1000MW二次再熱火電機組旁路系統自動控制

胡尊民

摘 要：1000MW超超臨界二次再熱機組的旁路系統由原來的高、低壓兩級旁路變為高、中、低三級旁路，運行參數及控制策略也隨之改變。大型火電機組的自動化程度日益提高，機組一鍵啟停技術（APS）的應用將是火電機組自動控制發展的必然趨勢。旁路系統的全程自動控制作為APS系統的一部分，在機組整體自動控制過程中有著很高的重要性。

關鍵詞：二次再熱 旁路 全程自動控制 1000MW超超臨界機組

1、概述

火力發電機組汽輪機旁路系統是與汽輪機并聯的蒸汽減溫減壓系統。它由蒸汽旁路閥門、旁路閥門控制系統、執行機構、旁路減溫閥門和旁路蒸汽管道等組成。其作用是將鍋爐產生的蒸汽不經過汽輪機而引到下一級的蒸汽管道或凝汽器。現對上海電氣集團生產的二次再熱百萬機組配套的旁路系統的自動控制策略分析。

2、旁路系統的控制

旁路系統的控制與機組的啟動過程相對應，將整個啟機過程分為七個時段，對應A1/A2/A3/B/C/D/E7種模式。機組啟動又分為啟動點火、升溫升壓、沖轉并網及停機四個階段。按照這四個階段分別介紹高旁、中旁、低旁的控制方式。

2.1啟動點火階段

（1）高壓旁路控制

鍋爐點火，旁路進入啟動點火階段，高旁的控制對應著A1模式和A2模式。鍋爐點火，高壓旁路進入A1模式。高旁指令置“0”，高壓旁路閥門全關，壓力設定值跟蹤實際主汽壓力。鍋爐點火15min后或點火時主汽壓力已大于最大允許沖轉壓力（16Mpa）或點火后鍋爐累計升壓超過一定的量（升壓量為點火時的主汽壓力的函數，0.2～1.1Mpa），高旁進入A2模式。A2模式為閥位控制模式，高壓旁路的開度根據啟機狀態自動設定開度低限，同時調節主汽壓力，壓力設定值為0.5Mpa。

冷、溫態啟機時，點火時主蒸汽壓力較低。此階段的高壓旁路曲線對應圖1所示的t1-t2階段，同時設定了旁路閥門開度高限30%用于主蒸汽升溫升壓。隨著鍋爐熱負荷的增加，鍋爐主蒸汽壓力也會相應增加。在冷態、溫態啟動時還設計了一個熱態沖洗的功能；通過是調節主蒸汽壓力來保證汽水分離器出口溫度在180℃左右。根據180℃飽和蒸汽對應的壓力，以及分離器出口至過熱器出口之間的壓降，得出熱態沖洗過程中高壓旁路調節的壓力設定值為0.9 Mpa。中間點溫度達到180℃或者主蒸汽壓力達到設定值后進入熱態沖洗。當高壓旁路開度達到30%時，高壓旁路高限觸發，旁路在30%開度升壓，熱態沖洗條件觸發時，釋放高壓旁路高線限制。高旁保持進入熱態沖洗前的主蒸汽壓力為設定壓力，旁路調節主蒸汽壓力。對應得圖1所示t2-t3階段。當沖洗完成后，運行人員手動操作退出熱態沖洗。熱態沖洗復位后，將高壓旁路的開度高限值從100%重新設定為30%，開度低限不變，用于鍋爐的升溫升壓。

（2）中壓旁路控制

高壓旁路進入A1模式后中壓旁路同時進入A1模式，關閉中壓旁路。在高壓旁路進入A2模式且高旁開度大于3%后，中旁進入A2模式，中旁壓力設定從當前主汽壓力按照0.05Mpa/min的速率變化到0.55Mpa；為了保證一級再熱器有一定蒸汽流量，且保證升壓泄壓速率與鍋爐熱負荷匹配，中壓旁路閥門開度低限設定為10%、高限50%。

（3）低壓旁路控制

高壓旁路進入A1模式后低壓旁路同時進入A1模式，關閉低壓旁路。壓力設定跟蹤實際壓力，在高壓旁路進入A2模式且高旁開度大于3%后，低旁進入A2模式，低旁壓力設定按照0.03Mpa/min的速率增加到0.1Mpa；為了保證二級再熱器有一定的蒸汽流量，給低壓旁路閥門開度低限設定為10%，高限50%。

2.2升溫升壓階段（A3模式）

升溫升壓模式分為兩個階段，一是升溫升壓至啟機沖轉到3000r/min前，二是并網至旁路全關。圖1所示t3-t4為升壓階段，目的是將主汽壓力升到汽機沖轉壓力；t4-t5階段為沖轉到機組并網階段。

冷態、溫態啟機時，A2模式下、主汽壓力達到沖轉壓力設定值且發電機未并網且高旁指令大于29%則高旁進入A3模式。

熱態、極熱態啟機時，主汽壓力大于沖轉設定壓力，將旁路開到30%釋放壓力，當主汽壓力達到啟機沖轉壓力時，高壓旁路系統切至A3模式。

A3模式：高壓旁路閥開度高限釋放至100%，高壓旁路通過PID控制器控制維持主蒸汽壓力，升壓速率0.2Mpa/min，目標壓力：冷態、溫態8Mpa，熱態、極熱態12Mpa。高壓旁路閥門開度低限保留，低限為主汽溫度的函數：300℃及以下對應10%、500℃對應15%、620℃對應18%三段，每段之間線性關系。

中旁在A2模式、中旁開度不小于50%且高旁已進入A3模式，中旁進入A3模式，中壓旁路目標壓力設定為2.55Mpa；閥門開度高限設定為100%，低限為10%，升壓速率0.1Mpa/Min。

低旁在A2模式，低旁開度不小于50%且高旁進入A3模式，低旁進入A3模式。目標壓力設定為0.8Mpa，低壓旁路閥門高限設定為100%、低限為10%，升壓速率0.03Mpa/Min。

在機組并網后，旁路閥門低限設定為零，高旁調節主汽壓力，汽輪機帶初始負荷，DEH處于本地負荷控制模式。當高旁閥門開度小于3%后，高旁進入滑壓跟蹤B模式；中低開度小于6%后，中低旁進入B模式。

當發電機并網后，機組處于汽機調負荷，旁路調壓力模式；通常汽機初始負荷指令較大，并網后旁路很快全部關閉。

高壓旁路啟動曲線：

2.3汽機運行模式（B模式）

機組并網后，所有高旁全關后，高壓旁路由A3模式進入B模式。B模式下，高旁的壓力設定值會在協調系統滑壓曲線壓力設定值上疊加一定的偏置量（1.4Mpa），最高不超過35.2Mpa。因設定值大于實際壓力，促使高旁可靠關閉。B模式下高旁提供壓力保護，限制主汽壓力在協調系統壓力設定值+1.4Mpa的范圍內。當主汽壓力偏離協調壓力設定值正1.4Mpa后，高旁溢流打開泄壓，保證機組安全運行。

中壓旁路B模式：中壓旁路壓力設定值為一次再熱器出口當前壓力加0.5Mpa；中壓調節PID控制器被調量一直小于設定值，中旁關閉。

低壓旁路B模式：壓力設定值為二次再熱器出口當前壓力加0.3Mpa，保證低壓旁路一直為“0”。

2.4停機模式（C模式和D模式）

停機狀態分為兩種：停機不停爐C模式和停機停爐D模式。當機組正常運行過程中，低負荷段（機組負荷小于200MW）汽輪機跳閘旁路系統正常打開，不觸發MFT，旁路進入停機C模式。

C模式下為了防止引發鍋爐再熱器保護動作，設定旁路閥門開度指令低限。高壓旁路開度低限曲線為主汽溫度的函數：300℃及以下對應15%、500℃對應20%、620℃對應23%三段。C模式下目標壓力設定為鍋爐校正后煤量的函數，滑壓速率為0.3Mpa/min。當主汽壓力達到沖轉壓力時，高旁進入A3模式，準備再次沖轉。C模式下高旁壓力設定與煤量的函數關系如表1。

中壓旁路的目標壓力為2.55Mpa，壓力設定變化速率為0.05Mpa/Min，中壓旁路閥門開度低限設定值為15%。當壓力降到2.55Mpa，中旁進入A3模式。

低旁目標壓力設定為0.8Mpa，壓力變化速率為0.03 Mpa/Min，低壓旁路閥門開度低限設定值為12%。當壓力降到1Mpa以下，低旁進入A3模式。

任何模式和工況下MFT動作，高旁、中旁、低旁進入停機D模式，高旁壓力設定為31Mpa，中旁壓力設定為當前壓力加0.5Mpa，最高不超過12Mpa。低旁壓力設定為當前壓力加0.3Mpa，最高不超過3.6Mpa。綜上所述，當MFT動作后，高中低三級旁路在保證系統不超壓的情況下，三級旁路全關。

3、結論

結合世界首臺二次再熱1000MW機組的調試過程中的實際情況及參數邏輯等的調整。經過實際應用表明，此種控制策略及參數能夠較好的應用與二次再熱超超臨界1000MW機組旁路系統控制上。兼顧機組運行的安全性、經濟性；并且包容各種工況下旁路系統的安全響應。