某電廠全廠失電過程中旁路動作分析

宋 超，吳銘治，吳公寶

（神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 臺山 529228）

全廠失電是發(fā)電廠運行過程中出現的較為嚴重的設備異常事故，由于其造成的后果不可預知性較大，存在的安全隱患也較大，但在生產過程中此類異常工況出現的可能性是存在的，因此保證了高低壓旁路系統(tǒng)在全廠失電過程中的可靠正確動作，也就能很好的提高大型機組生產過程中重大設備的本質安全性能。

1 設備概況

1.1 旁路系統(tǒng)簡介

某電廠1 000MW汽輪機是由上海汽輪機有限公司和德國西門子公司聯(lián)合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪機；機組的旁路設置為：100%BMCR高壓旁路和65%BMCR低壓旁路組成的兩級串連旁路系統(tǒng)（見圖1）。高壓旁路每臺機組設4套，布置于鍋爐房內主蒸汽聯(lián)箱出口，經減溫減壓后接至再熱冷段蒸汽管道，為帶安全保護功能的100%容量高壓旁路。低壓旁路每臺機組設2套，從汽輪機中壓缸入口前由再熱蒸汽兩根支管分別接出，經減溫減壓后接至凝汽器。鍋爐側再熱出口蒸汽母管另配100%再熱器安全閥［1］。

圖1 旁路系統(tǒng)示意圖

1.2 高旁閥動作原理

該電廠西門子1 000MW高旁閥為自密封結構流開型閥門，閥門由液壓缸驅動，液壓缸上部設彈簧腔室，閥門在關閉狀態(tài)時彈簧呈拉伸狀態(tài)。在正常運行時，高旁油站根據指令控制三位4通閥（如圖2）。電磁閥在不通電時保持中間位狀態(tài)，即液壓缸不動作。當左邊電磁閥通電時，電磁閥往左邊動作，P和A連接，B和T連接，高旁閥打開。當右邊電磁閥通電時，電磁閥往右邊動作，P和B連接，A和T連接，高旁閥關閉。）進行液壓缸的開關及調整動作［2］。高旁閥設計為帶安全閥功能的閥門，即在事故狀態(tài)下高旁閥可以快速打開以防止鍋爐超溫超壓，這項功能通過三個獨立的安全旁路單元實現。

圖2 三位4通閥

1.3 低旁閥動作原理

低旁閥為自密封流關型閥門，當出現凝汽器真空低、溫度高、水位低或者減溫水壓力時低旁閥應快速關閉，以保護凝汽器不受到破壞，此時再熱系統(tǒng)的蒸汽通過再熱出口安全閥進行排放。低旁閥動作原理與高旁閥相似，結構上的區(qū)別為：高旁閥為蒸汽下進上出，閥門閥芯底部受蒸汽壓力，當閥門只受蒸汽壓力時閥門應能自動打開。低旁閥為蒸汽上進下出，閥門閥芯上部受蒸汽壓力，當閥門只受蒸汽壓力時閥門應關閉。此外，低旁閥的液壓缸無高旁閥的彈簧裝置［3］。

1.4 高、低旁閥動作邏輯及功能

1.4.1 高旁閥

高壓旁路的運行方式分為A、B、C、D、E五種模式，分別表示啟動模式、跟蹤模式、停機不停爐模式、停爐備用模式和停爐檢修模式［4］。

（1）A模式：根據啟動階段鍋爐不同的運行要求分為A1、A2和A3三種模式，分別起到關閥、閥位限制和沖轉壓力控制等作用。

（2）B模式：在汽輪機沖轉并網升負荷逐漸接受全部蒸汽，所有高旁閥位＜2.5%后進入B模式。

（3）C模式：進入B模式后，如果DEH的全部蒸汽進入汽機信號消失，即發(fā)電機或汽輪機跳閘，高旁轉為C模式，將主汽壓力逐步下滑至根據高壓轉子溫度計算而得的汽輪機沖轉壓力。

（4）D／E模式：當鍋爐點火信號消失轉入D／E模式。

（5）當發(fā)生下列情況之一時，高壓旁路保護快開：

1）機組負荷大于200MW（或負荷信號壞點），汽機跳閘。

2）機組負荷大于200MW（或負荷信號壞點），發(fā)電機并網信號消失。

3）主汽壓力＞28.8MPa。

4）主蒸汽流量大于1 500t／h，高旁處于B模式，主汽壓力比壓力設定值高2.4MPa。

5）主蒸汽流量大于1 500t／h，高旁處于 C模式，主汽壓力比壓力設定值高2.4MPa。

（6）高壓旁路有硬回路手操快開功能。按下操作盤臺上的按鈕就地高壓旁路蒸汽閥快開。

（7）高壓旁路在A＼B側主蒸汽各設置3個壓力開關，任一壓力開關定值時，高壓旁路啟動安全閥功能，4個高壓旁路全開。當主蒸汽壓力低于回座值時，安全閥功能消失，高壓旁路根據閥位指令動作。

1.4.2 低旁閥

低壓旁路閥在機組點火后，再熱器壓力設定值由鍋爐主控指令通過函數計算而來，此時低壓旁路閥跟據再熱器壓力與其壓力設定值的偏差進行調節(jié)。

當高旁快開條件來時，聯(lián)鎖低旁快開，此時低旁閥指令跟蹤兩側低旁閥閥位反饋的平均值；當低壓旁路閥噴水壓力低或凝汽器A、B兩側任何一側的真空低或溫度高或液位高時低壓旁路閥快速關閉；快關條件存在時閉鎖快開，即快關優(yōu)先快開［5］。

（1）低旁快開功能 當高旁閥快速打開時，聯(lián)動低壓旁路閥快速開啟。

（2）低旁快關功能 為了防止凝汽器超溫、超壓、滿水位，低旁閥快速關閉能起到保護凝汽器的作用。當出現凝汽器真空低、凝汽器溫度高、凝汽器水位高、減溫水壓力低等任一情況時，低旁快關。

根據國外技術可知，栽培基質溫度達80℃時，可消滅大多數病原菌、害蟲。病菌和害蟲的殺滅溫度[4]，如圖1所示。無土栽培基質蒸汽消毒機的栽培基質蒸汽加熱溫度可達120～200℃，通過滅菌檢測均達到99.9%以上，消毒效果非常明顯。

2 某機組全廠失電過程中旁路動作情況及分析

2.1 機組跳閘過程旁路動作情況

某機組全廠失電前機組負荷660MW，主汽壓力19.1MPa，再熱汽壓力3.7MPa。高旁閥和低旁閥在全關位置。某日11：23：49，主變差動保護動作，高廠變6kV分支進線開關跳閘，6kV四段母線失電，隨后，發(fā)電機汽機聯(lián)跳。主汽壓力最高升至18.66MPa，再熱汽壓力最高升至6.453 MPa。高旁路動作，再熱器1、4號安全閥動作，1、3號安全閥沒有動作，A、B側低旁保護動作，A側低旁開到11%后關到零，并且反饋壞點、B側低旁自動調節(jié)從35%關到26%；

11：27：30；保安A段失電，B側低壓旁路開度反饋25%壞點；

11：55；保安B段恢復送電，B側低壓旁路閥門位置由25%關到零位；

11：27—11：55階段；由于B側低旁電源失去，一致保持在25%的開度閥前壓力約為1.1 MPa。

2.2 機組跳閘過程旁路動作情況分析

2.2.1 高旁閥

11：23：50，高壓旁路因汽輪機跳閘發(fā)快開指令，該指令為5s脈沖，同時在快開指令在時，控制指令跟蹤實際閥位，但是因快開指令發(fā)出的同時，高旁控制柜失電造成所有反饋信號故障［6］，故控制指令只能跟蹤到閥位反饋消失前的值。此時由于高旁因為自身彈簧和現有的主蒸汽壓力的作用下，實際在停電時，高壓旁路已經全開。

11：23：50，高壓旁路由B模式切換為C模式。

11：23：50，鍋爐 MFT，高壓旁路由C模式切換為D＼E模式。

11：24：01，系統(tǒng)再次失電，11：24：09系統(tǒng)再次送電，由于此過程時間少于DCS系統(tǒng)掃描周期，安全閥動作未恢復，所以未造成再次快開。高壓旁路調節(jié)閥跟隨控制指令從100%關到6%。

11：27：29，高旁控制系統(tǒng)再次掉電，由于正常工況下，安全閥壓力開關常帶電，當壓力開關大于29.3MPa或失去電源時高壓旁路保護開，安全閥壓力開關電源失去造成高壓旁路再次快開，控制指令跟蹤閥位反饋，最后的閥位反饋消失為3.1%，隨后所有反饋變壞點。

11：55：10，高旁控制系統(tǒng)送電，所有的高壓旁路系統(tǒng)反饋恢復正常［8］。動作曲線如圖3。

圖3 高壓旁路1～4動作過程曲線

2.2.2 低旁閥

（1）A側低旁

11：23：49，汽機跳閘信號來，低旁壓力設定值由4.8MPa降至2.0MPa，低旁閥調節(jié)指令由0%升至20%；正常情況比例調節(jié)過程全行程時間約為25s，且A側低旁比例調節(jié)閥進油節(jié)流孔開度較B側小，油管道從比例閥至閥門本體油缸的管路較長，因此A側低旁并沒有開啟。

11：23：51，高旁快開觸發(fā)，低旁快開5s，低旁快開指令第1次發(fā)出，此時就地控制箱失電2s，11：23：53電源恢復，低旁快開電磁閥實際帶電3 s，此時B側閥門已動作導致油壓降低至低Ⅱ值11.8MPa，閥前再熱蒸汽壓力約為4.2MPa，由于該閥在帶壓情況正常動作油壓至少應保證在13MPa以上，因此，閥門仍未開啟?？扉_結束后，閥位調節(jié)指令切手動，保持快開結束瞬間時的跟蹤值0%。

11：27：30，高旁快開觸發(fā)低旁快開指令第2次發(fā)出，由于蓄能器的作用此時低旁油壓逐漸回復至15.7MPa左右，減壓閥前再熱蒸汽壓力約為1.4MPa，閥門正常開啟后，油壓迅速下降至8.8MPa，由于油壓過低，在蒸汽壓力作用下閥門逐漸關閉，快開結束后，閥位調節(jié)指令保持，閥門閥位保持一定開度，此時就地控制箱斷電，閥位值變壞點。動作曲線如圖3。

（2）B側低旁

圖4 A側低旁動作過程曲線

11：23：49，機組跳閘信號來，再熱蒸汽壓力設定值由4.7MPa階躍降至2.0MPa，低旁閥調節(jié)指令自動從0%突升至20%，正常情況比例調節(jié)過程全行程時間約為20s，且B側低旁比例調節(jié)閥進油節(jié)流孔開度較A側大；B側低旁開至9%；11：23：51，低旁快開指令第1次發(fā)出，此時就地控制箱失電2s，11：23：53電源恢復，低旁快開電磁閥實際帶電3s，閥門開至35%；快開過程中，調節(jié)指令跟蹤實際閥位反饋，快開結束后，閥位調節(jié)保持快開結束瞬間時的跟蹤值25%。

11：27：30，高旁快開觸發(fā)低旁快開指令第2次發(fā)出，此時低旁油壓約為8.8MPa，由于油壓過低，在蒸汽壓力作用下，閥門難以維持25%開度，因此閥門降至20%?？扉_結束后，閥位調節(jié)指令切手動，保持快開結束瞬間時的跟蹤值。

3 存在問題和解決方法

（1）旁路控制卡失電重啟造成高旁切手動

高壓旁路控制系統(tǒng)控制電源失去時，控制系統(tǒng)的控制卡件在啟動過程中，會發(fā)減壓閥故障報警，大約時間長度為5s，導致在此期間高旁閥門無法正常調節(jié)。建議在減壓閥故障信號加5s延時，以避免系統(tǒng)啟動過程發(fā)出的系統(tǒng)故障把高壓旁路切手動。

（2）任一安全閥保護壓力開關動作均會造成機組跳閘

任一個高壓旁路安全閥保護壓力開關動作會造成4個高壓旁路蒸汽閥開啟。任一個壓力開關出現任意開關觸點故障或斷線等異常情況，由于控制柜硬回路的作用，會有2個高壓旁路門一直開啟且不會復位，而造成機組跳閘。建議對控制柜壓力開關硬回路進行改造，保證同側2個壓力開關動作或故障才觸發(fā)高壓旁路安全閥功能，達到3取2的效果［9］。

（3）兩側低旁閥開關不一致

A、B低壓旁路閥門的比例調節(jié)閥進油節(jié)流孔開度存在偏差，使閥門行程時間不一致，從而造成兩側低壓旁路閥門不能同時開啟。調試期間，電廠維護人員應加強設備跟蹤廠家調試人員是否將兩側低壓旁路閥的比例調節(jié)閥進油節(jié)流孔開度調節(jié)成一致，此類問題反映了設備調試跟蹤的重要性。

（4）系統(tǒng)失電低旁無法正常關閉

低壓旁路門液壓油缸采用無彈簧結構，在電磁閥及伺服閥失電后閥門處于保持狀態(tài)，不能實現機械關閉。建議采用有關閉彈簧的液壓油缸，在系統(tǒng)失電的情況下低旁可以實現機械關閉的功能［10］。

（5）旁路系統(tǒng)控制電源不可靠問題

高、低旁路電源掛在機組保安段，保安A段、B段各引一路電源分別接在高、低旁油站；高、低旁控制電源取自就地油站控制柜，380V經過變壓器轉24VDC的控制電源。當保安段電源同時失去時，控制電源也同時失去，造成高、低旁路門失去控制。建議為防范保安電源同時失去時，高、低旁路控制電源不會失去，從UPS電源引一路220V經過變壓器轉24VDC的控制電源，以確保高、低旁路門隨時可控。

4 結語

在機組跳閘過程中，特別是異常工況下，確保旁路可靠正確動作是保證大型特別是超大型機組安全的生死底線，本文通過分析西門子1000 MW高低壓旁路閥在一次機組全廠失電異常工況中的動作情況，探討了如何提高旁路系統(tǒng)可靠性的措施，通過文中建議措施的實施，加強了機組高低壓旁路應對各種工況的能力，提高了機組高低壓旁路的運行、操控可靠性。

［1］ 馮偉忠.1 000M級火電機組旁路系統(tǒng)作用及配置［J］.中國電力，38（8）.FENG Wei-zhong.Functions and configuration of the bypass system for 1000MW class coal-fired power generation units［J］.Electric Power，2005，38（8）：53-56.

［2］ 西門子旁路油站控制說明書，H-C-31316A-B-901-630.

［3］ 西門子2×1 000MW 旁路操作維護手冊［R］.2008（6）：19-43.

［4］ 楊國保，肖光華，吳銘治.西門子旁路控制系統(tǒng)在臺山電廠1 000MW 的應用［R］.神華科技，10（4）.

［5］ 姚勇.臺山低旁改造接線圖和步驟part1，20120906.

［6］ 朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［7］ 西門子1 000MW高旁油站系統(tǒng)圖［R］.H-C-31316A-B-900-400.

［8］ 西門子1 000MW低旁油站系統(tǒng)圖［R］.H-C-31316A-B-901-630.

［9］ 西門子2×1000MW旁路操作維護手冊［R］.2008.

［10］ 楊小華.1 000MW超超臨界發(fā)電機組設計優(yōu)化［J］.電力勘測設計，2006（6）.

［11］ 葉濤.熱力發(fā)電廠（第2版）［M］.北京：中國電力出版社，2006.