鄭偉

(天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司，天津市， 300380)

0 引言

高低壓旁路系統(tǒng)是專為汽輪機(jī)設(shè)置的一條旁路通道。在采用直流鍋爐的機(jī)組中，高低壓旁路系統(tǒng)是必不可少的配置。它可以及時地平衡鍋爐的產(chǎn)汽量與汽輪機(jī)的耗氣量。它一般設(shè)置有高壓旁路和低壓旁路，高壓旁路可直接把來自鍋爐的過熱蒸汽排放到再熱器，而低壓旁路將再熱器的蒸汽排放至凝汽器［1］。這種設(shè)計不但改善了機(jī)組的安全性，而且增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性［2］。其主要作用如下:

(1)機(jī)組啟?；蛩ω?fù)荷時，保證一定的蒸汽量通過再熱器，避免再熱器超溫;

(2)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前提供蒸汽通道，保證維持主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求;

(3)保證鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷的容量，使鍋爐能夠單獨(dú)運(yùn)行;

(4)蒸汽壓力超標(biāo)時回收工質(zhì)和熱量，提高機(jī)組熱效率;

(5)起到安全門的作用。

因此，配置蒸汽高低壓旁路控制系統(tǒng)不僅可以改善鍋爐和汽輪機(jī)特性上的差異，而且還提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性［3］，從而受到各發(fā)電企業(yè)的關(guān)注。

1 機(jī)組及高低壓旁路系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡介

天津華能某電廠5號、6號300 MW機(jī)組汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的單軸、雙缸、雙排氣、反動式、高中壓缸反向布置、低壓缸雙流程、亞臨界一次中間再熱、抽汽凝汽式型汽輪機(jī)，為高中壓缸聯(lián)合啟動方式。鍋爐為1 025 t/h液態(tài)排渣(帶100%飛灰復(fù)燃裝置)、本生式直流鍋爐。分散控制系統(tǒng)(disrtributed control system，DCS)采用西門子公司的TELEPERM XP/ME，數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(digtital electro-hydraulic control，DEH)為西屋公司的DEH ModeⅢ。

高低壓旁路系統(tǒng)采用的是西門子公司高低壓兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高壓旁路容量為100%B-MCR，低壓旁路容量為55%B-MCR，過熱器出口、再熱器入口均不裝設(shè)安全門，再熱器出口裝設(shè)安全門。高低壓旁路均采用液動控制，自動或手動均可操作，高低壓旁路各配置1套Hydac公司油站系統(tǒng)。

1.2 高低壓旁路控制系統(tǒng)的組成

高低壓旁路系統(tǒng)包括2個高壓(低壓)旁路減壓閥、2個高壓(低壓)旁路減溫水調(diào)節(jié)閥和2個高壓旁路減溫水隔離閥(僅高壓旁路有)，由它們共同完成減溫和減壓功能。高、低壓旁路站由Hydac公司的液壓系統(tǒng)和西門子公司的PLC(S5 095U)以及SIPART?DR20型單回路控制器組成。高低壓旁路控制系統(tǒng)的主要邏輯設(shè)計在DCS中，液壓系統(tǒng)采用PLC控制，旁路減壓閥、減溫水調(diào)節(jié)閥采用西門子SIPART?DR20型單回路控制器調(diào)節(jié)。

高壓旁路控制系統(tǒng)由主蒸汽壓力、噴水減溫2個子控制系統(tǒng)組成;低壓旁路控制系統(tǒng)由再熱蒸汽壓力、噴水減溫2個子控制系統(tǒng)組成。每個子控制系統(tǒng)由閥門、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制回路和每個子系統(tǒng)所共有的供油裝置等部件組成。這種旁路裝置的特點(diǎn)是無漏流、動作可靠，具有快速開、閉功能。

2 高低壓旁路控制系統(tǒng)存在的問題

高低壓旁路系統(tǒng)中的旁路主閥、減溫水調(diào)節(jié)閥采用SIPART?DR20型單回路控制器調(diào)節(jié)，但隨著機(jī)組長期運(yùn)行，SIPART?DR20型單回路控制器逐漸老化，控制調(diào)節(jié)精度下降，影響了高低壓旁路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在對高壓旁路原主蒸汽電子壓力開關(guān)的校驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，許多電子壓力開關(guān)都出現(xiàn)了零點(diǎn)漂移的現(xiàn)象，并且無法通過調(diào)整完全恢復(fù)，個別壓力開關(guān)甚至在校驗(yàn)過程中出現(xiàn)了誤動的情況。

在機(jī)組運(yùn)行過程中也經(jīng)常出現(xiàn)如下現(xiàn)象:

(1)機(jī)組升/降負(fù)荷過程中，高壓旁路壓力設(shè)定值變化太快。

(2)當(dāng)鍋爐主控制器手動方式時，高/低壓旁路壓力設(shè)定值不跟隨鍋爐主燃料量指令。

(3)低壓旁路在降負(fù)荷過程中，由于再熱蒸汽實(shí)際壓力高而導(dǎo)致低壓旁路保護(hù)開，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

因此，針對以上問題，對高低壓旁路控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)勢在必行。

3 高低壓旁路控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

3.1 單回路控制器的升級換型

SIPART?DR21新型單回路控制器不僅能接收4路模擬量輸入信號，提供步進(jìn)、連續(xù)輸出命令2種控制方式;還有41個可調(diào)參數(shù)和48個編程開關(guān)，用戶可根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際需要靈活地組態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的最優(yōu)化。另外，較SIPART?DR20型單回路控制器而言，SIPART?DR21新型單回路控制器結(jié)構(gòu)更加緊湊，控制精度更高。因此，把高低壓旁路減壓閥、減溫水調(diào)節(jié)閥的單回路控制器升級為SIPART?DR21。

3.2 控制邏輯及相關(guān)參數(shù)的修改完善

3.2.1 高低壓旁路異常動作原因分析

高/低壓旁路壓力設(shè)定值取自目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線并經(jīng)過3個一階慣性環(huán)節(jié)，在機(jī)組升/降負(fù)荷過程中，雖然鍋爐負(fù)荷采用機(jī)組負(fù)荷指令作為前饋信號，以改善系統(tǒng)對外界負(fù)荷響應(yīng)的能力，加強(qiáng)鍋爐指令，使燃料變化快速。但鍋爐慣性較大，燃料變化后主蒸汽壓力變化有慣性、延遲，因此，高/低壓旁路壓力設(shè)定值變化應(yīng)與主蒸汽壓力實(shí)際值相適應(yīng)，不應(yīng)過快，以避免在機(jī)組升/降負(fù)荷過程中旁路因壓力設(shè)定值與主蒸汽壓力實(shí)際值偏差大而引發(fā)異常動作。

協(xié)調(diào)控制投入，鍋爐主控制器為自動設(shè)置時，機(jī)爐負(fù)荷是動態(tài)匹配的，高/低壓旁路壓力設(shè)定值取自機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線。但鍋爐主控制器采用手動方式時，汽機(jī)控制主蒸汽壓力，負(fù)荷由鍋爐主燃料量控制。所以，高/低壓旁路壓力設(shè)定值不應(yīng)僅取自機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線，還應(yīng)跟隨鍋爐主燃料量指令。

低壓旁路在降負(fù)荷過程中，因汽壓偏差大而導(dǎo)致保護(hù)開，影響機(jī)組安全運(yùn)行。分析認(rèn)為，機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷變化后，造成低壓旁路設(shè)定壓力偏低，而再熱蒸汽實(shí)際壓力在當(dāng)時的負(fù)荷下是正常的，是設(shè)定壓力選擇不合理。

3.2.2 高低壓旁路控制邏輯及相關(guān)參數(shù)改進(jìn)方案

(1)增加鍋爐主控制器手動方式時的高/低壓旁路壓力設(shè)定值切換邏輯，即鍋爐主控制器自動運(yùn)行時，高/低壓旁路壓力設(shè)定值取自機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線，手動方式時，設(shè)定值取自鍋爐主燃料量指令。

(2)低壓旁路壓力設(shè)定值在取自機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線或是鍋爐主燃料量指令后，再與發(fā)電機(jī)實(shí)際功率取大值，形成最終的低壓旁路壓力設(shè)定值。

(3)高/低壓旁路壓力設(shè)定值三級延遲時間分別由原來的50、50、30 s修改為120、120、40 s，用來減緩高/低旁壓力設(shè)定值的變化率。

受篇幅限制，本文只給出高壓旁路控制邏輯及相關(guān)參數(shù)修改完善后的主要控制邏輯，如圖1所示。

圖1 高壓旁路主要控制邏輯Fig.1Main control logic of high pressure bypass

邏輯改進(jìn)后，系統(tǒng)投入運(yùn)行的升/降負(fù)荷過程中，高/低壓旁路壓力設(shè)定值變化合理;低壓旁路在降負(fù)荷過程中，沒有出現(xiàn)因再熱蒸汽實(shí)際壓力高而導(dǎo)致低壓旁路保護(hù)開、協(xié)調(diào)控制自動退出的現(xiàn)象，從而提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3.3 高低壓旁路連鎖保護(hù)定值的完善

根據(jù)長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對高低壓旁路聯(lián)鎖保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整。將“第五級過熱器出口壓力大于機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線1.5 MPa”快開高壓旁路，改為“第五級過熱器出口壓力大于機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷壓力曲線2 MPa”快開高壓旁路;將“低壓旁路后溫度大于210℃”關(guān)低壓旁路，改為“低壓旁路后溫度大于200℃”關(guān)低壓旁路。調(diào)整后，所有高低壓旁路連鎖保護(hù)項(xiàng)目如表1所示。

3.4 高壓旁路電子壓力開關(guān)升級換型

原有高壓旁路電子壓力開關(guān)不僅存在老化及零點(diǎn)漂移等問題，而且其顯示精度較低，編程操作也需通過電位器來完成?，F(xiàn)將其升級更換成EDS 1700型電子壓力開關(guān)，EDS 1700型電子壓力開關(guān)顯示精度更高，精度等級可達(dá)0.5%，并且是按鍵編程，操作便捷。它的其他附加功能如接通延滯、恢復(fù)延滯可調(diào)范圍更大，更能滿足現(xiàn)場工況需要。

表1 高低壓旁路連鎖保護(hù)實(shí)驗(yàn)情況Tab.1Interlock protection of high and low pressure bypass

4 高低壓旁路控制運(yùn)行效果

機(jī)組某次冷態(tài)啟動時高低壓旁路控制運(yùn)行曲線，如圖2所示。圖2中，曲線1代表低旁開度，曲線2代表高旁開度，曲線3代表高旁壓力，曲線4代表主蒸汽壓力，溫度單位為℃。

圖2 冷態(tài)啟動時高低壓旁路控制運(yùn)行曲線Fig.2Operation curves of high and low pressure bypass during cold start

從圖2中可以看出，高低壓旁路控制系統(tǒng)無論是在機(jī)組啟動工程中，還是在機(jī)組運(yùn)行過程中，都運(yùn)行良好，完全滿足控制要求，起到了保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的作用。

5 結(jié)語

高低壓旁路控制系統(tǒng)能很好地解決大型中間再熱單元機(jī)組的機(jī)爐不匹配問題，不僅可回收汽水、保護(hù)再熱器，還可適應(yīng)機(jī)組的冷態(tài)、熱態(tài)、定壓、滑壓等各種啟動方式、低負(fù)荷運(yùn)行以及甩負(fù)荷等工況的要求。高低壓旁路控制品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到機(jī)組的正常運(yùn)行。通過此次對華能某電廠5號、6號機(jī)組高低壓旁路控制系統(tǒng)的研究，從軟硬件2個方面出發(fā)，在硬件方面對其現(xiàn)場單回路控制器、高壓旁路電子壓力開關(guān)等硬件設(shè)備進(jìn)行升級換型;在軟件方面，對控制系統(tǒng)的邏輯和參數(shù)以及連鎖保護(hù)條件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。從而使其高低壓旁路控制系統(tǒng)不僅滿足了控制要求，消除了運(yùn)行中的不安全因素，而且還進(jìn)一步提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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(編輯:沈雷)