700 MW汽轮机低旁系统存在的问题及优化

吴彦龙

(珠海发电厂，广东 珠海 519050)

珠海发电厂1号汽轮机组系日本三菱公司制造，额定输出功率700 MW，为TC4F-40型、单轴高中压合缸、双缸双排汽、亚临界、一次中间再热凝汽式汽轮机。机组采用高、低压二级串联旁路系统，容量为40 %锅炉最大连续蒸发量。旁路的主要作用有：改善机组启动条件，加快启动速度；回收工质、保护再热器；参与蒸汽参数调节，保证锅炉、汽机稳定运行；在机组发生FCB或RB等突变工况时，旁路系统动作，实现机组停机不停炉。

1 事故过程

2011-03-03T15:15:24，电厂1号发电机冷氢温度测点异常，联动1号汽轮机跳闸，1号主变出口开关2201跳开，厂用电切换正常，高、低旁路系统动作快开，减温水调节阀正常开启，过热器电磁泄压阀动作，汽轮机转速下降，AOP，TOP自启，疏水组阀门全开。锅炉FCB成功，保留C，D磨运行。15:16:31，低旁A侧阀后温度超过200 ℃，低旁阀快关，10 s后联锁再热器保护动作，锅炉MFT。

2 低压旁路系统和低旁减温水的控制逻辑

1号机组低压旁路系统设备由瑞典BTG公司生产，主要包括2个低压旁路阀、2个低旁减温水阀、减温水隔离阀和低旁油站。低旁油站采用独立的高压油抗燃油，配有2台高压油泵，自动定期切换且互为备用，驱动油压为150～160 bar，通过电液伺服阀控制，以液压方式驱动调节低旁阀及低旁减温水阀的行程。低旁阀全行程正常动作时间为20～30 s，全行程快速动作时间为3 s。当机组FCB时，只要低旁无保护关信号存在，就会发生1 s的脉冲令低旁快开；1 s后如果再热汽压与设定值偏差小于0.2 MPa，快开信号复归。在低旁阀动作之后，再热蒸汽经低旁减温水降温后疏水排向凝汽器。热工设置低旁阀后疏水温度为150 ℃，当温度超过200 ℃时，强制关闭低压旁路控制阀，并延时触发再热器保护动作。机组总燃料量大于10 %MCR时延时20 s，大于20 %MCR则延时10 s。

低旁阀动作后的蒸汽温度主要是通过调整低旁减温水阀开度来控制的。低旁减温水阀的开度是综合低旁阀开度，并结合热蒸汽压力、低旁阀后温度以及低旁减温水反馈的PID调节函数，由控制模块综合计算控制减温水阀的开度指令，从而决定低旁减温水阀的实际开度，其控制逻辑如图1所示。

低旁减温水阀A，B侧的阀位指令取自同一个信号，SUM162上叠加了旁路指令反馈和再热器出口压力。从FX165和FX167的参数可看出，此前馈作用相当强烈，在低旁阀动作和再热汽压波动时直接联动喷水阀。在与阀位指令(反馈)的关系上，直观地表现为低旁阀打开，减温水阀联动开；低旁阀关小，减温水阀也跟着关小。从图1可以看出，在低旁阀后温度低于150℃时，减温水开度主要受控于热再压力和低旁开度指令的函数积的变化值。

3 低旁系统存在的问题

1号机组能够在工况突变后FCB成功，确保锅炉的稳定燃烧，反映了机组优越的调节性能。但1 min后低旁A侧减温水阀后温度超限，说明低旁系统控制上存在一定的问题。通过回放软件和分析数据采集，低旁系统主要存在以下问题。

3.1 A侧低旁阀动作存在卡涩、过调

低旁阀在机组FCB动作后接受1 s脉冲的快开指令，参与了再热器压力的偏差调节。在调节全过程中，2个低旁阀动作的阀位反馈是不一致的，A侧动作的波幅明显大于B侧。15:16:31，即再热器保护动作的前1 s，A侧开度为34.61 %，B侧开度为18.39 %，差值达16.2 %，A侧蒸汽流量明显大于B侧。而实际上低旁减温水阀A，B侧的阀位指令取自同一信号，两侧开度指令是一致的，但低旁阀动作后温度A侧却明显大于B侧。

2010-04-01，1号机组停运临修。通过校验低旁阀行程发现，A侧低旁阀在开关过程中有时缓时快的现象。经分析认为，机组长时间运行后，由于阀门长期不活动且无法进行定期校验，阀门不可预知地发生了动作偏慢、卡涩、指令偏移的情况。在这次机组FCB过程中，A侧低旁阀存在动作不畅、调节过度、实际开度与指令偏差较大的情况，导致减温水流量不足以维持低旁阀动作后温度稳定，这是导致A侧低旁阀动作后温度超限的直接原因。

3.2 低旁减温水控制逻辑存在问题

根据参数的变化趋势可以得出，低旁减温水阀整个动作过程一直跟随再热压力的波动而变化，这是不合理的现象。从控制回路的逻辑来看，再热压力在2.4～4.5 MPa波动，对应FX167的函数输出为1.25～1.63，对低旁减温水阀的影响总趋势应该不太大。合理的控制趋势应该是低旁减温水随着低旁阀的波动而调整，而且有相对应的开度，这样才不致使低旁阀后温度波动过大。而实际上却出现了低旁阀在开大而减温水阀关小，当低旁阀开到最大，减温水阀已经关到接近最小的不合理状况。这是低旁阀后温度失控的一个主要原因。

3.3 PID调节回路对温度不敏感

在低旁减温水阀后温度上涨至150 ℃后，减温水阀并没有明显地增大开度，甚至开度在减小，说明PID调节回路对低旁阀动作后温度控制不够敏感，没有起到应有的调节作用，以致A侧低旁阀后温度以4 ℃/s的速率突升，很快超过200 ℃保护动作值，并延时10 s使再热器保护动作。这是因为该低旁减温水控制PID调节回路函数设置不合理，导致温度突升而减温水控制反应滞后。

3.4 热工设置的温度调节裕量偏小

热工设置低旁阀动作后温度达到200 ℃就保护快关低旁阀，调节幅度只有50 ℃，存在调节裕量偏小的问题。低旁阀对再热器压力为偏差控制，没有加入再热器压力的前馈信号。由于再热器压力的波峰值和低旁阀调节的波峰值间存在9 s的时间差，低旁减温水阀开度很明显跟随再热汽压的变化而调整，这就出现了低旁阀还在开大而减温水阀开始关小的情况。这种调节的结果会导致减温水量无法满足降低低旁疏水温度的需求，也会导致低旁阀后温度出现大幅上升。由于低旁阀后温度调节裕量较小，同时由于PID调节回路在温度控制中没有发挥作用，大大增加了机组再热器保护动作的概率。

4 低旁系统的优化

机组正常运行中，旁路系统各阀门没有定期活动校验是国内汽轮机组普遍存在的情况。在发生机组异常情况下保证旁路系统可靠动作并参与调整是一个不可忽视的问题。综合1号机组低旁调节的特点以及低旁系统存在的问题，该机组低旁系统应进行以下几个方面的优化。

4.1 校验、调整低旁减温水阀控制逻辑函数定值

(1) 查找出减温水阀主要受控于再热压力的原因，校验低旁减温水的控制逻辑函数定值。在低旁阀动作后温度低于150 ℃时，减温水阀主要受控于再热蒸汽压力和低旁阀反馈，校验FX165和FX167函数是否出现定值漂移或错置情况，静态测量其输出对低旁减温水影响的实际数据。

(2) 修正、提高PID调节回路对温度的反应系数，当低旁阀后温度上涨时及时加大减温水阀的调整开度。

4.2 更改低旁减温水阀的前馈信号

在低旁系统控制逻辑中，把低旁阀指令反馈叠加到低旁喷水减温阀指令上。这种做法可保证减温水阀的快速随动，但也有其不合理的地方，如果低旁阀实际开度与指令偏差较大，则减温水流量可能不足以维持阀后温度，会导致温度失控。因此，建议把叠加在低旁减温水阀指令上的低旁阀指令前馈信号改为低旁阀实际阀位信号，并且通过比较取高值，这样可以解决减温水阀随低旁阀实际开度而动的问题，从而能更有效地避免阀后温度超限情况。

4.3 重置正常调节温度值和保护动作值

国内大多数同等级机组低旁阀动作后温度一般设定为150 ℃，低旁阀保护关的设定值为250 ℃，该温度保护值的设定主要考虑因素为：

(1) 该压力下的再热的蒸汽饱和温度问题，高于该温度值时会造成汽水混合物引起管路振动；

(2) 对凝汽器钛管的冲击；

(3) 对真空的影响；

(4) 产生热应力对设备的影响。

1号机组FCB动作，其凝汽器真空从-95.8 kPa下降到-93.6 kPa，其他方面与其他机组无差异。经比较分析后认为，低旁阀动作后温度保护设定值为200 ℃偏低，温度调节裕量偏小，应适当调高保护设定值。综合往年启停机低旁动作记录数据发现，低旁减温水阀动作后温度控制并不在150℃，而是在120 ℃左右波动，这和本机组低旁减温水控制逻辑加入了低旁阀和再热压力的前馈控制特点有很大关系。因此，可以考虑将低旁阀动作后温度正常值设置为130 ℃；当阀后温度高于130 ℃后，PID调节也参与温度控制，从而减小低旁阀动作后温度超限的概率。

4.4 强化系统的维护管理和运行管理

低旁系统长时间备用会影响其实际运行，如阀门卡涩、蒸汽积垢、阀门积污、液压系统失常、设备老化、热工信号异常等，都会造成低旁系统启动不正常。强化低旁系统的维护管理是消除设备隐患的最佳方法。在机组停运时要将低旁系统列入检修维护项目，对老化设备及时更换，日常运行时要加强巡视检查和清扫，以及时发现设备异常和改善设备运行的条件。同时要加强运行管理，建议在负荷允许的情况下，对高低压旁路阀以及减温水阀进行定期的开、关试验。