摘 要：隨著科技的發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步，目前發(fā)電機(jī)組容量越來(lái)越大，300MW、600MW、1000MW甚至更高，機(jī)組自動(dòng)化控制水平也越來(lái)越高，尤其是百萬(wàn)機(jī)組一鍵啟動(dòng)自動(dòng)化控制。本文主要論述應(yīng)力裕度在百萬(wàn)機(jī)組西門(mén)子DEH控制系統(tǒng)中一鍵啟動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)用，其中包括高壓缸升裕度、高壓轉(zhuǎn)子升裕度、中壓轉(zhuǎn)子升裕度。

關(guān)鍵詞：高壓缸升裕度;應(yīng)力裕度;高壓轉(zhuǎn)子升裕度;中壓轉(zhuǎn)子升裕度

中圖分類號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）13-0110-02

1 應(yīng)力裕度

1.1汽機(jī)熱應(yīng)力評(píng)估（TSE）的基本功能

汽輪機(jī)部件受熱不均，出現(xiàn)溫差就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。溫差越大，熱應(yīng)力也越大。部件加熱時(shí)受到壓縮應(yīng)力，部件冷卻時(shí)收到拉伸應(yīng)力。而壓縮和拉伸應(yīng)力的不斷交錯(cuò)循環(huán)，將會(huì)導(dǎo)致金屬產(chǎn)生疲勞裂紋，消耗設(shè)備的使用壽命，并逐漸擴(kuò)大直到斷裂失效。為此，對(duì)于汽機(jī)的閥體、缸體、轉(zhuǎn)子等厚重部件需要控制熱應(yīng)力。而控制熱應(yīng)力的最好方法就是控制部件內(nèi)外溫差，控制部件內(nèi)外溫差的最好方法則是延緩部件的升、降溫速率。

西門(mén)子DEH的應(yīng)力評(píng)估TSE就是將汽機(jī)廠的這些要求轉(zhuǎn)換成程序，測(cè)?。ɑ蚰M計(jì)算）受溫度劇烈變化影響的汽機(jī)主要厚重部件如高中壓主汽門(mén)閥體、高中壓缸體、高中壓轉(zhuǎn)子等部件的內(nèi)外壁溫，然后計(jì)算出可能的最大應(yīng)力（用溫差進(jìn)行表征）并與規(guī)定限值進(jìn)行比較，從而構(gòu)成汽機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的一部分，并根據(jù)應(yīng)力決定汽機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的升速率以及變負(fù)荷時(shí)最大的允許負(fù)荷變動(dòng)率[1]。

1.2溫度裕度（Margin）

溫差是用來(lái)表征熱應(yīng)力最直接的物理量。為此汽機(jī)廠根據(jù)各部件的特性，制定了主要厚重部件的溫差限制，以期把熱應(yīng)力限制在合理的壽命消耗范圍內(nèi)。

溫度裕度的計(jì)算。其中，橫坐標(biāo)表示部件中心的溫度，縱坐標(biāo)表示溫差。兩條上下線是汽機(jī)廠根據(jù)部件特性給出的正、負(fù)溫差限制值，分別代表機(jī)組升、降兩個(gè)工況下部件最大的允許溫差。將部件允許的溫差減去部件實(shí)際溫差（dT）得出的差值就是部件溫度裕度Margin。

上限溫度裕度ddTU=dTpermu-dT;

下限溫度裕度ddTL=dT-dTpermL。

Margin越大，所受的熱應(yīng)力越小;反之，如果Margin越小，說(shuō)明熱應(yīng)力越大。如果Margin小于0，此時(shí)熱應(yīng)力已經(jīng)超出了廠家的要求，再進(jìn)行升速或變負(fù)荷將會(huì)導(dǎo)致超出預(yù)期的壽命消耗，減少部件的使用壽命，因此需要限制。

2 百萬(wàn)機(jī)組西門(mén)子DEH控制系統(tǒng)中應(yīng)力裕度的計(jì)算

2.1高壓缸升裕度的計(jì)算

高壓缸升裕度計(jì)算主要由高壓缸蒸汽溫度100%和高壓缸蒸汽溫度50%溫差計(jì)算，高壓缸蒸汽溫度100%溫度元件安裝在高壓缸外缸壁100%處，測(cè)量的是高壓缸外缸壁受熱面溫度，高壓缸蒸汽溫度50%溫度元件安裝在高壓缸外缸壁50%處，測(cè)量的是高壓缸外缸壁中心溫度。

高壓缸升裕度等于高壓缸蒸汽溫度50%對(duì)應(yīng)的應(yīng)力折線函數(shù)值減去高壓缸蒸汽溫度100%和高壓缸蒸汽溫度50%溫差值，高壓缸升裕度=高壓缸蒸汽溫度50%對(duì)應(yīng)應(yīng)力折線函數(shù)值-（高壓缸蒸汽溫度100%-高壓缸蒸汽溫度50%），溫差越大，高壓缸升裕度越小。

2.2高壓轉(zhuǎn)子升裕度的計(jì)算

高壓轉(zhuǎn)子升裕度主要是通過(guò)三個(gè)高壓缸內(nèi)缸溫度90%來(lái)體現(xiàn)，由于高壓缸內(nèi)缸壁和高壓缸轉(zhuǎn)子接觸的為同一熱源，所以高壓缸內(nèi)缸壁和高壓缸轉(zhuǎn)子受熱面溫度相同，因此可以將高壓缸內(nèi)缸壁溫度等效代替高壓缸轉(zhuǎn)子中心溫度顯示。百萬(wàn)機(jī)組西門(mén)子機(jī)型高壓缸內(nèi)缸壁90%處位置安裝3支獨(dú)立的溫度元件來(lái)等效換算為高壓轉(zhuǎn)子溫度。高壓缸轉(zhuǎn)子升裕度等于高壓缸內(nèi)缸壁溫度90%三選中后對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)力折線函數(shù)值減去高壓缸內(nèi)缸壁溫度90%三選值與高壓缸內(nèi)缸壁溫度90%經(jīng)過(guò)不同占比的一階慣性修正后的值，即應(yīng)力折線函數(shù)值減去高壓缸轉(zhuǎn)子在一定時(shí)間內(nèi)的溫度變化值。

高壓轉(zhuǎn)子升裕度=折線函數(shù)值-（高壓缸內(nèi)缸壁溫度90%-高壓缸內(nèi)缸壁溫度90%一階慣性修正值）。

2.3中壓轉(zhuǎn)子升裕度的計(jì)算

中壓轉(zhuǎn)子升裕度計(jì)算與高壓轉(zhuǎn)子升裕度計(jì)算相同。中壓轉(zhuǎn)子升裕度主要是通過(guò)三個(gè)中壓缸內(nèi)缸溫度90%來(lái)體現(xiàn)，由于中壓缸內(nèi)缸壁和中壓缸轉(zhuǎn)子接觸的為同一熱源，所以中壓缸內(nèi)缸壁和中壓缸轉(zhuǎn)子受熱面溫度相同，因此可以將中壓缸內(nèi)缸壁溫度等效代替中壓缸轉(zhuǎn)子中心溫度顯示。百萬(wàn)機(jī)組西門(mén)子機(jī)型中壓缸內(nèi)缸壁90%處位置安裝3支獨(dú)立的溫度元件來(lái)等效換算為中壓轉(zhuǎn)子溫度。中壓缸轉(zhuǎn)子升裕度等于中壓缸內(nèi)缸壁溫度90%三選中后對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)力折線函數(shù)值減去中壓缸內(nèi)缸壁溫度90%三選值與中壓缸內(nèi)缸壁溫度90%經(jīng)過(guò)不同占比的一階慣性修正后的值，即應(yīng)力折線函數(shù)值減去中壓缸轉(zhuǎn)子在一定時(shí)間內(nèi)的溫度變化值。

中壓轉(zhuǎn)子升裕度=折線函數(shù)值-（中壓缸內(nèi)缸壁溫度90%-中壓缸內(nèi)缸壁溫度90%一階慣性修正值）。

3 應(yīng)力裕度在百萬(wàn)機(jī)組西門(mén)子DEH控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

百萬(wàn)機(jī)組西門(mén)子DEH控制設(shè)置額定升速率為600/min，在一鍵啟動(dòng)第23步中，運(yùn)行人員確定汽機(jī)沖轉(zhuǎn)并釋放轉(zhuǎn)速后，目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為3009rpm，汽輪機(jī)將以額定升速率沖轉(zhuǎn)，在高壓缸升裕度/高壓轉(zhuǎn)子升裕度/中壓轉(zhuǎn)子升裕度中，任意一個(gè)≤30K，汽機(jī)升速率將開(kāi)始受限，并且隨著高壓缸升裕度/高壓轉(zhuǎn)子升裕度/中壓轉(zhuǎn)子升裕度降低而減小，且成正比。

3.1額定升速率（WTF）的選擇

在DEH系統(tǒng)中WTF邏輯頁(yè)，當(dāng)機(jī)組未并網(wǎng)時(shí)，額定升速率選擇為10.0199995Hz/min，即601.19rpm/min，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，額定升速率選擇為0.26Hz/min，即15.6

rpm/min。

3.2實(shí)際升速率與穩(wěn)定裕度對(duì)應(yīng)關(guān)系

在DEH系統(tǒng)中WTF邏輯頁(yè)，實(shí)際升速率為高壓缸升裕度/高壓轉(zhuǎn)子升裕度/中壓轉(zhuǎn)子升裕度選最小值除以30再乘以額定升速率，高壓缸升裕度/高壓轉(zhuǎn)子升裕度/中壓轉(zhuǎn)子升裕度與實(shí)際升速率為正比關(guān)系。

3.3目標(biāo)轉(zhuǎn)速中升速率控制

在DEH系統(tǒng)中NS邏輯頁(yè)，SWFOF為目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定輸出塊，其中OFB為升速率給定，UFB為降速率給定。目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為3009rpm后，將以O(shè)FB升速率給定值升速。

3.4實(shí)際轉(zhuǎn)速升速率的判斷

在DEH系統(tǒng)中NT邏輯頁(yè)，F(xiàn)2OF為實(shí)際轉(zhuǎn)速速率變化計(jì)算輸出，如果實(shí)際升速率≤0.028Hz/s，即實(shí)際升速率≤100.8rpm/min，且在臨界區(qū)內(nèi)，則會(huì)退出機(jī)組啟動(dòng)。

3.5百萬(wàn)機(jī)組汽輪機(jī)臨界區(qū)

在DEH系統(tǒng)中NT邏輯頁(yè)，百萬(wàn)機(jī)組臨界區(qū)設(shè)定有兩個(gè)，一個(gè)是轉(zhuǎn)速在11Hz～14Hz，即660rpm～840rpm，另一個(gè)為17Hz～47.5Hz，即1020rpm～2850rpm。

3.6退出啟動(dòng)后自動(dòng)減轉(zhuǎn)速，退出臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域

在DEH系統(tǒng)中NS邏輯頁(yè)，DEH退出啟動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)出給轉(zhuǎn)速設(shè)功能頁(yè)NS發(fā)出退出啟動(dòng)信號(hào)NSNF，去SWS6F輸出選擇塊，選擇第二路輸出，此時(shí)轉(zhuǎn)速設(shè)定值=

當(dāng)前際轉(zhuǎn)速-1Hz/min，即轉(zhuǎn)速設(shè)定值=當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速-

60r/min，確保調(diào)門(mén)可靠關(guān)閉直至退出臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫長(zhǎng)生，朱北恒.DL/T 774―2004，火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)

檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

Abstract：With the development of science and technology and the progress of society， the capacity of generating set is getting larger and larger than 300MW / 600 MW / 1000MW or higher at present， and the level of automatic control is higher and higher， especially the automatic control of one-click start-up for millions of units. This paper mainly discusses the application of stress margin in the one-key start-up process of Siemens DEH control system for millions of units， including high-pressure cylinder margin， high-pressure rotor margin and medium-pressure rotor margin.

Key words：high pressure cylinder margin;stress margin;high pressure rotor margin;medium pressure rotor margin

收稿日期：2020-06-05

作者簡(jiǎn)介：金彥昌（1982—），男，吉林長(zhǎng)春人，本科，工程師，研究方向：熱工控制。