数稳定，剧烈工况发生时汽轮机高中压调阀均以较快速率持续减小开度且不允许再次增加开度直至机组燃料、给水、负荷均达到对应数值，优化后的逻辑将阀门开度减小分为阶段式，给蒸汽温度与转子充分换热时间，减缓转子温度下降速率，减缓转子应力产生速率从而达到控制转子应力的目的。
图1汽机热力场计算机模型
4.RUNBACK动作过程及试验情况
4.1RUNBACK动作过程
在机组运行中，若出现辅机出力限制值小于负荷指令时，且在RB功能投入情况下，将发生RB工况，快速减少锅炉燃料，机组处于TF（汽机跟随）方式滑压运行，锅炉主控输出跟踪计算的最小辅机出力限制，将锅炉煤量减少至辅机出力限制对应的煤量。
该机组设计有磨煤机RB、引风机RB、送风机RB、一次风机RB以及给水泵RB，磨煤机RB后出力为运行磨的最大带载能力所计算出的电负荷，其余辅机RB出力分别按照520MW，520MW，480MW，520MW设置。
RB信号存在时，根据不同情况跳闸磨煤机。并投入B层油枪。
送风机、引风机、给水泵RB时，如果磨煤机运行台数大于或等于5，RB触发后立即按以下顺序跳A磨煤机，D磨煤机，每台磨煤机间隔时间10s，直至只剩4台磨煤机运行。
一次风机RB时，如果磨煤机运行台数大于或等于4，RB触发后立即按以下顺序跳A磨煤机，D磨煤机，F磨煤机，每台磨煤机间隔时间5s直至只剩3台磨煤机运行.
4.2RUNBACK试验情况
通过真实的停设备方式，进行了各项RB试验功能，各项RB功能触发后均能在短时间内使机组达到新的稳态，实际运行工况中同侧送风机、引风机互相联跳，因此送风机、引风机RB功能试验可合为一项进行，试验中机组各项参数变化都能保证机组安全稳定运行。主要参数变化情况见下表。
5.RB试验中出现的问题和改进措施
5.1给水流量调节过慢的问题
送风机RB试验过程中，出现给水流量调节速度太慢，导致蒸汽温度下降过多，引起汽机冷应力上涨过快，被迫中止试验。经过检查，给水控制PID块为PIDFF块，针对于PIDFF功能块要求输出为0%-100%，此前针对于此功能块的输出为转速信号，输出上限按照6000设置，因此PID中的参数也是按照转速信号计算设置，因此发生RUNBACK后，给水量快速及大范围变化时，PID输出变化有限，导致给水调节太慢。针对上述现象，将PIDFF功能块中输出范围改为0%-100%并经函数转换为给水泵转速输出，重新计算相应的PID参数后，经过试验验证给水调节速度能够满足RB工况要求。
5.2应力上涨过快，接近跳机定值的问题
机组进行RB试验时，由于机组快速降负荷，汽轮机应力上涨迅速，尤其一次风机RB试验时，由于降负荷是RB当中速率最快的，其冷却应力的上涨速度、上涨幅度也是最大的，即便在RB结束后人为加负荷干预的情况下，冷却应力最高上涨至98%以上（冷却应力达到105%，无延时跳机）。RB试验中虽然机组快速降负荷，但未能触发DEH中甩负荷状态，DEH判断机组处于冷却状态，用于应力计算的温度最大允许偏差为35K，致使冷却应力最高上涨至98%。RB工况下，为了使汽轮机应力保护更加合理，降低机组触发RB快速降负荷时造成不必要跳机的概率，减少附加给汽轮机的低周期疲劳考虑，因此RUNBACK工况发生后，由DCS侧直接送信号至DEH侧触发甩负荷状态，这样将减少机组跳闸的机会，保证机组的安全运行。
6.结束语
通过试验，对发现的问题进行了详细的分析，并制订了相应的应对方案，优化了控制逻辑，基本上解决了在辅机出现故障时，能够保证机组安全稳定运行，避免因为辅机故障时，因操作不当或不及时而锅炉灭火，跳机，为电网的稳定运行起到重要作用