某700 MW機(jī)組低壓旁路系統(tǒng)存在問題的分析和對策

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)組啟動條件，加快啟動速度 ；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)定運行；機(jī)組在發(fā)生FCB或RB等工況突變時，旁路系統(tǒng)動作，使汽水循環(huán)，實現(xiàn)機(jī)組停機(jī)不停爐。

2 事故經(jīng)過

2011-03-03T15:15:24，1號發(fā)電機(jī)冷氫溫度測點異常，1號汽機(jī)跳閘，1號主變出口開關(guān)2201跳開，廠用電切換正常，高、低旁路系統(tǒng)動作快開，減溫水調(diào)節(jié)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(cè)低旁閥后溫度超過200 ℃，低壓旁路(以下簡稱低旁)系統(tǒng)啟動保護(hù)動作，快關(guān)低旁閥，10 s后再熱器保護(hù)動作，聯(lián)鎖鍋爐MFT。

3 低旁減溫水控制原理

1號機(jī)組低旁系統(tǒng)由瑞典BTG公司生產(chǎn)，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(gòu)成。低旁油站采用獨立的高壓油抗燃油，驅(qū)動油壓設(shè)置為150～160 bar,通過電液伺服閥控制，以液壓方式驅(qū)動調(diào)節(jié)低旁閥及低旁減溫水閥的行程。

在機(jī)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(jù)機(jī)組的蒸汽流量設(shè)定的對應(yīng)壓力值。當(dāng)再熱實際汽壓超過了設(shè)定壓力(0.588 MPa)時，開啟溢流控制。在機(jī)組發(fā)生FCB期間，熱段再熱器(以下簡稱熱再)壓力設(shè)定為1.50 MPa，只要低旁系統(tǒng)無保護(hù)關(guān)信號存在，會有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(lián)動噴水閥，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，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，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，并延時觸發(fā)再熱器保護(hù)動作(機(jī)組總?cè)剂狭看笥?0 %MCR時延時20 s，大于20 %MCR時則延時10 s)。

4 低旁系統(tǒng)存在的問題

1號機(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 低旁壓力控制閥對熱再壓力控制存在時滯

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，只要實際值與目標(biāo)值比較存在偏差，就直接產(chǎn)生低旁的開度指令，并沒有時間上的延時。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，其變化的趨勢應(yīng)該接近一致。但查看低旁閥開度變化曲線時發(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(yīng)還比較靈敏。由于低旁閥對熱再壓力的控制存在時滯，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)低旁閥動作存在卡澀、過調(diào)

低旁閥在機(jī)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(diào)節(jié)。從趨勢曲線上看，在調(diào)節(jié)全過程中2個低旁閥動作的閥位反饋是不一致的，A側(cè)低旁閥動作的波幅明顯大于B側(cè)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(diào)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(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，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)的特點是動作快，只要被調(diào)量存在偏差，調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷地加強(qiáng)。從趨勢圖上看，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)動作的概率。

5 低旁系統(tǒng)的優(yōu)化措施

機(jī)組正常運行時，旁路系統(tǒng)各閥門沒有定期進(jìn)行活動校驗是國內(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)可靠動作并參與調(diào)整。綜合1號機(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)在以下幾個方面優(yōu)化。

5.1 強(qiáng)化系統(tǒng)的維護(hù)管理和運行管理

2011-04-04，1號機(jī)組停運臨修，在校驗低旁閥行程中發(fā)現(xiàn)，A側(cè)低旁閥存在動作不暢、調(diào)節(jié)過度、實際開度與指令偏差較大等問題。由于機(jī)組長時間運行，閥門長期不活動，未進(jìn)行定期校驗，使閥門發(fā)生動作偏慢、卡澀、指令偏移等情況。低旁系統(tǒng)因為長時間備用，加之機(jī)組運行中存在諸多因素(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、熱工信號異常等，都會影響低旁系統(tǒng)的啟動不正常。

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)組停運時將低旁系統(tǒng)列入檢修維護(hù)項目，設(shè)備老化時及時更換 ；日常運行中加強(qiáng)巡視、檢查清掃，以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和改善設(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足降低低旁閥后的疏水溫度，會導(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改為低旁閥實際閥位信號，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際開度而動的問題，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)動作值和拓寬PI回路

調(diào)節(jié)范圍

國內(nèi)多數(shù)同等級機(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(jìn)行沖擊。

(2)對凝汽器真空的影響。

(3)熱應(yīng)力對設(shè)備的影響。

從這次FCB動作后，1號機(jī)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(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。考慮到低旁閥調(diào)節(jié)中存在時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號機(jī)組停運轉(zhuǎn)入C級檢修。對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析研究，對低旁系統(tǒng)采取了相應(yīng)優(yōu)化措施。經(jīng)過調(diào)試，動作良好。2011-12-09，1號機(jī)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(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)[M].北京：中國電力出版社，2002.