某700 MW机组低压旁路系统存在问题的分析和对策

吴彦龙，陈鑫水

(广东粤电集团珠海发电厂，广东 珠海 519000)

1 旁路系统作用

某发电厂1号汽轮机组由日本三菱公司制造，额定输出功率为700 MW，汽轮机型号为TC4F-40，为单轴高中压合缸、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 %BMCR。旁路系统主要作用有：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；机组在发生FCB或RB等工况突变时，旁路系统动作，使汽水循环，实现机组停机不停炉。

2 事故经过

2011-03-03T15:15:24，1号发电机冷氢温度测点异常，1号汽机跳闸，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，锅炉FCB成功，保留C，D磨运行。15:16:31，A侧低旁阀后温度超过200 ℃，低压旁路(以下简称低旁)系统启动保护动作，快关低旁阀，10 s后再热器保护动作，联锁锅炉MFT。

3 低旁减温水控制原理

1号机组低旁系统由瑞典BTG公司生产，主要由2个低旁阀、2个低旁减温水阀、减温水隔离阀和低旁油站构成。低旁油站采用独立的高压油抗燃油，驱动油压设置为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。

在机组正常运行时，低旁阀以溢流控制方式控制再热汽压。再热汽压是根据机组的蒸汽流量设定的对应压力值。当再热实际汽压超过了设定压力(0.588 MPa)时，开启溢流控制。在机组发生FCB期间，热段再热器(以下简称热再)压力设定为1.50 MPa，只要低旁系统无保护关信号存在，会有1 s的脉冲令低旁阀快开，并参加压力控制。当低旁阀动作之后，将热再蒸汽经低旁减温水降温后疏向凝汽器。

低旁阀后蒸汽温度主要通过调整低旁减温水的开度来控制。低旁减温水阀的开度是综合低旁阀目标指令开度、再热蒸汽压力、低旁阀后温度以及低旁减温水反馈的调节函数，由控制模块综合计算控制低旁减温水阀的开度指令。低旁减温水阀A，B侧的阀位指令取自同一个信号，叠加了旁路指令反馈和热再压力。在低旁阀动作和再热气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目标打开，减温水阀联动开，低旁阀关小，减温水阀也跟着关小。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；当低旁阀后温度高于150 ℃时，PI161调节回路开始参与温度控制 ；当低旁阀后温度超过200 ℃，保护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时则延时10 s)。

4 低旁系统存在的问题

1号机组能够在工况突变后FCB成功，保持锅炉的稳定燃烧，反映出机组优越的调节性能。但在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。

4.1 低旁压力控制阀对热再压力控制存在时滞

从控制回路上可以看出，当低旁阀参与压力调节时，只要实际值与目标值比较存在偏差，就直接产生低旁的开度指令，并没有时间上的延时。在正常情况下，低旁阀开度应随热再压力的变化而保持同步变化，其变化的趋势应该接近一致。但查看低旁阀开度变化曲线时发现，热再压力的峰值和低旁阀的峰值存在近8 s的时间差，说明低旁控制并不能及时跟随热再压力的变化，而观察低旁减温水阀对热再压力和低旁控制阀的变化反应还比较灵敏。由于低旁阀对热再压力的控制存在时滞，在机组FCB期间，存在低旁控制阀在减小而热再压力升高的情况，使热再压力波幅呈现扩散性，导致减温水量无法满足降低疏水温度的需求，以致低旁阀后温度不断升高。

4.2 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，接着参与了再热器压力的溢流调节。从趋势曲线上看，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侧低旁阀动作的波幅明显大于B侧低旁阀，而2个低旁阀开度来自同一个指令。这可以说明其中1个阀门存在控制卡涩或过调的情况。通过逻辑控制图和曲线趋势，比较热再压力的峰值和低旁阀的相应峰值。

15:15:56，热再压力为4.43 MPa，可以算出低旁阀的目标开度D1为43.95；15:16:04，A侧低旁阀的开度为49.91，B侧低旁阀的实际开度为44.50，从而可以判断低旁阀A侧存在过调。由于A侧低旁阀调节中出现过度开大的情况，而低旁减温水的前馈信号接受的是低旁阀的目标控制指令，无法反映低旁阀过度开大的问题，导致减温水量无法满足降低疏水温度的需求，使A侧低旁阀后温度以4 ℃/s的速率升高，最终触发低旁保护动作。

4.3 热工设置低旁阀后温度调节裕量偏小

当低旁阀后温度高于150 ℃时，PI比例积分调节回路参与了温度的调节，取低旁两侧阀后温度中较高值为被调量，从而参与改变减温水阀的开度。PI比例积分调节的特点是动作快，只要被调量存在偏差，调节作用便随时间不断地加强。从趋势图上看，低旁阀能根据疏水温度的上升大幅度开大减温水阀的开度，但在控制调整中存在时滞的问题和阀门过调的状况。虽然PI调节回路参与了温度的调节，但减温水量仍然无法满足降温的需求，即使低旁阀是在逐渐关小的情况下，A侧低旁阀后温度仍然大幅上升。热工设置低旁阀后温度200 ℃就保护快关低旁阀，PI调节回路调节幅度为50 ℃。低旁控制没有考虑到控制特性存在时滞性和过调的异常情况，显得调节裕量偏小，这大大增加了机组再热器保护动作的概率。

5 低旁系统的优化措施

机组正常运行时，旁路系统各阀门没有定期进行活动校验是国内大多机组普遍存在的现象。在机组发生异常情况下，必须保证旁路系统可靠动作并参与调整。综合1号机组低旁调节特性以及目前存在的问题，机组低旁系统应在以下几个方面优化。

5.1 强化系统的维护管理和运行管理

2011-04-04，1号机组停运临修，在校验低旁阀行程中发现，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等问题。由于机组长时间运行，阀门长期不活动，未进行定期校验，使阀门发生动作偏慢、卡涩、指令偏移等情况。低旁系统因为长时间备用，加之机组运行中存在诸多因素(如温差)导致阀门膨胀卡涩、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，都会影响低旁系统的启动不正常。

强化维护管理是消除设备隐患的最佳方法。建议在机组停运时将低旁系统列入检修维护项目，设备老化时及时更换 ；日常运行中加强巡视、检查清扫，以及时发现设备异常和改善设备运行条件。

5.2 更改低旁减温水阀的前馈信号

在控制逻辑中，把低旁阀指令反馈叠加到低旁减温阀指令上，以保证减温水阀的快速随动。但其不足是，如果低旁阀实际开度与指令偏差较大时，减温水的流量远远不足以满足降低低旁阀后的疏水温度，会导致温度失控。

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，并且比较取两侧的高值。这样可以更好地解决减温水阀随低旁阀实际开度而动的问题，从而更能有效避免因低旁阀过调而出现阀后温度超限情况。

5.3 重置低旁阀后温度保护动作值和拓宽PI回路

调节范围

国内多数同等级机组，低旁阀保护关的温度设定值为250 ℃。该温度保护值的设定主要考虑以下几个要素。

(1)该压力下的热再蒸汽饱和温度问题。高于该温度值会形成汽水混合物造成管路振动，对凝汽器钛管进行冲击。

(2)对凝汽器真空的影响。

(3)热应力对设备的影响。

从这次FCB动作后，1号机组凝汽器真空从-95.8 kPa下降到-93.6 kPa来看，并未对凝汽器真空产生影响。比较之下，低旁阀后温度保护设置值为250 ℃更合理。考虑到低旁阀调节中存在时滞性和低旁阀可能存在过调情况，可将PI调节回路参与温度调整值下调到130 ℃。由于拓宽了PI回路的调节范围，减小了低旁阀后温度超限的概率。

6 结束语

2011年10月，电厂1号机组停运转入C级检修。对出现的问题进行了分析研究，对低旁系统采取了相应优化措施。经过调试，动作良好。2011-12-09，1号机组顺利通过了FCB试验，低旁阀动作正常，低旁阀后温度控制很好，说明低旁系统的优化取得了很好效果。

参考资料：

1 山西省电力公司.火力发电(第二册)[M].北京：中国电力出版社，2002.