300 MW機組旁路控制系統的改造

范井生，肖 明

(河北西柏坡發電有限責任公司，石家莊 050400)

河北西柏坡發電有限責任公司(簡稱“西柏坡發電公司”)4號機組為國產300 MW凝汽式、一次中間再熱汽輪機組，投產于1998年，采用一機一爐單元配置。汽輪機數字式電氣液壓控制系統(DEH)采用上海新華公司的DEH-IIIA型自動控制系統。旁路控制系統(BPC)是與汽輪機DEH系統并聯的蒸汽減溫減壓系統，由高壓旁路和低壓旁路兩部分組成 ，其中高壓旁路由1個噴水截止閥、1個噴水減溫閥、1個壓力調整閥門構成，低壓旁路與高壓旁路的結構相同。旁路控制系統共6個閥門，在DCS系統中實現操作和簡單的連鎖邏輯。配置蒸汽旁路控制系統可以改善鍋爐和汽輪機特性上的差異，提高機組的安全性和經濟性。

1 BPC存在的問題

1.1 不適應機組的啟動方式

2008年11月大修期間，4號機組將啟動方式由高壓缸啟動改為高、中壓缸聯合啟動，在汽輪機沖轉過程中，要求BPC調整門與汽輪機進汽調整門協調配合調整參數，以達到節約汽水工質，實現機組快速啟動的目的。BPC為開關式電動門控制，沒有任何自動調節手段，結構簡陋，無法實現高、中壓缸聯合啟動時壓力、溫度等參數快速調節的功能。

1.2 控制功能落后

在機組啟動時，需要通過高壓旁路閥和高壓旁路噴水閥控制新蒸汽壓力和中、低壓缸的進汽壓力，以適應機組定壓運行或滑壓運行的要求。BPC控制邏輯簡單，無法在機組出現跳閘、甩負荷、主蒸汽和再熱蒸汽超壓等故障時實現快速調節和連鎖保護功能。

1.3 無法實現溫度和壓力的精確控制

隨著300 MW單元機組向調峰機組運行方式的轉變，機組的啟、停次數逐漸增多，為了減少汽輪機大型金屬部件的熱應力疲勞，在機組滑參數運行時，需要先以低參數蒸汽沖轉汽輪機，隨著汽輪機暖機和帶負荷的需要，不斷提高鍋爐的主蒸汽壓力和主蒸汽流量，使蒸汽參數與汽輪機的金屬狀態相適應。由于原旁路控制系統蒸汽溫度及蒸汽壓力調節閥只能手動控制，無法實現遠程自動調節，不能進行主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力自動控制，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

旁路控制系統的突出問題是控制功能落后、控制精度不高，要改變現狀就必須完善控制設備，提高系統的可靠性。結合機組設備現狀和旁路控制系統功能的要求，計劃結合目前運行的DEH系統將旁路控制系統，升級為DCS系統。

2.1 硬件方面

2.1.1 控制系統改造

在原DEH系統中增加一個控制柜，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系統相同，機柜通過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系統共用，實現DEH和BPC一體化控制，控制系統配置示意見圖1。

圖1 控制系統配置示意

2.1.2 控制回路改造

4號機組原BPC系統為西門子電動門，而DCS系統通過開關量輸出直接控制閥門。本次改造中分別將2個壓力門和噴水門改為模擬量調整門，現場執行機構仍用原執行機構，對閥門的模擬反饋部分進行升級改造，提高反饋裝置的可靠性。在控制系統中增加伺放控制回路，并將閥門的反饋信號引入旁路控制系統中，與調節指令進行比較形成閉環控制，伺放控制回路判斷比較后，輸出開關量控制閥門動作。

2.1.3 冗余配置及SIS系統接口改造

增加高壓旁路前壓力變送器2臺；增加低壓旁路前壓力變送器2臺；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關2臺；增加凝汽器液位開關3套(6點)。使模擬量測點及開關量測點均實現了冗余配置，旁路系統的可靠性得到提高。增加SIS系統的接口,使DEH與BPC的數據送入SIS系統，實現數據共享。

2.2 軟件方面

2.2.1 增加模擬量調節功能

BPC增加多個自動調節回路，實現了高、低旁路壓力和溫度的閉環控制，徹底改善旁路控制系統的控制功能和調節精度。模擬自動調節回路主要包括以下幾部分。

a. 高壓旁路壓力自動調節?？刂苹芈酚蓽y量信號處理回路、設定值形成回路、信號轉換回路組成。主要作用是在機組各種工況下自動或手動生成設定值，與測量的過程量進行比較和調節，通過調整高壓旁路閥的開度來控制主蒸汽壓力，實現了旁路投入期間主蒸汽壓力自動調節的功能。

b. 高壓旁路溫度自動調節。當旁路控制系統運行時，溫度控制回路通過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定值。為了改善溫度控制特性，自動調節系統中充分調整PID參數和利用前饋、反饋調節等手段，改善溫度調節的精度，保護再熱器。

c. 低壓旁路壓力自動調節。在機組運行期間，再熱蒸汽壓力是一個與機組出力有關的參數。低壓旁路控制依據機組的出力給出再熱蒸汽壓力定值，通過調整低壓旁路閥的開度保證再熱蒸汽壓力，來滿足機組的運行要求。

d. 低壓旁路溫度自動調節。低壓旁路溫度控制回路是低壓旁路壓力控制回路的隨動系統。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度設定值為20%。自動調節功能的增加，使凝汽器保護功能得到完善。

2.2.2 完善邏輯連鎖與保護功能

a. 旁路控制方式切換邏輯。BPC有3種運行方式，即啟動方式、滑壓方式和定壓方式。在高、中壓缸聯合啟動下，當鍋爐點火啟動時，旁路控制系統為啟動方式；當主蒸汽壓力升高到沖轉壓力3.5 MPa時，旁路控制系統自動轉為定壓運行方式，這時壓力整定值保持一定，以保證啟動時的主蒸汽壓力實現定壓啟動；機組并網后，運行人員提高主蒸汽壓力設定值(高壓旁路蒸汽閥在自動)或逐漸關閉高壓旁路蒸汽閥，高壓旁路閥門完全關閉時，旁路控制系統自動切至滑壓運行方式。旁路系統可以自動判斷機組運行狀態，自動切換各種運行方式，控制功能得到完善。3種方式切換邏輯圖如圖2所示。

b. 低壓旁路閥聯鎖邏輯。為了保護凝汽器，當下列信號中任1個出現時強制關閉低壓旁路閥門：低壓旁路隔離閥關閉；低壓旁路噴水調節閥關閉；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1 s；三級減溫后蒸汽溫度(4路高選)≥79 ℃，延時1 s；低壓缸排汽溫度(2路低選)≥79 ℃。

圖2 邏輯切換示意

c. 高壓旁路閥聯鎖邏輯。當下列信號中任意一個出現時強制關閉高壓旁路閥門：高壓旁路閥后溫度大于350 ℃；高壓旁路蒸汽轉換閥后蒸汽壓力大于0.84 MPa；低壓旁路閥故障；低壓旁路閥關閉。

3 改造效果

通過采取以上改造措施，4號機組BPC實現高壓缸啟動，高、中壓缸聯合啟動、主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力自動控制，高壓、低壓旁路后溫度自動控制等多項控制功能。改善了機組啟動性能，減少了汽輪機在頻繁啟停下的熱應力疲勞，同時提高機組的負荷適應性。

4 結束語

通過對旁路控制系統硬件及軟件的改造，使BPC與DEH實現一體化控制，可以在DEH的操作員站對BPC進行操作及歷史數據的查詢，也可以在DEH的工程師站對BPC進行控制組態、圖形編輯和日常維護，使DEH與BPC控制更加協調，減少了維護的工作量。在發電機甩負荷或汽輪機故障停機等非正常工況下旁路門迅速打開，防止超溫超壓，提高機組的經濟性和安全性。機組改造至今運行良好，達到改造的目的和要求，為西柏坡發電公司其它機組的旁路控制系統改造提供了寶貴的經驗。