1000MW超超临界机组一级旁路系统控制策略

1000MW超超临界机组一级旁路系统控制策略

吴炳辉

(神华福能发电有限责任公司福建石狮362700）

摘要：百万火电机组一般都采用中间再热式热力系统，由于汽轮机和锅炉特性的不同，旁路系统是机炉不可或缺的协调系统，设置汽轮机旁路系统可以适时地稳定锅炉和汽轮机的运行，解决机组机、炉运行不匹配问题，将锅炉产生的多余蒸汽经减温减压后直接引入凝汽器，旁路系统除了保护再热器和回收工质，还可以满足机组启动、低负荷及甩负荷等工况，对提高机组运行的安全性和经济性具有重要作用。

关键词：中间再热式；热力系统；旁路系统

一、概述

神华福能发电有限责任公司（神福鸿电）2×1000MW超超临界燃煤发电机组采取一级旁路方式，旁路容量按锅炉BMCR工况的30%设置，采用高压缸启动方式，机组主要承担基本负荷，并具备一定的调峰能力，一级旁路系统由旁路调节阀、旁路减温水调节阀、喷水隔离阀等组成，神福鸿电DCS系统采用和利时MACSV6.5.2系统，主控DPU型号为SM220，旁路控制逻辑全部在DCS上实现。旁路控制系统主要有压力控制回路和温度控制回路组成，基本满足机组启动和安全保护的需要。

二、旁路系统的功能

汽轮机一级旁路系统是由汽轮机并联的蒸汽减温、减压系统组成。高压旁路管道从主蒸汽管道接出，经旁路阀减温、减压后，接至高压和低压凝汽器，高压旁路的减温水来自凝结水系统。旁路系统在机组启动时，可以较快地提高蒸汽的温度，满足汽轮机启动过程中在不同阶段（暖管、冲车、暖机、升速、带负荷）对蒸汽参数的要求，从而改善机组启动条件，可大大缩短启动时间，加快机组启动速度；满足机组定压和滑压运行的要求，在机组启动过程中用于调节控制主蒸汽的压力；对于大容量机组，在负荷突降和甩负荷时，旁路系统可迅速开启，防止锅炉超压，兼有锅炉安全阀的作用。锅炉产生的蒸汽经过高压旁路减温减压后进入凝汽器回收，减少汽水损失，保证机组启动过程的经济性。

三、旁路系统控制回路设计

高压旁路系统控制实现与DCS系统一体化，其控制系统采用和利时MACSV6.5.2系统。旁路系统属于汽机系统中的一个子系统，其机柜设计规范要求按照火电硬件设计规范执行，作为汽机系统中的一个独立分站，其控制逻辑在独立的控制站组态实现，这样既保证了系统的一体化，又确保了各系统间的相互独立性；控制站DPU单元为和利时SM220，采用双机冗余配置，支持现场总线Profibus-DP协议，实现旁路控制系统与DCS其他控制系统数据共享，使得DCS逻辑组态更加灵活便捷。正是由于高压旁路系统与DCS系统一体化设计，使得旁路系统画面组态上可以方面融入到主再热蒸汽及旁路系统，方面运行人员的监控，大大提高了DCS系统运行效率。

四、高压旁路压力控制逻辑策略

高压旁路压力控制系统在锅炉启动过程中通过对高压旁路阀开度的调节，使得主蒸汽压力满足机组启动的要求，提高启动效率的作用。当机组正常运行中出现主蒸汽压力超压，高压旁路阀快速动作，保护机组的安全运行。

高压旁路压力的控制分启动模式、定压模式、跟随模式（滑压模式）三种控制方式，启动模式又分为最小阀位模式，最小压力，压力爬坡和重新启动四种方式。

1启动模式

压力的控制从最小压力到冲转压力，阀位的变化是从初始阀位到某一设置阀位。后根据升压过程阀位自动调节。

最小阀位模式：在锅炉点火以后，如果主汽压力小于0.7MPa时，由于主汽压力设定最小为1.0MPa，高旁关闭。当主汽压力大于0.7MPa时，置最小阀位，高旁阀门会开启到设定的最小阀位（10%），保证一定的通流量，这时候高旁会保持这个阀位不动。其目的为了保证锅炉点火后有一定的蒸汽通过过热器和再热器；

最小压力模式：当主蒸汽压力达到最小压力控制Pmin（=1MPa），保持最小压力不变，随着燃烧的持续及增强，主蒸汽流量不断增加，高旁阀门连续开启，直达到预定开度Ymin+Y1（=50%）。

重新启动模式：当主蒸汽压力大于最小压力控制Pmin（=1MPa），且高压旁路调门开度小于50%，则主蒸汽压力设定值跟随实际压力，但只允许压力降低，而不允许压力降低，一旦高旁阀门开度达到预定开度Ymin+Y1（=50%），且主蒸汽压力低于冲转压力Psync（9.7Mpa）则进入压力爬坡模式。

压力爬坡模式：在阀门开度达到设定的阀位50%的时候，随锅炉燃烧主汽压力上升，阀门开大，设定值则继续增加，维持阀位基本保持50%不变，如果锅炉燃烧使得主汽压力升速率过快，阀门便会开大维持压力升速率，实际压力如果升速率过慢，则阀门会关小，但不会关到50%以下(阀门闭锁减)。在阀门低于50%的时候，设定值不会减小；只有阀门重新开到50%以上才会继续增加设定值。这是压力爬坡过程，也可称设定阀位状态。

2定压模式

随主汽压力上升，当蒸汽压力达到冲转压力Psync（9.7Mpa）时则整个自动启动过程结束，高旁自动切换到定压控制方式。蒸汽压力在旁路阀门控制下保持稳定的启动压力Psync。此时，汽机可以挂闸、同步转速、带负荷。

3跟踪模式

当机组并网带初始负荷后，此时高旁的最小阀位设定被取消，高旁将随着汽机进汽量的增加逐渐关闭。当高旁阀全关后，旁路系统即转入跟随方式。

主蒸汽压力转由主机DCS的协调控制系统控制；

高旁压力定值为实际汽压力加上偏置ΔP（1.4Mpa），以保证汽轮机正常运行时高压旁路阀门关闭严密；

如蒸汽压力不发生特殊变动，旁路阀门应始终维持关闭位置。

4高旁阀快关

1)操作员发出快开命令

2)高旁调阀后蒸汽温度高（＞240℃）；

3)凝汽器保护；

四、高旁温度调节控制策略

高压旁路的减温水取自高压加热器出口，在自动方式下，高旁后温度定值由高旁出口压力及运行手动偏置确定，高旁压力阀动作时，高旁压力阀门开度及主蒸汽压力，作为前馈控制信号，改变减温调节水门开度，以提高温度调节特性。高旁阀关闭时，连所关闭减温水调门。

(1)汽轮机高压旁路阀减温器出口蒸汽温度设定值和测量值出现偏差时，执行PI控制，产生一个汽轮机高压旁路喷水控制阀开度指令。

(2)为了防止汽轮机高压旁路阀减温器出口蒸汽温度测量值的延迟，引起控制动作的延迟，把汽轮机高压旁路阀开度作为一个前馈的开度信号，来提高可控制性。

(3)在汽轮机高压旁路阀全关和紧急关命令后，喷水控制阀强制关。

五、小结

当前中间再热式火电机组，一般都采用单元制系统，由于锅炉和汽轮机特性不同，旁路系统作为锅炉与汽轮机间的重要枢纽，是机炉必不可少的互相协调的系统，大大提高了百万机组启停的灵活性及机组运行的安全性，在控制回路设计上与DCS系统的一体化，使得系统在管理和维护上更加便捷，从而大大提高系统运行的可靠性。

参考文献：

[1】降爱琴，郝秀芳.数字电液调节与旁路控制系统.北京：中国电力出版社，2005

[2]广东电网公司电力科学研究院.热工自动化.中国电力出版社.北京：中国电力出版社，2011