1000MW二次再热火电机组旁路系统自动控制

胡尊民

摘 要：1000MW超超临界二次再热机组的旁路系统由原来的高、低压两级旁路变为高、中、低三级旁路，运行参数及控制策略也随之改变。大型火电机组的自动化程度日益提高，机组一键启停技术（APS）的应用将是火电机组自动控制发展的必然趋势。旁路系统的全程自动控制作为APS系统的一部分，在机组整体自动控制过程中有着很高的重要性。

关键词：二次再热 旁路 全程自动控制 1000MW超超临界机组

1、概述

火力发电机组汽轮机旁路系统是与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统。它由蒸汽旁路阀门、旁路阀门控制系统、执行机构、旁路减温阀门和旁路蒸汽管道等组成。其作用是将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而引到下一级的蒸汽管道或凝汽器。现对上海电气集团生产的二次再热百万机组配套的旁路系统的自动控制策略分析。

2、旁路系统的控制

旁路系统的控制与机组的启动过程相对应，将整个启机过程分为七个时段，对应A1/A2/A3/B/C/D/E7种模式。机组启动又分为启动点火、升温升压、冲转并网及停机四个阶段。按照这四个阶段分别介绍高旁、中旁、低旁的控制方式。

2.1启动点火阶段

（1）高压旁路控制

锅炉点火，旁路进入启动点火阶段，高旁的控制对应着A1模式和A2模式。锅炉点火，高压旁路进入A1模式。高旁指令置“0”，高压旁路阀门全关，压力设定值跟踪实际主汽压力。锅炉点火15min后或点火时主汽压力已大于最大允许冲转压力（16Mpa）或点火后锅炉累计升压超过一定的量（升压量为点火时的主汽压力的函数，0.2～1.1Mpa），高旁进入A2模式。A2模式为阀位控制模式，高压旁路的开度根据启机状态自动设定开度低限，同时调节主汽压力，压力设定值为0.5Mpa。

冷、温态启机时，点火时主蒸汽压力较低。此阶段的高压旁路曲线对应图1所示的t1-t2阶段，同时设定了旁路阀门开度高限30%用于主蒸汽升温升压。随着锅炉热负荷的增加，锅炉主蒸汽压力也会相应增加。在冷态、温态启动时还设计了一个热态冲洗的功能；通过是调节主蒸汽压力来保证汽水分离器出口温度在180℃左右。根据180℃饱和蒸汽对应的压力，以及分离器出口至过热器出口之间的压降，得出热态冲洗过程中高压旁路调节的压力设定值为0.9 Mpa。中间点温度达到180℃或者主蒸汽压力达到设定值后进入热态冲洗。当高压旁路开度达到30%时，高压旁路高限触发，旁路在30%开度升压，热态冲洗条件触发时，释放高压旁路高线限制。高旁保持进入热态冲洗前的主蒸汽压力为设定压力，旁路调节主蒸汽压力。对应得图1所示t2-t3阶段。当冲洗完成后，运行人员手动操作退出热态冲洗。热态冲洗复位后，将高压旁路的开度高限值从100%重新设定为30%，开度低限不变，用于锅炉的升温升压。

（2）中压旁路控制

高压旁路进入A1模式后中压旁路同时进入A1模式，关闭中压旁路。在高压旁路进入A2模式且高旁开度大于3%后，中旁进入A2模式，中旁压力设定从当前主汽压力按照0.05Mpa/min的速率变化到0.55Mpa；为了保证一级再热器有一定蒸汽流量，且保证升压泄压速率与锅炉热负荷匹配，中压旁路阀门开度低限设定为10%、高限50%。

（3）低压旁路控制

高压旁路进入A1模式后低压旁路同时进入A1模式，关闭低压旁路。压力设定跟踪实际压力，在高压旁路进入A2模式且高旁开度大于3%后，低旁进入A2模式，低旁压力设定按照0.03Mpa/min的速率增加到0.1Mpa；为了保证二级再热器有一定的蒸汽流量，给低压旁路阀门开度低限设定为10%，高限50%。

2.2升温升压阶段（A3模式）

升温升压模式分为两个阶段，一是升温升压至启机冲转到3000r/min前，二是并网至旁路全关。图1所示t3-t4为升压阶段，目的是将主汽压力升到汽机冲转压力；t4-t5阶段为冲转到机组并网阶段。

冷态、温态启机时，A2模式下、主汽压力达到冲转压力设定值且发电机未并网且高旁指令大于29%则高旁进入A3模式。

热态、极热态启机时，主汽压力大于冲转设定压力，将旁路开到30%释放压力，当主汽压力达到启机冲转压力时，高压旁路系统切至A3模式。

A3模式：高压旁路阀开度高限释放至100%，高压旁路通过PID控制器控制维持主蒸汽压力，升压速率0.2Mpa/min，目标压力：冷态、温态8Mpa，热态、极热态12Mpa。高压旁路阀门开度低限保留，低限为主汽温度的函数：300℃及以下对应10%、500℃对应15%、620℃对应18%三段，每段之间线性关系。

中旁在A2模式、中旁开度不小于50%且高旁已进入A3模式，中旁进入A3模式，中压旁路目标压力设定为2.55Mpa；阀门开度高限设定为100%，低限为10%，升压速率0.1Mpa/Min。

低旁在A2模式，低旁开度不小于50%且高旁进入A3模式，低旁进入A3模式。目标压力设定为0.8Mpa，低压旁路阀门高限设定为100%、低限为10%，升压速率0.03Mpa/Min。

在机组并网后，旁路阀门低限设定为零，高旁调节主汽压力，汽轮机带初始负荷，DEH处于本地负荷控制模式。当高旁阀门开度小于3%后，高旁进入滑压跟踪B模式；中低开度小于6%后，中低旁进入B模式。

当发电机并网后，机组处于汽机调负荷，旁路调压力模式；通常汽机初始负荷指令较大，并网后旁路很快全部关闭。

高压旁路启动曲线：

2.3汽机运行模式（B模式）

机组并网后，所有高旁全关后，高压旁路由A3模式进入B模式。B模式下，高旁的压力设定值会在协调系统滑压曲线压力设定值上叠加一定的偏置量（1.4Mpa），最高不超过35.2Mpa。因设定值大于实际压力，促使高旁可靠关闭。B模式下高旁提供压力保护，限制主汽压力在协调系统压力设定值+1.4Mpa的范围内。当主汽压力偏离协调压力设定值正1.4Mpa后，高旁溢流打开泄压，保证机组安全运行。

中压旁路B模式：中压旁路压力设定值为一次再热器出口当前压力加0.5Mpa；中压调节PID控制器被调量一直小于设定值，中旁关闭。

低压旁路B模式：压力设定值为二次再热器出口当前压力加0.3Mpa，保证低压旁路一直为“0”。

2.4停机模式（C模式和D模式）

停机状态分为两种：停机不停炉C模式和停机停炉D模式。当机组正常运行过程中，低负荷段（机组负荷小于200MW）汽轮机跳闸旁路系统正常打开，不触发MFT，旁路进入停机C模式。

C模式下为了防止引发锅炉再热器保护动作，设定旁路阀门开度指令低限。高压旁路开度低限曲线为主汽温度的函数：300℃及以下对应15%、500℃对应20%、620℃对应23%三段。C模式下目标压力设定为锅炉校正后煤量的函数，滑压速率为0.3Mpa/min。当主汽压力达到冲转压力时，高旁进入A3模式，准备再次冲转。C模式下高旁压力设定与煤量的函数关系如表1。

中压旁路的目标压力为2.55Mpa，压力设定变化速率为0.05Mpa/Min，中壓旁路阀门开度低限设定值为15%。当压力降到2.55Mpa，中旁进入A3模式。

低旁目标压力设定为0.8Mpa，压力变化速率为0.03 Mpa/Min，低压旁路阀门开度低限设定值为12%。当压力降到1Mpa以下，低旁进入A3模式。

任何模式和工况下MFT动作，高旁、中旁、低旁进入停机D模式，高旁压力设定为31Mpa，中旁压力设定为当前压力加0.5Mpa，最高不超过12Mpa。低旁压力设定为当前压力加0.3Mpa，最高不超过3.6Mpa。综上所述，当MFT动作后，高中低三级旁路在保证系统不超压的情况下，三级旁路全关。

3、结论

结合世界首台二次再热1000MW机组的调试过程中的实际情况及参数逻辑等的调整。经过实际应用表明，此种控制策略及参数能够较好的应用与二次再热超超临界1000MW机组旁路系统控制上。兼顾机组运行的安全性、经济性；并且包容各种工况下旁路系统的安全响应。