某700 MW機組低壓旁路系統存在問題的分析和對策

吳彥龍，陳鑫水

(廣東粵電集團珠海發電廠，廣東 珠海 519000)

1 旁路系統作用

某發電廠1號汽輪機組由日本三菱公司制造，額定輸出功率為700 MW，汽輪機型號為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。機組采用高、低壓二級串聯旁路系統，容量為40 %BMCR。旁路系統主要作用有：改善機組啟動條件，加快啟動速度 ；回收工質，保護再熱器；參與蒸汽參數調節，保證鍋爐、汽機穩定運行；機組在發生FCB或RB等工況突變時，旁路系統動作，使汽水循環，實現機組停機不停爐。

2 事故經過

2011-03-03T15:15:24，1號發電機冷氫溫度測點異常，1號汽機跳閘，1號主變出口開關2201跳開，廠用電切換正常，高、低旁路系統動作快開，減溫水調節閥正常開啟，過熱器電磁泄壓閥動作，鍋爐FCB成功，保留C，D磨運行。15:16:31，A側低旁閥后溫度超過200 ℃，低壓旁路(以下簡稱低旁)系統啟動保護動作，快關低旁閥，10 s后再熱器保護動作，聯鎖鍋爐MFT。

3 低旁減溫水控制原理

1號機組低旁系統由瑞典BTG公司生產，主要由2個低旁閥、2個低旁減溫水閥、減溫水隔離閥和低旁油站構成。低旁油站采用獨立的高壓油抗燃油，驅動油壓設置為150～160 bar,通過電液伺服閥控制，以液壓方式驅動調節低旁閥及低旁減溫水閥的行程。

在機組正常運行時，低旁閥以溢流控制方式控制再熱汽壓。再熱汽壓是根據機組的蒸汽流量設定的對應壓力值。當再熱實際汽壓超過了設定壓力(0.588 MPa)時，開啟溢流控制。在機組發生FCB期間，熱段再熱器(以下簡稱熱再)壓力設定為1.50 MPa，只要低旁系統無保護關信號存在，會有1 s的脈沖令低旁閥快開，并參加壓力控制。當低旁閥動作之后，將熱再蒸汽經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節函數，由控制模塊綜合計算控制低旁減溫水閥的開度指令。低旁減溫水閥A，B側的閥位指令取自同一個信號，疊加了旁路指令反饋和熱再壓力。在低旁閥動作和再熱氣壓波動時直接聯動噴水閥，在與閥位指令(反饋)的關系上，直觀地表現為低旁閥目標打開，減溫水閥聯動開，低旁閥關小，減溫水閥也跟著關小。在低旁閥后溫度低于150 ℃時，減溫水開度主要受控于熱再壓力和低旁開度指令的函數積的變化值；當低旁閥后溫度高于150 ℃時，PI161調節回路開始參與溫度控制 ；當低旁閥后溫度超過200 ℃，保護強制關閉低壓旁路控制閥，并延時觸發再熱器保護動作(機組總燃料量大于10 %MCR時延時20 s，大于20 %MCR時則延時10 s)。

4 低旁系統存在的問題

1號機組能夠在工況突變后FCB成功，保持鍋爐的穩定燃燒，反映出機組優越的調節性能。但在1 min后低旁A側減溫水閥后溫度超限，說明低旁系統控制上存在一定的問題。

4.1 低旁壓力控制閥對熱再壓力控制存在時滯

從控制回路上可以看出，當低旁閥參與壓力調節時，只要實際值與目標值比較存在偏差，就直接產生低旁的開度指令，并沒有時間上的延時。在正常情況下，低旁閥開度應隨熱再壓力的變化而保持同步變化，其變化的趨勢應該接近一致。但查看低旁閥開度變化曲線時發現，熱再壓力的峰值和低旁閥的峰值存在近8 s的時間差，說明低旁控制并不能及時跟隨熱再壓力的變化，而觀察低旁減溫水閥對熱再壓力和低旁控制閥的變化反應還比較靈敏。由于低旁閥對熱再壓力的控制存在時滯，在機組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擴散性，導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側低旁閥動作存在卡澀、過調

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

15:15:56，熱再壓力為4.43 MPa，可以算出低旁閥的目標開度D1為43.95；15:16:04，A側低旁閥的開度為49.91，B側低旁閥的實際開度為44.50，從而可以判斷低旁閥A側存在過調。由于A側低旁閥調節中出現過度開大的情況，而低旁減溫水的前饋信號接受的是低旁閥的目標控制指令，無法反映低旁閥過度開大的問題，導致減溫水量無法滿足降低疏水溫度的需求，使A側低旁閥后溫度以4 ℃/s的速率升高，最終觸發低旁保護動作。

4.3 熱工設置低旁閥后溫度調節裕量偏小

當低旁閥后溫度高于150 ℃時，PI比例積分調節回路參與了溫度的調節，取低旁兩側閥后溫度中較高值為被調量，從而參與改變減溫水閥的開度。PI比例積分調節的特點是動作快，只要被調量存在偏差，調節作用便隨時間不斷地加強。從趨勢圖上看，低旁閥能根據疏水溫度的上升大幅度開大減溫水閥的開度，但在控制調整中存在時滯的問題和閥門過調的狀況。雖然PI調節回路參與了溫度的調節，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小的情況下，A側低旁閥后溫度仍然大幅上升。熱工設置低旁閥后溫度200 ℃就保護快關低旁閥，PI調節回路調節幅度為50 ℃。低旁控制沒有考慮到控制特性存在時滯性和過調的異常情況，顯得調節裕量偏小，這大大增加了機組再熱器保護動作的概率。

5 低旁系統的優化措施

機組正常運行時，旁路系統各閥門沒有定期進行活動校驗是國內大多機組普遍存在的現象。在機組發生異常情況下，必須保證旁路系統可靠動作并參與調整。綜合1號機組低旁調節特性以及目前存在的問題，機組低旁系統應在以下幾個方面優化。

5.1 強化系統的維護管理和運行管理

2011-04-04，1號機組停運臨修，在校驗低旁閥行程中發現，A側低旁閥存在動作不暢、調節過度、實際開度與指令偏差較大等問題。由于機組長時間運行，閥門長期不活動，未進行定期校驗，使閥門發生動作偏慢、卡澀、指令偏移等情況。低旁系統因為長時間備用，加之機組運行中存在諸多因素(如溫差)導致閥門膨脹卡澀、蒸汽積垢、閥門積污、液壓系統失常、設備老化、熱工信號異常等，都會影響低旁系統的啟動不正常。

強化維護管理是消除設備隱患的最佳方法。建議在機組停運時將低旁系統列入檢修維護項目，設備老化時及時更換 ；日常運行中加強巡視、檢查清掃，以及時發現設備異常和改善設備運行條件。

5.2 更改低旁減溫水閥的前饋信號

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。但其不足是，如果低旁閥實際開度與指令偏差較大時，減溫水的流量遠遠不足以滿足降低低旁閥后的疏水溫度，會導致溫度失控。

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改為低旁閥實際閥位信號，并且比較取兩側的高值。這樣可以更好地解決減溫水閥隨低旁閥實際開度而動的問題，從而更能有效避免因低旁閥過調而出現閥后溫度超限情況。

5.3 重置低旁閥后溫度保護動作值和拓寬PI回路

調節范圍

國內多數同等級機組，低旁閥保護關的溫度設定值為250 ℃。該溫度保護值的設定主要考慮以下幾個要素。

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

(2)對凝汽器真空的影響。

(3)熱應力對設備的影響。

從這次FCB動作后，1號機組凝汽器真空從-95.8 kPa下降到-93.6 kPa來看，并未對凝汽器真空產生影響。比較之下，低旁閥后溫度保護設置值為250 ℃更合理。考慮到低旁閥調節中存在時滯性和低旁閥可能存在過調情況，可將PI調節回路參與溫度調整值下調到130 ℃。由于拓寬了PI回路的調節范圍，減小了低旁閥后溫度超限的概率。

6 結束語

2011年10月，電廠1號機組停運轉入C級檢修。對出現的問題進行了分析研究，對低旁系統采取了相應優化措施。經過調試，動作良好。2011-12-09，1號機組順利通過了FCB試驗，低旁閥動作正常，低旁閥后溫度控制很好，說明低旁系統的優化取得了很好效果。

參考資料：

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