镇海电厂燃油改建燃气发电工程包括2×390MW燃气蒸汽联合循环发电机组，该项目为国家确定的“东海油气”开发工程的配套工程。自2004年11月30日开工至现在,各建议单位的努力下，目前首台9F燃机已于2007年6月9日通过168运行，于近日移交生产，第二台燃机168试运行在进行中。

一、热力系统简介

二台燃汽轮机组选用美国GE公司生产的STAG 109FA SS型机型，其主要设备分燃机、汽机、余热锅炉、GIS四个部分，机岛设备（燃机、汽机、发电机）。通过设备为单轴排列形式，汽轮机和发电机之间无耦合器，排列顺序为燃气轮机，汽轮机，发电机，其型号、参数如下：

燃气轮机：型号：PG9351FA

点火转速：14%额定转速，420r/min

自持转速：~2400r/min

压气机：18级轴流式，压比16.5，空气流量624kg/s

燃烧室及喷嘴：18个环型燃烧室和DLN2+燃烧器,每个燃烧室5个喷嘴

燃料：天然气

透平：3级，设计进口温度1326℃

ISO运行工况透平排气流量2329900kg/h

ISO运行工况透平排气温度605.9℃

汽轮机：型号：D10

形式：双缸（一高中压合缸，一低压缸）、下排汽

设计背压：5kPaa

末级叶片长度：850.9mm

ISO运行工况进汽参数：

高压蒸汽进汽压力/温度为：9.679MPa/564.5℃

再热蒸汽进汽压力/温度为：2.182MPa/564.2℃

低压蒸汽进汽压力/温度为：0.3707MPa/294.7℃

发电机：型号：390H

形式：氢冷

出力：397.8MW/468MVA

功率因数：0.85

额定电压：19Kv

机组运行时，大气经过进气道内的过滤器、消音器后进入到燃气轮机压气机入口，经压气机加压后部分进入燃烧室和加热后的天然气混和燃烧。在燃烧室产生的高温燃气经燃烧室过渡段进入透平做功后排入余热锅炉烟道产生各级蒸汽，最后经烟囱排向大气。部分压气机排气作为冷却空气去冷却透平的一级静叶和排气框架。压气机的9级抽气和13级抽气分别去冷却透平的3级和2级静叶，在燃气轮机启动阶段，9级和13级抽气排向余热锅炉以防止燃气轮机发生喘振。透平的动叶由压气机16级后气体经转子轴向的抽气管道来进行冷却。

汽轮机高压缸进汽由一个调速汽门控制,来自余热锅炉的高压蒸汽首先通过高压主汽门，然后流入调门。这些蒸汽分别通过两根布置在汽缸下部、互相垂直的导管将汽缸左半部和右半部的进汽套管与喷嘴室连接。蒸汽通过高压缸膨胀作功后，从外缸的排汽口流到锅炉再热器，再热后的蒸汽通过两只再热主汽门至再热调门回到中压缸。再热调门出口与中压缸的进汽室相连，蒸汽流经中压通流部分膨胀作功，再经联通管进入低压缸，蒸汽在通流部分的中央进入，并流向两端的排汽口，进入凝汽器。余热锅炉中压汽包来的蒸汽经过中压过热器后，由中压蒸汽压力调节阀控制加入到再热器入口冷端再热管道；低压汽包来的蒸汽经过低压过热器后，由低压蒸汽压力调节阀控制压力后加入到低压缸进汽阀入口，然后进入低压缸。在机组启动，转速大于1500转/分后，为保证汽轮机低压叶片不由于鼓风加热而超温，由辅助蒸汽作为冷却蒸汽通过低压缸进汽阀进入低压缸。正常运行低压蒸汽的流量足够后关闭辅助蒸汽，中压蒸汽作为备用汽加入到冷却蒸汽调节阀前。另外高压缸调节级后还引出一路蒸汽去冷却中压转子。

汽轮机共有热力级27级。其中高压缸为12级、中压缸为9级、低压缸为2×6级。

每套机组配置二套独立的控制系统，燃气轮机、汽机、发电机由MARK Ⅵ控制，余热锅炉、厂用电、发-变组、旁路、辅助系统由DCS(Ovation )来控制。MARK Ⅵ与DCS的连接通过通讯和少量硬接线来实现。

二、 MARK Ⅵ控制系统组成

MARK Ⅵ控制系统采用目前较为先进的分布式控制技术，主要设备有：控制柜、I/O端子柜、人机交互工业控制机（HMI），键盘、鼠标及打印机，现场执行机构及相关控制、检测和保护元件等组成。控制柜和I/O端子柜设在电子室，操作员站和工程师站分别设在集控室和工程师室。控制柜和操作员站、工程师站之间通过双路冗余以太网交换数据，该网络GE公司称之为机组数据高速通道UDH(unit data highway)。UDH的通讯协议是EGD(Ethernet Globle Data)，它是一种信息驱动的基于UDP/IP标准的通讯协议。其中一个操作员站作为该机组的数据服务器，向厂级数据高速通道PDH(plant data highway)以及其他操作员站和工程师站提供控制参数和机组运行数据。I/O端子柜通过IONet和主控制柜相通讯。MARK Ⅵ的控制网络如下图所示。

    各计算机使用WINDOWS NT操作系统，通过双冗余的网络配置和UDH和PDH相连接。有关网络连接以及IP地址的分配见GE图纸361B2754。

操作员站上的运行操作程序为GE公司的CIMPLICITY图形屏幕系统。操作员可以通过该系统对机组设备进行启动，正常运行和停机过程的所有操作，并监视机组的所有运行参数。当设备报警条件满足，系统会发出自动报警。典型的操作画面包括下表所示的项目。

控制画面	监视画面	辅助画面	试验画面
启动	轴承温度	火焰	超速试验
干式低NOx燃烧器	排气温度	发电机出力	阀门试验
燃料流量控制	发电机温度	启动条件检查	跳闸试验
发电机和励磁	氢气	计时器
IGV控制	振动	跳闸逻辑
马达	轮间温度	水洗
并网	汽轮机系统运行参数

调试站和工程师站主要用于在调试过程中或机组维护过程中对输入输出信号进行配置以及对控制逻辑进行检查和修改。主要的工具为GE公司的TOOLBOX软件。该软件的主要功能有：

（1）对I/O端子排参数进行组态

（2）修改控制逻辑和控制参数

（3）提供信号强制手段，用于就地设备的调试或控制逻辑的检查

（4）计算中间信号的检查

（5）对系统进行故障诊断

2. 1 MKVI控制柜

每台机组包括一个燃机控制柜和一个汽机控制柜，另外还包括一个励磁控制柜，以及LCI控制柜。

燃机和汽机控制柜以三个相同的微机处理器（R、S、T）为核心，GE称之为三模块冗余TMR（Triple Modular Redundant）。三个处理器有自己独立的电源系统，大部分输入信号通过IONet传送给三个处理器，少量重要程度较低的监视信号只传送给某单个处理器。对重要的模拟量控制如燃料流量的命令，三个控制器的输出分别送给燃料控制伺服阀三个独立的线圈上，叠加后共同控制阀门的开度。对开关量的输出，三个控制器输出的控制命令经过2/3表决后执行，从而提高了控制系统的可靠性。

MarkⅥ控制系统还有专门的保护模块（P），监视机组跳闸的所有逻辑。当跳闸条件满足，由保护模块发出跳闸指令关闭所有跳闸电磁阀。

2. 2 伺服阀及其油动机

燃机和汽机共有九只液压伺服阀。燃机五只，汽机四只。

燃机包括压气机进气可转导叶（以下简称IGV）伺服阀（一只），气体燃料速比阀伺服阀（一只），气体燃料控制阀伺服阀（三只）。

汽轮机的进汽阀门包括一只高压进汽阀，左右再热进汽阀各一只，一只低压进汽截止阀和一只低压进汽调节阀。高压进汽阀和再热进汽阀属于联合汽阀，即截止阀和调节阀设置在同一阀体内。每个调节阀由一个伺服阀控制的油动机来驱动，开度可以任意调节。因此汽机总共有四只伺服阀。每个蒸汽调节阀油动机配有三个开度变送器（LVDT），而IGV和燃料控制阀油动机的开度变送器只有两只。另外再热调节阀还配有一个阀门关的位置开关。

伺服阀控制的油动机全部由高压控制油来驱动，伺服阀出口的控制油经过一个跳闸油驱动的先导卸载阀管路进入油动机油缸的下部。如果跳闸电磁阀动作，跳闸油压的失去导致先导卸载阀将油缸下部的控制油卸到回油管路，油动机由弹簧驱动关闭。高压主汽调节阀和再热蒸汽调节阀前的跳闸油管路上还配置有快关电磁阀，机组跳闸后该电磁阀动作使跳闸油压能够以更快的速度卸去。

高压截止阀，再热截止阀和低压进汽截止阀没有配置伺服阀，只能全开或全关。当跳闸油系统各电磁阀复位后，跳闸油压建立，先导卸载阀将跳闸油引入油动机油缸的下部，使阀门全开。一旦跳闸电磁阀动作，跳闸油失去，卸载阀自动动作将油缸下部的跳闸油卸到回油管路，油动机由弹簧驱动关闭截止阀。另外，各截止阀油动机上有一个试验用电磁阀，该电磁阀动作后通过节流孔将油缸上下部相通，阀门由弹簧力和重力的作用下关闭。高压和再热截止阀配有一个开度变送器，低压进汽截止阀配有两个阀门关的位置开关，一个阀门开位置开关，一个试验用位置开关，一个回路断开位置开关。

2. 3 跳闸保护装置

跳闸保护系统由就地和集控室机械紧急跳闸装置、IGV跳闸电磁阀以及ETD跳闸电磁阀组组成。高压控制油母管的一路控制油经过IGV跳闸电磁阀（FY5040）后称为IGV跳闸油(IGVTS)，另一路经燃料阀和汽机进汽阀跳闸电磁阀（FY5000、FY5010）后称为阀门跳闸油（FSS）,另外FY5000和FY5010还分别配有在线试验锁止阀FY5001和FY5011，可以在机组运行时对阀门跳闸电磁阀FY5000和FY5010进行动作试验。

高压主汽调节阀和再热蒸汽调节阀前的跳闸油管路上还配置有快关电磁阀，机组跳闸后该电磁阀动作使跳闸油压能够以更快的速度卸去,提高主汽调节阀和再热蒸汽调节阀的关闭速度。

2. 4 MARK Ⅵ电源供给

ST控制柜的电源模块由电厂UPS A 220V交流电和保安段电源通过电源过滤器双路供给，GT控制柜还增加一路直流屏的125V直流电,共三路供电.直流电具有接地保护监测。电源模块内有交直流转换器，把送进来的交流电转化为125V直流电后作为备用电源。电源模块分别向处理器模块、开关量输入端子板、机组电磁阀端子板以及其他板块供电。每个电磁阀的供电路配有3.2A的熔丝保护。120V的交流电给点火变压器供电，对操作员站和工程师站，以及网络通讯设备的电源由UPS A的交流电供给。

2.5 MARK Ⅵ控制系统的控制和保护功能  

2.5.1 主要控制对象

（1）  压气机进气可转导叶

（2）  气体燃料的速比阀和控制阀

（3）  汽机高压调节阀，再热调节阀和低压进汽阀

（4）  汽机轴封压力调节阀（母管压力调节阀、压力卸载阀）

（5）  汽机汽阀疏水阀（8只）、高中压缸抽真空阀、调节级蒸汽冷却中压转子控制阀、低压缸喷水阀、真空破坏阀。

2.5.2 MARK Ⅵ控制系统的主要控制功能

（1）启动控制

包括启动条件的检查，条件满足且操作员发出启动命令后控制变频启动系统LCI将机组带到清吹转速（698r/min），清吹结束后将转速降到420 r/min并点火，点火成功后暖机一分钟后进入加速控制。点火和暖机期间转速保持恒定。

（2）加速控制：

在燃机暖机结束后LCI的负荷带到最大，调节进入燃烧室的天然气流量控制机组升速率。转速达到2700 r/min后LCI的输出降为0，燃烧系统进入子先导预混燃烧模式。

（3）速度及负荷控制

在并网前速度控制输出的转速指令控制机组实际转速稳定在3000 r/min，为并网作准备。并网后根据负荷指令来控制机组的负荷量。如果选择进行超速试验，可以手动提高速度指令，最大转速可以达到3300 r/min。

（4）并网控制

和励磁控制系统EX2100相配合，控制发电机出口断路器的合闸。

（5）IGV角度控制

根据不同运行阶段对IGV角度的要求，控制IGV打开到指定角度。冷态启动过程中，通过开大IGV的角度来降低燃机排气温度，从而使蒸汽温度能和汽轮机转子温度相匹配。在汽轮机高再热调节阀全开启，进入进汽压力控制模式后，IGV的角度必须降到49度燃机才能升负荷。在基本负荷运行时，IGV进入燃机排气温度控制模式，根据温度控制线的要求进行开度控制。

（6）排气温度控制

排气温度控制的目的是匹配汽机对蒸汽参数的要求，以及控制燃烧室的温度不超过要求。排气温度的控制基准包括部分负荷运行的温控线和基本负荷运行的温控线，是通过调节IGV角度和机组的负荷来进行的。同时温度控制必须考虑到燃机排放的NOx和CO满足指标。

（7）DLN-2+燃烧系统运行模式选择与切换

DLN-2+燃烧室包括5个喷嘴，每个喷嘴上有扩散通道和预混通道。气体燃料的三个母管分别是扩散气母管（D5）,单只预混气母管（PM1）,4只预混气母管（PM4）,分别由三个控制阀来控制流量。运行模式有：

扩散气燃烧模式（D5）；

子先导预混燃烧模式（D5+PM1）；

先导预混燃烧模式（D5+PM1+PM4）；

预混燃烧模式（PM1+PM4）。

控制系统根据机组的运行状态来决定燃烧模式，目的是保证启动的燃烧稳定，以及基本负荷附近运行时排放NOx和CO尽量低。

（8）汽机进口压力控制(IPC)

在汽机启动高压缸进汽后，汽机高压旁路开度降到10%之后，汽机进入进口压力控制模式。

（9） 汽机热应力计算及控制

在汽机负荷变动过程中根据转子的热应力控制负荷变动率，提高转子运行寿命。

（10） 汽机轴封系统的控制

在启动阶段，辅助蒸汽用来密封汽机轴的两端。正常运行高压轴封漏汽量足够满足中低压轴封汽的要求，多余的漏汽通过压力卸载阀排向凝汽器。轴封蒸汽的压力由辅助蒸汽管路上的压力调节阀和压力卸载阀同时控制。

（11） 汽机汽阀的阀座疏水

在启动和停机阶段根据阀门的状态进行疏水控制。

（12）  停机过程控制

停机过程中，燃机先减负荷，在IGV角度下降到49度后，汽机调节汽阀开始关闭。燃机在汽机阀门关闭过程中继续降负荷直至排气温度低于566℃。汽机调门全部关闭后，燃机继续减负荷，直至发电机出口断路器断开。根据转速的大小选择固定的燃料流量命令（4档定值的一个），当火焰失去后燃料控制阀跳闸。或者在转速小于K60RB(大约1200r/min)后一分钟燃料控制阀跳闸。或者发电机断路器断开8分钟后燃料控制阀仍未跳闸，则强制跳闸，机组惰走直到盘车系统投运。

2.5.3 主要保护功能包括

（1）超速保护

（2）超温保护

（3）排气温度离散度高保护

（4） 火焰失去保护

（5）振动保护

（6）润滑油压力低保护

（7）控制油压力低保护

（8）轴承金属温度高保护

（9）轴向位移及差胀大保护

（10）汽机调节级温度高保护

（11）凝汽器压力高保护

（12） 汽机排汽温度高保护

（13） 蒸汽温度高快速降负荷（RUNBACK）

当上述保护功能（快速降负荷除外）被激发后，系统输出跳机指令，通过跳闸油系统迅速关闭气体燃料速比阀和控制阀，汽机高压调节阀，再热调节阀和低压进汽阀，以及将IGV的角度关至机械最小位置。

[1] [2] 下一页