戴連波

0 引言

北侖電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為日本東芝公司設(shè)計(jì)制造的600MW TC4F-42型單軸、四缸四排汽、亞臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)。原設(shè)計(jì)的高壓旁路系統(tǒng)由瑞士SULZER公司設(shè)計(jì)制造，其容量為50%BMCR，使用AV6控制系統(tǒng)和電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)；低壓旁路系統(tǒng)由東芝公司設(shè)計(jì)制造，使用DEH控制系統(tǒng)和電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。旁路系統(tǒng)與主機(jī)DEH系統(tǒng)使用同一油源。旁路系統(tǒng)包括1個(gè)高旁壓力控制閥，1個(gè)高旁溫度調(diào)節(jié)閥，1個(gè)高旁噴水隔離閥，2個(gè)低旁壓力控制閥和2個(gè)低旁溫度調(diào)節(jié)閥。高旁系統(tǒng)的控制部分由1個(gè)控制柜及安裝在操作臺(tái)上的控制面板組成，低旁控制部分則位于DEH控制柜內(nèi)。

由于原旁路控制系統(tǒng)已運(yùn)行近20年，其電子元件老化嚴(yán)重且備品缺失，AV6旁路控制系統(tǒng)無(wú)歷史數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)故障原因查找困難，基于以上原因，北侖電廠在1號(hào)機(jī)組大修過(guò)程中對(duì)其旁路控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

1 旁路系統(tǒng)改造概況

（1）選用新華XDPS平臺(tái)的DEH-V系統(tǒng)對(duì)東芝公司的低旁和蘇爾壽公司的高旁控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。（2）原旁路操作、監(jiān)視盤、控制柜取消，對(duì)高旁閥油動(dòng)機(jī)、高旁減溫水調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)、高旁減溫水隔離閥油動(dòng)機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)更換，同時(shí)對(duì)高旁系統(tǒng)EHC油管路進(jìn)行改造。原低旁系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)快關(guān)電磁閥、試驗(yàn)電磁閥、伺服閥、測(cè)量閥位的LVDT等保持原狀。（3）新增1臺(tái)DEH、BPC操作員站，同時(shí)修改原DEH操作員站配置，使該操作員站也具有BPC操作和監(jiān)視功能，方便1號(hào)機(jī)組啟停時(shí)的操作。（4）將旁路控制納入DEH系統(tǒng)，增加一對(duì)DPU，執(zhí)行主汽壓力、高旁閥后溫度、熱再壓力、低旁閥后溫度控制任務(wù)，并增加相應(yīng)硬件設(shè)備。（5）原輔助旁路控制系統(tǒng)已隔離不用，其與高旁控制布置于AV6控制柜內(nèi)，此次將其電纜改接至電子室?jiàn)A層新增的中間接線箱內(nèi)。（6）新控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)DPU、通訊、電源冗余功能。

2 旁路系統(tǒng)簡(jiǎn)介

高低壓旁路系統(tǒng)是專門為汽輪機(jī)設(shè)置的一條旁路通道［1］。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)高壓缸排汽進(jìn)入再熱器，使其得到充分冷卻。但在機(jī)組啟動(dòng)階段，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前或機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，高壓缸無(wú)排汽或排汽不足，導(dǎo)致再熱器有超溫?zé)龎牡奈ｋU(xiǎn)，通過(guò)旁路系統(tǒng)，使蒸汽經(jīng)由旁路流入凝汽器，以保護(hù)再熱器。

機(jī)組采用滑參數(shù)啟動(dòng)方式，在不同階段，對(duì)蒸汽參數(shù)有不同要求，通過(guò)旁路系統(tǒng)可改善啟動(dòng)條件，尤其在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，可快速提高新蒸汽和再熱蒸汽溫度，縮短啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)發(fā)電機(jī)突然解負(fù)荷或解列只帶廠用負(fù)荷時(shí)，或當(dāng)汽機(jī)停運(yùn)時(shí)，旁路系統(tǒng)快速打開(kāi)，使鍋爐逐漸調(diào)整負(fù)荷，并保持最低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒，同時(shí)在故障消除后，迅速恢復(fù)發(fā)電，減少停機(jī)時(shí)間，以利系統(tǒng)穩(wěn)定［2］。

在機(jī)組啟停過(guò)程中，鍋爐的蒸汽量大于汽輪機(jī)汽耗量，在負(fù)荷突降或甩負(fù)荷時(shí)，多余的蒸汽可通過(guò)旁路進(jìn)行回收，達(dá)到回收工質(zhì)和熱量的目的。

3 旁路系統(tǒng)控制

北侖電廠1號(hào)機(jī)組高低壓旁路的總體控制設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 旁路控制系統(tǒng)圖

3.1 高壓旁路控制

高旁系統(tǒng)運(yùn)行方式可分為3種，即啟動(dòng)方式、定壓方式和滑壓方式，其邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 高旁系統(tǒng)運(yùn)行方式邏輯圖

高壓旁路控制系統(tǒng)包括壓力定值設(shè)定、壓力調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)3部分。由圖3可知，壓力定值設(shè)定PRL是一個(gè)帶輸出限制器的反饋積分器，通過(guò)積分器內(nèi)部反饋和輸入放大器，產(chǎn)生一定斜率的斜坡信號(hào)，最大和最小壓力給定值可調(diào)，升壓率也可設(shè)定。當(dāng)主蒸汽壓力的升壓率小于設(shè)定升壓率時(shí)，輸出將無(wú)延時(shí)跟隨輸入，當(dāng)主蒸汽升壓率大于設(shè)定升壓率時(shí)，輸出跟隨設(shè)定升壓率，因此壓力定值設(shè)定具有限制主蒸汽壓力升壓率的作用。

圖3 高旁壓力設(shè)定

在啟動(dòng)方式下，高旁閥M/A控制器輸出最小開(kāi)度Ymin，原設(shè)計(jì)為20%，改造后將其放在運(yùn)行操作畫(huà)面上，允許手動(dòng)調(diào)整，同樣，最大開(kāi)度Ymax，原設(shè)計(jì)為70%，也可手動(dòng)調(diào)整。旁路啟動(dòng)過(guò)程為：高旁閥最小開(kāi)度Ymin→高旁閥最小壓力Pmin→高旁閥最大開(kāi)度Ymax→通過(guò)PID調(diào)節(jié)器維持旁路閥最大開(kāi)度Ymax，升壓至機(jī)組沖轉(zhuǎn)壓力。高旁壓力設(shè)定值受到變化速率限制，根據(jù)設(shè)計(jì)，限制值來(lái)自鍋爐最厚壁壓力容器——汽包的壓力，對(duì)應(yīng)關(guān)系為：汽包壓力 MPa/變化速率 MPa/min（0/0.102，6.2/0.457，9.4/0.672，13.8/0.887）。高旁壓力設(shè)定值高限為17.4 MPa。

定壓方式：當(dāng)主蒸汽壓力升至沖轉(zhuǎn)壓力時(shí)，旁路控制自動(dòng)轉(zhuǎn)為定壓方式，此時(shí)壓力保持一定，保證汽機(jī)啟動(dòng)的主蒸汽壓力，實(shí)現(xiàn)定壓?jiǎn)?dòng)。壓力設(shè)定值可在操作臺(tái)上稍許增減。

滑壓方式：汽機(jī)在沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、升速并網(wǎng)帶負(fù)荷后，高旁閥開(kāi)始逐漸關(guān)小，直至關(guān)閉，旁路控制自動(dòng)轉(zhuǎn)為滑壓方式，壓力設(shè)定值自動(dòng)跟蹤主蒸汽壓力實(shí)際值，即P定值=P主+△P，旁路保持關(guān)閉狀態(tài)。

高旁溫度調(diào)節(jié)回路的功能是保證高旁閥后溫度小于等于設(shè)定值，設(shè)定值可在操作臺(tái)上設(shè)定。溫度調(diào)節(jié)主要受溫差和高旁流量2個(gè)因素控制。

高旁的溫度調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)如圖4所示，高旁閥后溫度采用高旁流量和高旁入口溫度作為高旁溫度前饋熱量信號(hào)，并采用變PI的控制策略，即當(dāng)溫度偏差大于20時(shí)PI加速。高旁閥后溫度超限則高旁閥全關(guān)并閉鎖全開(kāi)信號(hào)。通過(guò)本次改造，高旁閥后溫度比改造前有極大的改善。

圖4 高旁溫度調(diào)節(jié)程序

高旁閥控制有自動(dòng)、手動(dòng)和跟蹤3種狀態(tài)，若高旁減溫水隔離閥在開(kāi)啟指令發(fā)出20 s內(nèi)未開(kāi)啟，則認(rèn)為高旁減溫水隔離閥開(kāi)啟故障，將高旁閥的輸出指令限制到0。

高旁減溫水隔離閥控制為開(kāi)關(guān)型，當(dāng)出現(xiàn)高旁快關(guān)信號(hào)或高旁閥開(kāi)度指令小于2%時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉高旁減溫水隔離閥，否則自動(dòng)開(kāi)啟高旁減溫水隔離閥。

3.2 低壓旁路控制

低壓旁路控制系統(tǒng)由再熱器出口壓力調(diào)節(jié)回路和噴水減溫調(diào)節(jié)回路組成。由圖5可知，低旁壓力設(shè)定值由高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)壓力產(chǎn)生。在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段為定壓方式，Pmin由運(yùn)行人員設(shè)定，以保證一定蒸汽流量通過(guò)再熱器，在額定負(fù)荷約30%以上時(shí)，再熱器出口壓力與負(fù)荷基本成正比，此階段中低壓缸運(yùn)行在滑壓方式，壓力定值為KP調(diào)節(jié)級(jí)+△P，最大值Pmax和壓力閥限P可設(shè)定。

圖5 低旁壓力設(shè)定

低旁閥A和B的M/A控制器都不在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，低旁壓力設(shè)定值跟蹤實(shí)際熱再壓力。壓力設(shè)定值BIAS（運(yùn)行手動(dòng)調(diào)整值）跟蹤低旁壓力設(shè)定值與實(shí)際熱再壓力的偏差，在投入低旁閥M/A控制器時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。

低旁閥控制也有自動(dòng)、手動(dòng)和跟蹤3種狀態(tài)。跟蹤條件為低旁快關(guān)信號(hào)，M/A控制器跟蹤軟件輸出的最后指令。手動(dòng)條件為觸發(fā)以下條件之一：低旁快關(guān)信號(hào)、熱再壓力故障、M/A控制器不在自動(dòng)狀態(tài)的脈沖。自動(dòng)條件為觸發(fā)以下條件之一：運(yùn)行操作、低旁快開(kāi)信號(hào)。

低旁噴水減溫閥為開(kāi)關(guān)型，低旁開(kāi)啟前須全開(kāi)對(duì)應(yīng)低旁噴水減溫閥。低旁投運(yùn)過(guò)程為：低旁開(kāi)啟需求→噴水閥全開(kāi)，閥后壓力滿足→低旁開(kāi)度指令正常輸出。當(dāng)?shù)团钥扉_(kāi)信號(hào)、低旁最末級(jí)前開(kāi)度指令大于1%、低旁開(kāi)度大于3%，任一出現(xiàn)則對(duì)應(yīng)低旁噴水減溫閥開(kāi)啟，反之則關(guān)閉。

4 結(jié)語(yǔ)

在本次旁路系統(tǒng)改造前，高旁閥后溫度偏高，高旁電動(dòng)隔離閥及暖管閥打開(kāi)時(shí)，閥后溫度最高可達(dá)近340℃，經(jīng)過(guò)改造后高旁閥后溫度為250℃。機(jī)組甩50%負(fù)荷時(shí)，閥后溫度先降后升，下降最低至180℃；機(jī)組甩100%負(fù)荷時(shí)，閥后溫度先升后降，上升最高至310℃，2次均呈收斂正弦波狀，高旁能夠可靠熱備用。

北侖電廠1號(hào)機(jī)組的旁路系統(tǒng)改造是針對(duì)蘇爾壽旁路系統(tǒng)的改造，這為國(guó)內(nèi)同類設(shè)備改造提供了依據(jù)，具有較強(qiáng)的借鑒作用。通過(guò)本次改造，提高了系統(tǒng)設(shè)備的健康水平，為機(jī)組的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，備品數(shù)量和價(jià)格也大大降低，有效降低了發(fā)電企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。

［1］鄭偉.300 MW直流爐機(jī)組高低壓旁路控制系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)［J］.電力建設(shè)，2012，33（6）

［2］章建葉.浙江北侖發(fā)電廠一號(hào)機(jī)組系統(tǒng)及設(shè)備說(shuō)明書(shū)，1998