火电厂旁路系统改造及保护控制优化

庄向阳，张庆丰，朱勇，王友全

（湖北华电襄阳发电有限公司，湖北 襄阳 441000）

火电厂旁路系统改造及保护控制优化

庄向阳，张庆丰，朱勇，王友全

（湖北华电襄阳发电有限公司，湖北 襄阳 441000）

湖北华电襄阳发电有限公司300MW凝汽式发电机组旁路系统进行改造后，需要更改、完善相关逻辑。分析了旁路系统改造后可能出现的隐患，并提出了相应的控制逻辑优化措施。机组旁路系统改造一年来，经历了各种工况考验，系统运行可靠、控制稳定。

汽轮机；旁路系统；伺服阀；保护控制

0 引言

汽轮机旁路系统是火力发电厂单元机组中一个重要的子系统，目前大型机组一般配置高压旁路（以下简称高旁）和低压旁路（以下简称低旁）2个单元。旁路系统在发电机组中主要承担2个方面的功能：（1）机组启动阶段开启高、低旁快速升温升压，缩短机组启动时间；（2）机组故障跳闸，高旁快速开启，保护过热器；低旁联开保护再热器，避免锅炉超压；当凝汽器出现真空度低、温度高等故障时，低旁又快速关闭，防止凝汽器、低压缸变形。

1 改造前旁路系统的配置

湖北华电襄阳发电有限公司一期安装4台300 MW凝汽式发电机组，设计两级串联旁路系统。这种串联结构的适应性强，不仅可以保护过热器、再热器，而且基本上能满足机组启动时蒸汽参数与汽轮机金属温度匹配的要求。

考虑到旁路系统在机组保护中的重要性，必须实现在极端工况下（如油压低、信号异常等）的大力矩快速动作。因此，机组采用电液比例阀作为执行机构，并配备旁路专用油站。

2 旁路系统的改造

湖北华电襄阳发电有限公司机组自1998年投产至今，已连续运行16年，旁路系统老化严重，多次出现各种故障，如机组跳闸后高旁阀不能快开，比例阀卡涩，旁路油站油泵故障，管道老化漏油、渗油等。为此，该厂于2013年立项开始对机组旁路系统进行改造，改造的基本情况见表1。

由表1可见：旁路控制系统、控制介质（油源）和现场控制设备都发生了改变。主要是油源由独立的油站改为与数字电液（DEH）控制系统共用抗燃油（EH）油站；保护设备电源由24V DC可常带电改为220V AC不可常带电；调节方面由比例阀控制改为伺服阀控制。以上系统改变后，需要更改、完善相关逻辑。

3 改造后控制系统风险分析

3.1 高、低旁油压低闭锁保护拒动风险

按照原苏尔寿的设计，当油压低至12MPa时闭锁高、低旁及减温水门。但改造后由于使用EH油系统供油，有2种可能的事故工况。

（1）当汽轮机危急遮断保护系统（ETS）中因EH油压低而停机（其跳闸定值是9.65MPa）时，为保护过热器需要高旁快开（低旁联开），但改造后油压一低于12MPa，高、低旁就已经闭锁，还如何快开？原旁路系统因为有独立油站是不存在此问题的；虽然EH油压低时保护油路的快开电磁阀可以动作，但苏尔寿原设计是快开指令一旦发出，快开电磁阀和伺服阀同时动作，具有冗余保护功能，以最大限度应对紧急事态的发生。就该问题与厂家沟通，厂家的回复是直接取消油压低闭锁功能，因为这样操作一可解决上述问题，二可避免机组停运时因油压低导致闭锁阀常带电而烧坏。

表1 旁路系统改造前、后对比

（2）如果直接取消油压低闭锁功能，另一个问题又接踵而至：当运行中旁路系统出现故障（如系统漏油等，但EH油站正常）时，管道压力会持续下降，这时因为油压低闭锁被取消，高旁由于是倒装门就有自开风险，从而引发甩负荷或事故停机；但如果油压低闭锁功能存在，高、低旁会因闭锁阀及时动作保持在关闭位置，再关闭旁路液压块总进油门进行隔离后，可以在线处理单纯旁路故障，避免停机情况发生。

为解决上述两个问题，修改控制逻辑，将单纯油压低闭锁高、低旁改为“油压低”且“汽机已挂闸”闭锁高、低旁，即需要在机组运行且油压低时才发闭锁信号。

修改前、后的闭锁逻辑如图1、图2所示。

图1 原高、低旁闭锁逻辑

图2 优化后高、低旁闭锁逻辑

表2详细分析了采用该逻辑后，各种工况下的动作情况。

3.2 低旁快关电磁阀拒动风险

如图3所示，按原设计方案，为避免机组停运后快关条件（如真空度低）一直存在会长时间带电而烧坏低旁快关电磁阀，指令加入了10 s脉冲。由于快关电磁阀不带自保持功能，10 s脉冲指令过后，电磁阀失电，低旁将恢复至伺服阀的原始开度，这就带来一个极端工况下的风险：例如，在锅炉升温升压阶段，主、再热蒸汽温度已经较高，高、低旁阀门保持在一定开度，此时一旦有快关指令发出，而低旁阀门恰好又因伺服阀故障卡涩保持在了当前位置，只有快关电磁阀通过保护油路动作，低旁阀门才能快速关闭。但10 s脉冲过后，快关电磁阀复位，由于伺服阀还保持在一定开度，处于不受控状态，低旁阀门在调节油路的作用下将再次打开，大量蒸汽冲入凝汽器，使凝汽器温度升高，导致低压缸尾部变形。

图3 原低旁快关保护逻辑

解决办法：既要考虑低旁在快关条件发出时电磁阀与伺服阀双路可靠动作，又要在停机状态下避免电磁阀常带电而烧毁，取消10 s脉冲，更改后的逻辑如图4所示。

（1）增加逻辑只加载在快关电磁阀入口，不影响伺服回路的正常动作。

表2 高、低旁闭锁保护逻辑优化分析

（2）再热蒸汽温度＞80℃是参照凝汽器喷水减温动作定值，且再热蒸汽温度在机组升温升压阶段反应更快（机组运行数据）。

（3）当低旁已关闭信号置1而低旁指令反馈偏差＞10%（伺服阀故障的判据）时，RS触发器（1）输出置0，闭锁了与门（1）的出口。当机组运行或升温升压阶段（再热蒸汽温度＞80℃以后）快关条件一旦发出，快关电磁阀会一直带电，直到快关条件消失或伺服阀故障处理好。反之，当伺服阀处于正常状态时，低旁已关闭信号一来，RS触发器（2）输出置0，闭锁了与门（2）的出口，则快关电磁阀立即失电，避免了常带电的风险。

3.3 二次甩负荷风险

旁路系统改造时新增的高旁快关电磁阀用于伺服阀故障时的在线处理，当机组运行中高旁伺服阀出现极端情况（不受控开启）时，必须使用新增的快关电磁阀由保护油路将高旁快速关闭并保持在关位，然后更换伺服阀，但为了防止电磁阀长期带电又设计了一个10 s脉冲。由于高旁快开、快关电磁阀都是得电动作、失电后自动复位，10 s脉冲过后快关电磁阀失效，而伺服阀此时又保持在开位状态，高旁会由调节油路再次打开，从而引发机组二次甩负荷风险。

解决办法：由于新增的高旁快关电磁阀只是用于伺服阀故障时的在线处理，是预防性安全措施，因此直接取消10 s脉冲，同时增加运行人员手动事故按钮进行控制，并在光字牌上做电磁阀已带电的报警提示。一旦伺服阀检修完毕，即让快关电磁阀失电退出。

3.4 快关电磁阀长时间带电烧毁风险

当取消高旁快关阀10 s脉冲信号后，又带来另一个问题：原逻辑设计中将高旁阀后温度高保护输出直接作用至快关回路与伺服回路，机组运行中高旁阀门关闭不严会导致阀后温度高（这样的故障概率较高），而运行中基本无法处理，此时保护动作则会使快关电磁阀长时间带电引发烧毁风险；而一旦伺服阀故障，需要快关高旁时，电磁阀却无法动作。

解决办法：修改控制逻辑，高旁阀后温度高保护信号不直接作用至快关回路，只对伺服回路指令清零；而增加的运行人员手动快关按钮在控制快关电磁阀的同时也能将伺服回路指令清零。

4 改造后的运行情况

湖北华电襄阳发电有限公司已陆续改造了3台机组的旁路系统，目前最长已运行1年。旁路系统整体运行良好，控制逻辑经过优化，完全满足了现场要求：通过增加“汽机挂闸”信号，既解决了事故状况下高、低旁伺服回路的拒动问题，又保证了机组正常运行和停机期间旁路故障可单独隔离处理；通过取消低旁脉冲信号并优化逻辑，既避免了低旁快关的拒动风险，也排除了快关电磁阀带电的隐患。

5 结束语

目前300MW及以上容量机组仍是我国的主力发电机组，旁路系统在机组运行中担负重要的后备保护功能。系统多采用瑞士苏尔寿设备，由于国外设备备件采购时间长、费用高，设备出现故障时得不到及时的维护更新；同时，系统采用独立油站也增加了维护工作量，改造基本成了业内的共识。关于控制逻辑的优化，湖北华电襄阳发电有限公司进行了多层次、多方案的研究并最终成型，可为其他电厂的改造提供一定参考。

（本文责编：刘芳）

TM 621.6

：B

：1674-1951（2015）04-0045-03

庄向阳（1975—），男，湖北襄阳人，工程师，从事火电厂热控维护工作（E-mail：zhuangxy＠xffd.com）。

2014-09-12；

2015-02-05