600MW機組汽輪機高壓旁路自動控制系統特點

汽輪機高壓旁路系統是單元機組熱力系統重要組成部分，其主要作用是在機組冷態啟動過程中，汽輪機沖轉、升速、帶初負荷時，鍋爐產生的多余蒸汽流量通過旁路系統排除，調整高壓旁路閥開度，以控制主蒸汽壓力，適應機組啟動的各階段對主蒸汽壓力的要求，以保證鍋爐在允許的蒸汽流量下運行。

在機組甩負荷工況下，多余的蒸汽排入凝汽器，保證機組啟停工況下的正常運行，高壓旁路系統設備參數如表1，監視畫面如圖0。

0旁路調整

在鍋爐點火升壓開始階段，當啟動分離器壓力達到0.7MPa，逐步開大高旁。

當啟動分離器壓力達到1.0MPa后，利用高旁控制再熱器升壓率不大于0.05MPa/min，維持再熱汽壓在0.3MPa以下。

在主汽壓力低于3.2MPa以前，根據鍋爐汽壓上升情況，汽機盡量開大高旁，開大主汽管道和主汽門前3路疏水至鍋爐疏水擴容器隔離門，以提高循環速度。

當主汽壓力達到3.7MPa，主汽溫度達到320℃以后，蒸汽流量達到空冷島最小防凍流量時，用高旁維持再熱汽壓為1.0MPa。

高旁維持主蒸汽壓力8.92MPa，隨著高中壓控制閥的開啟，高旁開度逐漸關小。

圖0 汽輪機高壓旁路系統

1 高旁運行方式

如圖1。

高旁壓力控制自動方式下，如果高旁指令＞2.00%，滿足高旁控制條件，下列條件發生時，進入跟蹤方式，包括高旁壓力控制不在自動方式，高旁指令≤2.00%的情況下，發電機功率≥10MW，或者鍋爐未點火。

滿足定壓方式的條件為不在跟蹤方式、高旁啟動方式和停機方式。滿足帶負荷方式條件為發電機功率≥10MW的情況下，同時滿足高旁壓力跟蹤方式，高旁壓力自動方式，不在停機方式和熱態啟動方式。

如果不存在復位高旁啟動方式條件，鍋爐已經點火的1s脈沖發出，或者投入啟動方式，則滿足高旁啟動方式，如果存在下列條件之一，則復位高旁啟動方式，包括高旁指令＞2%的情況下，主蒸汽壓力≥8.00MPa，高旁壓力控制不在自動方式，發電機功率≥10MW，退出啟動方式。

滿足高旁啟動方式下，如果主蒸汽壓力≤1.00MPa，則滿足最小壓力方式，復位最小壓力方式的條件如下，滿足復位高旁啟動方式的條件，或者高旁指令＞30.00%。

升壓方式必須同時滿足以下條件，高旁啟動方式，不在最小壓力方式，1.00MPa＜主蒸汽壓力＜8.00MPa，發出熱態啟動方式脈沖必須同時滿足以下條件，高旁啟動方式下，主蒸汽壓力＜8.00MPa，高旁指令≤2.00%。

如果不存在復位停機方式條件，投入停機方式時，機組處于停機方式，出現下列條件之一，則復位停機方式，包括發電機功率＜10MW，高旁壓力控制不在自動方式，退出停機方式。

圖1 高旁運行方式

2 高旁壓力設定

高旁壓力設定PID優化算法塊2074的過程變量PV為高壓旁路閥閥位反饋，設定值為30.00%，機組處于以下5種方式之一時，包括最小壓力方式、升壓方式、跟蹤方式、熱態啟動方式、停機方式，則其輸出AO經過限速算法塊677、限幅算法塊678（幅值上限13.8MPa，幅值下限1.00MPa），再加上設定值偏置，作為高旁壓力設定值。

如果存在升壓方式的2s脈沖，則PID優化算法塊2074的跟蹤方式STR=1，AO=TR=限幅算法塊678的輸出；不在升壓方式時，如果主蒸汽壓力高于678塊輸出的規定值，則IL=1，閉鎖AO繼續增加。

模擬手動站優化功能算法塊674輸出高旁壓力目標值，當處于上述5種方式之一時，Y=TR=限幅算法塊678的輸出，否則，由運行人員給出目標值，經過限速算法塊677、限幅算法塊678以后，再加上設定值偏置，輸出高旁壓力設定值。

機組處于帶負荷方式時，設定值偏置由運行人員給出，其輸出范圍Y=（0.4～1）MPa，模擬量輸入選擇算法塊716的DI=1，輸出AO=AI1=Y，否則，DI=0，AO=AI2=0，由于滿足帶負荷方式的5個條件為相與關系，而其中的2個條件中，高旁壓力控制跟蹤方式和自動方式為非關系，所以，高旁壓力設定值偏置=0，限速算法塊677的加速限制AL為除法算法塊的輸出AO=1867輸出/60，當處于跟蹤方式時，AO=AI1=20，AL=20/60=1/3(MPa/min)，否則，AO=AI2=699塊的輸出，當處于停機方式時，AO=AI1=0，AL=0，否則，AO=AI2=698塊的輸出，當處于熱態啟動方式時，AO=AI1=0，AL=0，否則，AO=AI2=695塊的輸出，當處于升壓方式時，AO=AI1=0.4，AL=0.4/60=1/150(MPa/min)，否則，AO=AI2=分段線性算法塊700的輸出，其參數設置如表2。

表2 分段線性算法塊700參數設置

圖2高旁壓力設定

3 高旁壓力控制

高旁壓力控制PID優化算法塊606的過程變量PV為主蒸汽壓力，其與高旁壓力設定值SP之差進行PID運算結果作為自動方式時的輸出AO，經過最大值算法塊614，實現輸出值低限限制，如果存在最小壓力方式3s脈沖（由邏輯非算法塊616、延時開算法塊618、RS觸發器算法塊612實現），614塊AI4=10.00MPa，否則，AI4=-0.50 MPa，AI1=AO，與AI4進行最大值比較，大值作為614塊的輸出，至模擬手動站優化功能算法塊607的輸入X，作為自動方式下的輸出Y=X=高旁壓力控制指令。

高旁反饋與高旁指令之差超過±15%時，發出高旁指令偏差大信號，主蒸汽壓力與高旁壓力設定值之差超過±2.00MPa時，發出高旁壓力偏差大信號。如果606塊輸出與614塊輸出存在偏差，則發出1s的偏差脈沖信號，至606塊的閉鎖減DL=1，限制其輸出AO繼續減小，如果存在1s的偏差脈沖信號，或者高旁壓力控制處于手動方式，則606塊的跟蹤方式STR=1，其輸出AO=TR=高旁壓力控制指令。

當高旁保護關動作時，模擬量輸入選擇算法塊611的輸出AO=AI1=0，作為607塊的跟蹤值TR，此時，跟蹤切換TS=1，輸出Y=TR=0.00%，實現高旁保護關動作時，關閉高壓旁路閥的目的。

圖3 高旁壓力控制

4 高旁溫度控制

高旁出口蒸汽溫度經過純遲延算法塊2024（純遲延時間1s）、超前滯后算法塊（超前時間常數T1=0s，滯后時間常數T2=0s）的值作為PID優化算法塊870的過程變量PV，與模擬手動站優化功能算法塊2027輸出的設定值SP相比較，其差值進行PID運算以后，輸出AO至2027塊的輸入X，作為自動方式下的輸出Y=X=高旁減溫水控制門指令，如果下列3個條件之一發生時，包括高旁出口蒸汽溫度故障、高旁減溫水隔離閥全關、高旁指令＜2%，則強制手動MRE=1，手操器狀態S=1，至870塊的跟蹤方式STR=S=1，其輸出AO=TR=Y=高旁減溫水控制門指令，此時，輸出Y由運行人員給出。

當高旁減溫水隔離閥全關、高旁指令＜2%時，2027塊的跟蹤切換TS=1，Y=TR=模擬量輸入選擇算法塊892的輸出AO，DI=1時，AO=AI1=0%，實現關閉高旁減溫水控制門的目的，即高旁減溫水隔離閥全關時，閉鎖其控制門不能開啟。

高旁減溫水控制門反饋＞95%時，發出高旁減溫水控制門全開信號，高旁減溫水控制門反饋＜5%時，發出高旁減溫水控制門全關信號。

主蒸汽溫度通過限幅算法塊2132（幅值上限UL=600℃，幅值下限DUL=0℃），在經過模擬量輸入選擇算法塊2129，輸出主蒸汽溫度信號，當點質量檢測功能算法塊2131判斷溫度信號壞質量時，主蒸汽溫度信號將保持當前值不變。

主蒸汽壓力和主蒸汽溫度分別經過限幅算法塊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，作為水和水蒸氣參數算法塊Ⅱ的輸入參數P、溫度t，1852塊的模式選擇為MODE2：PT2HSteam，輸出主蒸汽焓值h，1844塊的模式選擇為MODE3：PT2ρSteam，輸出過熱蒸汽密度ρ，與常系數76.723相除以后，進行開方運算，經過限幅算法塊1848（幅值上限UL=1.05，幅值下限DL=0.95），與高壓旁路閥閥位反饋經過分段線性算法塊1836以后對應的旁路容積流量相乘，輸出高壓旁路流量，分段線性算法塊1836的參數設置如表3。

圖4 高旁溫度控制
表3 分段線性算法塊1836參數設置

高壓旁路閥閥位反饋＞95%時，發出高壓旁路閥全開信號，高壓旁路閥閥位反饋＜5%時，發出高壓旁路閥全關信號。

5 高旁出口溫度

高旁出口蒸汽溫度1和高旁出口蒸汽溫度2信號正常情況下，通過加法算法塊1369（k1=k4=0.5），取其平均值作為高旁出口蒸汽溫度，高旁出口蒸汽溫度1或者高旁出口蒸汽溫度2如果高于600℃、低于-50℃，或者1s內溫度變化±5℃時，表明高旁出口蒸汽溫度1或者高旁出口蒸汽溫度2信號故障，通過模擬量輸入選擇算法塊1359、1980，剔除故障信號，選擇另一路信號作為高旁出口蒸汽溫度，至高旁減溫水控制PID優化算法塊870的過程變量PV，剔除故障信號過程如下，如果高旁出口蒸汽溫度1故障，通過模擬量輸入選擇算法塊1359，其DI1=1，AO=AI1=高旁出口蒸汽溫度2，加法算法塊1369的AI1=AI4=高旁出口蒸汽溫度2，即高旁出口蒸汽溫度=高旁出口蒸汽溫度2，同理，如果高旁出口蒸汽溫度2故障，通過模擬量輸入選擇算法塊1980，其DI1=1，AO=AI1=高旁出口蒸汽溫度1，加法算法塊1369的AI1=AI4=高旁出口蒸汽溫度1，即高旁出口蒸汽溫度=高旁出口蒸汽溫度1。

當高旁出口蒸汽溫度1和高旁出口蒸汽溫度2信號故障時，輸出高旁出口蒸汽溫度故障信號，作為高旁減溫水控制切手動條件之一。

圖5 高旁出口溫度

6 高旁閥電磁閥/入口閥

通過設備驅動算法塊783，可以手動關閉高旁入口電動門，并且顯示入口電動門已經關閉，在遠方操作方式下，如果沒有故障信號，可以打開高旁入口電動門，并且顯示入口電動門已經打開。如果存在高旁保護快關信號，通過設備驅動算法塊795的超馳聯鎖關指令Ovr2，輸出關閉高旁閥指令Out2。

圖6 高旁閥電磁閥/入口閥

7 高旁噴水門/控制門

高旁指令＞2.0%時，RS觸發器Q=1，經過非門以后，至設備驅動算法塊823的超馳聯鎖關指令Ovr2=0，高旁噴水隔離門不關，當高旁指令＜1.7%時，復位RS觸發器Q=1→0，經過非門以后，至設備驅動算法塊823的超馳聯鎖關指令Ovr2=0→1，關閉高旁噴水隔離門，經過對應的設備運行狀態反饋FB2，顯示高旁減溫隔離門已經關閉。

圖7 高旁噴水門/控制門

8 高旁保護快關

在給水壓力信號正常情況下，如果給水壓力≤6MPa，則發出噴水壓力低信號，在高旁出口蒸汽溫度無異常情況下，其信號＞420℃，延時10s，或者存在MFT 10s脈沖信號，則發出高旁保護快關信號，分別至高旁壓力指令、高旁閥電磁閥、高旁噴水隔離門相關邏輯。

圖8 高旁保護快關

結語

通過以上分析可知，高壓旁路控制系統功能具備如下2個方面，在正常情況下具有自動控制功能，控制旁路系統蒸汽的溫度和壓力，在異常情況下具有自動保護功能，快速開啟旁路閥門，維持入口壓力，同時，將旁路閥后的溫度和壓力控制在安全范圍內。