600MW机组汽轮机高压旁路自动控制系统特点

    汽轮机高压旁路系统是单元机组热力系统重要组成部分，其主要作用是在机组冷态启动过程中，汽轮机冲转、升速、带初负荷时，锅炉产生的多余蒸汽流量通过旁路系统排除，调整高压旁路阀开度，以控制主蒸汽压力，适应机组启动的各阶段对主蒸汽压力的要求，以保证锅炉在允许的蒸汽流量下运行。

    在机组甩负荷工况下，多余的蒸汽排入凝汽器，保证机组启停工况下的正常运行，高压旁路系统设备参数如表1，监视画面如图0。

0 旁路调整

    在锅炉点火升压开始阶段，当启动分离器压力达到0.7MPa，逐步开大高旁。

    当启动分离器压力达到1.0MPa后，利用高旁控制再热器升压率不大于0.05MPa/min，维持再热汽压在0.3MPa以下。

    在主汽压力低于3.2MPa以前，根据锅炉汽压上升情况，汽机尽量开大高旁，开大主汽管道和主汽门前3路疏水至锅炉疏水扩容器隔离门，以提高循环速度。

    当主汽压力达到3.7MPa，主汽温度达到320℃以后，蒸汽流量达到空冷岛最小防冻流量时，用高旁维持再热汽压为1.0MPa。

    高旁维持主蒸汽压力8.92MPa，随着高中压控制阀的开启，高旁开度逐渐关小。

图0 汽轮机高压旁路系统

1 高旁运行方式

    如图1。

    高旁压力控制自动方式下，如果高旁指令＞2.00%，满足高旁控制条件，下列条件发生时，进入跟踪方式，包括高旁压力控制不在自动方式，高旁指令≤2.00%的情况下，发电机功率≥10MW，或者锅炉未点火。

    满足定压方式的条件为不在跟踪方式、高旁启动方式和停机方式。满足带负荷方式条件为发电机功率≥10MW的情况下，同时满足高旁压力跟踪方式，高旁压力自动方式，不在停机方式和热态启动方式。

    如果不存在复位高旁启动方式条件，锅炉已经点火的1s脉冲发出，或者投入启动方式，则满足高旁启动方式，如果存在下列条件之一，则复位高旁启动方式，包括高旁指令＞2%的情况下，主蒸汽压力≥8.00MPa，高旁压力控制不在自动方式，发电机功率≥10MW，退出启动方式。

    满足高旁启动方式下，如果主蒸汽压力≤1.00MPa，则满足最小压力方式，复位最小压力方式的条件如下，满足复位高旁启动方式的条件，或者高旁指令＞30.00%。

    升压方式必须同时满足以下条件，高旁启动方式，不在最小压力方式，1.00MPa＜主蒸汽压力＜8.00MPa，发出热态启动方式脉冲必须同时满足以下条件，高旁启动方式下，主蒸汽压力＜8.00MPa，高旁指令≤2.00%。

    如果不存在复位停机方式条件，投入停机方式时，机组处于停机方式，出现下列条件之一，则复位停机方式，包括发电机功率＜10MW，高旁压力控制不在自动方式，退出停机方式。

图1 高旁运行方式
 

2 高旁压力设定

    高旁压力设定PID优化算法块2074的过程变量PV为高压旁路阀阀位反馈，设定值为30.00%，机组处于以下5种方式之一时，包括最小压力方式、升压方式、跟踪方式、热态启动方式、停机方式，则其输出AO经过限速算法块677、限幅算法块678（幅值上限13.8MPa，幅值下限1.00MPa），再加上设定值偏置，作为高旁压力设定值。

    如果存在升压方式的2s脉冲，则PID优化算法块2074的跟踪方式STR=1，AO=TR=限幅算法块678的输出；不在升压方式时，如果主蒸汽压力高于678块输出的规定值，则IL=1，闭锁AO继续增加。

    模拟手动站优化功能算法块674输出高旁压力目标值，当处于上述5种方式之一时，Y=TR=限幅算法块678的输出，否则，由运行人员给出目标值，经过限速算法块677、限幅算法块678以后，再加上设定值偏置，输出高旁压力设定值。

    机组处于带负荷方式时，设定值偏置由运行人员给出，其输出范围Y=（0.4～1）MPa，模拟量输入选择算法块716的DI=1，输出AO=AI1=Y，否则，DI=0，AO=AI2=0，由于满足带负荷方式的5个条件为相与关系，而其中的2个条件中，高旁压力控制跟踪方式和自动方式为非关系，所以，高旁压力设定值偏置=0，限速算法块677的加速限制AL为除法算法块的输出AO=1867输出/60，当处于跟踪方式时，AO=AI1=20，AL=20/60=1/3(MPa/min)，否则，AO=AI2=699块的输出，当处于停机方式时，AO=AI1=0，AL=0，否则，AO=AI2=698块的输出，当处于热态启动方式时，AO=AI1=0，AL=0，否则，AO=AI2=695块的输出，当处于升压方式时，AO=AI1=0.4，AL=0.4/60=1/150(MPa/min)，否则，AO=AI2=分段线性算法块700的输出，其参数设置如表2。

表2 分段线性算法块700参数设置
 

图2高旁压力设定

3 高旁压力控制

    高旁压力控制PID优化算法块606的过程变量PV为主蒸汽压力，其与高旁压力设定值SP之差进行PID运算结果作为自动方式时的输出AO，经过最大值算法块614，实现输出值低限限制，如果存在最小压力方式3s脉冲（由逻辑非算法块616、延时开算法块618、RS触发器算法块612实现），614块AI4=10.00MPa，否则，AI4=-0.50 MPa，AI1=AO，与AI4进行最大值比较，大值作为614块的输出，至模拟手动站优化功能算法块607的输入X，作为自动方式下的输出Y=X=高旁压力控制指令。

    高旁反馈与高旁指令之差超过±15%时，发出高旁指令偏差大信号，主蒸汽压力与高旁压力设定值之差超过±2.00MPa时，发出高旁压力偏差大信号。如果606块输出与614块输出存在偏差，则发出1s的偏差脉冲信号，至606块的闭锁减DL=1，限制其输出AO继续减小，如果存在1s的偏差脉冲信号，或者高旁压力控制处于手动方式，则606块的跟踪方式STR=1，其输出AO=TR=高旁压力控制指令。

    当高旁保护关动作时，模拟量输入选择算法块611的输出AO=AI1=0，作为607块的跟踪值TR，此时，跟踪切换TS=1，输出Y=TR=0.00%，实现高旁保护关动作时，关闭高压旁路阀的目的。

图3 高旁压力控制
 

4 高旁温度控制

    高旁出口蒸汽温度经过纯迟延算法块2024（纯迟延时间1s）、超前滞后算法块（超前时间常数T1=0s，滞后时间常数T2=0s）的值作为PID优化算法块870的过程变量PV，与模拟手动站优化功能算法块2027输出的设定值SP相比较，其差值进行PID运算以后，输出AO至2027块的输入X，作为自动方式下的输出Y=X=高旁减温水控制门指令，如果下列3个条件之一发生时，包括高旁出口蒸汽温度故障、高旁减温水隔离阀全关、高旁指令＜2%，则强制手动MRE=1，手操器状态S=1，至870块的跟踪方式STR=S=1，其输出AO=TR=Y=高旁减温水控制门指令，此时，输出Y由运行人员给出。

    当高旁减温水隔离阀全关、高旁指令＜2%时，2027块的跟踪切换TS=1，Y=TR=模拟量输入选择算法块892的输出AO，DI=1时，AO=AI1=0%，实现关闭高旁减温水控制门的目的，即高旁减温水隔离阀全关时，闭锁其控制门不能开启。

    高旁减温水控制门反馈＞95%时，发出高旁减温水控制门全开信号，高旁减温水控制门反馈＜5%时，发出高旁减温水控制门全关信号。

    主蒸汽温度通过限幅算法块2132（幅值上限UL=600℃，幅值下限DUL=0℃），在经过模拟量输入选择算法块2129，输出主蒸汽温度信号，当点质量检测功能算法块2131判断温度信号坏质量时，主蒸汽温度信号将保持当前值不变。

    主蒸汽压力和主蒸汽温度分别经过限幅算法块1840（幅值上限UL=25.5MPa，幅值下限DL=0.00MPa）、1843（幅值上限UL=571℃，幅值下限DL=0℃）以后，作为水和水蒸气参数算法块Ⅱ的输入参数P、温度t，1852块的模式选择为MODE2：PT2HSteam，输出主蒸汽焓值h，1844块的模式选择为MODE3：PT2ρSteam，输出过热蒸汽密度ρ，与常系数76.723相除以后，进行开方运算，经过限幅算法块1848（幅值上限UL=1.05，幅值下限DL=0.95），与高压旁路阀阀位反馈经过分段线性算法块1836以后对应的旁路容积流量相乘，输出高压旁路流量，分段线性算法块1836的参数设置如表3。

图4 高旁温度控制
表3  分段线性算法块1836参数设置
 

    高压旁路阀阀位反馈＞95%时，发出高压旁路阀全开信号，高压旁路阀阀位反馈＜5%时，发出高压旁路阀全关信号。

5 高旁出口温度

    高旁出口蒸汽温度1和高旁出口蒸汽温度2信号正常情况下，通过加法算法块1369（k1=k4=0.5），取其平均值作为高旁出口蒸汽温度，高旁出口蒸汽温度1或者高旁出口蒸汽温度2如果高于600℃、低于-50℃，或者1s内温度变化±5℃时，表明高旁出口蒸汽温度1或者高旁出口蒸汽温度2信号故障，通过模拟量输入选择算法块1359、1980，剔除故障信号，选择另一路信号作为高旁出口蒸汽温度，至高旁减温水控制PID优化算法块870的过程变量PV，剔除故障信号过程如下，如果高旁出口蒸汽温度1故障，通过模拟量输入选择算法块1359，其DI1=1，AO=AI1=高旁出口蒸汽温度2，加法算法块1369的AI1=AI4=高旁出口蒸汽温度2，即高旁出口蒸汽温度=高旁出口蒸汽温度2，同理，如果高旁出口蒸汽温度2故障，通过模拟量输入选择算法块1980，其DI1=1，AO=AI1=高旁出口蒸汽温度1，加法算法块1369的AI1=AI4=高旁出口蒸汽温度1，即高旁出口蒸汽温度=高旁出口蒸汽温度1。

    当高旁出口蒸汽温度1和高旁出口蒸汽温度2信号故障时，输出高旁出口蒸汽温度故障信号，作为高旁减温水控制切手动条件之一。

图5 高旁出口温度

6 高旁阀电磁阀/入口阀

    通过设备驱动算法块783，可以手动关闭高旁入口电动门，并且显示入口电动门已经关闭，在远方操作方式下，如果没有故障信号，可以打开高旁入口电动门，并且显示入口电动门已经打开。如果存在高旁保护快关信号，通过设备驱动算法块795的超驰联锁关指令Ovr2，输出关闭高旁阀指令Out2。

图6 高旁阀电磁阀/入口阀

7 高旁喷水门/控制门

    高旁指令＞2.0%时，RS触发器Q=1，经过非门以后，至设备驱动算法块823的超驰联锁关指令Ovr2=0，高旁喷水隔离门不关，当高旁指令＜1.7%时，复位RS触发器Q=1→0，经过非门以后，至设备驱动算法块823的超驰联锁关指令Ovr2=0→1，关闭高旁喷水隔离门，经过对应的设备运行状态反馈FB2，显示高旁减温隔离门已经关闭。

图7 高旁喷水门/控制门

8 高旁保护快关

    在给水压力信号正常情况下，如果给水压力≤6MPa，则发出喷水压力低信号，在高旁出口蒸汽温度无异常情况下，其信号＞420℃，延时10s，或者存在MFT 10s脉冲信号，则发出高旁保护快关信号，分别至高旁压力指令、高旁阀电磁阀、高旁喷水隔离门相关逻辑。

图8 高旁保护快关

结语

    通过以上分析可知，高压旁路控制系统功能具备如下2个方面，在正常情况下具有自动控制功能，控制旁路系统蒸汽的温度和压力，在异常情况下具有自动保护功能，快速开启旁路阀门，维持入口压力，同时，将旁路阀后的温度和压力控制在安全范围内。