600MW機組汽輪機高壓旁路自動(dòng)控制系統特點(diǎn)

汽輪機高壓旁路系統是單元機組熱力系統重要組成部分，其主要作用是在機組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，汽輪機沖轉、升速、帶初負荷時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的多余蒸汽流量通過(guò)旁路系統排除，調整高壓旁路閥開(kāi)度，以控制主蒸汽壓力，適應機組啟動(dòng)的各階段對主蒸汽壓力的要求，以保證鍋爐在允許的蒸汽流量下運行。

在機組甩負荷工況下，多余的蒸汽排入凝汽器，保證機組啟停工況下的正常運行，高壓旁路系統設備參數如表1，監視畫(huà)面如圖0。

0旁路調整

在鍋爐點(diǎn)火升壓開(kāi)始階段，當啟動(dòng)分離器壓力達到0.7MPa，逐步開(kāi)大高旁。

當啟動(dòng)分離器壓力達到1.0MPa后，利用高旁控制再熱器升壓率不大于0.05MPa/min，維持再熱汽壓在0.3MPa以下。

在主汽壓力低于3.2MPa以前，根據鍋爐汽壓上升情況，汽機盡量開(kāi)大高旁，開(kāi)大主汽管道和主汽門(mén)前3路疏水至鍋爐疏水擴容器隔離門(mén)，以提高循環(huán)速度。

當主汽壓力達到3.7MPa，主汽溫度達到320℃以后，蒸汽流量達到空冷島最小防凍流量時(shí)，用高旁維持再熱汽壓為1.0MPa。

高旁維持主蒸汽壓力8.92MPa，隨著(zhù)高中壓控制閥的開(kāi)啟，高旁開(kāi)度逐漸關(guān)小。

圖0 汽輪機高壓旁路系統

1 高旁運行方式

如圖1。

高旁壓力控制自動(dòng)方式下，如果高旁指令＞2.00%，滿(mǎn)足高旁控制條件，下列條件發(fā)生時(shí)，進(jìn)入跟蹤方式，包括高旁壓力控制不在自動(dòng)方式，高旁指令≤2.00%的情況下，發(fā)電機功率≥10MW，或者鍋爐未點(diǎn)火。

滿(mǎn)足定壓方式的條件為不在跟蹤方式、高旁啟動(dòng)方式和停機方式。滿(mǎn)足帶負荷方式條件為發(fā)電機功率≥10MW的情況下，同時(shí)滿(mǎn)足高旁壓力跟蹤方式，高旁壓力自動(dòng)方式，不在停機方式和熱態(tài)啟動(dòng)方式。

如果不存在復位高旁啟動(dòng)方式條件，鍋爐已經(jīng)點(diǎn)火的1s脈沖發(fā)出，或者投入啟動(dòng)方式，則滿(mǎn)足高旁啟動(dòng)方式，如果存在下列條件之一，則復位高旁啟動(dòng)方式，包括高旁指令＞2%的情況下，主蒸汽壓力≥8.00MPa，高旁壓力控制不在自動(dòng)方式，發(fā)電機功率≥10MW，退出啟動(dòng)方式。

滿(mǎn)足高旁啟動(dòng)方式下，如果主蒸汽壓力≤1.00MPa，則滿(mǎn)足最小壓力方式，復位最小壓力方式的條件如下，滿(mǎn)足復位高旁啟動(dòng)方式的條件，或者高旁指令＞30.00%。

升壓方式必須同時(shí)滿(mǎn)足以下條件，高旁啟動(dòng)方式，不在最小壓力方式，1.00MPa＜主蒸汽壓力＜8.00MPa，發(fā)出熱態(tài)啟動(dòng)方式脈沖必須同時(shí)滿(mǎn)足以下條件，高旁啟動(dòng)方式下，主蒸汽壓力＜8.00MPa，高旁指令≤2.00%。

如果不存在復位停機方式條件，投入停機方式時(shí)，機組處于停機方式，出現下列條件之一，則復位停機方式，包括發(fā)電機功率＜10MW，高旁壓力控制不在自動(dòng)方式，退出停機方式。

圖1 高旁運行方式

2 高旁壓力設定

高旁壓力設定PID優(yōu)化算法塊2074的過(guò)程變量PV為高壓旁路閥閥位反饋，設定值為30.00%，機組處于以下5種方式之一時(shí)，包括最小壓力方式、升壓方式、跟蹤方式、熱態(tài)啟動(dòng)方式、停機方式，則其輸出AO經(jīng)過(guò)限速算法塊677、限幅算法塊678（幅值上限13.8MPa，幅值下限1.00MPa），再加上設定值偏置，作為高旁壓力設定值。

如果存在升壓方式的2s脈沖，則PID優(yōu)化算法塊2074的跟蹤方式STR=1，AO=TR=限幅算法塊678的輸出；不在升壓方式時(shí)，如果主蒸汽壓力高于678塊輸出的規定值，則IL=1，閉鎖AO繼續增加。

模擬手動(dòng)站優(yōu)化功能算法塊674輸出高旁壓力目標值，當處于上述5種方式之一時(shí)，Y=TR=限幅算法塊678的輸出，否則，由運行人員給出目標值，經(jīng)過(guò)限速算法塊677、限幅算法塊678以后，再加上設定值偏置，輸出高旁壓力設定值。

機組處于帶負荷方式時(shí)，設定值偏置由運行人員給出，其輸出范圍Y=（0.4～1）MPa，模擬量輸入選擇算法塊716的DI=1，輸出AO=AI1=Y，否則，DI=0，AO=AI2=0，由于滿(mǎn)足帶負荷方式的5個(gè)條件為相與關(guān)系，而其中的2個(gè)條件中，高旁壓力控制跟蹤方式和自動(dòng)方式為非關(guān)系，所以，高旁壓力設定值偏置=0，限速算法塊677的加速限制AL為除法算法塊的輸出AO=1867輸出/60，當處于跟蹤方式時(shí)，AO=AI1=20，AL=20/60=1/3(MPa/min)，否則，AO=AI2=699塊的輸出，當處于停機方式時(shí)，AO=AI1=0，AL=0，否則，AO=AI2=698塊的輸出，當處于熱態(tài)啟動(dòng)方式時(shí)，AO=AI1=0，AL=0，否則，AO=AI2=695塊的輸出，當處于升壓方式時(shí)，AO=AI1=0.4，AL=0.4/60=1/150(MPa/min)，否則，AO=AI2=分段線(xiàn)性算法塊700的輸出，其參數設置如表2。

表2 分段線(xiàn)性算法塊700參數設置

圖2高旁壓力設定

3 高旁壓力控制

高旁壓力控制PID優(yōu)化算法塊606的過(guò)程變量PV為主蒸汽壓力，其與高旁壓力設定值SP之差進(jìn)行PID運算結果作為自動(dòng)方式時(shí)的輸出AO，經(jīng)過(guò)最大值算法塊614，實(shí)現輸出值低限限制，如果存在最小壓力方式3s脈沖（由邏輯非算法塊616、延時(shí)開(kāi)算法塊618、RS觸發(fā)器算法塊612實(shí)現），614塊AI4=10.00MPa，否則，AI4=-0.50 MPa，AI1=AO，與AI4進(jìn)行最大值比較，大值作為614塊的輸出，至模擬手動(dòng)站優(yōu)化功能算法塊607的輸入X，作為自動(dòng)方式下的輸出Y=X=高旁壓力控制指令。

高旁反饋與高旁指令之差超過(guò)±15%時(shí)，發(fā)出高旁指令偏差大信號，主蒸汽壓力與高旁壓力設定值之差超過(guò)±2.00MPa時(shí)，發(fā)出高旁壓力偏差大信號。如果606塊輸出與614塊輸出存在偏差，則發(fā)出1s的偏差脈沖信號，至606塊的閉鎖減DL=1，限制其輸出AO繼續減小，如果存在1s的偏差脈沖信號，或者高旁壓力控制處于手動(dòng)方式，則606塊的跟蹤方式STR=1，其輸出AO=TR=高旁壓力控制指令。

當高旁保護關(guān)動(dòng)作時(shí)，模擬量輸入選擇算法塊611的輸出AO=AI1=0，作為607塊的跟蹤值TR，此時(shí)，跟蹤切換TS=1，輸出Y=TR=0.00%，實(shí)現高旁保護關(guān)動(dòng)作時(shí)，關(guān)閉高壓旁路閥的目的。

圖3 高旁壓力控制

4 高旁溫度控制

高旁出口蒸汽溫度經(jīng)過(guò)純遲延算法塊2024（純遲延時(shí)間1s）、超前滯后算法塊（超前時(shí)間常數T1=0s，滯后時(shí)間常數T2=0s）的值作為PID優(yōu)化算法塊870的過(guò)程變量PV，與模擬手動(dòng)站優(yōu)化功能算法塊2027輸出的設定值SP相比較，其差值進(jìn)行PID運算以后，輸出AO至2027塊的輸入X，作為自動(dòng)方式下的輸出Y=X=高旁減溫水控制門(mén)指令，如果下列3個(gè)條件之一發(fā)生時(shí)，包括高旁出口蒸汽溫度故障、高旁減溫水隔離閥全關(guān)、高旁指令＜2%，則強制手動(dòng)MRE=1，手操器狀態(tài)S=1，至870塊的跟蹤方式STR=S=1，其輸出AO=TR=Y=高旁減溫水控制門(mén)指令，此時(shí)，輸出Y由運行人員給出。

當高旁減溫水隔離閥全關(guān)、高旁指令＜2%時(shí)，2027塊的跟蹤切換TS=1，Y=TR=模擬量輸入選擇算法塊892的輸出AO，DI=1時(shí)，AO=AI1=0%，實(shí)現關(guān)閉高旁減溫水控制門(mén)的目的，即高旁減溫水隔離閥全關(guān)時(shí)，閉鎖其控制門(mén)不能開(kāi)啟。

高旁減溫水控制門(mén)反饋＞95%時(shí)，發(fā)出高旁減溫水控制門(mén)全開(kāi)信號，高旁減溫水控制門(mén)反饋＜5%時(shí)，發(fā)出高旁減溫水控制門(mén)全關(guān)信號。

主蒸汽溫度通過(guò)限幅算法塊2132（幅值上限UL=600℃，幅值下限DUL=0℃），在經(jīng)過(guò)模擬量輸入選擇算法塊2129，輸出主蒸汽溫度信號，當點(diǎn)質(zhì)量檢測功能算法塊2131判斷溫度信號壞質(zhì)量時(shí)，主蒸汽溫度信號將保持當前值不變。

主蒸汽壓力和主蒸汽溫度分別經(jīng)過(guò)限幅算法塊1840（幅值上限UL=25.5MPa，幅值下限DL=0.00MPa）、1843（幅值上限UL=571℃，幅值下限DL=0℃）以后，作為水和水蒸氣參數算法塊Ⅱ的輸入參數P、溫度t，1852塊的模式選擇為MODE2：PT2HSteam，輸出主蒸汽焓值h，1844塊的模式選擇為MODE3：PT2ρSteam，輸出過(guò)熱蒸汽密度ρ，與常系數76.723相除以后，進(jìn)行開(kāi)方運算，經(jīng)過(guò)限幅算法塊1848（幅值上限UL=1.05，幅值下限DL=0.95），與高壓旁路閥閥位反饋經(jīng)過(guò)分段線(xiàn)性算法塊1836以后對應的旁路容積流量相乘，輸出高壓旁路流量，分段線(xiàn)性算法塊1836的參數設置如表3。

圖4 高旁溫度控制
表3 分段線(xiàn)性算法塊1836參數設置

高壓旁路閥閥位反饋＞95%時(shí)，發(fā)出高壓旁路閥全開(kāi)信號，高壓旁路閥閥位反饋＜5%時(shí)，發(fā)出高壓旁路閥全關(guān)信號。

5 高旁出口溫度

高旁出口蒸汽溫度1和高旁出口蒸汽溫度2信號正常情況下，通過(guò)加法算法塊1369（k1=k4=0.5），取其平均值作為高旁出口蒸汽溫度，高旁出口蒸汽溫度1或者高旁出口蒸汽溫度2如果高于600℃、低于-50℃，或者1s內溫度變化±5℃時(shí)，表明高旁出口蒸汽溫度1或者高旁出口蒸汽溫度2信號故障，通過(guò)模擬量輸入選擇算法塊1359、1980，剔除故障信號，選擇另一路信號作為高旁出口蒸汽溫度，至高旁減溫水控制PID優(yōu)化算法塊870的過(guò)程變量PV，剔除故障信號過(guò)程如下，如果高旁出口蒸汽溫度1故障，通過(guò)模擬量輸入選擇算法塊1359，其DI1=1，AO=AI1=高旁出口蒸汽溫度2，加法算法塊1369的AI1=AI4=高旁出口蒸汽溫度2，即高旁出口蒸汽溫度=高旁出口蒸汽溫度2，同理，如果高旁出口蒸汽溫度2故障，通過(guò)模擬量輸入選擇算法塊1980，其DI1=1，AO=AI1=高旁出口蒸汽溫度1，加法算法塊1369的AI1=AI4=高旁出口蒸汽溫度1，即高旁出口蒸汽溫度=高旁出口蒸汽溫度1。

當高旁出口蒸汽溫度1和高旁出口蒸汽溫度2信號故障時(shí)，輸出高旁出口蒸汽溫度故障信號，作為高旁減溫水控制切手動(dòng)條件之一。

圖5 高旁出口溫度

6 高旁閥電磁閥/入口閥

通過(guò)設備驅動(dòng)算法塊783，可以手動(dòng)關(guān)閉高旁入口電動(dòng)門(mén)，并且顯示入口電動(dòng)門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，在遠方操作方式下，如果沒(méi)有故障信號，可以打開(kāi)高旁入口電動(dòng)門(mén)，并且顯示入口電動(dòng)門(mén)已經(jīng)打開(kāi)。如果存在高旁保護快關(guān)信號，通過(guò)設備驅動(dòng)算法塊795的超馳聯(lián)鎖關(guān)指令Ovr2，輸出關(guān)閉高旁閥指令Out2。

圖6 高旁閥電磁閥/入口閥

7 高旁噴水門(mén)/控制門(mén)

高旁指令＞2.0%時(shí)，RS觸發(fā)器Q=1，經(jīng)過(guò)非門(mén)以后，至設備驅動(dòng)算法塊823的超馳聯(lián)鎖關(guān)指令Ovr2=0，高旁噴水隔離門(mén)不關(guān)，當高旁指令＜1.7%時(shí)，復位RS觸發(fā)器Q=1→0，經(jīng)過(guò)非門(mén)以后，至設備驅動(dòng)算法塊823的超馳聯(lián)鎖關(guān)指令Ovr2=0→1，關(guān)閉高旁噴水隔離門(mén)，經(jīng)過(guò)對應的設備運行狀態(tài)反饋FB2，顯示高旁減溫隔離門(mén)已經(jīng)關(guān)閉。

圖7 高旁噴水門(mén)/控制門(mén)

8 高旁保護快關(guān)

在給水壓力信號正常情況下，如果給水壓力≤6MPa，則發(fā)出噴水壓力低信號，在高旁出口蒸汽溫度無(wú)異常情況下，其信號＞420℃，延時(shí)10s，或者存在MFT 10s脈沖信號，則發(fā)出高旁保護快關(guān)信號，分別至高旁壓力指令、高旁閥電磁閥、高旁噴水隔離門(mén)相關(guān)邏輯。

圖8 高旁保護快關(guān)

結語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，高壓旁路控制系統功能具備如下2個(gè)方面，在正常情況下具有自動(dòng)控制功能，控制旁路系統蒸汽的溫度和壓力，在異常情況下具有自動(dòng)保護功能，快速開(kāi)啟旁路閥門(mén)，維持入口壓力，同時(shí)，將旁路閥后的溫度和壓力控制在安全范圍內。