旁路全程自动控制与实践
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【摘要】以机组旁路系统为例， 阐述了大容量旁路的控制策略及工作过程。在整个旁路控制 系统中， 高旁控制器增加了主汽压力动态压力监视功能; 低旁控制器增加了低旁后温度、 压力动态保护功能， 完善了旁路控制策略，并实现了旁路系统的全程自动控制。
【关键词】旁路;中压缸启动;全程自动
单元机组汽轮机的3种启动方式之一中压缸启动因其在同等条件下启动速度快、设备损耗小而备受关注。旁路控制系统是中压缸启动机组控制系统的关键组成部分。大容量旁 路控制策略设计了多个控制模式并实现全程自动控制，可以灵活配合汽轮机实现中压缸启动，启动过程中各主要参数调节品质优良。某中压缸启动机组全部实现了旁路系统全程自动控制，对同类型机组旁路系统控制策略设计有一定的借鉴意义。
1.旁路系统热力设备简介
某电厂一号机组采用高、低压两级串联旁路系统，高旁容量为40%B-MCR。高低旁采用气动控制，自动或手动均可操作。由以下设备构成：
（1）高旁压力调节阀。
（2）高旁减温水调节阀。
（3）低旁压力调节阀（A、B）。
（4）低旁减温水调节阀（A、B）。
（5）三级减温水调节阀（A、B）。
控制系统由DCS内部实现，主要分布在CP100M控制器。DCS采用上海FOXBORO有限公司I/A Series控制系统。就地执行机构主要由电磁阀、阀门定位器和电源装置。常规操作在DCS操作员站上的操作画面上进行。
2.旁路控制策略
2.1 旁路控制系统功能
a.机组启动和停止过程中调节主汽压力、控制锅炉主汽压力满足汽轮机启动要求;调节锅炉再热器入口蒸汽温度在安全运行允许范围内;控制锅炉再热器入口蒸汽压力适合机组出力;调节凝汽器入口蒸汽温度在安全运行允许范围内。
b.机组正常运行时对机组的保护旁路控制系统保护功能主要包括：主蒸汽压力超压 保护;主蒸汽压力变化率过快保护;凝汽器入口蒸汽温度、压力保护;再热器入口蒸汽温 度、压力保护。
图1
图2
2.2 高旁压力控制
高旁压力控制在汽轮机中压缸启动过程中起关键作用。高旁控制策略如图1所示。控制系统专门设计了压力设定点生成器。压力设定点生成器根据高旁当前工作模式自动生成 主汽压力设定值，压力调节器控制高旁自动调节主汽压力，使主汽压力按图2所示的曲线 自动升降，从而实现高旁全程自动控制。控制器的压力设定点生成器和高旁控制回路结合，实现5种控制模式：最小阀位控制、最小压力控制、压力斜坡控制、定压控制、压力监视。图2启动和升负荷过程高压旁路系统曲线高旁调节阀在汽轮机启动过程中根据当前锅炉主汽压力的不同存在3种启动方式：冷态启动、热态启动和重启。控制器根据旁路不同的启动方式自动切换控制模式，配合DEH实现汽轮机中压缸启动。以汽轮机冷态启动方式为例介绍高旁压力控制的5种控制模式：
a.最小开度方式。锅炉刚开始点火启动， 将高旁投入自动，主汽压力低于最小压力设定值Pmin。控制器自动将高旁指令设置到最小阀位Ym in（10%），保证锅炉蒸汽有通道，随着主汽压力上升，高旁保持最小开度，高旁调节器PID1处于跟踪状态，直到主汽压力达到Pmin。
b.最小压力方式。高旁设定点生成器自动将设定值设定为Pmin，随着锅炉燃烧率的增加， 主蒸汽压力逐步升高，高旁调节器PID1 控制高旁增大开度， 将主汽压力维持在最小压力设定值，直到高旁开度达到预先设定的开度Ym（50%）。（最大开度）
c.压力斜坡方式。随着主汽压力的升高， 高旁进一步开大，阀位达到设定阀位Ym时，高 旁进入阀位控制过程。此时高旁在调节器PID2 控制下，高旁阀位基本维持在Ym左右，主汽压力设定值开始增加，当主蒸汽压力高于Pmin低于Psync时，选择压力斜坡模式。压力设定点生成器按锅炉升压曲线逐渐增加主汽压力设定值，主汽压力逐渐上升至冲转压力，高旁阀位基本保持Ym不变，如果压力高于Pmin并且高旁阀关闭时，选择重启模式。
d.定压控制方式。当主汽压力达到冲转压力Psync且高旁阀打开后，启动模式立即取消，高旁进入定压模式。控制器中的设定点生成器自动将设定值设定为冲转压力Psync，高旁调节器PID2调节高旁维持主汽压力等于设定值，汽轮机开始冲转。此后，由于高压缸开 始有蒸汽进入，高旁开度达到一定位置Ybp后，开度逐渐减小，直到关闭。
e.压力监视方式。当高旁关闭且并网信号触发时进入压力监视模式。压力设定点生成器 输出值会跟踪实际主汽压力的变化，并且加一个阚值dp（0.4MPa）。高旁控制器的压力设定点=实际主汽压力+dp，所以压力设定值总是大于实际压力，从而保证高旁可靠关闭。但主汽压力设定值跟踪实际主汽压力变化的同时还受变化速率的限制。压力变化率的设定 值由运行人员手动输入或根据主汽流量动态修正（设定值为主汽流量的函数）。如果主汽压力上升过快，超出该速率限制，高旁阀打开应急调节主汽压力，直到主汽压力恢复正常，高旁阀再次关闭，重新进入跟随状态。
2.3 低旁控制系统的压力控制
低旁控制系统压力控制功能是通过低旁压力调节阀来实现再热汽压的控制，控制过程 较高旁简单，启动高旁后低旁减压阀自动将自动投入并开至5%（可由运行人员设定）进入最小阀位模式，高旁释放最小阀位限制的同时低旁也释放最小阀位限制。而低旁前压力则是通过运行人员根据机组所处状态手动给定设定值后由低旁减压阀自动调节。
2.4 高旁控制系统的安全保护功能高旁快开条件
无高旁联锁关条件（关至10%）：
（1）高旁出口温度大于380℃延时20S
（2）低旁关联锁关高旁高旁联锁关条件（全关）
（3）上述关高旁至10%任一条件存在且高旁减温阀全关
2.5 低旁控制系统的安全保护功能
低旁快开条件：无
低旁减压阀 A 快关条件：
（1）热井水位高（2500mm）
（2）高压凝汽器压力高（20kPa）
（3）高压凝汽器入口温度高高（90℃）
低旁减压阀 B 快关条件：
（1）热井水位高（2500mm）
（2）低压凝汽器压力高（30kPa）
（3）低压凝汽器入口温度高高（90℃）
2.6 旁路控制系统的正常调节功能
汽机旁路控制系统具有如下正常的调节功能：
（1）高旁前蒸汽压力调节
（2）高旁压力阀后蒸汽温度调节
（3）低旁前压力调节
（4）低旁压力阀后蒸汽减温调节
2.7 旁路控制系统的联锁保护功能
汽机旁路控制系统具有如下联锁保护功能：
（1）启动旁路：高旁减温水调阀自动切至自动方式运行。
（2）高旁减温水调阀开度大于3%：高旁喷水截止阀自动打开。
（3）高旁减温水调阀开度小于2.5%：高旁喷水截止阀自动关闭。
（4）启动旁路：低旁减温水调阀自动切至自动方式运行。
（5）低旁减温水调阀 A（B）开度大于3%：低旁减温水隔离阀 A（B）自动打开。
（6）低旁减温水调阀 A（B）开度小于2.5%：低旁减温水隔离阀 A（B）自动关闭。
3.结束语
旁路系统是火电厂中间再热机组重要组成部分，特别在机组中压缸启动方式下的启动过程中起到重要的作用。大容量旁路与小容量启动旁路的区别是前者在机组正常运行过程中对锅炉的保护作用。运行中突然出现甩负荷时，大容量旁路可以防止锅炉超压或减少安全门动作，稳定锅炉燃烧。旁路控制系统在改造调试过程中不断完善，实现了旁路系统的全程自动控制功能。