郑伟

(天津华能杨柳青热电有限责任公司，天津市， 300380)

0 引言

高低压旁路系统是专为汽轮机设置的一条旁路通道。在采用直流锅炉的机组中，高低压旁路系统是必不可少的配置。它可以及时地平衡锅炉的产汽量与汽轮机的耗气量。它一般设置有高压旁路和低压旁路，高压旁路可直接把来自锅炉的过热蒸汽排放到再热器，而低压旁路将再热器的蒸汽排放至凝汽器［1］。这种设计不但改善了机组的安全性，而且增强了机组运行的稳定性、灵活性和经济性［2］。其主要作用如下:

(1)机组启停或甩负荷时，保证一定的蒸汽量通过再热器，避免再热器超温;

(2)汽机冲转前提供蒸汽通道，保证维持主蒸汽和再热蒸汽参数达到冲转要求;

(3)保证锅炉最低稳燃负荷的容量，使锅炉能够单独运行;

(4)蒸汽压力超标时回收工质和热量，提高机组热效率;

(5)起到安全门的作用。

因此，配置蒸汽高低压旁路控制系统不仅可以改善锅炉和汽轮机特性上的差异，而且还提高了机组的安全性和经济性［3］，从而受到各发电企业的关注。

1 机组及高低压旁路系统

1.1 系统简介

天津华能某电厂5号、6号300 MW机组汽轮机是上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术设计生产的单轴、双缸、双排气、反动式、高中压缸反向布置、低压缸双流程、亚临界一次中间再热、抽汽凝汽式型汽轮机，为高中压缸联合启动方式。锅炉为1 025 t/h液态排渣(带100%飞灰复燃装置)、本生式直流锅炉。分散控制系统(disrtributed control system，DCS)采用西门子公司的TELEPERM XP/ME，数字电液调节系统(digtital electro-hydraulic control，DEH)为西屋公司的DEH ModeⅢ。

高低压旁路系统采用的是西门子公司高低压两级串联旁路系统，高压旁路容量为100%B-MCR，低压旁路容量为55%B-MCR，过热器出口、再热器入口均不装设安全门，再热器出口装设安全门。高低压旁路均采用液动控制，自动或手动均可操作，高低压旁路各配置1套Hydac公司油站系统。

1.2 高低压旁路控制系统的组成

高低压旁路系统包括2个高压(低压)旁路减压阀、2个高压(低压)旁路减温水调节阀和2个高压旁路减温水隔离阀(仅高压旁路有)，由它们共同完成减温和减压功能。高、低压旁路站由Hydac公司的液压系统和西门子公司的PLC(S5 095U)以及SIPARTⓇDR20型单回路控制器组成。高低压旁路控制系统的主要逻辑设计在DCS中，液压系统采用PLC控制，旁路减压阀、减温水调节阀采用西门子SIPARTⓇDR20型单回路控制器调节。

高压旁路控制系统由主蒸汽压力、喷水减温2个子控制系统组成;低压旁路控制系统由再热蒸汽压力、喷水减温2个子控制系统组成。每个子控制系统由阀门、液压执行机构、控制回路和每个子系统所共有的供油装置等部件组成。这种旁路装置的特点是无漏流、动作可靠，具有快速开、闭功能。

2 高低压旁路控制系统存在的问题

高低压旁路系统中的旁路主阀、减温水调节阀采用SIPARTⓇDR20型单回路控制器调节，但随着机组长期运行，SIPARTⓇDR20型单回路控制器逐渐老化，控制调节精度下降，影响了高低压旁路系统的安全稳定运行。在对高压旁路原主蒸汽电子压力开关的校验中发现，许多电子压力开关都出现了零点漂移的现象，并且无法通过调整完全恢复，个别压力开关甚至在校验过程中出现了误动的情况。

在机组运行过程中也经常出现如下现象:

(1)机组升/降负荷过程中，高压旁路压力设定值变化太快。

(2)当锅炉主控制器手动方式时，高/低压旁路压力设定值不跟随锅炉主燃料量指令。

(3)低压旁路在降负荷过程中，由于再热蒸汽实际压力高而导致低压旁路保护开，影响机组安全运行。

因此，针对以上问题，对高低压旁路控制系统的优化改进势在必行。

3 高低压旁路控制系统的优化改进

3.1 单回路控制器的升级换型

SIPARTⓇDR21新型单回路控制器不仅能接收4路模拟量输入信号，提供步进、连续输出命令2种控制方式;还有41个可调参数和48个编程开关，用户可根据控制系统的实际需要灵活地组态，实现控制系统的最优化。另外，较SIPARTⓇDR20型单回路控制器而言，SIPARTⓇDR21新型单回路控制器结构更加紧凑，控制精度更高。因此，把高低压旁路减压阀、减温水调节阀的单回路控制器升级为SIPARTⓇDR21。

3.2 控制逻辑及相关参数的修改完善

3.2.1 高低压旁路异常动作原因分析

高/低压旁路压力设定值取自目标负荷压力曲线并经过3个一阶惯性环节，在机组升/降负荷过程中，虽然锅炉负荷采用机组负荷指令作为前馈信号，以改善系统对外界负荷响应的能力，加强锅炉指令，使燃料变化快速。但锅炉惯性较大，燃料变化后主蒸汽压力变化有惯性、延迟，因此，高/低压旁路压力设定值变化应与主蒸汽压力实际值相适应，不应过快，以避免在机组升/降负荷过程中旁路因压力设定值与主蒸汽压力实际值偏差大而引发异常动作。

协调控制投入，锅炉主控制器为自动设置时，机炉负荷是动态匹配的，高/低压旁路压力设定值取自机组目标负荷压力曲线。但锅炉主控制器采用手动方式时，汽机控制主蒸汽压力，负荷由锅炉主燃料量控制。所以，高/低压旁路压力设定值不应仅取自机组目标负荷压力曲线，还应跟随锅炉主燃料量指令。

低压旁路在降负荷过程中，因汽压偏差大而导致保护开，影响机组安全运行。分析认为，机组目标负荷变化后，造成低压旁路设定压力偏低，而再热蒸汽实际压力在当时的负荷下是正常的，是设定压力选择不合理。

3.2.2 高低压旁路控制逻辑及相关参数改进方案

(1)增加锅炉主控制器手动方式时的高/低压旁路压力设定值切换逻辑，即锅炉主控制器自动运行时，高/低压旁路压力设定值取自机组目标负荷压力曲线，手动方式时，设定值取自锅炉主燃料量指令。

(2)低压旁路压力设定值在取自机组目标负荷压力曲线或是锅炉主燃料量指令后，再与发电机实际功率取大值，形成最终的低压旁路压力设定值。

(3)高/低压旁路压力设定值三级延迟时间分别由原来的50、50、30 s修改为120、120、40 s，用来减缓高/低旁压力设定值的变化率。

受篇幅限制，本文只给出高压旁路控制逻辑及相关参数修改完善后的主要控制逻辑，如图1所示。

图1 高压旁路主要控制逻辑Fig.1Main control logic of high pressure bypass

逻辑改进后，系统投入运行的升/降负荷过程中，高/低压旁路压力设定值变化合理;低压旁路在降负荷过程中，没有出现因再热蒸汽实际压力高而导致低压旁路保护开、协调控制自动退出的现象，从而提高了机组运行的经济性和安全性。

3.3 高低压旁路连锁保护定值的完善

根据长期运行经验，对高低压旁路联锁保护定值进行调整。将“第五级过热器出口压力大于机组目标负荷压力曲线1.5 MPa”快开高压旁路，改为“第五级过热器出口压力大于机组目标负荷压力曲线2 MPa”快开高压旁路;将“低压旁路后温度大于210℃”关低压旁路，改为“低压旁路后温度大于200℃”关低压旁路。调整后，所有高低压旁路连锁保护项目如表1所示。

3.4 高压旁路电子压力开关升级换型

原有高压旁路电子压力开关不仅存在老化及零点漂移等问题，而且其显示精度较低，编程操作也需通过电位器来完成。现将其升级更换成EDS 1700型电子压力开关，EDS 1700型电子压力开关显示精度更高，精度等级可达0.5%，并且是按键编程，操作便捷。它的其他附加功能如接通延滞、恢复延滞可调范围更大，更能满足现场工况需要。

表1 高低压旁路连锁保护实验情况Tab.1Interlock protection of high and low pressure bypass

4 高低压旁路控制运行效果

机组某次冷态启动时高低压旁路控制运行曲线，如图2所示。图2中，曲线1代表低旁开度，曲线2代表高旁开度，曲线3代表高旁压力，曲线4代表主蒸汽压力，温度单位为℃。

图2 冷态启动时高低压旁路控制运行曲线Fig.2Operation curves of high and low pressure bypass during cold start

从图2中可以看出，高低压旁路控制系统无论是在机组启动工程中，还是在机组运行过程中，都运行良好，完全满足控制要求，起到了保证机组安全、经济运行的作用。

5 结语

高低压旁路控制系统能很好地解决大型中间再热单元机组的机炉不匹配问题，不仅可回收汽水、保护再热器，还可适应机组的冷态、热态、定压、滑压等各种启动方式、低负荷运行以及甩负荷等工况的要求。高低压旁路控制品质的好坏直接关系到机组的正常运行。通过此次对华能某电厂5号、6号机组高低压旁路控制系统的研究，从软硬件2个方面出发，在硬件方面对其现场单回路控制器、高压旁路电子压力开关等硬件设备进行升级换型;在软件方面，对控制系统的逻辑和参数以及连锁保护条件进行优化改进。从而使其高低压旁路控制系统不仅满足了控制要求，消除了运行中的不安全因素，而且还进一步提高了机组运行的安全性和经济性。

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(编辑:沈雷)