700 MW汽輪機低旁系統存在的問題及優化

吳彥龍

(珠海發電廠，廣東 珠海 519050)

珠海發電廠1號汽輪機組系日本三菱公司制造，額定輸出功率700 MW，為TC4F-40型、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 %鍋爐最大連續蒸發量。旁路的主要作用有：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；在機組發生FCB或RB等突變工況時，旁路系統動作，實現機組停機不停爐。

1 事故過程

2011-03-03T15:15:24，電廠1號發電機冷氫溫度測點異常，聯動1號汽輪機跳閘，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，汽輪機轉速下降，AOP，TOP自啟，疏水組閥門全開。鍋爐FCB成功，保留C，D磨運行。15:16:31，低旁A側閥后溫度超過200 ℃，低旁閥快關，10 s后聯鎖再熱器保護動作，鍋爐MFT。

2 低壓旁路系統和低旁減溫水的控制邏輯

1號機組低壓旁路系統設備由瑞典BTG公司生產，主要包括2個低壓旁路閥、2個低旁減溫水閥、減溫水隔離閥和低旁油站。低旁油站采用獨立的高壓油抗燃油，配有2臺高壓油泵，自動定期切換且互為備用，驅動油壓為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。低旁閥全行程正常動作時間為20～30 s，全行程快速動作時間為3 s。當機組FCB時，只要低旁無保護關信號存在，就會發生1 s的脈沖令低旁快開；1 s后如果再熱汽壓與設定值偏差小于0.2 MPa，快開信號復歸。在低旁閥動作之后，再熱蒸汽經低旁減溫水降溫后疏水排向凝汽器。熱工設置低旁閥后疏水溫度為150 ℃，當溫度超過200 ℃時，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則延時10 s。

低旁閥動作后的蒸汽溫度主要是通過調整低旁減溫水閥開度來控制的。低旁減溫水閥的開度是綜合低旁閥開度，并結合熱蒸汽壓力、低旁閥后溫度以及低旁減溫水反饋的PID調節函數，由控制模塊綜合計算控制減溫水閥的開度指令，從而決定低旁減溫水閥的實際開度，其控制邏輯如圖1所示。

低旁減溫水閥A，B側的閥位指令取自同一個信號，SUM162上疊加了旁路指令反饋和再熱器出口壓力。從FX165和FX167的參數可看出，此前饋作用相當強烈，在低旁閥動作和再熱汽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打開，減溫水閥聯動開；低旁閥關小，減溫水閥也跟著關小。從圖1可以看出，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。

3 低旁系統存在的問題

1號機組能夠在工況突變后FCB成功，確保鍋爐的穩定燃燒，反映了機組優越的調節性能。但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。通過回放軟件和分析數據采集，低旁系統主要存在以下問題。

3.1 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，參與了再熱器壓力的偏差調節。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側動作的波幅明顯大于B側。15:16:31，即再熱器保護動作的前1 s，A側開度為34.61 %，B側開度為18.39 %，差值達16.2 %，A側蒸汽流量明顯大于B側。而實際上低旁減溫水閥A，B側的閥位指令取自同一信號，兩側開度指令是一致的，但低旁閥動作后溫度A側卻明顯大于B側。

2010-04-01，1號機組停運臨修。通過校驗低旁閥行程發現，A側低旁閥在開關過程中有時緩時快的現象。經分析認為，機組長時間運行后，由于閥門長期不活動且無法進行定期校驗，閥門不可預知地發生了動作偏慢、卡澀、指令偏移的情況。在這次機組FCB過程中，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的情況，導致減溫水流量不足以維持低旁閥動作后溫度穩定，這是導致A側低旁閥動作后溫度超限的直接原因。

3.2 低旁減溫水控制邏輯存在問題

根據參數的變化趨勢可以得出，低旁減溫水閥整個動作過程一直跟隨再熱壓力的波動而變化，這是不合理的現象。從控制回路的邏輯來看，再熱壓力在2.4～4.5 MPa波動，對應FX167的函數輸出為1.25～1.63，對低旁減溫水閥的影響總趨勢應該不太大。合理的控制趨勢應該是低旁減溫水隨著低旁閥的波動而調整，而且有相對應的開度，這樣才不致使低旁閥后溫度波動過大。而實際上卻出現了低旁閥在開大而減溫水閥關小，當低旁閥開到最大，減溫水閥已經關到接近最小的不合理狀況。這是低旁閥后溫度失控的一個主要原因。

3.3 PID調節回路對溫度不敏感

在低旁減溫水閥后溫度上漲至150 ℃后，減溫水閥并沒有明顯地增大開度，甚至開度在減小，說明PID調節回路對低旁閥動作后溫度控制不夠敏感，沒有起到應有的調節作用，以致A側低旁閥后溫度以4 ℃/s的速率突升，很快超過200 ℃保護動作值，并延時10 s使再熱器保護動作。這是因為該低旁減溫水控制PID調節回路函數設置不合理，導致溫度突升而減溫水控制反應滯后。

3.4 熱工設置的溫度調節裕量偏小

熱工設置低旁閥動作后溫度達到200 ℃就保護快關低旁閥，調節幅度只有50 ℃，存在調節裕量偏小的問題。低旁閥對再熱器壓力為偏差控制，沒有加入再熱器壓力的前饋信號。由于再熱器壓力的波峰值和低旁閥調節的波峰值間存在9 s的時間差，低旁減溫水閥開度很明顯跟隨再熱汽壓的變化而調整，這就出現了低旁閥還在開大而減溫水閥開始關小的情況。這種調節的結果會導致減溫水量無法滿足降低低旁疏水溫度的需求，也會導致低旁閥后溫度出現大幅上升。由于低旁閥后溫度調節裕量較小，同時由于PID調節回路在溫度控制中沒有發揮作用，大大增加了機組再熱器保護動作的概率。

4 低旁系統的優化

機組正常運行中，旁路系統各閥門沒有定期活動校驗是國內汽輪機組普遍存在的情況。在發生機組異常情況下保證旁路系統可靠動作并參與調整是一個不可忽視的問題。綜合1號機組低旁調節的特點以及低旁系統存在的問題，該機組低旁系統應進行以下幾個方面的優化。

4.1 校驗、調整低旁減溫水閥控制邏輯函數定值

(1) 查找出減溫水閥主要受控于再熱壓力的原因，校驗低旁減溫水的控制邏輯函數定值。在低旁閥動作后溫度低于150 ℃時，減溫水閥主要受控于再熱蒸汽壓力和低旁閥反饋，校驗FX165和FX167函數是否出現定值漂移或錯置情況，靜態測量其輸出對低旁減溫水影響的實際數據。

(2) 修正、提高PID調節回路對溫度的反應系數，當低旁閥后溫度上漲時及時加大減溫水閥的調整開度。

4.2 更改低旁減溫水閥的前饋信號

在低旁系統控制邏輯中，把低旁閥指令反饋疊加到低旁噴水減溫閥指令上。這種做法可保證減溫水閥的快速隨動，但也有其不合理的地方，如果低旁閥實際開度與指令偏差較大，則減溫水流量可能不足以維持閥后溫度，會導致溫度失控。因此，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，并且通過比較取高值，這樣可以解決減溫水閥隨低旁閥實際開度而動的問題，從而能更有效地避免閥后溫度超限情況。

4.3 重置正常調節溫度值和保護動作值

國內大多數同等級機組低旁閥動作后溫度一般設定為150 ℃，低旁閥保護關的設定值為250 ℃，該溫度保護值的設定主要考慮因素為：

(1) 該壓力下的再熱的蒸汽飽和溫度問題，高于該溫度值時會造成汽水混合物引起管路振動；

(2) 對凝汽器鈦管的沖擊；

(3) 對真空的影響；

(4) 產生熱應力對設備的影響。

1號機組FCB動作，其凝汽器真空從-95.8 kPa下降到-93.6 kPa，其他方面與其他機組無差異。經比較分析后認為，低旁閥動作后溫度保護設定值為200 ℃偏低，溫度調節裕量偏小，應適當調高保護設定值。綜合往年啟停機低旁動作記錄數據發現，低旁減溫水閥動作后溫度控制并不在150℃，而是在120 ℃左右波動，這和本機組低旁減溫水控制邏輯加入了低旁閥和再熱壓力的前饋控制特點有很大關系。因此，可以考慮將低旁閥動作后溫度正常值設置為130 ℃；當閥后溫度高于130 ℃后，PID調節也參與溫度控制，從而減小低旁閥動作后溫度超限的概率。

4.4 強化系統的維護管理和運行管理

低旁系統長時間備用會影響其實際運行，如閥門卡澀、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，都會造成低旁系統啟動不正常。強化低旁系統的維護管理是消除設備隱患的最佳方法。在機組停運時要將低旁系統列入檢修維護項目，對老化設備及時更換，日常運行時要加強巡視檢查和清掃，以及時發現設備異常和改善設備運行的條件。同時要加強運行管理，建議在負荷允許的情況下，對高低壓旁路閥以及減溫水閥進行定期的開、關試驗。