国能徐州发电有限公司 牛志岗

1 引言

近年来，随着社会经济与科学技术的不断发展以及电网容量的扩大，以及“上大压小”政策的有效实施，我国的火电机组已经跨上了百万级的台阶，国内新建百万机组数量也在不断增多，相对于以往的机组而言，大容量机组具有高参数、低消耗、少排放等特点。对于这样的机组，其高压旁路控制系统的重要性不言而喻，国能徐州发电有限公司从挖掘高压旁路控制系统的潜在隐患，在分析清楚系统控制原理的基础上，提出了三个方面的改善建议并已经应用于实际，提高了高旁控制系统的可靠性，对机组长周期安全稳定运行至关重要。

2 超超临界机组中旁路系统的应用

2.1 旁路系统的结构

所谓的汽轮机旁通系统，从本质上来讲属于一种较为常见的蒸汽旁通系统，该系统主要由以下两方面构成，即使蒸汽管道和汽轮机。二者在连接方式上为并联，实际作业过程中能够发挥降温减压作用。从结构的角度进行分析，可将其简单的分为单级、两级、三级旁路系统。高压旁路系统，在作业过程中能够提供一个稳定的蒸汽源，为加热锅炉和加热系统正常运行提供有力保障；低压分流系统将加热的蒸汽引入冷凝器，使再热器对管道进行加热，恢复工作介质。本设计既保护了再热器，又基本满足了调试时蒸汽参数与汽轮机金属温度匹配的要求。如果汽轮机失去负荷，其可以使汽轮机无负荷或辅助动力运行。

2.2 旁路系统的容量

蒸汽机防空系统容量的选择，应结合实际需要，以其旁路功能为标准进行选择，从概念的角度进行分析，旁路容量为系统的最大蒸汽量，具体大小的划分上，以其占锅炉标称吸汽能力的百分比进行呈现。结合实际工作要求，启动旁路的选择，应重点考虑是否具备再在热保护功能，容量方面最好能够控制在20%mcr左右，上下浮动不超过10%。如果锅炉阀PCV能正常运行，具有40%MCR容量的旁路可以满足大多数设备的需要[1]。

2.3 旁路的功能

一是适应不同的机组启动方式。在机组启动时，根据实际工作的需要，相应的机制运行状态也略有不同，通常情况下包括下两种，即恒压运行和滑压运行，这两种工作状态都可以通过旁路相应的装置的调整进行实现，如机组想要以滑动才能运行，相关工作的人员则需要对其蒸汽驱动汽轮机进行参数控制，确保其处于低参数运行状态，而如果想要汽轮机提供作业所需的供热和负荷，工作人员则只要针对其主蒸汽压力和主蒸汽电流进行相应调整，通过参数的调高，使其适应汽轮机的金属状态。

二是保护再热器。该功能主要是用于锅炉启动阶段，以旁路系统为通道，锅炉中的蒸气可以直接进入蓄热系统，以保护散热器不过热[2]。

三是如果汽轮机短时间出现故障，锅炉可以不停机运行。当压力降低时，锅炉产生的蒸汽经旁路系统吸收脱硫，进入冷凝器恢复工质。

当出现故障时，设备可以通过旁路系统的能量传输，借助辅助电源运行。当主蒸汽压力或热蒸汽压力超过设定值时，旁路系统的阀门将迅速开启，实现设备的超压保护。

2.4 旁路控制系统高旁温度控制特性

由于通过低压阀进入电容器的饱和蒸汽受到传统闭环温度控制湿度高或低的影响，很容易通过冷凝器的冷却管道。低压旁路温度控制系统控制低压旁通阀后的蒸汽，维持能量平衡。在预估低压旁通阀的压力和低压旁通蒸汽流量的加热蒸汽压力的基础上，根据低压旁通后再热器的压力、温度计算出蒸汽的焓降。根据低旁通阀后蒸汽焓降与纯化水焓降的差值，以及精处理结束时的压力和温度，计算出焓降和低旁通蒸汽流量的乘积。从而计算出理论上抽水量，再用低旁通水量对其进行调整。

由节流阀的流量特性函数计算出阀位指令。为了防止绕过关闭低压出口温度上升时，最小的脱硫控制水阀必须相应地增加。

2.5 旁路系统的运行情况与探讨

机组在实际运行的过程中，根据自身的需要，一般可实现以下几种功能，即启动、溢出和安全，其中启动功能在实现的过程中，主要是通过旁路系统来对自身状态进行调整，以起到改善其中条件的作用，通过相应工艺的应用，可以有效调节汽轮机汽温输入和气缸温度，实现锅炉汽温的有效控制。溢流功能意味着残余蒸汽旁路系统事故发生后，会突然降低放电单元的负载在过渡过程中，以确保最低下的锅炉稳定燃烧负荷。安全功能是指当蒸汽压力过高时，此时则会立即触发喷雾系统运行机制，根据设定好的条件，会将多余的蒸汽排放到电容器中，继而起到保护工作设备及减少作业噪声的作用。

发生事故时，必须使用辅助电源或不得降低锅炉，除设备配备旁路系统外，设备本身应能适应这种运行方式，包括非油稳燃锅炉最小负荷、温度升高、排气室汽轮机负荷、电容容量降低等。经过多年的实践，由于工厂维修质量、管网安装条件、运行管理、企业管理等各种因素，往往难以保证旁路系统处于热备状态。因此，许多旁路系统的“溢流和安全”保护功能无法实现。一些电厂旁路使用不当也给机组带来了安全隐患。如大同二电厂352机组一次旁路系统发生爆炸，贵阳电厂投产后不久，30%旁路系统后管道振动和突破过渡得到抑制。

2.6 超超临界机组旁路系统的主要功能

一是提高启动特性。在机组运行的过程中，为了满足工作需要，针对一些烟气温度较高的区域，通常会设置加热器，针对这些装置如何的进行保护就显得尤为重要，机组旁路系统的设置则可以起到很好的防护效果，在紧急情况下可以防止燃烧现象的出现。且在汽轮机和锅炉作业的过程中，得益于机组旁路系统的有效调节，汽轮机金属升温速率会控制在科学合理范围之内，预防其出现金属过度疲劳现象，延长其实际使用寿命。

二是在临时负荷过渡条件下，剩余容量可以处理剩余蒸汽。自从许用载荷减速率的锅炉低于汽轮机及其允许的最小负荷高于汽轮机，旁路系统的有效应用，可以在一定程度上提升锅炉的运行稳定性，这方面特性的发挥，尤指临时过渡条件下，根据相关工作数据的进一步分析可知，如果应得到的话，其可以有效避免过度安全阀作用的发挥，既在汽轮发电机发生故障时，旁路系统可以代替锅炉安全阀发挥保护作用。针对汽轮发电机故障问题，旁路系统一可以发挥针对性作用，防止锅炉设备异常关闭现象的出现[3]。

3 压力开关可靠性改造

国能徐电2×1000MW机组旁路系统是由Bopp&Reuther公司提供的液压控制系统。旁路阀采用液动控制，在正常情况下，旁路系统从全关到全开的一次行程时间为10s；在紧急情况下，旁路系统能快速开启或快速关闭的最长时间小于2s。液（油）动执行器的工作介质为抗燃油，油系统由13-16MPa的控制油（驱动油）组成每台机组的旁路系统装置液动执行器的供油装置（油站）配供2套。供油装置（油站）配供油温自动控制装置、在线自动净化过滤装置及冲洗装置。每套油站备用装置自动投入时间无延迟，投入后60s即可达到工作油压。油站蓄能器所储能量，在其电源故障的情况下，能提供足够的液压动力，使旁路系统所有阀门完成1～2次全行程的开或关。

目前，高旁控制共有四套回路，即DCS内部判断主汽压力与设定值偏差大调节开启、DCS内部主汽压力高快开高旁、运行操作台高旁快开按钮和就地压力开关动作快开高旁。

前三套控制回路均为多点保护，既有效避免高旁拒动又避免高旁误动，可靠性较高。第四套回路设计是整个高压旁路就地设置有三套独立的压力开关控制，只要任意一个压力开关动作，四个高旁通过高旁快开电磁阀开启，压力开关动作定值为29.8MPa。此设计为单点保护，该项保护的可靠性较为薄弱。一旦某个压力开关误动，则会引起高旁动作，影响机组安全运行。为提高保护的可靠性，将就地单个压力开关动作联启高旁改为三个压力开关至少两个动作联启高旁，提高保护的可靠性。

首先国能徐州发电有限公司2×1000MW机组高旁压力开关安全快开为失电动作，任意一个开关动作，将同时发送给PCS1、PCS2控制柜的继电器模块，四个高旁将同时开启。改造前虽然采用两个常闭节点串联法，但是使用的是同一块压力开关的节点，误动的风险很高。经过国能徐州发电有限公司专业技术人员的充分论证，结合25反错要求，在不改动原有输出线的情况下，新增加一排中间过度端子排，将开关1、2，2、3，1、3各取一副常闭节点串联作为安全快开的输出，从而实现重要保护“三取二”的原则，大大减少误动的可能。经过就地多次试验，完全满足现场的使用要求。高旁压力开关改造原理图如图1所示。

图1 高旁压力开关改造前后原理图

4 高旁就地控制柜24V电源可靠性提升改造

4.1 目前配置

高旁就地控制柜直流24V电源作为整个高旁系统就地控制卡件、比例阀、电磁阀等工作电源。国能徐州发电有限公司现配置为1、3号高旁合用一套控制电源，2、4号高旁合用一套控制电源[4]。每套控制电源由2块交流220V转直流24V电源模块冗余配置组成，电源模块型号为PHCENIX QUINTPS/1AC/24DC/20，两块电源模块直流24V输出端正、负分别直接并联。

4.2 存在的问题

由于两个电源模块输出端直接并联，且电源模块内部并未隔离，如一块电源模块内部发生短路会直接影响另外一块电源模块，造成供电中断、高旁全开，严重影响机组安全。近年来，方天技术监督检查等均提出高旁24V控制电源内部没有隔离的整改问题，且同类型机组运行中发生过一个电源模块短路故障造成供电中断、高旁开启的不安全事件。

4.3 解决方案

经研究，该型号电源模块已使用近8年，且工作正常，因此本次改造不对电源模块换型，只更换为同型号电源模块。

在同一控制柜两块24V电源模块的输出正端加装一个隔离模块，该模块型号为MDK40-6，额定容量40A，该型号电源模块已在DEH控制柜内使用多年，可靠性高、结构简单，能起到两路电源隔离作用。改造后原理图见图2所示。

图2 改造后原理图

5 高旁油系统控制块移位改造

5.1 目前存在的问题

国能徐州发电有限公司高旁系统原设计为集成块和电磁阀组与油动机集中安装在阀门上，由于此处温度较高，并且每次启停炉高旁阀动作时，阀门及管路的振动不可避免的影响集成块、电磁阀组的螺栓连接组件的疲劳强度及密封件的密封性能，易发生液压油泄漏。

5.2 高压旁路阀工作原理分析

5.2.1 正常开启关闭时间

旁路油站供油正常，高旁阀完全关闭状态下，安全电磁阀带电，快开电磁阀失电，系统给出开启旁路阀指令，比例阀开启，抗燃油经过比例阀、快开电磁阀、节流阀进入到油缸的有杆腔，活塞杆向上移动，阀门开启之指定位置。

5.2.2 快开时间

旁路油站供油正常，高旁阀完全关闭状态下，安全电磁阀带电，系统给出快开旁路阀指令，快开电磁阀带电，快开电磁阀阀芯移动切换油路。

5.2.3 安全快开时间

旁路油站供油正常，高旁阀完全关闭状态下，安全电磁阀带电，快开电磁阀失电，系统给出安全快开旁路阀指令，安全快开电磁阀失电，插装阀安全油压泄压，插装阀打开。

依据对高旁控制系统原理的分析，原始设备的参数，得出改造后对正常开启关闭时间没有影响，通过对改造设备的设计可以对快开时间延长不超过20%,对安全快开时间延长不超过0.2s。

5.3 具体解决方案

增加高旁阀巡查检修平台。根据现场布置情况增加高旁阀，减温水隔离阀、调节阀的检修平台。增加的平台同时要考虑油动机电磁阀移位后布置位置，增加平台示位置如图3所示。

图3 增加平台示意图

油动机油系统集成块及电磁阀组移位。根据平台位置与进、回油管位置，就近布置电磁阀组，保留现有的油管隔离阀，在隔离阀后用不锈钢管与电磁阀组连接，电磁阀后用不锈钢管引出后采用高压软管与油动机模块连接[5]。油管布置要求简洁、整齐、阻力最小，所有接头均采用锥形硬密封，软管长度尽可能短，不锈钢管进行必要的支架加固，避免振动，油动机油系统集成块及电磁阀组移位对比如图4所示。

图4 油动机油系统集成块及电磁阀组移位对比图

电磁阀控制部分改造。电磁阀外移后，热控设备电缆相应移动，充分利用旧电缆，电缆长度不足则需从高旁PCS控制柜敷设相应新电缆。原各阀门油动机配套的中间接线端子箱为卡扣式，中间接线环节多，需拆除。

因阀门调试需要，阀门位移传感器的信号电缆设置中间接线端子箱，安装在电磁阀组件平台的合适位置，便于检修维护。电磁阀及位移开关的信号电缆取消中间接线。

电磁阀加装防雨罩及平台防漏油措施。电磁阀组件增加防雨罩，防止风雨侵蚀，同时对电磁阀组件位置的平台增加钢板封闭和储油池，当电磁阀密封出现泄漏时要求避免泄漏油喷射至高温阀门或者管道上，漏油不会从平台滴落至下部设备管道上。

6 结语

本文对高旁系统压力开关改造、就地控制柜24V电源改造、油系统集成块及电磁阀组外移改造方法进行了详尽的说明阐述，改造后高旁控制系统可靠性效果明显，具有较高的推广和研究价值。