300 MW机组旁路控制系统的改造

范井生，肖 明

(河北西柏坡发电有限责任公司，石家庄 050400)

河北西柏坡发电有限责任公司(简称“西柏坡发电公司”)4号机组为国产300 MW凝汽式、一次中间再热汽轮机组，投产于1998年，采用一机一炉单元配置。汽轮机数字式电气液压控制系统(DEH)采用上海新华公司的DEH-IIIA型自动控制系统。旁路控制系统(BPC)是与汽轮机DEH系统并联的蒸汽减温减压系统，由高压旁路和低压旁路两部分组成 ，其中高压旁路由1个喷水截止阀、1个喷水减温阀、1个压力调整阀门构成，低压旁路与高压旁路的结构相同。旁路控制系统共6个阀门，在DCS系统中实现操作和简单的连锁逻辑。配置蒸汽旁路控制系统可以改善锅炉和汽轮机特性上的差异，提高机组的安全性和经济性。

1 BPC存在的问题

1.1 不适应机组的启动方式

2008年11月大修期间，4号机组将启动方式由高压缸启动改为高、中压缸联合启动，在汽轮机冲转过程中，要求BPC调整门与汽轮机进汽调整门协调配合调整参数，以达到节约汽水工质，实现机组快速启动的目的。BPC为开关式电动门控制，没有任何自动调节手段，结构简陋，无法实现高、中压缸联合启动时压力、温度等参数快速调节的功能。

1.2 控制功能落后

在机组启动时，需要通过高压旁路阀和高压旁路喷水阀控制新蒸汽压力和中、低压缸的进汽压力，以适应机组定压运行或滑压运行的要求。BPC控制逻辑简单，无法在机组出现跳闸、甩负荷、主蒸汽和再热蒸汽超压等故障时实现快速调节和连锁保护功能。

1.3 无法实现温度和压力的精确控制

随着300 MW单元机组向调峰机组运行方式的转变，机组的启、停次数逐渐增多，为了减少汽轮机大型金属部件的热应力疲劳，在机组滑参数运行时，需要先以低参数蒸汽冲转汽轮机，随着汽轮机暖机和带负荷的需要，不断提高锅炉的主蒸汽压力和主蒸汽流量，使蒸汽参数与汽轮机的金属状态相适应。由于原旁路控制系统蒸汽温度及蒸汽压力调节阀只能手动控制，无法实现远程自动调节，不能进行主蒸汽压力、再热蒸汽压力自动控制，以及高压旁路后温度、低压旁路后温度的精确控制。

2 改造措施

旁路控制系统的突出问题是控制功能落后、控制精度不高，要改变现状就必须完善控制设备，提高系统的可靠性。结合机组设备现状和旁路控制系统功能的要求，计划结合目前运行的DEH系统将旁路控制系统，升级为DCS系统。

2.1 硬件方面

2.1.1 控制系统改造

在原DEH系统中增加一个控制柜，该控制柜由电源、分散处理单元、输入/输出卡件(I/O卡件)、站控制卡及相应端子板等部件组成。控制柜的电源由DEH电源柜提供，接地工艺与DEH系统相同，机柜通过专用接地电缆接入热工接地箱。BPC不再增加工程师站和操作员站，与DEH系统共用，实现DEH和BPC一体化控制，控制系统配置示意见图1。

图1 控制系统配置示意

2.1.2 控制回路改造

4号机组原BPC系统为西门子电动门，而DCS系统通过开关量输出直接控制阀门。本次改造中分别将2个压力门和喷水门改为模拟量调整门，现场执行机构仍用原执行机构，对阀门的模拟反馈部分进行升级改造，提高反馈装置的可靠性。在控制系统中增加伺放控制回路，并将阀门的反馈信号引入旁路控制系统中，与调节指令进行比较形成闭环控制，伺放控制回路判断比较后，输出开关量控制阀门动作。

2.1.3 冗余配置及SIS系统接口改造

增加高压旁路前压力变送器2台；增加低压旁路前压力变送器2台；增加K型热偶温度元件及套管2套；增加凝汽器真空压力开关2台；增加凝汽器液位开关3套(6点)。使模拟量测点及开关量测点均实现了冗余配置，旁路系统的可靠性得到提高。增加SIS系统的接口,使DEH与BPC的数据送入SIS系统，实现数据共享。

2.2 软件方面

2.2.1 增加模拟量调节功能

BPC增加多个自动调节回路，实现了高、低旁路压力和温度的闭环控制，彻底改善旁路控制系统的控制功能和调节精度。模拟自动调节回路主要包括以下几部分。

a. 高压旁路压力自动调节。控制回路由测量信号处理回路、设定值形成回路、信号转换回路组成。主要作用是在机组各种工况下自动或手动生成设定值，与测量的过程量进行比较和调节，通过调整高压旁路阀的开度来控制主蒸汽压力，实现了旁路投入期间主蒸汽压力自动调节的功能。

b. 高压旁路温度自动调节。当旁路控制系统运行时，温度控制回路通过喷水阀向高压旁路阀的蒸汽膨胀室喷水冷却蒸汽，以保持高压旁路阀后温度为设定值。为了改善温度控制特性，自动调节系统中充分调整PID参数和利用前馈、反馈调节等手段，改善温度调节的精度，保护再热器。

c. 低压旁路压力自动调节。在机组运行期间，再热蒸汽压力是一个与机组出力有关的参数。低压旁路控制依据机组的出力给出再热蒸汽压力定值，通过调整低压旁路阀的开度保证再热蒸汽压力，来满足机组的运行要求。

d. 低压旁路温度自动调节。低压旁路温度控制回路是低压旁路压力控制回路的随动系统。为了在小流量的情况下有足够的喷水量，低压旁路喷水阀的最小开度设定值为20%。自动调节功能的增加，使凝汽器保护功能得到完善。

2.2.2 完善逻辑连锁与保护功能

a. 旁路控制方式切换逻辑。BPC有3种运行方式，即启动方式、滑压方式和定压方式。在高、中压缸联合启动下，当锅炉点火启动时，旁路控制系统为启动方式；当主蒸汽压力升高到冲转压力3.5 MPa时，旁路控制系统自动转为定压运行方式，这时压力整定值保持一定，以保证启动时的主蒸汽压力实现定压启动；机组并网后，运行人员提高主蒸汽压力设定值(高压旁路蒸汽阀在自动)或逐渐关闭高压旁路蒸汽阀，高压旁路阀门完全关闭时，旁路控制系统自动切至滑压运行方式。旁路系统可以自动判断机组运行状态，自动切换各种运行方式，控制功能得到完善。3种方式切换逻辑图如图2所示。

b. 低压旁路阀联锁逻辑。为了保护凝汽器，当下列信号中任1个出现时强制关闭低压旁路阀门：低压旁路隔离阀关闭；低压旁路喷水调节阀关闭；凝汽器真空低(三选二逻辑处理)；凝汽器水位高(三选二逻辑处理)；低压旁路减温水压力≤1.0 MPa；低压旁路出口温度(2路高选)≥190 ℃，延时1 s；三级减温后蒸汽温度(4路高选)≥79 ℃，延时1 s；低压缸排汽温度(2路低选)≥79 ℃。

图2 逻辑切换示意

c. 高压旁路阀联锁逻辑。当下列信号中任意一个出现时强制关闭高压旁路阀门：高压旁路阀后温度大于350 ℃；高压旁路蒸汽转换阀后蒸汽压力大于0.84 MPa；低压旁路阀故障；低压旁路阀关闭。

3 改造效果

通过采取以上改造措施，4号机组BPC实现高压缸启动，高、中压缸联合启动、主蒸汽压力、再热蒸汽压力自动控制，高压、低压旁路后温度自动控制等多项控制功能。改善了机组启动性能，减少了汽轮机在频繁启停下的热应力疲劳，同时提高机组的负荷适应性。

4 结束语

通过对旁路控制系统硬件及软件的改造，使BPC与DEH实现一体化控制，可以在DEH的操作员站对BPC进行操作及历史数据的查询，也可以在DEH的工程师站对BPC进行控制组态、图形编辑和日常维护，使DEH与BPC控制更加协调，减少了维护的工作量。在发电机甩负荷或汽轮机故障停机等非正常工况下旁路门迅速打开，防止超温超压，提高机组的经济性和安全性。机组改造至今运行良好，达到改造的目的和要求，为西柏坡发电公司其它机组的旁路控制系统改造提供了宝贵的经验。