吳彥龍

(珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050)

珠海發(fā)電廠1號汽輪機(jī)組系日本三菱公司制造，額定輸出功率700 MW，為TC4F-40型、單軸高中壓合缸、雙缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組采用高、低壓二級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，容量為40 %鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量。旁路的主要作用有：改善機(jī)組啟動條件，加快啟動速度；回收工質(zhì)、保護(hù)再熱器；參與蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)，保證鍋爐、汽機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；在機(jī)組發(fā)生FCB或RB等突變工況時，旁路系統(tǒng)動作，實現(xiàn)機(jī)組停機(jī)不停爐。

1 事故過程

2011-03-03T15:15:24，電廠1號發(fā)電機(jī)冷氫溫度測點異常，聯(lián)動1號汽輪機(jī)跳閘，1號主變出口開關(guān)2201跳開，廠用電切換正常，高、低旁路系統(tǒng)動作快開，減溫水調(diào)節(jié)閥正常開啟，過熱器電磁泄壓閥動作，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降，AOP，TOP自啟，疏水組閥門全開。鍋爐FCB成功，保留C，D磨運(yùn)行。15:16:31，低旁A側(cè)閥后溫度超過200 ℃，低旁閥快關(guān)，10 s后聯(lián)鎖再熱器保護(hù)動作，鍋爐MFT。

2 低壓旁路系統(tǒng)和低旁減溫水的控制邏輯

1號機(jī)組低壓旁路系統(tǒng)設(shè)備由瑞典BTG公司生產(chǎn)，主要包括2個低壓旁路閥、2個低旁減溫水閥、減溫水隔離閥和低旁油站。低旁油站采用獨(dú)立的高壓油抗燃油，配有2臺高壓油泵，自動定期切換且互為備用，驅(qū)動油壓為150～160 bar，通過電液伺服閥控制，以液壓方式驅(qū)動調(diào)節(jié)低旁閥及低旁減溫水閥的行程。低旁閥全行程正常動作時間為20～30 s，全行程快速動作時間為3 s。當(dāng)機(jī)組FCB時，只要低旁無保護(hù)關(guān)信號存在，就會發(fā)生1 s的脈沖令低旁快開；1 s后如果再熱汽壓與設(shè)定值偏差小于0.2 MPa，快開信號復(fù)歸。在低旁閥動作之后，再熱蒸汽經(jīng)低旁減溫水降溫后疏水排向凝汽器。熱工設(shè)置低旁閥后疏水溫度為150 ℃，當(dāng)溫度超過200 ℃時，強(qiáng)制關(guān)閉低壓旁路控制閥，并延時觸發(fā)再熱器保護(hù)動作。機(jī)組總?cè)剂狭看笥?0 %MCR時延時20 s，大于20 %MCR則延時10 s。

低旁閥動作后的蒸汽溫度主要是通過調(diào)整低旁減溫水閥開度來控制的。低旁減溫水閥的開度是綜合低旁閥開度，并結(jié)合熱蒸汽壓力、低旁閥后溫度以及低旁減溫水反饋的PID調(diào)節(jié)函數(shù)，由控制模塊綜合計算控制減溫水閥的開度指令，從而決定低旁減溫水閥的實際開度，其控制邏輯如圖1所示。

低旁減溫水閥A，B側(cè)的閥位指令取自同一個信號，SUM162上疊加了旁路指令反饋和再熱器出口壓力。從FX165和FX167的參數(shù)可看出，此前饋作用相當(dāng)強(qiáng)烈，在低旁閥動作和再熱汽壓波動時直接聯(lián)動噴水閥。在與閥位指令(反饋)的關(guān)系上，直觀地表現(xiàn)為低旁閥打開，減溫水閥聯(lián)動開；低旁閥關(guān)小，減溫水閥也跟著關(guān)小。從圖1可以看出，在低旁閥后溫度低于150℃時，減溫水開度主要受控于熱再壓力和低旁開度指令的函數(shù)積的變化值。

3 低旁系統(tǒng)存在的問題

1號機(jī)組能夠在工況突變后FCB成功，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒，反映了機(jī)組優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能。但1 min后低旁A側(cè)減溫水閥后溫度超限，說明低旁系統(tǒng)控制上存在一定的問題。通過回放軟件和分析數(shù)據(jù)采集，低旁系統(tǒng)主要存在以下問題。

3.1 A側(cè)低旁閥動作存在卡澀、過調(diào)

低旁閥在機(jī)組FCB動作后接受1 s脈沖的快開指令，參與了再熱器壓力的偏差調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)全過程中，2個低旁閥動作的閥位反饋是不一致的，A側(cè)動作的波幅明顯大于B側(cè)。15:16:31，即再熱器保護(hù)動作的前1 s，A側(cè)開度為34.61 %，B側(cè)開度為18.39 %，差值達(dá)16.2 %，A側(cè)蒸汽流量明顯大于B側(cè)。而實際上低旁減溫水閥A，B側(cè)的閥位指令取自同一信號，兩側(cè)開度指令是一致的，但低旁閥動作后溫度A側(cè)卻明顯大于B側(cè)。

2010-04-01，1號機(jī)組停運(yùn)臨修。通過校驗低旁閥行程發(fā)現(xiàn)，A側(cè)低旁閥在開關(guān)過程中有時緩時快的現(xiàn)象。經(jīng)分析認(rèn)為，機(jī)組長時間運(yùn)行后，由于閥門長期不活動且無法進(jìn)行定期校驗，閥門不可預(yù)知地發(fā)生了動作偏慢、卡澀、指令偏移的情況。在這次機(jī)組FCB過程中，A側(cè)低旁閥存在動作不暢、調(diào)節(jié)過度、實際開度與指令偏差較大的情況，導(dǎo)致減溫水流量不足以維持低旁閥動作后溫度穩(wěn)定，這是導(dǎo)致A側(cè)低旁閥動作后溫度超限的直接原因。

3.2 低旁減溫水控制邏輯存在問題

根據(jù)參數(shù)的變化趨勢可以得出，低旁減溫水閥整個動作過程一直跟隨再熱壓力的波動而變化，這是不合理的現(xiàn)象。從控制回路的邏輯來看，再熱壓力在2.4～4.5 MPa波動，對應(yīng)FX167的函數(shù)輸出為1.25～1.63，對低旁減溫水閥的影響總趨勢應(yīng)該不太大。合理的控制趨勢應(yīng)該是低旁減溫水隨著低旁閥的波動而調(diào)整，而且有相對應(yīng)的開度，這樣才不致使低旁閥后溫度波動過大。而實際上卻出現(xiàn)了低旁閥在開大而減溫水閥關(guān)小，當(dāng)?shù)团蚤y開到最大，減溫水閥已經(jīng)關(guān)到接近最小的不合理狀況。這是低旁閥后溫度失控的一個主要原因。

3.3 PID調(diào)節(jié)回路對溫度不敏感

在低旁減溫水閥后溫度上漲至150 ℃后，減溫水閥并沒有明顯地增大開度，甚至開度在減小，說明PID調(diào)節(jié)回路對低旁閥動作后溫度控制不夠敏感，沒有起到應(yīng)有的調(diào)節(jié)作用，以致A側(cè)低旁閥后溫度以4 ℃/s的速率突升，很快超過200 ℃保護(hù)動作值，并延時10 s使再熱器保護(hù)動作。這是因為該低旁減溫水控制PID調(diào)節(jié)回路函數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致溫度突升而減溫水控制反應(yīng)滯后。

3.4 熱工設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)裕量偏小

熱工設(shè)置低旁閥動作后溫度達(dá)到200 ℃就保護(hù)快關(guān)低旁閥，調(diào)節(jié)幅度只有50 ℃，存在調(diào)節(jié)裕量偏小的問題。低旁閥對再熱器壓力為偏差控制，沒有加入再熱器壓力的前饋信號。由于再熱器壓力的波峰值和低旁閥調(diào)節(jié)的波峰值間存在9 s的時間差，低旁減溫水閥開度很明顯跟隨再熱汽壓的變化而調(diào)整，這就出現(xiàn)了低旁閥還在開大而減溫水閥開始關(guān)小的情況。這種調(diào)節(jié)的結(jié)果會導(dǎo)致減溫水量無法滿足降低低旁疏水溫度的需求，也會導(dǎo)致低旁閥后溫度出現(xiàn)大幅上升。由于低旁閥后溫度調(diào)節(jié)裕量較小，同時由于PID調(diào)節(jié)回路在溫度控制中沒有發(fā)揮作用，大大增加了機(jī)組再熱器保護(hù)動作的概率。

4 低旁系統(tǒng)的優(yōu)化

機(jī)組正常運(yùn)行中，旁路系統(tǒng)各閥門沒有定期活動校驗是國內(nèi)汽輪機(jī)組普遍存在的情況。在發(fā)生機(jī)組異常情況下保證旁路系統(tǒng)可靠動作并參與調(diào)整是一個不可忽視的問題。綜合1號機(jī)組低旁調(diào)節(jié)的特點以及低旁系統(tǒng)存在的問題，該機(jī)組低旁系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行以下幾個方面的優(yōu)化。

4.1 校驗、調(diào)整低旁減溫水閥控制邏輯函數(shù)定值

(1) 查找出減溫水閥主要受控于再熱壓力的原因，校驗低旁減溫水的控制邏輯函數(shù)定值。在低旁閥動作后溫度低于150 ℃時，減溫水閥主要受控于再熱蒸汽壓力和低旁閥反饋，校驗FX165和FX167函數(shù)是否出現(xiàn)定值漂移或錯置情況，靜態(tài)測量其輸出對低旁減溫水影響的實際數(shù)據(jù)。

(2) 修正、提高PID調(diào)節(jié)回路對溫度的反應(yīng)系數(shù)，當(dāng)?shù)团蚤y后溫度上漲時及時加大減溫水閥的調(diào)整開度。

4.2 更改低旁減溫水閥的前饋信號

在低旁系統(tǒng)控制邏輯中，把低旁閥指令反饋疊加到低旁噴水減溫閥指令上。這種做法可保證減溫水閥的快速隨動，但也有其不合理的地方，如果低旁閥實際開度與指令偏差較大，則減溫水流量可能不足以維持閥后溫度，會導(dǎo)致溫度失控。因此，建議把疊加在低旁減溫水閥指令上的低旁閥指令前饋信號改為低旁閥實際閥位信號，并且通過比較取高值，這樣可以解決減溫水閥隨低旁閥實際開度而動的問題，從而能更有效地避免閥后溫度超限情況。

4.3 重置正常調(diào)節(jié)溫度值和保護(hù)動作值

國內(nèi)大多數(shù)同等級機(jī)組低旁閥動作后溫度一般設(shè)定為150 ℃，低旁閥保護(hù)關(guān)的設(shè)定值為250 ℃，該溫度保護(hù)值的設(shè)定主要考慮因素為：

(1) 該壓力下的再熱的蒸汽飽和溫度問題，高于該溫度值時會造成汽水混合物引起管路振動；

(2) 對凝汽器鈦管的沖擊；

(3) 對真空的影響；

(4) 產(chǎn)生熱應(yīng)力對設(shè)備的影響。

1號機(jī)組FCB動作，其凝汽器真空從-95.8 kPa下降到-93.6 kPa，其他方面與其他機(jī)組無差異。經(jīng)比較分析后認(rèn)為，低旁閥動作后溫度保護(hù)設(shè)定值為200 ℃偏低，溫度調(diào)節(jié)裕量偏小，應(yīng)適當(dāng)調(diào)高保護(hù)設(shè)定值。綜合往年啟停機(jī)低旁動作記錄數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，低旁減溫水閥動作后溫度控制并不在150℃，而是在120 ℃左右波動，這和本機(jī)組低旁減溫水控制邏輯加入了低旁閥和再熱壓力的前饋控制特點有很大關(guān)系。因此，可以考慮將低旁閥動作后溫度正常值設(shè)置為130 ℃；當(dāng)閥后溫度高于130 ℃后，PID調(diào)節(jié)也參與溫度控制，從而減小低旁閥動作后溫度超限的概率。

4.4 強(qiáng)化系統(tǒng)的維護(hù)管理和運(yùn)行管理

低旁系統(tǒng)長時間備用會影響其實際運(yùn)行，如閥門卡澀、蒸汽積垢、閥門積污、液壓系統(tǒng)失常、設(shè)備老化、熱工信號異常等，都會造成低旁系統(tǒng)啟動不正常。強(qiáng)化低旁系統(tǒng)的維護(hù)管理是消除設(shè)備隱患的最佳方法。在機(jī)組停運(yùn)時要將低旁系統(tǒng)列入檢修維護(hù)項目，對老化設(shè)備及時更換，日常運(yùn)行時要加強(qiáng)巡視檢查和清掃，以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和改善設(shè)備運(yùn)行的條件。同時要加強(qiáng)運(yùn)行管理，建議在負(fù)荷允許的情況下，對高低壓旁路閥以及減溫水閥進(jìn)行定期的開、關(guān)試驗。