陳 昭,許 震

（杭州華電江東熱電有限公司，浙江杭州,10000）

三菱M701F4級燃機(jī)的汽機(jī)旁路控制在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

陳 昭,許 震

（杭州華電江東熱電有限公司，浙江杭州,10000）

介紹了三菱M701F4級燃機(jī)的汽機(jī)旁路自動控制在國產(chǎn)DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的控制策略、模式切換、調(diào)試與運(yùn)行參數(shù)，并分析了一些問題。

三菱燃機(jī) M701F4； 汽機(jī)旁路； 控制策略

0 引言

某廠熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目1號機(jī)組為三菱M701F4型單軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，包括一臺日本三菱公司M701F4級工業(yè)重型燃?xì)鈾C(jī)組，一臺東方電氣集團(tuán)公司的蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，一臺杭州鍋爐集團(tuán)公司的余熱鍋爐和相關(guān)的輔助系統(tǒng)。機(jī)組控制系統(tǒng)采用分島控制方式。機(jī)島控制范圍包括燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)，簡稱TCS，采用三菱的DIASYS Netmation系統(tǒng)；爐島包括余熱鍋爐和輔助系統(tǒng)，簡稱DCS，采用南自公司生產(chǎn)的maxDNA控制系統(tǒng)。汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在maxDNA系統(tǒng)中，TCS中參與旁路控制的信號通過硬接線與DCS實(shí)現(xiàn)通訊。汽輪機(jī)旁路的主要作用在于利用其啟動功能 ,降低機(jī)組啟動過程中的熱應(yīng)力 ,縮短啟動時間 ,回收工質(zhì) ,從而降低機(jī)組啟動和運(yùn)行成本（1），以及配合機(jī)組整體響應(yīng)，保證在甩負(fù)荷、跳閘等特殊工況下機(jī)組的穩(wěn)定和安全。

圖1 高旁最小壓力設(shè)定曲線

圖2 中旁最小壓力設(shè)定曲線

1 汽輪機(jī)旁路控制策略

本廠設(shè)計(jì)了旁路控制系統(tǒng)的手動控制模式、手動設(shè)定值控制模式以及自動設(shè)定控制模式。根據(jù)三個運(yùn)算回路又分別命名為：最小壓力控制模式、后備壓力控制模式、實(shí)際壓力控制模式。

1.1 最小壓力控制模式

1.1.1 最小壓力控制判斷

在高旁全自動投入下，當(dāng)燃機(jī)點(diǎn)火成功后，若主汽壓力大于4.8MPa，或點(diǎn)火后主汽壓大于0.5MPa并超過點(diǎn)火時刻主汽壓值的0.3MPa以上，則高旁進(jìn)入最小壓力控制；在中旁全自動投入下，當(dāng)燃機(jī)點(diǎn)火成功后，若中壓主汽壓大于1.25MPa，或點(diǎn)火后中壓主汽壓大于0.3MPa并超過點(diǎn)火時刻的中壓主汽壓值的0.1MPa，則中旁進(jìn)入最小壓力控制；在低旁全自動投入下，當(dāng)燃機(jī)點(diǎn)火成功后，若低壓主汽力壓大于0.15MPa，或點(diǎn)火后低壓主汽壓大于0.1MPa并且超過點(diǎn)火時刻的低壓主汽壓值的0.01MPa，則低旁進(jìn)入最小壓力控制。

除上述判斷點(diǎn)外，各旁路后備壓力控制模式和實(shí)際壓力控制模式的投入都將撤出最小壓力模式。高、中、低旁路投入最小壓力控制模式后，壓力設(shè)定值分別跟隨由機(jī)組負(fù)荷計(jì)算出的壓力設(shè)定值曲線，如圖1,2,3。

1.1.2 最小壓力模式下的升速率控制

旁路在最小壓力模式下，對蒸汽壓力設(shè)定值曲線增加了限速模塊以配合系統(tǒng)合理升溫升壓。TCS根據(jù)機(jī)組啟動時的參數(shù)，將機(jī)組啟動狀態(tài)分為冷、溫、熱三態(tài)。冷、溫、熱三種模式下的高旁升壓速率曲線分別是由壓力設(shè)定值充當(dāng)變量的三組分段函數(shù)，如表1：

圖3 低旁最小壓力設(shè)定曲線

圖4

圖5

低旁升壓速率固定在0.02MPa/Min。

隨著機(jī)組負(fù)荷上升，最小壓力控制模式下的旁路壓力設(shè)定值隨著升壓曲線并通過速率限制回路的作用緩緩上升。高、中、低旁路設(shè)定值速率閉鎖增定值分別為0.2MPa，0.1MPa和0.03MPa。

1.2 后備壓力控制模式

在旁路全自動投入下，當(dāng)TCS判斷高/中壓主汽調(diào)門壓力控制模式投入，則高、中旁分別投入后備壓力控制模式；當(dāng)?shù)蛪褐髌{(diào)門壓力控制模式投入，則低旁投入后備壓力模式。此時，若有旁路實(shí)際壓力控制模式投入，則撤出相應(yīng)旁路的后備壓力控制。旁路后備壓力控制模式投入后，主汽壓設(shè)定值分別根據(jù)當(dāng)前實(shí)際壓力通過一個函數(shù)得出（高旁圖4，中旁圖5，低旁圖6），函數(shù)輸出的壓力設(shè)定值在實(shí)際壓力以上，但設(shè)置高限，高限在機(jī)組主汽壓力設(shè)計(jì)值以上、安全值以下。

1.3 實(shí)際壓力控制模式

高、中旁全自動投入下，當(dāng)機(jī)組跳閘或燃機(jī)熄火，或高壓主汽調(diào)閥程控關(guān)閉則高、中旁投實(shí)際壓力控制模式；低旁全自動投入下，當(dāng)機(jī)組跳閘或燃機(jī)熄火，或低壓主汽調(diào)閥程控關(guān)，則低旁投實(shí)際壓力控制模式。

旁路在投入實(shí)際壓力控制模式后，壓力設(shè)定分別跟隨投入時刻的高、中、低壓機(jī)前主汽壓力，以盡量保壓，提高能效。實(shí)際壓力控制模式投入后，若TCS發(fā)出機(jī)組重啟命令，則復(fù)位實(shí)際壓力控制模式，投入最小壓力控制模式，高、中、低旁壓力設(shè)定分別跟隨各自最小壓力控制模式下的升壓曲線。

1.4 特殊工況下的旁路動作

旁路基于機(jī)組安全等因素還設(shè)計(jì)了幾種特殊工況下的控制，并優(yōu)先于PID控制回路的指令。如在汽機(jī)已進(jìn)汽做功的工況下，機(jī)組觸發(fā)跳閘時，旁路閥指令開至60%，以防蒸汽超壓，保證機(jī)組安全。在旁路快開的特殊工況下，減溫水PID調(diào)節(jié)無法快速響應(yīng)，需要單獨(dú)考慮減溫水控制策略。因此，為防止超溫，根據(jù)旁路和減溫水容量，設(shè)計(jì)有減溫水快開控制。

1.5 旁路后減溫水控制

高壓主汽經(jīng)過高旁減溫減壓后通向冷再熱器，高旁減溫水取自中壓給泵出口管道，溫控由高旁減溫水調(diào)門單回路PID控制實(shí)現(xiàn)；中壓主汽經(jīng)過中旁減溫減壓后通向凝汽器，中旁后減溫水取自凝結(jié)水管道，溫控由中旁減溫水調(diào)門單回路PID控制實(shí)現(xiàn)。除此之外，還增加了特殊工況下旁路開至60%時，減溫水調(diào)門也開至50%，以防再熱器或中旁后超溫危及機(jī)組安全或觸發(fā)旁路保護(hù)關(guān)導(dǎo)致系統(tǒng)超壓。

通過低壓旁路至凝汽器的蒸汽設(shè)計(jì)溫度較低，因此無減溫設(shè)置。

2 調(diào)試及運(yùn)行中的優(yōu)化

（1）旁路各個模式下的壓力設(shè)定曲線的設(shè)計(jì)基于汽機(jī)壓力設(shè)計(jì)初值，綜合考慮設(shè)備實(shí)際情況和試驗(yàn)后進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，得到前述參數(shù)。

（2）旁路在甩負(fù)荷等特殊工況下快速開啟的閥位和相應(yīng)減溫水調(diào)閥開度，是根據(jù)機(jī)組旁路容量及蒸汽實(shí)際流量分析計(jì)算得出，基本滿足安全性的要求。后續(xù)經(jīng)過機(jī)組長時間的運(yùn)行及啟停，可通過分析機(jī)組各負(fù)荷段的各項(xiàng)參數(shù)及閥門特性進(jìn)行優(yōu)化。

（3）鍋爐中壓汽包容量較小，因中壓主汽壓力波動引起的中壓汽包虛假水位現(xiàn)象比較嚴(yán)重。特別是停機(jī)過程中，旁路切至實(shí)際壓力控制模式后，旁路壓力設(shè)定值鎖定原機(jī)前壓力，由于高壓缸進(jìn)汽減少而高壓主蒸汽壓力上升，高旁逐漸開啟，此時再熱器壓力跟著快速升高，中壓汽包液位明顯下壓；隨著再熱器壓力快速升高，并超過中旁鎖定的原中壓主汽壓力，導(dǎo)致中旁PID輸出增大，開閥泄壓，而隨著再熱蒸汽壓力快速下降，尤為明顯的出現(xiàn)了中壓汽包水位大幅升高的虛假現(xiàn)象?；诖?，對中壓汽包水位自動控制進(jìn)行了優(yōu)化，以防止停機(jī)或其他特殊工況下汽包水位超出安全范圍。

3 總結(jié)

經(jīng)過調(diào)試和長期運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，以上介紹的控制能滿足三菱M701F4型單軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的快速啟停及正常運(yùn)行對汽機(jī)旁路的要求，并保證了甩負(fù)荷等特殊工況下機(jī)組的安全性。

[1]樊印龍,王函弘.北侖電廠二期工程汽輪機(jī)帶旁路啟動中幾個問題的探討[J].浙江電力,2000(5)

[2]張華磊.超臨界機(jī)組旁路控制系統(tǒng)調(diào)試分析[J].浙江電力，2009（2）:84-86.

陳昭（1986-01），男，浙江浦江人，助理工程師，從事發(fā)電廠熱控技術(shù)工作。

Realization of Turbine By pass Control of Mitsubishi M701F4 Gas Turbine in DCS System

Chen Zhao,Xu Zhen
(Hangzhou Huadian Jiangdong Thermal Power Co.,Ltd.,China，310000)

This paper introduces the control strategy, mode switching,commissioning and operation parameters of Mitsubishi M701F4 gas turbine engine in the domestic DCS system,and analyzes some problems.

Mitsubishi M701F4;turbine bypass;control strategy

圖6