□馮 琦 姚廣楠

田灣3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)借鑒了田灣一期的成熟經(jīng)驗(yàn)，在旁路系統(tǒng)正式試驗(yàn)之前，調(diào)試人員開(kāi)展了旁排閥的硬件測(cè)試，并對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)；在旁路系統(tǒng)試驗(yàn)和機(jī)組瞬態(tài)試驗(yàn)期間，通過(guò)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)分析，優(yōu)化了旁排控制邏輯，保證了機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。本文側(cè)重闡述田灣3號(hào)機(jī)組旁排閥硬件設(shè)備的改造與控制邏輯的優(yōu)化和創(chuàng)新，并對(duì)分析過(guò)程和改造方案做了詳細(xì)的論述。

一、汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的功能

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)主要完成以下功能：一是在機(jī)組啟動(dòng)和初始加載時(shí)調(diào)節(jié)二回路主蒸汽集管壓力，保證以設(shè)定的速率加熱主蒸汽管道；二是保證以設(shè)定的速率冷卻反應(yīng)堆及一回路設(shè)備；三是在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)主蒸汽集管的壓力，并通過(guò)向凝汽器導(dǎo)出反應(yīng)堆熱量，防止主蒸汽系統(tǒng)大氣釋放閥或安全閥動(dòng)作。

二、汽輪機(jī)旁排閥硬件設(shè)備的改造

(一)限位開(kāi)關(guān)升級(jí)改造的分析。旁排閥單體調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)，所有旁排閥限位開(kāi)關(guān)如果滿(mǎn)足了關(guān)反饋信號(hào)觸發(fā)的精度要求，關(guān)反饋信號(hào)消失時(shí)的閥門(mén)開(kāi)度均大于實(shí)際閥位的15%；如果滿(mǎn)足了開(kāi)反饋信號(hào)觸發(fā)的精度要求，開(kāi)反饋消失的閥門(mén)開(kāi)度均小于實(shí)際閥位的85%。旁排閥限位開(kāi)關(guān)的回差過(guò)大，不能及時(shí)反饋閥門(mén)的實(shí)際狀態(tài)，對(duì)控制邏輯準(zhǔn)確觸發(fā)有較大影響，因?yàn)榕耘砰y的非關(guān)反饋信號(hào)在控制邏輯中有兩處關(guān)鍵引用。

1.汽輪機(jī)DEH設(shè)計(jì)要求。在汽輪機(jī)DEH控制模式切換時(shí)，需要取用旁排閥非關(guān)的信號(hào)作為判別依據(jù)。當(dāng)有旁排閥處于非全關(guān)狀態(tài)時(shí)，汽輪機(jī)DEH處于功率控制模式；當(dāng)旁排閥全關(guān)狀態(tài)時(shí)，汽輪機(jī)DEH處于壓力控制模式。如旁排閥非關(guān)信號(hào)不能及時(shí)觸發(fā)，將會(huì)遲滯DEH切至功率控制模式，會(huì)造成機(jī)組轉(zhuǎn)速或功率的波動(dòng)。

2.汽輪機(jī)旁排噴淋水閥也與旁排閥有連鎖控制要求。即旁排閥處于非關(guān)時(shí)，即認(rèn)為有蒸汽進(jìn)入凝汽器，旁排噴淋水閥需及時(shí)開(kāi)啟，對(duì)進(jìn)入凝汽器的蒸汽進(jìn)行降溫降壓。旁排閥死區(qū)為8.7%，如果旁排閥關(guān)反饋在實(shí)際閥位15%以上才能消失，則當(dāng)旁排閥實(shí)際閥位在8.7%～15%開(kāi)度時(shí)，進(jìn)入凝汽器的蒸汽將沒(méi)有噴淋減溫水，會(huì)引起凝汽器超壓運(yùn)行。

(二)限位開(kāi)關(guān)升級(jí)改造方案。通過(guò)查閱和分析供貨廠(chǎng)家SEMPELL提供的旁排閥限位開(kāi)關(guān)機(jī)械原理圖，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)供貨的旁排閥限位開(kāi)關(guān)均為機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)，其優(yōu)缺點(diǎn)都十分明顯，即優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊；而缺點(diǎn)是限位開(kāi)關(guān)精度不夠，回差較大。

為了解決旁排閥限位開(kāi)關(guān)的缺陷，通過(guò)多次和廠(chǎng)家溝通和澄清，并對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)既能抗強(qiáng)度沖擊又能滿(mǎn)足精度高回差小的限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行研究，最終決定采用STI提供的Guardbox型限位開(kāi)關(guān)。

在對(duì)旁排閥限位開(kāi)關(guān)改造后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，旁排閥限位開(kāi)關(guān)的開(kāi)反饋均在實(shí)際閥位的95～100%之間觸發(fā)，小于95%消失；而關(guān)反饋均在實(shí)際閥位的0%～5%之間觸發(fā)，大于5%消失，改造后的旁排閥限位開(kāi)關(guān)能夠很好地滿(mǎn)足汽輪機(jī)DEH和旁排噴淋水閥的控制要求，并能快速準(zhǔn)確觸發(fā)。

三、旁路系統(tǒng)的邏輯創(chuàng)新與優(yōu)化

3號(hào)機(jī)組調(diào)試階段，機(jī)組電功率在55MW/min降負(fù)荷至56MW和50%功率打閘停機(jī)時(shí)都曾出現(xiàn)二回路主蒸汽壓力大幅波動(dòng)的情況。為了解決二回路蒸汽壓力波動(dòng)的問(wèn)題，儀控人員對(duì)旁排控制邏輯進(jìn)行了大量創(chuàng)新設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

(一)正常調(diào)節(jié)模式下旁排閥分組與閥位重構(gòu)邏輯的優(yōu)化。

1.旁排閥重構(gòu)邏輯優(yōu)化與分析。根據(jù)旁排閥的行程與流量特性曲線(xiàn)，旁排閥8.7%～100%開(kāi)度與流量之間近似線(xiàn)性關(guān)系，旁排閥的總閥位可以在每次重構(gòu)觸發(fā)時(shí)，重新進(jìn)行平均分配。當(dāng)上一組閥門(mén)開(kāi)度超過(guò)20%時(shí)，下一組閥門(mén)與前幾組閥門(mén)閥位重構(gòu)，他遵循如下公式：

注1：20%～8.7%為得到的有效閥位

注2：在冷卻模式下，閥位重構(gòu)開(kāi)度由20%修改為50%。

當(dāng)旁排非OM手動(dòng)，閥門(mén)總凈開(kāi)度大于一定值時(shí)，當(dāng)?shù)诙M閥門(mén)到第四組閥門(mén)投入自動(dòng)的時(shí)刻，觸發(fā)3秒的閥位重構(gòu)指令，將該組及其前面所有組旁排閥門(mén)進(jìn)行閥位重構(gòu)(如第三組投入，則將第一、二、三組閥位重構(gòu))。

旁排閥閥位重構(gòu)加劇了二回路主蒸汽壓力偏離設(shè)定值，壓力達(dá)到峰值6.56MPa。閥位重構(gòu)指令觸發(fā)的3秒內(nèi)調(diào)節(jié)器處于跟蹤閥位重構(gòu)邏輯的狀態(tài)，不進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器不能及時(shí)接管壓力控制，加劇實(shí)際壓力偏離設(shè)定值。為使調(diào)節(jié)器盡快接管壓力控制，需要將每組旁排閥觸發(fā)重構(gòu)指令的脈沖時(shí)間縮短。由于旁排閥動(dòng)作很快，1秒內(nèi)便能完成閥位重構(gòu)，最終將觸發(fā)重構(gòu)指令的脈沖時(shí)間由3秒優(yōu)化為1秒。

2.旁排調(diào)節(jié)器甩負(fù)荷附加定值邏輯的優(yōu)化。機(jī)組功率運(yùn)行時(shí)，汽機(jī)旁排控制邏輯實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)級(jí)壓力，當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)壓力階躍下降超過(guò)0.7MPa(表征12.5%額定功率)時(shí)，在旁排邏輯中判斷為甩負(fù)荷，輸出持續(xù)60秒的甩負(fù)荷信號(hào)，并根據(jù)調(diào)節(jié)級(jí)壓力突降的速率經(jīng)微分模塊運(yùn)算后生成甩負(fù)荷附加定值。甩負(fù)荷附加定值的作用是加大旁排閥調(diào)節(jié)器的輸入偏差，起到前饋的作用，使旁排閥可以在甩負(fù)荷瞬間快速動(dòng)作。

調(diào)節(jié)器的主蒸汽壓力有效設(shè)定值為給定值減甩負(fù)荷附加定值，由此可知微分模塊衰減過(guò)慢作為減數(shù)的甩負(fù)荷附加定值將長(zhǎng)時(shí)間維持在較大的數(shù)值，導(dǎo)致主蒸汽壓力的有效設(shè)定值偏低，旁排閥持續(xù)開(kāi)啟，將主蒸汽壓力拉低，甚至觸發(fā)旁排閥快關(guān)功能。微分模塊延遲時(shí)間越短則輸出響應(yīng)更快；微分時(shí)間越短則輸出的衰減越快。此外，調(diào)節(jié)級(jí)壓力突降的速率，也決定這個(gè)微分模塊輸出的大小，當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)壓力大幅度快速下降時(shí)，微分模塊的輸出也會(huì)很大，也會(huì)導(dǎo)致主蒸汽壓力的有效設(shè)定值偏低。微分模塊的微分時(shí)間和延遲時(shí)間均由4秒改為2秒，讓微分模塊的輸出值響應(yīng)更快，衰減更快，使旁排調(diào)節(jié)器的主蒸汽壓力設(shè)定值有效值快速回頭。微分模塊的輸出限值由100改為0.9，限制微分模塊的最大輸出值。

(二)快開(kāi)快關(guān)電磁閥控制策略的創(chuàng)新和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)旁排系統(tǒng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，創(chuàng)造性地對(duì)旁排閥的快開(kāi)和快關(guān)功能組進(jìn)行分組控制，并優(yōu)化了實(shí)際壓力與設(shè)定值偏差觸發(fā)快開(kāi)快關(guān)的限值。

旁排閥的快開(kāi)和快關(guān)功能分組控制策略如下：第一組1個(gè)，MAN22AA201;第二組2個(gè)，MAN21AA201、MAN23AA201;第三組3個(gè)，MAN11AA201、MAN12AA201、MAN13AA201。

當(dāng)主蒸汽壓力快速上升，實(shí)際壓力大于6.75MPa、6.77MPa、6.79MPa時(shí)依次快速開(kāi)啟第一組、第二組、第三組;當(dāng)主蒸汽壓力快速下降，實(shí)際壓力小于5.80MPa、5.75MPa、5.70MPa時(shí)依次快速關(guān)閉第三組、第二組、第一組。

實(shí)際壓力與設(shè)定值的偏差觸發(fā)快開(kāi)快關(guān)功能的優(yōu)化如下：將實(shí)際壓力與設(shè)定值的偏差觸發(fā)快開(kāi)功能的定值由0.25MPa優(yōu)化為0.50MPa，并且加入旁排在控制模式的條件；將實(shí)際壓力與設(shè)定值的偏差觸發(fā)快關(guān)功能的定值由-0.21MPa優(yōu)化為-0.71MPa，并且加入旁排在控制模式的條件。

(三)旁排閥調(diào)節(jié)器跟蹤邏輯的優(yōu)化。當(dāng)快開(kāi)或快關(guān)動(dòng)作后，常規(guī)控制調(diào)節(jié)器都跟蹤實(shí)際閥位，當(dāng)快開(kāi)快關(guān)消失后，調(diào)節(jié)器重新輸出調(diào)節(jié)指令，接管閥位控制。它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了控制上的無(wú)擾切換，但缺點(diǎn)也很明顯，此時(shí)從全開(kāi)或全關(guān)位開(kāi)始調(diào)節(jié)，控制響應(yīng)比較慢。

優(yōu)化后，調(diào)節(jié)器不間斷地計(jì)算并輸出閥位指令，閥位指令將一直作用在定位器上。利用硬件結(jié)構(gòu)上快開(kāi)快關(guān)優(yōu)先的特點(diǎn)，當(dāng)快開(kāi)快關(guān)消失時(shí)，閥門(mén)能更快地到達(dá)調(diào)節(jié)器指令對(duì)應(yīng)的閥位，提高了調(diào)節(jié)速率，降低了系統(tǒng)壓力波動(dòng)。

四、創(chuàng)新與優(yōu)化的效果

通過(guò)對(duì)旁排閥硬件的改造和控制邏輯的優(yōu)化與創(chuàng)新，旁排閥對(duì)二回路主蒸汽壓力的控制效果良好，達(dá)到了PID調(diào)節(jié)器理想要求“理想曲線(xiàn)兩個(gè)波，前高后低4比1”，機(jī)組動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)的相關(guān)曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 100%額定功率甩負(fù)荷至廠(chǎng)用電

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)旁排閥硬件設(shè)備改造與控制邏輯優(yōu)化等相關(guān)工作，汽輪機(jī)旁排調(diào)節(jié)閥在機(jī)組加熱和冷卻過(guò)程中，精確維持了二回路的壓力，并保障了汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)和并網(wǎng)的一次成功。在機(jī)組甩負(fù)荷和各種動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，旁排閥快速及時(shí)準(zhǔn)確動(dòng)作，保證了機(jī)組各大型試驗(yàn)一次成功，并縮短了機(jī)組動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)間。