印度Sagardighi電廠小島運(yùn)行旁路邏輯優(yōu)化

馬勇，朱立彤，付昶

(西安熱工研究院有限公司，西安市，710032)

0 引言

印度Sagardighi電廠機(jī)組調(diào)試過程中，受惡劣天氣(大風(fēng)或暴風(fēng)雨)影響，電網(wǎng)出現(xiàn)了各種故障，包括倒塔、斷線、短路、變壓器跳閘等。故障經(jīng)常造成發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然減小，發(fā)電機(jī)組小島運(yùn)行。在保證發(fā)電機(jī)組由并網(wǎng)運(yùn)行到小島運(yùn)行的瞬間安全可靠運(yùn)行方面，許多文獻(xiàn)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［1］認(rèn)為鍋爐快速切除燃料是保證小島試驗(yàn)成功的關(guān)鍵，并強(qiáng)調(diào)控制汽包水位和控制再熱蒸汽壓力可以防汽機(jī)“悶缸”。文獻(xiàn)［2］研究了小島試驗(yàn)時(shí)高低壓旁路系統(tǒng)的邏輯，但并沒有進(jìn)行深入分析。文獻(xiàn)［3］在做小島試驗(yàn)時(shí)提出旁路系統(tǒng)切除自動(dòng)、高壓旁路始終關(guān)閉的措施，但是這樣做并不安全。國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)在做甩100％負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，采取了維持高壓旁路閥始終關(guān)閉的措施。如果高壓旁路閥始終關(guān)閉、低壓旁路閥快開，這樣可以完成試驗(yàn)，并且保持再熱器不超壓，同時(shí)汽機(jī)沒有悶缸的危險(xiǎn)，但這種方法局限于試驗(yàn)工況而非機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的工況。本文根據(jù)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，提出一套改進(jìn)的旁路系統(tǒng)邏輯，可較好地解決上述問題。

1 系統(tǒng)及設(shè)備技術(shù)規(guī)范

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)述

印度Sagardighi電廠2×300 MW機(jī)組配備瑞士CCI公司生產(chǎn)的高低壓二級(jí)串聯(lián)旁路，其容量為額定參數(shù)的60％，鍋爐過熱器出口蒸汽通過高壓旁路減壓降溫后送至再熱器；自再熱器出口的再熱蒸汽經(jīng)2路低壓旁路減壓降溫后通過三級(jí)減溫減壓器進(jìn)入凝汽器［4］。

1.2 設(shè)備技術(shù)規(guī)范

該機(jī)組有1路高壓旁路、2路低壓旁路，并且高低壓旁路系統(tǒng)是串聯(lián)結(jié)構(gòu)。高壓旁路噴水采用鍋爐給水，低壓旁路噴水采用凝結(jié)水。旁路系統(tǒng)各閥門參數(shù)見表1［5-7］。

表1 高低壓旁路參數(shù)Tab.1 Parameters of HP and LP bypass

2 聯(lián)鎖保護(hù)邏輯

高壓旁路閥、高壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥、高壓旁路噴水隔離閥、低壓旁路閥、低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥、低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥、低壓旁路噴水隔離閥均采用了聯(lián)鎖保護(hù)邏輯［8-9］。

2.1 高壓旁路閥

(1)快開允許條件(以下條件相與)：a.快開觸發(fā)之前負(fù)荷不小于30％；b.無快關(guān)條件存在(快關(guān)優(yōu)先于快開)。

(2)快開觸發(fā)條件(以下條件相或)：a.汽機(jī)跳閘；b.發(fā)電機(jī)解列；c.主汽壓力不小于17.2 MPa。

(3)高壓旁路閥快開開度：a.負(fù)荷為30％ ～50％，指令預(yù)開至30％且自動(dòng)切為手動(dòng)；b.負(fù)荷為50％～70％，指令預(yù)開至60％且自動(dòng)切為手動(dòng)；c.負(fù)荷為70％～100％，指令預(yù)開至80％且自動(dòng)切為手動(dòng)。

(4)快關(guān)條件：高壓旁路后溫度大于390℃，快關(guān)至全關(guān)位。

2.2 高壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥

(1)高壓旁路閥開度不小于3％，高壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥自動(dòng)投入自動(dòng)檔，設(shè)定值為高壓旁路閥開啟前高壓旁路閥后蒸汽溫度。

(2)高壓旁路閥開度小于2％，高壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥從自動(dòng)方式切為手動(dòng)方式。

2.3 高壓旁路噴水隔離閥

(1)高壓旁路閥開度不小于3％時(shí)，高壓旁路噴水隔離閥聯(lián)動(dòng)開啟。

(2)高壓旁路閥開度小于2％時(shí)，高壓旁路噴水隔離閥聯(lián)動(dòng)關(guān)閉。

2.4 低壓旁路閥

(1)快關(guān)條件(以下條件相或)：a.凝汽器真空度大于51.7 kPa(絕對(duì)壓力)；b.凝汽器溫度大于80℃； c.凝汽器水位大于950 mm；d.低壓旁路噴水壓力低于2.1 MPa。

(2)快開條件(快關(guān)優(yōu)先于快開，以下條件相或)：a.再熱器壓力大于3.9 MPa；b.高壓旁路快開。

(3)快開開度：快開至全開位。

2.5 低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥

(1)低壓旁路閥開度不小于3％，自動(dòng)投入自動(dòng)檔，設(shè)定值為低壓旁路閥開啟前閥后蒸汽溫度。

(2)低壓旁路閥開度小于2％，低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥從自動(dòng)方式切為手動(dòng)方式。

2.6 低壓旁路噴水隔離閥

(1)低壓旁路閥開度不小于3％，噴水隔離閥聯(lián)動(dòng)開啟。

(2)低壓旁路閥開度小于2％，噴水隔離閥聯(lián)動(dòng)關(guān)閉。

3 現(xiàn)有邏輯下出現(xiàn)的問題

3.1 再熱器超壓，低壓旁路閥頻繁動(dòng)作

某日下午15：09：00，發(fā)電機(jī)負(fù)荷從300 MW由于電氣故障甩到26 MW時(shí)高壓旁路閥和低壓旁路閥動(dòng)作。機(jī)組在帶26 MW負(fù)荷運(yùn)行約3 m in后，高壓缸排汽溫度高跳閘。

至15：09：03，發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷，高壓旁路閥和低壓旁路閥同時(shí)動(dòng)作，此時(shí)再熱蒸汽壓力為3.7 MPa。高壓旁路閥快開至80％，低壓旁路閥快開至100％。此后約20 s內(nèi)，凝汽器熱井水位升高至高位動(dòng)作值，低壓旁路閥從全開位快關(guān)。15：09：30，凝汽器熱井水位高信號(hào)消失，再熱汽壓力升至3.9 MPa以上，這時(shí)由于低壓旁路快關(guān)條件消失，低壓旁路快開信號(hào)再次出現(xiàn)，低壓旁路閥再次快開至100％。但是當(dāng)?shù)蛪号月烽y再次快開至100％后幾s內(nèi)，凝汽器液位高再次出現(xiàn)，低壓旁路閥再次全關(guān)。

從15：09：00到15：10：00的時(shí)間內(nèi)，高壓旁路閥一直保持80％的快開開度，但低壓旁路閥在這段時(shí)間內(nèi)，全開全關(guān)2次。2次全關(guān)時(shí)，凝汽器液位高及低壓旁路噴水壓力低信號(hào)都出現(xiàn)。低壓旁路全關(guān)后，再熱汽壓力迅速升高至4.4 MPa，再熱器安全門動(dòng)作，低壓旁路又全開，再熱汽壓力迅速降低至3.3 MPa。

針對(duì)上述問題，提出以下改進(jìn)措施：

(1)修改邏輯，使高壓旁路閥快開之后，能夠自動(dòng)把機(jī)前壓力維持在一個(gè)與當(dāng)前工況匹配的數(shù)值。

(2)當(dāng)高壓旁路快開條件出現(xiàn)(即發(fā)電機(jī)負(fù)荷大于30％時(shí)汽輪機(jī)跳閘或發(fā)電機(jī)解列)，高壓旁路快開至預(yù)先設(shè)定的快開開度，可根據(jù)當(dāng)時(shí)的負(fù)荷情況和主汽壓情況適當(dāng)自動(dòng)調(diào)整開度。

(3)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，基于文獻(xiàn)［6］的計(jì)算方法，規(guī)定當(dāng)?shù)蛪号月烽y快開至50％時(shí)，各低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥快開至50％，自動(dòng)運(yùn)行；低壓旁路出口溫度設(shè)定在80℃，由低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.2 低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥頻繁動(dòng)作，調(diào)節(jié)品質(zhì)差

現(xiàn)有邏輯下，在低壓旁路閥開啟之后，為了維持低壓旁路閥出口溫度，低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥開度快速大幅度調(diào)節(jié)了8次。調(diào)節(jié)動(dòng)作頻繁，調(diào)節(jié)品質(zhì)較差。改進(jìn)措施如下：

改善低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)低壓旁路出口溫度時(shí)的各項(xiàng)調(diào)節(jié)參數(shù)，使其在調(diào)節(jié)過程中動(dòng)作幅度變小。低壓旁路閥開度在30％、低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥開度在33％時(shí)，完全可以維持低壓旁路出口蒸汽溫度(67℃)，并且不再增長。因此，可以在低壓旁路閥動(dòng)作、低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥減溫的過程中，設(shè)置1個(gè)低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥的預(yù)先開度指令，達(dá)到設(shè)定的開度后，再自動(dòng)調(diào)節(jié)低壓旁路出口蒸汽溫度。

3.3 高壓旁路噴水隔離閥自動(dòng)打開

在沒有開指令的情況下，高壓旁路噴水隔離閥在機(jī)組帶負(fù)荷過程中自動(dòng)打開。在分散控制系統(tǒng)上人為發(fā)關(guān)指令之后，高壓旁路噴水隔離閥就地關(guān)閉，但是約5m in之后，此閥門關(guān)反饋消失，約45min之后，開反饋出現(xiàn)，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)閥已全開。懷疑因機(jī)械或油路問題所致。解決措施：將此閥關(guān)指令信號(hào)由原來的脈沖信號(hào)改為長指令信號(hào)。

4 改進(jìn)的旁路系統(tǒng)邏輯

4.1 高壓旁路閥

(1)快開允許條件：未修改。

(2)快開觸發(fā)條件：未修改。

(3)高壓旁路閥快開開度改進(jìn)為：

a.負(fù)荷為30％～50％時(shí)，如果發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然甩至30 MW以下，高壓旁路閥預(yù)開至30％，維持8 s之后自動(dòng)切為自動(dòng)檔，維持此8 s之后的當(dāng)前主汽壓力；如果發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然甩至30 MW以上，高壓旁路閥預(yù)開至30％，維持8 s之后自動(dòng)切為自動(dòng)檔，將此時(shí)的主汽壓力再加0.5 MPa，并自動(dòng)設(shè)定為此時(shí)高壓旁路閥的設(shè)定壓力，維持此壓力運(yùn)行。在此過程中，電廠運(yùn)行人員可以人為干預(yù)，可以解掉高壓旁路自動(dòng)，也可以在自動(dòng)狀態(tài)下改變高壓旁路閥的壓力設(shè)定值。

b.負(fù)荷為50％～70％時(shí)，如果發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然甩至30 MW以下，高壓旁路閥預(yù)開至60％，維持8 s之后自動(dòng)切為自動(dòng)檔，維持此8 s之后的當(dāng)前主汽壓力；如果發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然甩至30 MW以上，高壓旁路閥預(yù)開至60％，維持8 s之后自動(dòng)切為自動(dòng)檔，將此時(shí)的主汽壓力再加0.5 MPa，并自動(dòng)設(shè)定為此時(shí)高壓旁路閥的設(shè)定壓力，維持此壓力運(yùn)行。在此過程中，電廠運(yùn)行人員可以人為干預(yù)，可以解掉高壓旁路自動(dòng)，也可以在自動(dòng)狀態(tài)下改變高壓旁路閥的壓力設(shè)定值。

c.負(fù)荷為70％～100％時(shí)，如果發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然甩至30 MW以下，高壓旁路閥預(yù)開至80％，維持8 s之后自動(dòng)切為自動(dòng)，維持此8 s之后的當(dāng)前主汽壓力；如果發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然甩至30 MW以上，高壓旁路閥預(yù)開至80％，維持8 s之后自動(dòng)切為自動(dòng)檔，將此時(shí)的主汽壓力再加0.5 MPa，并自動(dòng)設(shè)定為此時(shí)高壓旁路閥的設(shè)定壓力，維持此壓力運(yùn)行。在此過程中，電廠運(yùn)行人員可以人為干預(yù)，可以解掉高壓旁路自動(dòng)，也可以在自動(dòng)狀態(tài)下改變高壓旁路閥的壓力設(shè)定值。

(4)快關(guān)條件：未修改。

4.2 高壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥和噴水隔離閥

邏輯未修改。

4.3 低壓旁路閥

(1)快關(guān)條件：未修改。

(2)快開條件：未修改。

(3)快開開度修改為：無論高壓旁路快開多少，低壓旁路閥均快開至50％，且自動(dòng)從當(dāng)前狀態(tài)切為手動(dòng)運(yùn)行。

4.4 低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥

(1)低壓旁路閥開度不小于3％，自動(dòng)投入自動(dòng)，在自動(dòng)狀態(tài)下指令被限制至最大只能開至50％。當(dāng)?shù)蛪号月烽y快開時(shí)，低壓旁路出口蒸汽溫度被自動(dòng)設(shè)定為80℃，另外，在這種情況下設(shè)定溫度還可以人為改變。

(2)低壓旁路閥開度小于2％時(shí)，邏輯未修改。

4.5 低壓旁路噴水隔離閥

邏輯未修改。

5 采取改進(jìn)措施后旁路系統(tǒng)運(yùn)行情況

采取改進(jìn)措施之后，高壓旁路閥快開至80％，低壓旁路閥快開至50％之后的約2 min時(shí)間內(nèi)，再熱器壓力升至3.75 MPa，達(dá)到最高值，然后開始下降，并且下降趨勢(shì)很明顯。在這約2 min時(shí)間內(nèi)，再熱器安全門并沒有動(dòng)作。這些情況說明，高壓旁路閥快開至80％，低壓旁路閥快開至50％，可以將再熱器壓力維持在允許范圍內(nèi)。低壓旁路噴水調(diào)節(jié)閥未出現(xiàn)前文所述的大幅度調(diào)節(jié)情況。低壓旁路出口蒸汽溫度平穩(wěn)地慢慢下降，并且低壓旁路出口蒸汽溫度最高只升至195℃。

6 結(jié)論

(1)從額定負(fù)荷到小島運(yùn)行的瞬間，過熱器、主汽管、再熱器、再熱汽管等中的大量能量迅速安全可靠地釋放是小島運(yùn)行機(jī)務(wù)方面的關(guān)鍵問題。迅速切斷鍋爐燃料和旁路快開需要緊密配合進(jìn)行。

(2)在高低壓串聯(lián)旁路機(jī)組從額定負(fù)荷甩到小島運(yùn)行過程中，針對(duì)不同的機(jī)型要采用不同的旁路控制策略，以便快速泄壓，并保持機(jī)組帶廠用電穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)一方面不能讓過熱器、再熱器等壓力管道超壓導(dǎo)致汽輪機(jī)“悶缸”、高壓缸排汽溫度持續(xù)升高等問題；另一方面也不能讓大量未做功的蒸汽瞬間排入凝汽器，造成凝汽器水位高、真空低、排汽濕度增加等，從而對(duì)汽輪機(jī)末級(jí)葉片造成影響。

［1］唐軍，曲高君.伊朗ARAK電站4×325 MW機(jī)組的小島運(yùn)行試驗(yàn)［J］.動(dòng)力工程，2006，26(2)：238-240.

［2］高滿生，曹泉，黃勇.伊朗薩漢德電廠325 MW空冷機(jī)組FCB試驗(yàn)［J］.湖北電力，2006，30(2)：27-29.

［3］李旭，王世海，葉敏，等.巴基斯坦木扎弋電站4號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)試及FCB試驗(yàn)［J］.動(dòng)力工程，2000，20(2)：623-626.

［4］ISBN：0791823725美國國家標(biāo)準(zhǔn)汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：電力工業(yè)部(國家電力公司)，1998.

［5］王建國，孫靈芳，張立輝.電廠熱工過程自動(dòng)控制［M］.北京：中國電力出版社，2009：111-115.

［6］Sanchez-Lopez A，Arroyo-Figueroa G，Villavicencio-Ramirez A.Advanced control algorithms for steam temperature regulation of thermal power plants［J］.Electrical Power and Energy System，2004 (26)：779-785.

［7］侯瑞春，郭堅(jiān)，段成群.350 MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷小島運(yùn)行試驗(yàn)［J］.山西電力，2003，6(3)：57-59.

［8］李路江，楊海生.國產(chǎn)機(jī)組旁路系統(tǒng)存在的問題及優(yōu)化改造［J］.電力建設(shè)，2010，31(7)：105-109.

［9］劉清波，李力全.DEH甩負(fù)荷試驗(yàn)中高壓保安油系統(tǒng)試壓原因分析及對(duì)策［J］.電力建設(shè)，2009，30(5)：78-81.