胡尊民

摘 要：1000MW超超臨界二次再熱機組的旁路系統(tǒng)由原來的高、低壓兩級旁路變?yōu)楦?、中、低三級旁路，運行參數(shù)及控制策略也隨之改變。大型火電機組的自動化程度日益提高，機組一鍵啟停技術（APS）的應用將是火電機組自動控制發(fā)展的必然趨勢。旁路系統(tǒng)的全程自動控制作為APS系統(tǒng)的一部分，在機組整體自動控制過程中有著很高的重要性。

關鍵詞：二次再熱 旁路 全程自動控制 1000MW超超臨界機組

1、概述

火力發(fā)電機組汽輪機旁路系統(tǒng)是與汽輪機并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)。它由蒸汽旁路閥門、旁路閥門控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構、旁路減溫閥門和旁路蒸汽管道等組成。其作用是將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不經(jīng)過汽輪機而引到下一級的蒸汽管道或凝汽器。現(xiàn)對上海電氣集團生產(chǎn)的二次再熱百萬機組配套的旁路系統(tǒng)的自動控制策略分析。

2、旁路系統(tǒng)的控制

旁路系統(tǒng)的控制與機組的啟動過程相對應，將整個啟機過程分為七個時段，對應A1/A2/A3/B/C/D/E7種模式。機組啟動又分為啟動點火、升溫升壓、沖轉并網(wǎng)及停機四個階段。按照這四個階段分別介紹高旁、中旁、低旁的控制方式。

2.1啟動點火階段

（1）高壓旁路控制

鍋爐點火，旁路進入啟動點火階段，高旁的控制對應著A1模式和A2模式。鍋爐點火，高壓旁路進入A1模式。高旁指令置“0”，高壓旁路閥門全關，壓力設定值跟蹤實際主汽壓力。鍋爐點火15min后或點火時主汽壓力已大于最大允許沖轉壓力（16Mpa）或點火后鍋爐累計升壓超過一定的量（升壓量為點火時的主汽壓力的函數(shù)，0.2～1.1Mpa），高旁進入A2模式。A2模式為閥位控制模式，高壓旁路的開度根據(jù)啟機狀態(tài)自動設定開度低限，同時調節(jié)主汽壓力，壓力設定值為0.5Mpa。

冷、溫態(tài)啟機時，點火時主蒸汽壓力較低。此階段的高壓旁路曲線對應圖1所示的t1-t2階段，同時設定了旁路閥門開度高限30%用于主蒸汽升溫升壓。隨著鍋爐熱負荷的增加，鍋爐主蒸汽壓力也會相應增加。在冷態(tài)、溫態(tài)啟動時還設計了一個熱態(tài)沖洗的功能；通過是調節(jié)主蒸汽壓力來保證汽水分離器出口溫度在180℃左右。根據(jù)180℃飽和蒸汽對應的壓力，以及分離器出口至過熱器出口之間的壓降，得出熱態(tài)沖洗過程中高壓旁路調節(jié)的壓力設定值為0.9 Mpa。中間點溫度達到180℃或者主蒸汽壓力達到設定值后進入熱態(tài)沖洗。當高壓旁路開度達到30%時，高壓旁路高限觸發(fā)，旁路在30%開度升壓，熱態(tài)沖洗條件觸發(fā)時，釋放高壓旁路高線限制。高旁保持進入熱態(tài)沖洗前的主蒸汽壓力為設定壓力，旁路調節(jié)主蒸汽壓力。對應得圖1所示t2-t3階段。當沖洗完成后，運行人員手動操作退出熱態(tài)沖洗。熱態(tài)沖洗復位后，將高壓旁路的開度高限值從100%重新設定為30%，開度低限不變，用于鍋爐的升溫升壓。

（2）中壓旁路控制

高壓旁路進入A1模式后中壓旁路同時進入A1模式，關閉中壓旁路。在高壓旁路進入A2模式且高旁開度大于3%后，中旁進入A2模式，中旁壓力設定從當前主汽壓力按照0.05Mpa/min的速率變化到0.55Mpa；為了保證一級再熱器有一定蒸汽流量，且保證升壓泄壓速率與鍋爐熱負荷匹配，中壓旁路閥門開度低限設定為10%、高限50%。

（3）低壓旁路控制

高壓旁路進入A1模式后低壓旁路同時進入A1模式，關閉低壓旁路。壓力設定跟蹤實際壓力，在高壓旁路進入A2模式且高旁開度大于3%后，低旁進入A2模式，低旁壓力設定按照0.03Mpa/min的速率增加到0.1Mpa；為了保證二級再熱器有一定的蒸汽流量，給低壓旁路閥門開度低限設定為10%，高限50%。

2.2升溫升壓階段（A3模式）

升溫升壓模式分為兩個階段，一是升溫升壓至啟機沖轉到3000r/min前，二是并網(wǎng)至旁路全關。圖1所示t3-t4為升壓階段，目的是將主汽壓力升到汽機沖轉壓力；t4-t5階段為沖轉到機組并網(wǎng)階段。

冷態(tài)、溫態(tài)啟機時，A2模式下、主汽壓力達到?jīng)_轉壓力設定值且發(fā)電機未并網(wǎng)且高旁指令大于29%則高旁進入A3模式。

熱態(tài)、極熱態(tài)啟機時，主汽壓力大于沖轉設定壓力，將旁路開到30%釋放壓力，當主汽壓力達到啟機沖轉壓力時，高壓旁路系統(tǒng)切至A3模式。

A3模式：高壓旁路閥開度高限釋放至100%，高壓旁路通過PID控制器控制維持主蒸汽壓力，升壓速率0.2Mpa/min，目標壓力：冷態(tài)、溫態(tài)8Mpa，熱態(tài)、極熱態(tài)12Mpa。高壓旁路閥門開度低限保留，低限為主汽溫度的函數(shù)：300℃及以下對應10%、500℃對應15%、620℃對應18%三段，每段之間線性關系。

中旁在A2模式、中旁開度不小于50%且高旁已進入A3模式，中旁進入A3模式，中壓旁路目標壓力設定為2.55Mpa；閥門開度高限設定為100%，低限為10%，升壓速率0.1Mpa/Min。

低旁在A2模式，低旁開度不小于50%且高旁進入A3模式，低旁進入A3模式。目標壓力設定為0.8Mpa，低壓旁路閥門高限設定為100%、低限為10%，升壓速率0.03Mpa/Min。

在機組并網(wǎng)后，旁路閥門低限設定為零，高旁調節(jié)主汽壓力，汽輪機帶初始負荷，DEH處于本地負荷控制模式。當高旁閥門開度小于3%后，高旁進入滑壓跟蹤B模式；中低開度小于6%后，中低旁進入B模式。

當發(fā)電機并網(wǎng)后，機組處于汽機調負荷，旁路調壓力模式；通常汽機初始負荷指令較大，并網(wǎng)后旁路很快全部關閉。

高壓旁路啟動曲線：

2.3汽機運行模式（B模式）

機組并網(wǎng)后，所有高旁全關后，高壓旁路由A3模式進入B模式。B模式下，高旁的壓力設定值會在協(xié)調系統(tǒng)滑壓曲線壓力設定值上疊加一定的偏置量（1.4Mpa），最高不超過35.2Mpa。因設定值大于實際壓力，促使高旁可靠關閉。B模式下高旁提供壓力保護，限制主汽壓力在協(xié)調系統(tǒng)壓力設定值+1.4Mpa的范圍內。當主汽壓力偏離協(xié)調壓力設定值正1.4Mpa后，高旁溢流打開泄壓，保證機組安全運行。

中壓旁路B模式：中壓旁路壓力設定值為一次再熱器出口當前壓力加0.5Mpa；中壓調節(jié)PID控制器被調量一直小于設定值，中旁關閉。

低壓旁路B模式：壓力設定值為二次再熱器出口當前壓力加0.3Mpa，保證低壓旁路一直為“0”。

2.4停機模式（C模式和D模式）

停機狀態(tài)分為兩種：停機不停爐C模式和停機停爐D模式。當機組正常運行過程中，低負荷段（機組負荷小于200MW）汽輪機跳閘旁路系統(tǒng)正常打開，不觸發(fā)MFT，旁路進入停機C模式。

C模式下為了防止引發(fā)鍋爐再熱器保護動作，設定旁路閥門開度指令低限。高壓旁路開度低限曲線為主汽溫度的函數(shù)：300℃及以下對應15%、500℃對應20%、620℃對應23%三段。C模式下目標壓力設定為鍋爐校正后煤量的函數(shù)，滑壓速率為0.3Mpa/min。當主汽壓力達到?jīng)_轉壓力時，高旁進入A3模式，準備再次沖轉。C模式下高旁壓力設定與煤量的函數(shù)關系如表1。

中壓旁路的目標壓力為2.55Mpa，壓力設定變化速率為0.05Mpa/Min，中壓旁路閥門開度低限設定值為15%。當壓力降到2.55Mpa，中旁進入A3模式。

低旁目標壓力設定為0.8Mpa，壓力變化速率為0.03 Mpa/Min，低壓旁路閥門開度低限設定值為12%。當壓力降到1Mpa以下，低旁進入A3模式。

任何模式和工況下MFT動作，高旁、中旁、低旁進入停機D模式，高旁壓力設定為31Mpa，中旁壓力設定為當前壓力加0.5Mpa，最高不超過12Mpa。低旁壓力設定為當前壓力加0.3Mpa，最高不超過3.6Mpa。綜上所述，當MFT動作后，高中低三級旁路在保證系統(tǒng)不超壓的情況下，三級旁路全關。

3、結論

結合世界首臺二次再熱1000MW機組的調試過程中的實際情況及參數(shù)邏輯等的調整。經(jīng)過實際應用表明，此種控制策略及參數(shù)能夠較好的應用與二次再熱超超臨界1000MW機組旁路系統(tǒng)控制上。兼顧機組運行的安全性、經(jīng)濟性；并且包容各種工況下旁路系統(tǒng)的安全響應。