M701F4燃氣輪機聯合循環機組高壓蒸汽旁路閥控制模式及故障分析

摘 要：旁路系統是汽輪機蒸汽系統得重要組成部分，它在機組啟動、降負荷或甩負荷時起著重要的作用。本文介紹了高壓蒸汽旁路閥在M701F4燃氣輪機聯合循環機組中的作用，通過對高壓蒸汽旁路閥的三種控制模式的分析，描述了高壓蒸汽旁路閥在機組整個運行過程中的控制過程，并通過高壓蒸汽旁路閥在M701F4燃氣輪機聯合循環機組中一次的自開現象，分析了高壓蒸汽旁路閥在實際壓力跟蹤模式中邏輯存在的問題，并提出了解決方法。

關鍵詞：M701F4燃機；高壓旁路閥；汽輪機；控制模式

旁路系統是M701F4燃氣輪機聯合循環機組的重要組成部分，它的功能是，當鍋爐和渦輪機的運行不匹配，在鍋爐產生的蒸汽在需要時，比該蒸汽渦輪機的更大，過量后直接引入冷凝器不能通過渦輪機和旁通減壓器輸入。

此外，該旁通還將承受主蒸汽被直接引入到通過溫度和壓力降低鍋爐再熱器任務后，為了保護該再熱器的安全。這些功能在機組啟動旁路系統，跌幅是非常需要的負載或減載。下面將會以高壓旁路閥為例，分析旁路系統的控制。

1 M701F4燃氣輪機聯合循環機組高壓蒸汽旁路閥控制模式

汽輪機旁路閥控制有三種模式，分別為實際壓力跟蹤模式、最小壓力模式、備用壓力控制模式，如圖一。最小壓力控制模式主要用于燃氣輪機啟機情況下，保證汽輪機主汽閥前壓力大于最小壓力設定值。在機組啟動階段，每一個旁路閥（高壓、中壓、低壓）的最小壓力設定值與燃機負荷存在一定的的函數關系。

1.1 實際壓力跟蹤模式

當點火前的單元，在高壓旁路追蹤模式中的實際壓力，壓力設定高壓旁路閥是壓力的最后一站停轉時，高壓主汽，這個設定值由HPTBV ACTUAL PRESS. SET RATE PASS這個信號所控制，當它出1時，即燃機點火后，處于非實際壓力跟蹤模式，其輸出值跟蹤輸入值，當它出0時，即燃機熄火后，處于實際壓力跟蹤模式，在近似輸入值的速度其產值，但這里是0速率，所以輸出值被保持在輸入信號變為1的值，這種高壓主汽壓力熄火不會改變，直到下一次點火后。

該模式可改善對汽包水位的控制能力。在燃氣輪機停機時，以抑制不希望出現的壓力突增的現象。

1.2 最小壓力控制模式

機組點火后，退出實際壓力跟蹤模式，高壓旁路閥的設定值跟蹤實際高壓主蒸汽壓力，此時設定值與測量值偏差為0，高壓旁路門處于關閉狀態，隨著機組正常啟動，高壓汽包起壓后，高壓主蒸汽管道產生壓力，當HP/IPTBV MIN. PRESS. SET為1時，系統進入最小控制模式，高壓旁路閥設定將GT的輸出功率來確定，GT輸出功率由功能到的壓力值，壓力按照一個速率緩慢上升，在需要時確保再熱蒸汽壓力上升到機組正常運行的蒸氣壓。

在啟動期間，為了保持汽包水位穩定，需要開啟汽輪機旁路閥使蒸汽流過并且以一定的速度提高蒸汽壓力。通過將壓力設定為略小于實際壓力的設定值，如果汽輪機旁路閥一旦開啟，汽輪機旁路閥保持一個很小的開度。如果將壓力設定為一個更大的設定值，汽輪機旁路閥在蒸汽壓力幾乎接近最小壓力設定值時開啟，可能產生水擊現象。

另外，如果將壓力設定為一個更小的設定值，則需要很長時間來使蒸汽壓力增加到最低壓力。在停機期間，為了保持汽包液位穩定，需要開啟汽輪機旁路閥以讓蒸汽流過并以一定的速度降低蒸汽壓力。通過將壓力設定為略小于實際壓力的設定值，如果汽輪機旁路閥一旦開啟，汽輪機旁路閥保持一個很小的開度。

機組點火成功后，高壓汽包開始建壓，當滿足以下3個條件之一，HP/IPTBV MIN. PRESS. SET為1，系統進入最小控制模式，邏輯如圖二：

1）高壓主蒸汽壓力高于0.5MPa，且高壓主蒸汽實際壓力比點火時壓力升高0.3MPa。

2）高壓旁路閥開度大于5%。

3）高壓主蒸汽壓力升至4.8MPa。

1.3 后備壓力控制模式

最小壓力控制模式后，將會進入后備壓力控制模式，滿足以下3個條件之一，將會進入后備控制模式，邏輯如圖三：

1）機組負荷高于50%額定值，且高中壓主汽門全開。

2）機組負荷高于50%額定值或高壓缸進氣，高中壓旁路門全關。

3）機組負荷高于50%額定值或高壓缸進氣，高中壓旁路門在遠方位置。

控制模式用于蒸汽開始進入蒸汽輪機、蒸汽控制閥程序開啟并且汽輪機旁路閥全關后。

在這種模式下，為了避免壓力上升過快，如果蒸汽壓力超過后備壓力設定值，汽輪機旁路閥將自動開啟而使部分蒸汽流入汽輪機旁路管道。

2 案例分析

某發電廠4號機在一次開機啟動中，點火后發現3、4號瓦振動大，于是手動停機檢查原因，第二天，機組再次啟動時，出現高旁自動開啟，發現當時高壓旁路門設定值（SV）為-0.1MP，如圖四。

通過對控制邏輯分析，開機點火時，機組處于實際壓力跟蹤模式，這時高旁控制邏輯的設定值是一個定值，這個值是上次停機熄火時的高壓主蒸汽進氣壓力，在正常停機的情況下，這個值一般在6.9MP左右，大于開機時高壓主蒸汽進氣壓力，不會引起高壓旁路門自開。但是，如果機組出現異常停機，高壓主蒸汽壓力未建立，高旁控制邏輯的設定值所跟隨的值將會在0左右，這時，在下次開機時，就可能會造成高壓主蒸汽壓力大于設定值，高旁自動開啟。分析此次高壓旁路閥自動開啟的原因，在前一次非正常停機時，高壓主蒸汽壓力未建立，高壓旁路閥設定值將跟隨此時的主蒸汽壓力，設定值為-0.1MPa，所以在機組再次啟動時，主蒸汽壓力為0MPa，主蒸汽壓力大于設定值時，高壓旁路閥將自動打開。當機組出現異常停機后，為了避免高壓旁路閥在開機時誤開，保障機組安全運行，需要重新設定設定值，但是高壓旁路閥自動狀態下的設定值是邏輯內部設定的，運行人員無法手動設定旁路閥設定值，此時須由熱控人員通過內部邏輯修改其定值，從而保證機組安全的再次運行。

參考文獻：

[1] 中國華電集團分公司.大型燃氣-蒸汽聯合循環發電技術從書.控制系統分冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] 劉丹娜.M701F型燃氣-蒸汽聯合循環機組旁路控制系統調試中的問題及改進方法[J].廣東電力，2008.

作者簡介：杜凱（1986-），男，助工，從事燃機電廠熱工控制工作。