某电厂全厂失电过程中旁路动作分析

宋 超，吴铭治，吴公宝

（神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东 台山 529228）

全厂失电是发电厂运行过程中出现的较为严重的设备异常事故，由于其造成的后果不可预知性较大，存在的安全隐患也较大，但在生产过程中此类异常工况出现的可能性是存在的，因此保证了高低压旁路系统在全厂失电过程中的可靠正确动作，也就能很好的提高大型机组生产过程中重大设备的本质安全性能。

1 设备概况

1.1 旁路系统简介

某电厂1 000MW汽轮机是由上海汽轮机有限公司和德国西门子公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、凝汽式汽轮机；机组的旁路设置为：100%BMCR高压旁路和65%BMCR低压旁路组成的两级串连旁路系统（见图1）。高压旁路每台机组设4套，布置于锅炉房内主蒸汽联箱出口，经减温减压后接至再热冷段蒸汽管道，为带安全保护功能的100%容量高压旁路。低压旁路每台机组设2套，从汽轮机中压缸入口前由再热蒸汽两根支管分别接出，经减温减压后接至凝汽器。锅炉侧再热出口蒸汽母管另配100%再热器安全阀［1］。

图1 旁路系统示意图

1.2 高旁阀动作原理

该电厂西门子1 000MW高旁阀为自密封结构流开型阀门，阀门由液压缸驱动，液压缸上部设弹簧腔室，阀门在关闭状态时弹簧呈拉伸状态。在正常运行时，高旁油站根据指令控制三位4通阀（如图2）。电磁阀在不通电时保持中间位状态，即液压缸不动作。当左边电磁阀通电时，电磁阀往左边动作，P和A连接，B和T连接，高旁阀打开。当右边电磁阀通电时，电磁阀往右边动作，P和B连接，A和T连接，高旁阀关闭。）进行液压缸的开关及调整动作［2］。高旁阀设计为带安全阀功能的阀门，即在事故状态下高旁阀可以快速打开以防止锅炉超温超压，这项功能通过三个独立的安全旁路单元实现。

图2 三位4通阀

1.3 低旁阀动作原理

低旁阀为自密封流关型阀门，当出现凝汽器真空低、温度高、水位低或者减温水压力时低旁阀应快速关闭，以保护凝汽器不受到破坏，此时再热系统的蒸汽通过再热出口安全阀进行排放。低旁阀动作原理与高旁阀相似，结构上的区别为：高旁阀为蒸汽下进上出，阀门阀芯底部受蒸汽压力，当阀门只受蒸汽压力时阀门应能自动打开。低旁阀为蒸汽上进下出，阀门阀芯上部受蒸汽压力，当阀门只受蒸汽压力时阀门应关闭。此外，低旁阀的液压缸无高旁阀的弹簧装置［3］。

1.4 高、低旁阀动作逻辑及功能

1.4.1 高旁阀

高压旁路的运行方式分为A、B、C、D、E五种模式，分别表示启动模式、跟踪模式、停机不停炉模式、停炉备用模式和停炉检修模式［4］。

（1）A模式：根据启动阶段锅炉不同的运行要求分为A1、A2和A3三种模式，分别起到关阀、阀位限制和冲转压力控制等作用。

（2）B模式：在汽轮机冲转并网升负荷逐渐接受全部蒸汽，所有高旁阀位＜2.5%后进入B模式。

（3）C模式：进入B模式后，如果DEH的全部蒸汽进入汽机信号消失，即发电机或汽轮机跳闸，高旁转为C模式，将主汽压力逐步下滑至根据高压转子温度计算而得的汽轮机冲转压力。

（4）D／E模式：当锅炉点火信号消失转入D／E模式。

（5）当发生下列情况之一时，高压旁路保护快开：

1）机组负荷大于200MW（或负荷信号坏点），汽机跳闸。

2）机组负荷大于200MW（或负荷信号坏点），发电机并网信号消失。

3）主汽压力＞28.8MPa。

4）主蒸汽流量大于1 500t／h，高旁处于B模式，主汽压力比压力设定值高2.4MPa。

5）主蒸汽流量大于1 500t／h，高旁处于 C模式，主汽压力比压力设定值高2.4MPa。

（6）高压旁路有硬回路手操快开功能。按下操作盘台上的按钮就地高压旁路蒸汽阀快开。

（7）高压旁路在A＼B侧主蒸汽各设置3个压力开关，任一压力开关定值时，高压旁路启动安全阀功能，4个高压旁路全开。当主蒸汽压力低于回座值时，安全阀功能消失，高压旁路根据阀位指令动作。

1.4.2 低旁阀

低压旁路阀在机组点火后，再热器压力设定值由锅炉主控指令通过函数计算而来，此时低压旁路阀跟据再热器压力与其压力设定值的偏差进行调节。

当高旁快开条件来时，联锁低旁快开，此时低旁阀指令跟踪两侧低旁阀阀位反馈的平均值；当低压旁路阀喷水压力低或凝汽器A、B两侧任何一侧的真空低或温度高或液位高时低压旁路阀快速关闭；快关条件存在时闭锁快开，即快关优先快开［5］。

（1）低旁快开功能 当高旁阀快速打开时，联动低压旁路阀快速开启。

（2）低旁快关功能 为了防止凝汽器超温、超压、满水位，低旁阀快速关闭能起到保护凝汽器的作用。当出现凝汽器真空低、凝汽器温度高、凝汽器水位高、减温水压力低等任一情况时，低旁快关。

根据国外技术可知，栽培基质温度达80℃时，可消灭大多数病原菌、害虫。病菌和害虫的杀灭温度[4]，如图1所示。无土栽培基质蒸汽消毒机的栽培基质蒸汽加热温度可达120～200℃，通过灭菌检测均达到99.9%以上，消毒效果非常明显。

2 某机组全厂失电过程中旁路动作情况及分析

2.1 机组跳闸过程旁路动作情况

某机组全厂失电前机组负荷660MW，主汽压力19.1MPa，再热汽压力3.7MPa。高旁阀和低旁阀在全关位置。某日11：23：49，主变差动保护动作，高厂变6kV分支进线开关跳闸，6kV四段母线失电，随后，发电机汽机联跳。主汽压力最高升至18.66MPa，再热汽压力最高升至6.453 MPa。高旁路动作，再热器1、4号安全阀动作，1、3号安全阀没有动作，A、B侧低旁保护动作，A侧低旁开到11%后关到零，并且反馈坏点、B侧低旁自动调节从35%关到26%；

11：27：30；保安A段失电，B侧低压旁路开度反馈25%坏点；

11：55；保安B段恢复送电，B侧低压旁路阀门位置由25%关到零位；

11：27—11：55阶段；由于B侧低旁电源失去，一致保持在25%的开度阀前压力约为1.1 MPa。

2.2 机组跳闸过程旁路动作情况分析

2.2.1 高旁阀

11：23：50，高压旁路因汽轮机跳闸发快开指令，该指令为5s脉冲，同时在快开指令在时，控制指令跟踪实际阀位，但是因快开指令发出的同时，高旁控制柜失电造成所有反馈信号故障［6］，故控制指令只能跟踪到阀位反馈消失前的值。此时由于高旁因为自身弹簧和现有的主蒸汽压力的作用下，实际在停电时，高压旁路已经全开。

11：23：50，高压旁路由B模式切换为C模式。

11：23：50，锅炉 MFT，高压旁路由C模式切换为D＼E模式。

11：24：01，系统再次失电，11：24：09系统再次送电，由于此过程时间少于DCS系统扫描周期，安全阀动作未恢复，所以未造成再次快开。高压旁路调节阀跟随控制指令从100%关到6%。

11：27：29，高旁控制系统再次掉电，由于正常工况下，安全阀压力开关常带电，当压力开关大于29.3MPa或失去电源时高压旁路保护开，安全阀压力开关电源失去造成高压旁路再次快开，控制指令跟踪阀位反馈，最后的阀位反馈消失为3.1%，随后所有反馈变坏点。

11：55：10，高旁控制系统送电，所有的高压旁路系统反馈恢复正常［8］。动作曲线如图3。

图3 高压旁路1～4动作过程曲线

2.2.2 低旁阀

（1）A侧低旁

11：23：49，汽机跳闸信号来，低旁压力设定值由4.8MPa降至2.0MPa，低旁阀调节指令由0%升至20%；正常情况比例调节过程全行程时间约为25s，且A侧低旁比例调节阀进油节流孔开度较B侧小，油管道从比例阀至阀门本体油缸的管路较长，因此A侧低旁并没有开启。

11：23：51，高旁快开触发，低旁快开5s，低旁快开指令第1次发出，此时就地控制箱失电2s，11：23：53电源恢复，低旁快开电磁阀实际带电3 s，此时B侧阀门已动作导致油压降低至低Ⅱ值11.8MPa，阀前再热蒸汽压力约为4.2MPa，由于该阀在带压情况正常动作油压至少应保证在13MPa以上，因此，阀门仍未开启。快开结束后，阀位调节指令切手动，保持快开结束瞬间时的跟踪值0%。

11：27：30，高旁快开触发低旁快开指令第2次发出，由于蓄能器的作用此时低旁油压逐渐回复至15.7MPa左右，减压阀前再热蒸汽压力约为1.4MPa，阀门正常开启后，油压迅速下降至8.8MPa，由于油压过低，在蒸汽压力作用下阀门逐渐关闭，快开结束后，阀位调节指令保持，阀门阀位保持一定开度，此时就地控制箱断电，阀位值变坏点。动作曲线如图3。

（2）B侧低旁

图4 A侧低旁动作过程曲线

11：23：49，机组跳闸信号来，再热蒸汽压力设定值由4.7MPa阶跃降至2.0MPa，低旁阀调节指令自动从0%突升至20%，正常情况比例调节过程全行程时间约为20s，且B侧低旁比例调节阀进油节流孔开度较A侧大；B侧低旁开至9%；11：23：51，低旁快开指令第1次发出，此时就地控制箱失电2s，11：23：53电源恢复，低旁快开电磁阀实际带电3s，阀门开至35%；快开过程中，调节指令跟踪实际阀位反馈，快开结束后，阀位调节保持快开结束瞬间时的跟踪值25%。

11：27：30，高旁快开触发低旁快开指令第2次发出，此时低旁油压约为8.8MPa，由于油压过低，在蒸汽压力作用下，阀门难以维持25%开度，因此阀门降至20%。快开结束后，阀位调节指令切手动，保持快开结束瞬间时的跟踪值。

3 存在问题和解决方法

（1）旁路控制卡失电重启造成高旁切手动

高压旁路控制系统控制电源失去时，控制系统的控制卡件在启动过程中，会发减压阀故障报警，大约时间长度为5s，导致在此期间高旁阀门无法正常调节。建议在减压阀故障信号加5s延时，以避免系统启动过程发出的系统故障把高压旁路切手动。

（2）任一安全阀保护压力开关动作均会造成机组跳闸

任一个高压旁路安全阀保护压力开关动作会造成4个高压旁路蒸汽阀开启。任一个压力开关出现任意开关触点故障或断线等异常情况，由于控制柜硬回路的作用，会有2个高压旁路门一直开启且不会复位，而造成机组跳闸。建议对控制柜压力开关硬回路进行改造，保证同侧2个压力开关动作或故障才触发高压旁路安全阀功能，达到3取2的效果［9］。

（3）两侧低旁阀开关不一致

A、B低压旁路阀门的比例调节阀进油节流孔开度存在偏差，使阀门行程时间不一致，从而造成两侧低压旁路阀门不能同时开启。调试期间，电厂维护人员应加强设备跟踪厂家调试人员是否将两侧低压旁路阀的比例调节阀进油节流孔开度调节成一致，此类问题反映了设备调试跟踪的重要性。

（4）系统失电低旁无法正常关闭

低压旁路门液压油缸采用无弹簧结构，在电磁阀及伺服阀失电后阀门处于保持状态，不能实现机械关闭。建议采用有关闭弹簧的液压油缸，在系统失电的情况下低旁可以实现机械关闭的功能［10］。

（5）旁路系统控制电源不可靠问题

高、低旁路电源挂在机组保安段，保安A段、B段各引一路电源分别接在高、低旁油站；高、低旁控制电源取自就地油站控制柜，380V经过变压器转24VDC的控制电源。当保安段电源同时失去时，控制电源也同时失去，造成高、低旁路门失去控制。建议为防范保安电源同时失去时，高、低旁路控制电源不会失去，从UPS电源引一路220V经过变压器转24VDC的控制电源，以确保高、低旁路门随时可控。

4 结语

在机组跳闸过程中，特别是异常工况下，确保旁路可靠正确动作是保证大型特别是超大型机组安全的生死底线，本文通过分析西门子1000 MW高低压旁路阀在一次机组全厂失电异常工况中的动作情况，探讨了如何提高旁路系统可靠性的措施，通过文中建议措施的实施，加强了机组高低压旁路应对各种工况的能力，提高了机组高低压旁路的运行、操控可靠性。

［1］ 冯伟忠.1 000M级火电机组旁路系统作用及配置［J］.中国电力，38（8）.FENG Wei-zhong.Functions and configuration of the bypass system for 1000MW class coal-fired power generation units［J］.Electric Power，2005，38（8）：53-56.

［2］ 西门子旁路油站控制说明书，H-C-31316A-B-901-630.

［3］ 西门子2×1 000MW 旁路操作维护手册［R］.2008（6）：19-43.

［4］ 杨国保，肖光华，吴铭治.西门子旁路控制系统在台山电厂1 000MW 的应用［R］.神华科技，10（4）.

［5］ 姚勇.台山低旁改造接线图和步骤part1，20120906.

［6］ 朱北恒.火电厂热工自动化系统试验［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［7］ 西门子1 000MW高旁油站系统图［R］.H-C-31316A-B-900-400.

［8］ 西门子1 000MW低旁油站系统图［R］.H-C-31316A-B-901-630.

［9］ 西门子2×1000MW旁路操作维护手册［R］.2008.

［10］ 杨小华.1 000MW超超临界发电机组设计优化［J］.电力勘测设计，2006（6）.

［11］ 叶涛.热力发电厂（第2版）［M］.北京：中国电力出版社，2006.