某700 MW機(jī)組低壓旁路系統(tǒng)存在問題的分析和對(duì)策

吳彥龍，陳鑫水

(廣東粵電集團(tuán)珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519000)

1 旁路系統(tǒng)作用

某發(fā)電廠1號(hào)汽輪機(jī)組由日本三菱公司制造，額定輸出功率為700 MW，汽輪機(jī)型號(hào)為TC4F-40，為單軸高中壓合缸、雙缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組采用高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，容量為40 %BMCR。旁路系統(tǒng)主要作用有：改善機(jī)組啟動(dòng)條件，加快啟動(dòng)速度 ；回收工質(zhì)，保護(hù)再熱器；參與蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)，保證鍋爐、汽機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；機(jī)組在發(fā)生FCB或RB等工況突變時(shí)，旁路系統(tǒng)動(dòng)作，使汽水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)不停爐。

2 事故經(jīng)過

2011-03-03T15:15:24，1號(hào)發(fā)電機(jī)冷氫溫度測(cè)點(diǎn)異常，1號(hào)汽機(jī)跳閘，1號(hào)主變出口開關(guān)2201跳開，廠用電切換正常，高、低旁路系統(tǒng)動(dòng)作快開，減溫水調(diào)節(jié)閥正常開啟，過熱器電磁泄壓閥動(dòng)作，鍋爐FCB成功，保留C，D磨運(yùn)行。15:16:31，A側(cè)低旁閥后溫度超過200 ℃，低壓旁路(以下簡(jiǎn)稱低旁)系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，快關(guān)低旁閥，10 s后再熱器保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)鎖鍋爐MFT。

3 低旁減溫水控制原理

1號(hào)機(jī)組低旁系統(tǒng)由瑞典BTG公司生產(chǎn)，主要由2個(gè)低旁閥、2個(gè)低旁減溫水閥、減溫水隔離閥和低旁油站構(gòu)成。低旁油站采用獨(dú)立的高壓油抗燃油，驅(qū)動(dòng)油壓設(shè)置為150～160 bar,通過電液伺服閥控制，以液壓方式驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)低旁閥及低旁減溫水閥的行程。

在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，低旁閥以溢流控制方式控制再熱汽壓。再熱汽壓是根據(jù)機(jī)組的蒸汽流量設(shè)定的對(duì)應(yīng)壓力值。當(dāng)再熱實(shí)際汽壓超過了設(shè)定壓力(0.588 MPa)時(shí)，開啟溢流控制。在機(jī)組發(fā)生FCB期間，熱段再熱器(以下簡(jiǎn)稱熱再)壓力設(shè)定為1.50 MPa，只要低旁系統(tǒng)無保護(hù)關(guān)信號(hào)存在，會(huì)有1 s的脈沖令低旁閥快開，并參加壓力控制。當(dāng)?shù)团蚤y動(dòng)作之后，將熱再蒸汽經(jīng)低旁減溫水降溫后疏向凝汽器。

低旁閥后蒸汽溫度主要通過調(diào)整低旁減溫水的開度來控制。低旁減溫水閥的開度是綜合低旁閥目標(biāo)指令開度、再熱蒸汽壓力、低旁閥后溫度以及低旁減溫水反饋的調(diào)節(jié)函數(shù)，由控制模塊綜合計(jì)算控制低旁減溫水閥的開度指令。低旁減溫水閥A，B側(cè)的閥位指令取自同一個(gè)信號(hào)，疊加了旁路指令反饋和熱再壓力。在低旁閥動(dòng)作和再熱氣壓波動(dòng)時(shí)直接聯(lián)動(dòng)噴水閥，在與閥位指令(反饋)的關(guān)系上，直觀地表現(xiàn)為低旁閥目標(biāo)打開，減溫水閥聯(lián)動(dòng)開，低旁閥關(guān)小，減溫水閥也跟著關(guān)小。在低旁閥后溫度低于150 ℃時(shí)，減溫水開度主要受控于熱再壓力和低旁開度指令的函數(shù)積的變化值；當(dāng)?shù)团蚤y后溫度高于150 ℃時(shí)，PI161調(diào)節(jié)回路開始參與溫度控制 ；當(dāng)?shù)团蚤y后溫度超過200 ℃，保護(hù)強(qiáng)制關(guān)閉低壓旁路控制閥，并延時(shí)觸發(fā)再熱器保護(hù)動(dòng)作(機(jī)組總?cè)剂狭看笥?0 %MCR時(shí)延時(shí)20 s，大于20 %MCR時(shí)則延時(shí)10 s)。

4 低旁系統(tǒng)存在的問題

1號(hào)機(jī)組能夠在工況突變后FCB成功，保持鍋爐的穩(wěn)定燃燒，反映出機(jī)組優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能。但在1 min后低旁A側(cè)減溫水閥后溫度超限，說明低旁系統(tǒng)控制上存在一定的問題。

4.1 低旁壓力控制閥對(duì)熱再壓力控制存在時(shí)滯

從控制回路上可以看出，當(dāng)?shù)团蚤y參與壓力調(diào)節(jié)時(shí)，只要實(shí)際值與目標(biāo)值比較存在偏差，就直接產(chǎn)生低旁的開度指令，并沒有時(shí)間上的延時(shí)。在正常情況下，低旁閥開度應(yīng)隨熱再壓力的變化而保持同步變化，其變化的趨勢(shì)應(yīng)該接近一致。但查看低旁閥開度變化曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)，熱再壓力的峰值和低旁閥的峰值存在近8 s的時(shí)間差，說明低旁控制并不能及時(shí)跟隨熱再壓力的變化，而觀察低旁減溫水閥對(duì)熱再壓力和低旁控制閥的變化反應(yīng)還比較靈敏。由于低旁閥對(duì)熱再壓力的控制存在時(shí)滯，在機(jī)組FCB期間，存在低旁控制閥在減小而熱再壓力升高的情況，使熱再壓力波幅呈現(xiàn)擴(kuò)散性，導(dǎo)致減溫水量無法滿足降低疏水溫度的需求，以致低旁閥后溫度不斷升高。

4.2 A側(cè)低旁閥動(dòng)作存在卡澀、過調(diào)

低旁閥在機(jī)組FCB動(dòng)作后接受1 s脈沖的快開指令，接著參與了再熱器壓力的溢流調(diào)節(jié)。從趨勢(shì)曲線上看，在調(diào)節(jié)全過程中2個(gè)低旁閥動(dòng)作的閥位反饋是不一致的，A側(cè)低旁閥動(dòng)作的波幅明顯大于B側(cè)低旁閥，而2個(gè)低旁閥開度來自同一個(gè)指令。這可以說明其中1個(gè)閥門存在控制卡澀或過調(diào)的情況。通過邏輯控制圖和曲線趨勢(shì)，比較熱再壓力的峰值和低旁閥的相應(yīng)峰值。

15:15:56，熱再壓力為4.43 MPa，可以算出低旁閥的目標(biāo)開度D1為43.95；15:16:04，A側(cè)低旁閥的開度為49.91，B側(cè)低旁閥的實(shí)際開度為44.50，從而可以判斷低旁閥A側(cè)存在過調(diào)。由于A側(cè)低旁閥調(diào)節(jié)中出現(xiàn)過度開大的情況，而低旁減溫水的前饋信號(hào)接受的是低旁閥的目標(biāo)控制指令，無法反映低旁閥過度開大的問題，導(dǎo)致減溫水量無法滿足降低疏水溫度的需求，使A側(cè)低旁閥后溫度以4 ℃/s的速率升高，最終觸發(fā)低旁保護(hù)動(dòng)作。

4.3 熱工設(shè)置低旁閥后溫度調(diào)節(jié)裕量偏小

當(dāng)?shù)团蚤y后溫度高于150 ℃時(shí)，PI比例積分調(diào)節(jié)回路參與了溫度的調(diào)節(jié)，取低旁兩側(cè)閥后溫度中較高值為被調(diào)量，從而參與改變減溫水閥的開度。PI比例積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是動(dòng)作快，只要被調(diào)量存在偏差，調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷地加強(qiáng)。從趨勢(shì)圖上看，低旁閥能根據(jù)疏水溫度的上升大幅度開大減溫水閥的開度，但在控制調(diào)整中存在時(shí)滯的問題和閥門過調(diào)的狀況。雖然PI調(diào)節(jié)回路參與了溫度的調(diào)節(jié)，但減溫水量仍然無法滿足降溫的需求，即使低旁閥是在逐漸關(guān)小的情況下，A側(cè)低旁閥后溫度仍然大幅上升。熱工設(shè)置低旁閥后溫度200 ℃就保護(hù)快關(guān)低旁閥，PI調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)幅度為50 ℃。低旁控制沒有考慮到控制特性存在時(shí)滯性和過調(diào)的異常情況，顯得調(diào)節(jié)裕量偏小，這大大增加了機(jī)組再熱器保護(hù)動(dòng)作的概率。

5 低旁系統(tǒng)的優(yōu)化措施

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，旁路系統(tǒng)各閥門沒有定期進(jìn)行活動(dòng)校驗(yàn)是國(guó)內(nèi)大多機(jī)組普遍存在的現(xiàn)象。在機(jī)組發(fā)生異常情況下，必須保證旁路系統(tǒng)可靠動(dòng)作并參與調(diào)整。綜合1號(hào)機(jī)組低旁調(diào)節(jié)特性以及目前存在的問題，機(jī)組低旁系統(tǒng)應(yīng)在以下幾個(gè)方面優(yōu)化。

5.1 強(qiáng)化系統(tǒng)的維護(hù)管理和運(yùn)行管理

2011-04-04，1號(hào)機(jī)組停運(yùn)臨修，在校驗(yàn)低旁閥行程中發(fā)現(xiàn)，A側(cè)低旁閥存在動(dòng)作不暢、調(diào)節(jié)過度、實(shí)際開度與指令偏差較大等問題。由于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，閥門長(zhǎng)期不活動(dòng)，未進(jìn)行定期校驗(yàn)，使閥門發(fā)生動(dòng)作偏慢、卡澀、指令偏移等情況。低旁系統(tǒng)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間備用，加之機(jī)組運(yùn)行中存在諸多因素(如溫差)導(dǎo)致閥門膨脹卡澀、蒸汽積垢、閥門積污、液壓系統(tǒng)失常、設(shè)備老化、熱工信號(hào)異常等，都會(huì)影響低旁系統(tǒng)的啟動(dòng)不正常。

強(qiáng)化維護(hù)管理是消除設(shè)備隱患的最佳方法。建議在機(jī)組停運(yùn)時(shí)將低旁系統(tǒng)列入檢修維護(hù)項(xiàng)目，設(shè)備老化時(shí)及時(shí)更換 ；日常運(yùn)行中加強(qiáng)巡視、檢查清掃，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和改善設(shè)備運(yùn)行條件。

5.2 更改低旁減溫水閥的前饋信號(hào)

在控制邏輯中，把低旁閥指令反饋疊加到低旁減溫閥指令上，以保證減溫水閥的快速隨動(dòng)。但其不足是，如果低旁閥實(shí)際開度與指令偏差較大時(shí)，減溫水的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足降低低旁閥后的疏水溫度，會(huì)導(dǎo)致溫度失控。

建議把疊加在低旁減溫水閥指令上的低旁閥指令前饋信號(hào)改為低旁閥實(shí)際閥位信號(hào)，并且比較取兩側(cè)的高值。這樣可以更好地解決減溫水閥隨低旁閥實(shí)際開度而動(dòng)的問題，從而更能有效避免因低旁閥過調(diào)而出現(xiàn)閥后溫度超限情況。

5.3 重置低旁閥后溫度保護(hù)動(dòng)作值和拓寬PI回路

調(diào)節(jié)范圍

國(guó)內(nèi)多數(shù)同等級(jí)機(jī)組，低旁閥保護(hù)關(guān)的溫度設(shè)定值為250 ℃。該溫度保護(hù)值的設(shè)定主要考慮以下幾個(gè)要素。

(1)該壓力下的熱再蒸汽飽和溫度問題。高于該溫度值會(huì)形成汽水混合物造成管路振動(dòng)，對(duì)凝汽器鈦管進(jìn)行沖擊。

(2)對(duì)凝汽器真空的影響。

(3)熱應(yīng)力對(duì)設(shè)備的影響。

從這次FCB動(dòng)作后，1號(hào)機(jī)組凝汽器真空從-95.8 kPa下降到-93.6 kPa來看，并未對(duì)凝汽器真空產(chǎn)生影響。比較之下，低旁閥后溫度保護(hù)設(shè)置值為250 ℃更合理?？紤]到低旁閥調(diào)節(jié)中存在時(shí)滯性和低旁閥可能存在過調(diào)情況，可將PI調(diào)節(jié)回路參與溫度調(diào)整值下調(diào)到130 ℃。由于拓寬了PI回路的調(diào)節(jié)范圍，減小了低旁閥后溫度超限的概率。

6 結(jié)束語

2011年10月，電廠1號(hào)機(jī)組停運(yùn)轉(zhuǎn)入C級(jí)檢修。對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析研究，對(duì)低旁系統(tǒng)采取了相應(yīng)優(yōu)化措施。經(jīng)過調(diào)試，動(dòng)作良好。2011-12-09，1號(hào)機(jī)組順利通過了FCB試驗(yàn)，低旁閥動(dòng)作正常，低旁閥后溫度控制很好，說明低旁系統(tǒng)的優(yōu)化取得了很好效果。

參考資料：

1 山西省電力公司.火力發(fā)電(第二冊(cè))[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.