火電廠旁路系統(tǒng)改造及保護控制優(yōu)化

莊向陽，張慶豐，朱勇，王友全

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441000）

火電廠旁路系統(tǒng)改造及保護控制優(yōu)化

莊向陽，張慶豐，朱勇，王友全

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441000）

湖北華電襄陽發(fā)電有限公司300MW凝汽式發(fā)電機組旁路系統(tǒng)進行改造后，需要更改、完善相關(guān)邏輯。分析了旁路系統(tǒng)改造后可能出現(xiàn)的隱患，并提出了相應(yīng)的控制邏輯優(yōu)化措施。機組旁路系統(tǒng)改造一年來，經(jīng)歷了各種工況考驗，系統(tǒng)運行可靠、控制穩(wěn)定。

汽輪機；旁路系統(tǒng)；伺服閥；保護控制

0 引言

汽輪機旁路系統(tǒng)是火力發(fā)電廠單元機組中一個重要的子系統(tǒng)，目前大型機組一般配置高壓旁路（以下簡稱高旁）和低壓旁路（以下簡稱低旁）2個單元。旁路系統(tǒng)在發(fā)電機組中主要承擔(dān)2個方面的功能：（1）機組啟動階段開啟高、低旁快速升溫升壓，縮短機組啟動時間；（2）機組故障跳閘，高旁快速開啟，保護過熱器；低旁聯(lián)開保護再熱器，避免鍋爐超壓；當(dāng)凝汽器出現(xiàn)真空度低、溫度高等故障時，低旁又快速關(guān)閉，防止凝汽器、低壓缸變形。

1 改造前旁路系統(tǒng)的配置

湖北華電襄陽發(fā)電有限公司一期安裝4臺300 MW凝汽式發(fā)電機組，設(shè)計兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性強，不僅可以保護過熱器、再熱器，而且基本上能滿足機組啟動時蒸汽參數(shù)與汽輪機金屬溫度匹配的要求。

考慮到旁路系統(tǒng)在機組保護中的重要性，必須實現(xiàn)在極端工況下（如油壓低、信號異常等）的大力矩快速動作。因此，機組采用電液比例閥作為執(zhí)行機構(gòu)，并配備旁路專用油站。

2 旁路系統(tǒng)的改造

湖北華電襄陽發(fā)電有限公司機組自1998年投產(chǎn)至今，已連續(xù)運行16年，旁路系統(tǒng)老化嚴重，多次出現(xiàn)各種故障，如機組跳閘后高旁閥不能快開，比例閥卡澀，旁路油站油泵故障，管道老化漏油、滲油等。為此，該廠于2013年立項開始對機組旁路系統(tǒng)進行改造，改造的基本情況見表1。

由表1可見：旁路控制系統(tǒng)、控制介質(zhì)（油源）和現(xiàn)場控制設(shè)備都發(fā)生了改變。主要是油源由獨立的油站改為與數(shù)字電液（DEH）控制系統(tǒng)共用抗燃油（EH）油站；保護設(shè)備電源由24V DC可常帶電改為220V AC不可常帶電；調(diào)節(jié)方面由比例閥控制改為伺服閥控制。以上系統(tǒng)改變后，需要更改、完善相關(guān)邏輯。

3 改造后控制系統(tǒng)風(fēng)險分析

3.1 高、低旁油壓低閉鎖保護拒動風(fēng)險

按照原蘇爾壽的設(shè)計，當(dāng)油壓低至12MPa時閉鎖高、低旁及減溫水門。但改造后由于使用EH油系統(tǒng)供油，有2種可能的事故工況。

（1）當(dāng)汽輪機危急遮斷保護系統(tǒng)（ETS）中因EH油壓低而停機（其跳閘定值是9.65MPa）時，為保護過熱器需要高旁快開（低旁聯(lián)開），但改造后油壓一低于12MPa，高、低旁就已經(jīng)閉鎖，還如何快開？原旁路系統(tǒng)因為有獨立油站是不存在此問題的；雖然EH油壓低時保護油路的快開電磁閥可以動作，但蘇爾壽原設(shè)計是快開指令一旦發(fā)出，快開電磁閥和伺服閥同時動作，具有冗余保護功能，以最大限度應(yīng)對緊急事態(tài)的發(fā)生。就該問題與廠家溝通，廠家的回復(fù)是直接取消油壓低閉鎖功能，因為這樣操作一可解決上述問題，二可避免機組停運時因油壓低導(dǎo)致閉鎖閥常帶電而燒壞。

表1 旁路系統(tǒng)改造前、后對比

（2）如果直接取消油壓低閉鎖功能，另一個問題又接踵而至：當(dāng)運行中旁路系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如系統(tǒng)漏油等，但EH油站正常）時，管道壓力會持續(xù)下降，這時因為油壓低閉鎖被取消，高旁由于是倒裝門就有自開風(fēng)險，從而引發(fā)甩負荷或事故停機；但如果油壓低閉鎖功能存在，高、低旁會因閉鎖閥及時動作保持在關(guān)閉位置，再關(guān)閉旁路液壓塊總進油門進行隔離后，可以在線處理單純旁路故障，避免停機情況發(fā)生。

為解決上述兩個問題，修改控制邏輯，將單純油壓低閉鎖高、低旁改為“油壓低”且“汽機已掛閘”閉鎖高、低旁，即需要在機組運行且油壓低時才發(fā)閉鎖信號。

修改前、后的閉鎖邏輯如圖1、圖2所示。

圖1 原高、低旁閉鎖邏輯

圖2 優(yōu)化后高、低旁閉鎖邏輯

表2詳細分析了采用該邏輯后，各種工況下的動作情況。

3.2 低旁快關(guān)電磁閥拒動風(fēng)險

如圖3所示，按原設(shè)計方案，為避免機組停運后快關(guān)條件（如真空度低）一直存在會長時間帶電而燒壞低旁快關(guān)電磁閥，指令加入了10 s脈沖。由于快關(guān)電磁閥不帶自保持功能，10 s脈沖指令過后，電磁閥失電，低旁將恢復(fù)至伺服閥的原始開度，這就帶來一個極端工況下的風(fēng)險：例如，在鍋爐升溫升壓階段，主、再熱蒸汽溫度已經(jīng)較高，高、低旁閥門保持在一定開度，此時一旦有快關(guān)指令發(fā)出，而低旁閥門恰好又因伺服閥故障卡澀保持在了當(dāng)前位置，只有快關(guān)電磁閥通過保護油路動作，低旁閥門才能快速關(guān)閉。但10 s脈沖過后，快關(guān)電磁閥復(fù)位，由于伺服閥還保持在一定開度，處于不受控狀態(tài)，低旁閥門在調(diào)節(jié)油路的作用下將再次打開，大量蒸汽沖入凝汽器，使凝汽器溫度升高，導(dǎo)致低壓缸尾部變形。

圖3 原低旁快關(guān)保護邏輯

解決辦法：既要考慮低旁在快關(guān)條件發(fā)出時電磁閥與伺服閥雙路可靠動作，又要在停機狀態(tài)下避免電磁閥常帶電而燒毀，取消10 s脈沖，更改后的邏輯如圖4所示。

（1）增加邏輯只加載在快關(guān)電磁閥入口，不影響伺服回路的正常動作。

表2 高、低旁閉鎖保護邏輯優(yōu)化分析

（2）再熱蒸汽溫度＞80℃是參照凝汽器噴水減溫動作定值，且再熱蒸汽溫度在機組升溫升壓階段反應(yīng)更快（機組運行數(shù)據(jù)）。

（3）當(dāng)?shù)团砸殃P(guān)閉信號置1而低旁指令反饋偏差＞10%（伺服閥故障的判據(jù)）時，RS觸發(fā)器（1）輸出置0，閉鎖了與門（1）的出口。當(dāng)機組運行或升溫升壓階段（再熱蒸汽溫度＞80℃以后）快關(guān)條件一旦發(fā)出，快關(guān)電磁閥會一直帶電，直到快關(guān)條件消失或伺服閥故障處理好。反之，當(dāng)伺服閥處于正常狀態(tài)時，低旁已關(guān)閉信號一來，RS觸發(fā)器（2）輸出置0，閉鎖了與門（2）的出口，則快關(guān)電磁閥立即失電，避免了常帶電的風(fēng)險。

3.3 二次甩負荷風(fēng)險

旁路系統(tǒng)改造時新增的高旁快關(guān)電磁閥用于伺服閥故障時的在線處理，當(dāng)機組運行中高旁伺服閥出現(xiàn)極端情況（不受控開啟）時，必須使用新增的快關(guān)電磁閥由保護油路將高旁快速關(guān)閉并保持在關(guān)位，然后更換伺服閥，但為了防止電磁閥長期帶電又設(shè)計了一個10 s脈沖。由于高旁快開、快關(guān)電磁閥都是得電動作、失電后自動復(fù)位，10 s脈沖過后快關(guān)電磁閥失效，而伺服閥此時又保持在開位狀態(tài)，高旁會由調(diào)節(jié)油路再次打開，從而引發(fā)機組二次甩負荷風(fēng)險。

解決辦法：由于新增的高旁快關(guān)電磁閥只是用于伺服閥故障時的在線處理，是預(yù)防性安全措施，因此直接取消10 s脈沖，同時增加運行人員手動事故按鈕進行控制，并在光字牌上做電磁閥已帶電的報警提示。一旦伺服閥檢修完畢，即讓快關(guān)電磁閥失電退出。

3.4 快關(guān)電磁閥長時間帶電燒毀風(fēng)險

當(dāng)取消高旁快關(guān)閥10 s脈沖信號后，又帶來另一個問題：原邏輯設(shè)計中將高旁閥后溫度高保護輸出直接作用至快關(guān)回路與伺服回路，機組運行中高旁閥門關(guān)閉不嚴會導(dǎo)致閥后溫度高（這樣的故障概率較高），而運行中基本無法處理，此時保護動作則會使快關(guān)電磁閥長時間帶電引發(fā)燒毀風(fēng)險；而一旦伺服閥故障，需要快關(guān)高旁時，電磁閥卻無法動作。

解決辦法：修改控制邏輯，高旁閥后溫度高保護信號不直接作用至快關(guān)回路，只對伺服回路指令清零；而增加的運行人員手動快關(guān)按鈕在控制快關(guān)電磁閥的同時也能將伺服回路指令清零。

4 改造后的運行情況

湖北華電襄陽發(fā)電有限公司已陸續(xù)改造了3臺機組的旁路系統(tǒng)，目前最長已運行1年。旁路系統(tǒng)整體運行良好，控制邏輯經(jīng)過優(yōu)化，完全滿足了現(xiàn)場要求：通過增加“汽機掛閘”信號，既解決了事故狀況下高、低旁伺服回路的拒動問題，又保證了機組正常運行和停機期間旁路故障可單獨隔離處理；通過取消低旁脈沖信號并優(yōu)化邏輯，既避免了低旁快關(guān)的拒動風(fēng)險，也排除了快關(guān)電磁閥帶電的隱患。

5 結(jié)束語

目前300MW及以上容量機組仍是我國的主力發(fā)電機組，旁路系統(tǒng)在機組運行中擔(dān)負重要的后備保護功能。系統(tǒng)多采用瑞士蘇爾壽設(shè)備，由于國外設(shè)備備件采購時間長、費用高，設(shè)備出現(xiàn)故障時得不到及時的維護更新；同時，系統(tǒng)采用獨立油站也增加了維護工作量，改造基本成了業(yè)內(nèi)的共識。關(guān)于控制邏輯的優(yōu)化，湖北華電襄陽發(fā)電有限公司進行了多層次、多方案的研究并最終成型，可為其他電廠的改造提供一定參考。

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 621.6

：B

：1674-1951（2015）04-0045-03

莊向陽（1975—），男，湖北襄陽人，工程師，從事火電廠熱控維護工作（E-mail：zhuangxy＠xffd.com）。

2014-09-12；

2015-02-05