300 MW機(jī)組旁路控制系統(tǒng)的改造

范井生，肖 明

(河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司，石家莊 050400)

河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“西柏坡發(fā)電公司”)4號(hào)機(jī)組為國(guó)產(chǎn)300 MW凝汽式、一次中間再熱汽輪機(jī)組，投產(chǎn)于1998年，采用一機(jī)一爐單元配置。汽輪機(jī)數(shù)字式電氣液壓控制系統(tǒng)(DEH)采用上海新華公司的DEH-IIIA型自動(dòng)控制系統(tǒng)。旁路控制系統(tǒng)(BPC)是與汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)，由高壓旁路和低壓旁路兩部分組成 ，其中高壓旁路由1個(gè)噴水截止閥、1個(gè)噴水減溫閥、1個(gè)壓力調(diào)整閥門(mén)構(gòu)成，低壓旁路與高壓旁路的結(jié)構(gòu)相同。旁路控制系統(tǒng)共6個(gè)閥門(mén)，在DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)操作和簡(jiǎn)單的連鎖邏輯。配置蒸汽旁路控制系統(tǒng)可以改善鍋爐和汽輪機(jī)特性上的差異，提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 BPC存在的問(wèn)題

1.1 不適應(yīng)機(jī)組的啟動(dòng)方式

2008年11月大修期間，4號(hào)機(jī)組將啟動(dòng)方式由高壓缸啟動(dòng)改為高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，要求BPC調(diào)整門(mén)與汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)整門(mén)協(xié)調(diào)配合調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到節(jié)約汽水工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速啟動(dòng)的目的。BPC為開(kāi)關(guān)式電動(dòng)門(mén)控制，沒(méi)有任何自動(dòng)調(diào)節(jié)手段，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)壓力、溫度等參數(shù)快速調(diào)節(jié)的功能。

1.2 控制功能落后

在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)高壓旁路閥和高壓旁路噴水閥控制新蒸汽壓力和中、低壓缸的進(jìn)汽壓力，以適應(yīng)機(jī)組定壓運(yùn)行或滑壓運(yùn)行的要求。BPC控制邏輯簡(jiǎn)單，無(wú)法在機(jī)組出現(xiàn)跳閘、甩負(fù)荷、主蒸汽和再熱蒸汽超壓等故障時(shí)實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)和連鎖保護(hù)功能。

1.3 無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的精確控制

隨著300 MW單元機(jī)組向調(diào)峰機(jī)組運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變，機(jī)組的啟、停次數(shù)逐漸增多，為了減少汽輪機(jī)大型金屬部件的熱應(yīng)力疲勞，在機(jī)組滑參數(shù)運(yùn)行時(shí)，需要先以低參數(shù)蒸汽沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)，隨著汽輪機(jī)暖機(jī)和帶負(fù)荷的需要，不斷提高鍋爐的主蒸汽壓力和主蒸汽流量，使蒸汽參數(shù)與汽輪機(jī)的金屬狀態(tài)相適應(yīng)。由于原旁路控制系統(tǒng)蒸汽溫度及蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥只能手動(dòng)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)，不能進(jìn)行主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力自動(dòng)控制，以及高壓旁路后溫度、低壓旁路后溫度的精確控制。

2 改造措施

旁路控制系統(tǒng)的突出問(wèn)題是控制功能落后、控制精度不高，要改變現(xiàn)狀就必須完善控制設(shè)備，提高系統(tǒng)的可靠性。結(jié)合機(jī)組設(shè)備現(xiàn)狀和旁路控制系統(tǒng)功能的要求，計(jì)劃結(jié)合目前運(yùn)行的DEH系統(tǒng)將旁路控制系統(tǒng)，升級(jí)為DCS系統(tǒng)。

2.1 硬件方面

2.1.1 控制系統(tǒng)改造

在原DEH系統(tǒng)中增加一個(gè)控制柜，該控制柜由電源、分散處理單元、輸入/輸出卡件(I/O卡件)、站控制卡及相應(yīng)端子板等部件組成?？刂乒竦碾娫从蒁EH電源柜提供，接地工藝與DEH系統(tǒng)相同，機(jī)柜通過(guò)專用接地電纜接入熱工接地箱。BPC不再增加工程師站和操作員站，與DEH系統(tǒng)共用，實(shí)現(xiàn)DEH和BPC一體化控制，控制系統(tǒng)配置示意見(jiàn)圖1。

圖1 控制系統(tǒng)配置示意

2.1.2 控制回路改造

4號(hào)機(jī)組原BPC系統(tǒng)為西門(mén)子電動(dòng)門(mén)，而DCS系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出直接控制閥門(mén)。本次改造中分別將2個(gè)壓力門(mén)和噴水門(mén)改為模擬量調(diào)整門(mén)，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍用原執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)閥門(mén)的模擬反饋部分進(jìn)行升級(jí)改造，提高反饋裝置的可靠性。在控制系統(tǒng)中增加伺放控制回路，并將閥門(mén)的反饋信號(hào)引入旁路控制系統(tǒng)中，與調(diào)節(jié)指令進(jìn)行比較形成閉環(huán)控制，伺放控制回路判斷比較后，輸出開(kāi)關(guān)量控制閥門(mén)動(dòng)作。

2.1.3 冗余配置及SIS系統(tǒng)接口改造

增加高壓旁路前壓力變送器2臺(tái)；增加低壓旁路前壓力變送器2臺(tái)；增加K型熱偶溫度元件及套管2套；增加凝汽器真空壓力開(kāi)關(guān)2臺(tái)；增加凝汽器液位開(kāi)關(guān)3套(6點(diǎn))。使模擬量測(cè)點(diǎn)及開(kāi)關(guān)量測(cè)點(diǎn)均實(shí)現(xiàn)了冗余配置，旁路系統(tǒng)的可靠性得到提高。增加SIS系統(tǒng)的接口,使DEH與BPC的數(shù)據(jù)送入SIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.2 軟件方面

2.2.1 增加模擬量調(diào)節(jié)功能

BPC增加多個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，實(shí)現(xiàn)了高、低旁路壓力和溫度的閉環(huán)控制，徹底改善旁路控制系統(tǒng)的控制功能和調(diào)節(jié)精度。模擬自動(dòng)調(diào)節(jié)回路主要包括以下幾部分。

a. 高壓旁路壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)?？刂苹芈酚蓽y(cè)量信號(hào)處理回路、設(shè)定值形成回路、信號(hào)轉(zhuǎn)換回路組成。主要作用是在機(jī)組各種工況下自動(dòng)或手動(dòng)生成設(shè)定值，與測(cè)量的過(guò)程量進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)整高壓旁路閥的開(kāi)度來(lái)控制主蒸汽壓力，實(shí)現(xiàn)了旁路投入期間主蒸汽壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。

b. 高壓旁路溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)旁路控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，溫度控制回路通過(guò)噴水閥向高壓旁路閥的蒸汽膨脹室噴水冷卻蒸汽，以保持高壓旁路閥后溫度為設(shè)定值。為了改善溫度控制特性，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中充分調(diào)整PID參數(shù)和利用前饋、反饋調(diào)節(jié)等手段，改善溫度調(diào)節(jié)的精度，保護(hù)再熱器。

c. 低壓旁路壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。在機(jī)組運(yùn)行期間，再熱蒸汽壓力是一個(gè)與機(jī)組出力有關(guān)的參數(shù)。低壓旁路控制依據(jù)機(jī)組的出力給出再熱蒸汽壓力定值，通過(guò)調(diào)整低壓旁路閥的開(kāi)度保證再熱蒸汽壓力，來(lái)滿足機(jī)組的運(yùn)行要求。

d. 低壓旁路溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。低壓旁路溫度控制回路是低壓旁路壓力控制回路的隨動(dòng)系統(tǒng)。為了在小流量的情況下有足夠的噴水量，低壓旁路噴水閥的最小開(kāi)度設(shè)定值為20%。自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的增加，使凝汽器保護(hù)功能得到完善。

2.2.2 完善邏輯連鎖與保護(hù)功能

a. 旁路控制方式切換邏輯。BPC有3種運(yùn)行方式，即啟動(dòng)方式、滑壓方式和定壓方式。在高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)下，當(dāng)鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，旁路控制系統(tǒng)為啟動(dòng)方式；當(dāng)主蒸汽壓力升高到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力3.5 MPa時(shí)，旁路控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為定壓運(yùn)行方式，這時(shí)壓力整定值保持一定，以保證啟動(dòng)時(shí)的主蒸汽壓力實(shí)現(xiàn)定壓?jiǎn)?dòng)；機(jī)組并網(wǎng)后，運(yùn)行人員提高主蒸汽壓力設(shè)定值(高壓旁路蒸汽閥在自動(dòng))或逐漸關(guān)閉高壓旁路蒸汽閥，高壓旁路閥門(mén)完全關(guān)閉時(shí)，旁路控制系統(tǒng)自動(dòng)切至滑壓運(yùn)行方式。旁路系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)切換各種運(yùn)行方式，控制功能得到完善。3種方式切換邏輯圖如圖2所示。

b. 低壓旁路閥聯(lián)鎖邏輯。為了保護(hù)凝汽器，當(dāng)下列信號(hào)中任1個(gè)出現(xiàn)時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉低壓旁路閥門(mén)：低壓旁路隔離閥關(guān)閉；低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；凝汽器真空低(三選二邏輯處理)；凝汽器水位高(三選二邏輯處理)；低壓旁路減溫水壓力≤1.0 MPa；低壓旁路出口溫度(2路高選)≥190 ℃，延時(shí)1 s；三級(jí)減溫后蒸汽溫度(4路高選)≥79 ℃，延時(shí)1 s；低壓缸排汽溫度(2路低選)≥79 ℃。

圖2 邏輯切換示意

c. 高壓旁路閥聯(lián)鎖邏輯。當(dāng)下列信號(hào)中任意一個(gè)出現(xiàn)時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉高壓旁路閥門(mén)：高壓旁路閥后溫度大于350 ℃；高壓旁路蒸汽轉(zhuǎn)換閥后蒸汽壓力大于0.84 MPa；低壓旁路閥故障；低壓旁路閥關(guān)閉。

3 改造效果

通過(guò)采取以上改造措施，4號(hào)機(jī)組BPC實(shí)現(xiàn)高壓缸啟動(dòng)，高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)、主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力自動(dòng)控制，高壓、低壓旁路后溫度自動(dòng)控制等多項(xiàng)控制功能。改善了機(jī)組啟動(dòng)性能，減少了汽輪機(jī)在頻繁啟停下的熱應(yīng)力疲勞，同時(shí)提高機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)旁路控制系統(tǒng)硬件及軟件的改造，使BPC與DEH實(shí)現(xiàn)一體化控制，可以在DEH的操作員站對(duì)BPC進(jìn)行操作及歷史數(shù)據(jù)的查詢，也可以在DEH的工程師站對(duì)BPC進(jìn)行控制組態(tài)、圖形編輯和日常維護(hù)，使DEH與BPC控制更加協(xié)調(diào)，減少了維護(hù)的工作量。在發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷或汽輪機(jī)故障停機(jī)等非正常工況下旁路門(mén)迅速打開(kāi)，防止超溫超壓，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。機(jī)組改造至今運(yùn)行良好，達(dá)到改造的目的和要求，為西柏坡發(fā)電公司其它機(jī)組的旁路控制系統(tǒng)改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。