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100%旁路系统的控制特点及其优缺点

发布时间：2012-11-24 17:49:40 来源：文档文库

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100%旁路系统的控制特点及其优缺点

Control features of 100%bypass system and advantages and disadvantages

邢伟　

（山东中实易通集团有限公司，山东，济南，250002）

【摘要】介绍了100%旁路系统的功能，重点介绍了高压旁路的运行及其逻辑控制方法，并介绍了100%旁路的优缺点。

【关键词】100%旁路，控制，优缺点

Abstract: Introduced the 100% bypass function,Focuses on the operation of high pressure bypass,Logic control method;Describes the advantages and disadvantages of 100% bypass

Key words:100%bypass,control,advantages and disadvantages

引言

由于地域及技术体系的不同，对于旁路系统的配置及运行方式也有着很大的差别。如在美国，一般都采用﹤20%BMCR的小旁路，，仅用于机组启动阶段，锅炉过热器出口配置安全阀；有的大机组甚至不配旁路。日本其技术特点基本上传承了美国体系。而欧洲与美国（日本）在旁路系统的应用上，其理念与美（日）体系截然不同。在大机组上，高压旁路普遍配置100%BMCR。取消锅炉过热器出口安全阀。低压旁路容量一般在60～100%范围，特别是德国近年来建设的百万级机组，均采用了100%的旁路配置。但均配有再热器安全阀。在旁路的应用及发展方面积累了很丰富的经验。

在玉环电厂4×1000MW超超临界机组投产的40%旁路只是起到了启动旁路的作用；而在北疆电厂2×1000MW超超临界机组投产的100%旁路起到了启动及保护的作用。现以北疆电厂的100%旁路为例介绍其控制特点及优缺点。

1. 旁路简介：

1.1北疆电厂1000MW机组的高压旁路每台机组设4套，布置于锅炉房内主蒸汽联箱出口，经减温减压后接至再热冷段蒸汽管道。高压旁路的减温水取自高压加热器出口。高旁容量为100%BMCR。低压旁路系统低压旁路每台机组设2套，从汽轮机中压缸入口前热再热蒸汽两根支管分别接出，经减温减压后接至凝汽器。低旁容量为65％BMCR。高、低压旁路串联一起，完成整个旁路系统的工作。低旁减温水由凝结水系统引来。

1.2 天津北疆电厂1#机组汽机旁路控制系统采用了CCI公司开发的AV6＋控制系统；低压旁路系统装置由液动低压旁路阀（低旁阀，包括减温器）、液动喷水调节阀、液动喷水隔离阀等组成。高压旁路系统装置由液动高压旁路阀（高旁阀，包括减温器）、液动喷水调节阀、液动喷水隔离阀等组成。

2 控制系统的硬件结构

2.1 就地控制柜与循泵出口液控蝶阀类似，不再磊述。

2.2 高旁DCS控制柜，采用汽机旁路系统控制器(CPU)AV6+和冗余CPU保护控制柜（SC40－HP）

3 控制系统的主要功能

（1）高低旁路配合调整, 进行从锅炉点火到汽

机冲转前的启动升温和升压控制。

（2）根据机组的热状态(冷态或热态) 自动地

确定锅炉升压的定值。

（3）为防止锅炉超压及FCB 功能要求而设置

的快开功能。

（4）为保护凝汽器而设置的低旁快关或禁开功

能。

（5）高、低旁减温调节功能。

（6）手动控制。

4 高压旁路的运行

4.1 机组启动（如图3所示）

（1）四个高旁减压阀分别用一个M/A站来控制。投入高旁自动后，启动高压旁路开始，即激活最小开度（Ymin on）10%；

（2）当主蒸汽达到预定义的最小压力1MPa时，控制器则逐渐打开旁路阀；

（3）当阀门位置达到预定义的值(Ymax)30% 时,设定点生成器开始增加压力设定点升压，但最大梯度受限；

（4）达到汽轮机冲转压力8.4MPa后，设定点生成器切换到固定压力控制。汽轮机接收蒸汽后旁路开始关闭，直到旁路完全关闭；

（5）旁路关闭后，随着负荷的增加，压力设定点跟踪实际的压力加上dp，使旁路保持关闭，进入跟随模式及溢流模式。仍然要限制压力设定点的最大梯度。若设计蒸汽压力超过该梯度，旁路将逐渐打开，控制器返回压力控制模式。由旁路控制压力，直到恢复正常后旁路再次关闭进入跟随模式。（如图4所示）

4.2 旁路关闭（如图5所示）

（1）在降负荷过程中，压力设定值“Ps actual+dp”自动跟踪降低，降至一定值时，运行人员可以选择停机模式。

（2）在停机模式时，主蒸汽压力逐渐降低过程中，“Ps actual+dp”自动跟踪降低，只允许负的梯度，若主蒸汽压力大于“Ps actual+dp”，高旁自动切至压力控制模式，开启高旁，直至主蒸汽压力与“Ps actual+dp”匹配后逐渐恢复到停机模式。停机模式取消的条件是自动切除或者是并网信号消除，此时主汽压力正常情况下小于10MPa,则切换至固定压力模式。目标值瞬间跟踪实际压力，运行人员此时可以手动干预设定值，随着锅炉熄火，旁路逐渐关闭，将再次进入跟随模式。

4.3 正常运行中（压力大于10MPa）突然跳机，则快开旁路，同时投入自动，进入固定压力控制模式，压力控制器的设定值跟踪实际压力，但最大不超过20MPa。随着旁路的打开，压力降低很快，此时记忆的压力设定值很大，锅炉燃料减少的很快，则旁路很快关闭，进入跟随模式，等待重启。

4.4 如果意外跳机，需要很快再次启动时，旁路关闭，锅炉存有一定压力。如果压力大于此时8.4MPa选择重启模式，此时压力设定值Ps actual跟踪实际压力变化，只允许负的压力梯度，（一旦锅炉锅炉压力开始增加），旁路阀开始打开，则进入固定压力模式阶段，等待冲转并网；如果再次启动时压力低于8.4MPa，则进入热态启动模式，压力设定器按照梯度升至8.4MPa，等待冲转并网。

5 高旁各种模式切换的逻辑说明，如图2所示，

（1）自锅炉点火（DCS BP_start_up_00），主汽压力小于1Mpa时（P_main_steam_H_Prmin取非），则进入冷态启动模式（BP_start_up_cold）。

（2）自锅炉点火（DCS BP_start_up_00），主汽压力大于1Mpa时（P_main_steam_H_Prmin），则进入热态启动模式（BP_start_up_hot）。

（3）自锅炉点火（DCS BP_start_up_00），主汽压力大于8.4Mpa时（P_main_steam_H_Psync），且旁路开度<2%（Bp_Ys），则进入重启模式（BP_restart）。

（4）当主蒸汽压力自点火开始逐渐大于8.4Mpa时（P_main_steam_H_Psync），发一脉冲将启动模式（BP_start_up）、冷态启动模式（BP_start_up_cold）、热态启动模式（BP_start_up_hot）复位，如果此时汽机没有加载（Hp_turbine on）或旁路开度>2%（Bp_Ys）则进入固定压力控制模式（BP_pressure_ctrl）。

（5）当汽轮机加载（Hp_turbine on）且旁路开度<2%（Bp_Ys）时，进入跟踪模式（BP_follow_up）；当旁路自动切除时，亦进入跟踪模式（BP_follow_up）。

（6）在跟踪模式（BP_follow_up）时，可选择停机模式（BP_Run_down_00），则进入停机模式（BP_Run_down）。

（7）在跟踪模式（BP_follow_up）时，如果无停机模式（BP_Run_down），无重启模式（BP_restart），则进入溢流模式（BP_dp_on）。

（8）锅炉点火开始进入启动模式，等待达到8.4MPa且旁路已开时，进入固定压力控制模式，并网后，旁路逐渐关闭后，进入跟随模式(溢流模式)，升负荷当升压过快或者旁路快开时，转入固定压力控制模式，待旁路关闭后再次转入跟随模式，；停机时可以选择停机模式，待汽轮机不加载时，停机模式自动切除，转入固定压力控制模式，当锅炉熄火，旁路关闭，再次转入跟随模式；旁路跳闸关闭或旁路BP OPEN时，控制器切为手动控制，手动控制时激活跟随模式。

6 高旁控制逻辑说明（如图1所示）

（1）当未启机时，旁路处于关闭状态，高旁M手操器处于手动（Ps_main_steam_auto为0）则M手操器接受从DCS来的高旁最初的压力设定值（Ps_main_steam_set），但受到最小Prmin(1)及最大Prmax(20)的限制。即最初压力设定值至少是1Mpa，运行人员可以手动干预。

（2）在冷态启动模式（BP_start_up_cold）时，（BP_start_up_cold_hot）为1，此时选择器选择Ps start up ，PI start 控制器接受最小值GU的限值，即输出为1Mpa的指令，随着锅炉点火后的蓄热越来越大，压力逐渐达到1Mpa。

（3）压力达到1Mpa后，则处于热态启动模式（BP_start_up_hot），PI start 控制器输出仍旧为1Mpa的指令，但旁路开度（BP_Ys）逐渐增大，直到大于Ym（30%）时，PI start 控制器输出指令逐渐大于1Mpa，同时接受速率限值块的梯度限制（限值为0.2Mpa/min）,且只允许有正的梯度。

（4）压力达到8.4Mpa后，则进入固定压力控制模式（BP_pressure_ctrl），此时（BP_start_up_cold_hot）为0，则选择器选择Ps。所以此时运行人员可以手动干预冲转压力的设定值，速率限制值为dp/dt2（限值为1.2Mpa/min）。

（5）汽轮机加载，旁路关闭后，则进入跟踪模式（BP_follow_up）和溢流模式（BP_dp_on），此时选择器选择Ps follow up ，此时（BP_dp_on）为1，则压力设定值Ps_main_steam_actual要加上一差压dp（0.7Mpa），从而保持旁路关闭，如图4所示。如果此时升压过快，超过梯度所限制的dp，则缓慢开启旁路来泄压；如果超过1Mpa，则快开旁路。

（6）如果处于停机模式（BP_Run_down），（BP_Run_down）为1，则速率限制块只允许负的梯度。

（7）如果正常运行时，发生MFT，则速率限制器输出跟踪实际压力值（在一定时间内），一段时间后，如果未转入跟踪模式（BP_follow_up），则运行人员可以手动干预压力设定值。

7 高压旁路温度控制（低旁类似）

（1）四个高旁减温水调节阀分别用一个M/A站来控制。当高旁减压阀位置反馈>2%时，高旁减温水调节阀自动投入到自动控制，根据高旁后蒸汽温度与温度调节站设定值闭环调节，同时接受主蒸汽压力及高旁减压阀开度的前馈信号，提高调节品质。

（2）四个高旁共用一个温度控制站，最小温度设定值为280℃。运行中该温度设定值最好在320～350℃，与冷再蒸汽温度匹配。

8 低旁压力控制（如图6所示）

在最小压力启机时，低旁压力设定点设置为Pmin，一般为0.2Mpa，如果需要较高的设定值，运行人员可以适当增加压力设定点（但最大为5Mpa）；在汽轮机加载后，由汽轮机第五级压力所转换成的汽机负荷函数作为低旁压力设定值。

9 高旁的联锁保护

（1）汽轮机跳闸(主汽压力大于10Mpa时)，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。

（2）发电机油开关跳闸(主汽压力大于10Mpa时)，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。

（3）旁路不在启动方式运行，主汽压力大于10Mpa同时大于Ps actual 1.0Mpa时，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。

（4）主蒸汽压力大于29.4Mpa(压力开关六选一）时，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。

（5）手动快开旁路，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。

（6）喷水压力低低(9Mpa) （二选二），关闭高压旁路阀（保护开优先）。

（7）高旁出口蒸汽温度高高（420℃）左侧（二选一）及右侧（二选一）延时20秒，关闭相应的高压旁路阀（保护快开优先）。

10 低旁的联锁保护

（1）凝汽器压力大于30kpa时,低旁快关。

（2）凝汽器温度大于等于105℃时,低旁快关。

（3）凝汽器水位大于等于3035mm(零位为热水井底部向上1800mm)时,低旁快关。

（4）低压旁路喷水的压力低至2Mpa时，低旁快关。

（5）系统电源失电

11 旁路的优缺点

11.1 优点

（1）加快启动时间，改善启动条件。

（2）保护再热器干烧。

（3）减少安全阀的启跳次数，有助于保证安全阀的严密性，延长其使用寿命。

（4）可回收其工质，并降低排汽噪音。

（5）大容量的旁路，使蒸汽温度与汽缸温度可以很快匹配，从而满足SIEMENS汽轮机DEH冲转时的温度。

（6）机组快速减负荷时，调门会快速关闭，造成调节级或调节阀（无调节级）的压降急剧变大，这会导致其承受过大的应力。而旁路系统采用滑压跟踪溢流方式，当调节阀或调节级压降超过设定值，旁路自动开启进行溢流，以限制压降的进一步增加，从而减少应力。

（7）停机不停炉及实现FCB:近年来在德国投产的多台800～1000MW机组，无一例外的采用100%BMCR高、低旁的配置。从理论上来说，只要汽轮机凝结水及循环水等系统运行正常，在任何电负荷下都能保证停电不停机，停机不停炉以及轻易的实现FCB。并且在汽轮机、发电机或主变压器高负荷跳闸的情况下，锅炉不受快速甩负荷甚至MFT的冲击。在停机或FCB后，锅炉可平缓的降负荷。若汽轮发电机或电网的故障很快被消除，则立即可再次启动汽轮发电机及在并网后迅速加负荷。