600 MW機組高低旁路系統溫度調節性能研究

張良軍，李康良，王 旺

（國電浙江北侖第一發電有限公司，浙江 寧波 315800）

火力發電機組的旁路系統是在機組冷態啟動或汽輪機快速甩負荷時用以提高機組效益的一套設備。根據其控制對象的不同可以分為高壓旁路（簡稱高旁）控制系統和低壓旁路（簡稱低旁）控制系統。高旁是在鍋爐啟動和甩負荷時，把鍋爐過熱器來的蒸汽通過高旁管道經過減溫減壓后引到再熱器。低旁是在鍋爐啟動或甩負荷時，把鍋爐再熱器來的蒸汽通過低旁管道經過減溫減壓后引入冷凝器。

北侖發電廠3—5號機組自2000年前后投產以來，高、低壓旁路系統一直存在缺陷多、自動投入率低等問題，嚴重影響機組運行的安全性與經濟性。

1 故障情況

北侖發電廠3—5號600 MW機組采用瑞士SULZER公司設計制造的高、低壓旁路系統，其容量均為50%鍋爐最大出力（BMCR）流量。使用SULZER AV6控制系統及配套的電液執行機構，系統包含1個高旁壓力控制閥（BP），1個高旁溫度調節閥（BPE），1個高旁噴水隔離閥（BD），2個低旁壓力控制閥（LBP）和2個低旁溫度調節氣動閥（LBPE）等，如圖1所示。

據統計，2008年1月至2009年5月，3—5號機高低旁路系統缺陷中，由于高低旁噴水減溫調節品質不佳導致高低旁溫度控制撤出自動的缺陷占總缺陷數75%以上。高低旁溫度控制品質不佳具體表現為：

（1）在開停機過程中，旁路系統投入自動時高旁噴水調節閥大幅晃動。

（2）在低旁開啟時，常常由于低旁噴水調節閥開啟速度遲緩而造成低旁閥后溫度高高保護動作引起低旁快關。

上述故障不僅延誤開停機，而且高低旁溫度控制只能切至手動，在開停機過程中需派專人手動控制旁路溫度，手動控制往往造成噴水過量或欠量等問題。在運行人員配置精簡的情況下浪費了人力，從而也減弱了對其他重要設備的有效監控，嚴重影響機組安全運行。

2 故障原因分析

2.1 高旁溫度控制原理

高旁溫度調節系統是一個帶有旁路流量前饋信號的單回路反饋系統，如圖2所示。高旁溫度控制器（SCO-BPE）的作用是保證高旁閥后蒸汽溫度穩定且不超溫，以保護再熱器，再熱器冷端溫度一般控制在320℃左右（目前設定值為300℃）。高旁閥后溫度在調節器輸入端與設定值進行比較，由調節器輸出信號控制BPE開度。在自動狀態下，溫度設定值由集控室后備盤手動設定，設定范圍一般在300～320℃范圍內。手動狀態下，溫度設定值跟蹤高旁閥后溫度。當高旁開度≥2%時（即高旁一開啟），溫度控制自動投入自動狀態。為改善溫度控制系統的性能，特別在旁路蒸汽流量大幅度變化時減少過調和低流量時提高系統的控制穩定性，在控制系統設計中采取了如下措施：

（1）為了補償溫度信號的測量延遲，在溫度測量回路上設置了PD環節，對高旁閥號溫度進行了相位補償以改善調節品質。

圖2 高旁噴水減溫控制原理

（2）考慮到不同旁路負荷下相同的溫度偏差應具有不同的噴水強度，系統采取將調節器輸出乘以旁路蒸汽流量來修正控制強度。

2.2 低旁溫度控制原理

由于經低旁流入凝汽器的是飽和蒸汽，因此不可能通過低旁閥后蒸汽溫度作為被調量來實現傳統的閉環溫度控制，低旁噴水流量目標值Fw根據焓值計算。

式中：I為蒸汽的焓值，由再熱器的溫度T和壓力P計算所得，即I=f（T，P）；J為凝結水的焓值；Fs為蒸汽的流量，由蒸汽壓力P、溫度T和低旁的實際開度y計算所得，即Fs=f（T，P，y）。

低旁噴水的實際流量由低旁噴水閥的開度和低旁噴水閥前后壓差（經驗值）計算，作為系統的反饋值。當低旁壓力調節閥關閉，低旁噴水閥馬上關閉；當低旁開度≥2%時（即低旁一開啟），低旁噴水閥馬上開至最小開度20%（默認設置）。低旁噴水減溫的控制原理見圖3。

圖1 主蒸汽及旁路系統流程

2.3 噴水響應速度和噴水量的討論

高低旁路溫度控制的目標就是噴水響應速度和噴水量，以此保證旁路開啟時旁路閥后既不會超溫又不會出現過量噴水。

（1）噴水響應速度。以高旁為例，高旁實際快開速度雖只有2～3 s，但高旁噴水閥的響應速度卻為8～10 s，即噴水并無快開功能，這會不會造成高旁閥后溫度過高呢？試驗和運行經驗均表明這種擔心是多余的。由圖4可見，高旁閥后汽溫雖在1.5 s內由320℃升到最高值430℃，但隨著噴水投入其閥后汽溫逐漸下降。閥壁溫在5 s時才達最高溫（僅350℃），遠低于普通碳鋼管430℃的耐溫條件，此時噴水閥開度已相當大，閥壁溫將迅速下降，因此高旁噴水閥的開啟速度完全能滿足高旁溫度控制的要求；另一方面，噴水并非開得越快越好，因為BPE閥的行程比BP閥小得多，假如BPE閥比BP閥開啟快得多，這不僅紿旁路閥帶來較大熱沖擊，而且過量噴水還可能進入再熱器或汽機而造成水擊。

（2）噴水量。在旁路快開時，除要有一定的噴水響應速度，其噴水量也要適當。因為過量噴水會造成熱沖擊和水擊，過少又會使閥后溫度過高。因此，高旁通常采用超前加溫度反饋的控制方式，即在高旁快開的一瞬間，根據其進口壓力和開度，立即計算蒸汽流量，根據蒸汽溫度、流量計算所需的減溫水量，將減溫閥迅速開啟到所需的相應開度，再按噴水后的實測汽溫進一步調整減溫閥的初始開度，以準確控制閥后汽溫。對低旁而言，其減溫閥的初始開度雖也是用計算方法超前控制的，但并不按閥后實測汽溫進行反饋控制。因為低旁閥后的蒸汽接近于飽和狀態，汽溫測不準，因此閥后實測汽溫只作監視而不作控制用。

圖4 高旁噴水試驗時有關參數的變化趨勢

低旁噴水溫度控制系統對精度要求不是很高，況且也允許有適度的過量噴水（＜10%）。安全性方面要求不能超溫而損壞凝汽器。高旁減溫噴水調節不過分追求快速性，在控制精度（噴水量方面）上有要求；而低旁減溫噴水調節不過分追求精度（適度的過量噴水），安全性上要求較高。

3 運行中的調整及效果

圖3 低旁A/B噴水減溫控制原理

根據高旁減溫噴水調節閥頻繁快速開關（晃動）且高旁閥后溫度未出現超溫現象可知，高旁噴水減溫調節響應已過分靈敏，因此可將調節閥響應速度適當下調一點。由低旁減溫調節常常引起低旁閥后溫度高從而造成低旁快關現象可知，低旁噴水明顯存在噴水量不足問題，可適當增大低旁減溫噴水調節閥最小閥位（缺省值為20%，即低旁開度2%，溫度調節閥馬上打開的開度）。

將3，4，5號機低旁減溫噴水調節閥最小開度由20%調整至35%以增加初始噴水量，將高旁溫度控制響應速度的控制參數G由4調整至3（G=1為低控制質量，2～4為中級控制質量，5為高控制質量），通過對近幾次3，4，5機開停機過程觀察，低旁減溫噴水調節性能已大大改善，控制已投入自動方式，基本滿足控制要求。

4 結語

高低旁溫度調節過程只發生在機組開、停機極短暫時段內，這給調節系統故障的解決帶來較大的困難。問題的最終解決得益于對調節系統缺陷長期不懈的跟蹤及對調節對象特性深入的研究。

[1]胡勤.SULZER公司AV6旁路控制系統調試[J].湖北電力 2000，24（4）：30-33.

[2]包海林，徐向陽，李興旺.SULZER旁路系統在600 MW機組的應用[J].內蒙古電力技術，2006，24（2）：20-23.

[3]傅維維.汽機旁路系統設計運行中若干問題淺析[J].福建電力與電工，1994，14（2）：33-34.