三菱M701F4级燃机的汽机旁路控制在DCS系统中的实现

陈 昭,许 震

（杭州华电江东热电有限公司，浙江杭州,10000）

三菱M701F4级燃机的汽机旁路控制在DCS系统中的实现

陈 昭,许 震

（杭州华电江东热电有限公司，浙江杭州,10000）

介绍了三菱M701F4级燃机的汽机旁路自动控制在国产DCS系统中实现的控制策略、模式切换、调试与运行参数，并分析了一些问题。

三菱燃机 M701F4； 汽机旁路； 控制策略

0 引言

某厂热电联产项目1号机组为三菱M701F4型单轴燃气蒸汽联合循环机组，包括一台日本三菱公司M701F4级工业重型燃气机组，一台东方电气集团公司的蒸汽轮机发电机组，一台杭州锅炉集团公司的余热锅炉和相关的辅助系统。机组控制系统采用分岛控制方式。机岛控制范围包括燃机、蒸汽轮机、发电机及其辅助系统，简称TCS，采用三菱的DIASYS Netmation系统；炉岛包括余热锅炉和辅助系统，简称DCS，采用南自公司生产的maxDNA控制系统。汽机旁路控制系统设计在maxDNA系统中，TCS中参与旁路控制的信号通过硬接线与DCS实现通讯。汽轮机旁路的主要作用在于利用其启动功能 ,降低机组启动过程中的热应力 ,缩短启动时间 ,回收工质 ,从而降低机组启动和运行成本（1），以及配合机组整体响应，保证在甩负荷、跳闸等特殊工况下机组的稳定和安全。

图1 高旁最小压力设定曲线

图2 中旁最小压力设定曲线

1 汽轮机旁路控制策略

本厂设计了旁路控制系统的手动控制模式、手动设定值控制模式以及自动设定控制模式。根据三个运算回路又分别命名为：最小压力控制模式、后备压力控制模式、实际压力控制模式。

1.1 最小压力控制模式

1.1.1 最小压力控制判断

在高旁全自动投入下，当燃机点火成功后，若主汽压力大于4.8MPa，或点火后主汽压大于0.5MPa并超过点火时刻主汽压值的0.3MPa以上，则高旁进入最小压力控制；在中旁全自动投入下，当燃机点火成功后，若中压主汽压大于1.25MPa，或点火后中压主汽压大于0.3MPa并超过点火时刻的中压主汽压值的0.1MPa，则中旁进入最小压力控制；在低旁全自动投入下，当燃机点火成功后，若低压主汽力压大于0.15MPa，或点火后低压主汽压大于0.1MPa并且超过点火时刻的低压主汽压值的0.01MPa，则低旁进入最小压力控制。

除上述判断点外，各旁路后备压力控制模式和实际压力控制模式的投入都将撤出最小压力模式。高、中、低旁路投入最小压力控制模式后，压力设定值分别跟随由机组负荷计算出的压力设定值曲线，如图1,2,3。

1.1.2 最小压力模式下的升速率控制

旁路在最小压力模式下，对蒸汽压力设定值曲线增加了限速模块以配合系统合理升温升压。TCS根据机组启动时的参数，将机组启动状态分为冷、温、热三态。冷、温、热三种模式下的高旁升压速率曲线分别是由压力设定值充当变量的三组分段函数，如表1：

图3 低旁最小压力设定曲线

图4

图5

低旁升压速率固定在0.02MPa/Min。

随着机组负荷上升，最小压力控制模式下的旁路压力设定值随着升压曲线并通过速率限制回路的作用缓缓上升。高、中、低旁路设定值速率闭锁增定值分别为0.2MPa，0.1MPa和0.03MPa。

1.2 后备压力控制模式

在旁路全自动投入下，当TCS判断高/中压主汽调门压力控制模式投入，则高、中旁分别投入后备压力控制模式；当低压主汽调门压力控制模式投入，则低旁投入后备压力模式。此时，若有旁路实际压力控制模式投入，则撤出相应旁路的后备压力控制。旁路后备压力控制模式投入后，主汽压设定值分别根据当前实际压力通过一个函数得出（高旁图4，中旁图5，低旁图6），函数输出的压力设定值在实际压力以上，但设置高限，高限在机组主汽压力设计值以上、安全值以下。

1.3 实际压力控制模式

高、中旁全自动投入下，当机组跳闸或燃机熄火，或高压主汽调阀程控关闭则高、中旁投实际压力控制模式；低旁全自动投入下，当机组跳闸或燃机熄火，或低压主汽调阀程控关，则低旁投实际压力控制模式。

旁路在投入实际压力控制模式后，压力设定分别跟随投入时刻的高、中、低压机前主汽压力，以尽量保压，提高能效。实际压力控制模式投入后，若TCS发出机组重启命令，则复位实际压力控制模式，投入最小压力控制模式，高、中、低旁压力设定分别跟随各自最小压力控制模式下的升压曲线。

1.4 特殊工况下的旁路动作

旁路基于机组安全等因素还设计了几种特殊工况下的控制，并优先于PID控制回路的指令。如在汽机已进汽做功的工况下，机组触发跳闸时，旁路阀指令开至60%，以防蒸汽超压，保证机组安全。在旁路快开的特殊工况下，减温水PID调节无法快速响应，需要单独考虑减温水控制策略。因此，为防止超温，根据旁路和减温水容量，设计有减温水快开控制。

1.5 旁路后减温水控制

高压主汽经过高旁减温减压后通向冷再热器，高旁减温水取自中压给泵出口管道，温控由高旁减温水调门单回路PID控制实现；中压主汽经过中旁减温减压后通向凝汽器，中旁后减温水取自凝结水管道，温控由中旁减温水调门单回路PID控制实现。除此之外，还增加了特殊工况下旁路开至60%时，减温水调门也开至50%，以防再热器或中旁后超温危及机组安全或触发旁路保护关导致系统超压。

通过低压旁路至凝汽器的蒸汽设计温度较低，因此无减温设置。

2 调试及运行中的优化

（1）旁路各个模式下的压力设定曲线的设计基于汽机压力设计初值，综合考虑设备实际情况和试验后进行了适当的优化，得到前述参数。

（2）旁路在甩负荷等特殊工况下快速开启的阀位和相应减温水调阀开度，是根据机组旁路容量及蒸汽实际流量分析计算得出，基本满足安全性的要求。后续经过机组长时间的运行及启停，可通过分析机组各负荷段的各项参数及阀门特性进行优化。

（3）锅炉中压汽包容量较小，因中压主汽压力波动引起的中压汽包虚假水位现象比较严重。特别是停机过程中，旁路切至实际压力控制模式后，旁路压力设定值锁定原机前压力，由于高压缸进汽减少而高压主蒸汽压力上升，高旁逐渐开启，此时再热器压力跟着快速升高，中压汽包液位明显下压；随着再热器压力快速升高，并超过中旁锁定的原中压主汽压力，导致中旁PID输出增大，开阀泄压，而随着再热蒸汽压力快速下降，尤为明显的出现了中压汽包水位大幅升高的虚假现象。基于此，对中压汽包水位自动控制进行了优化，以防止停机或其他特殊工况下汽包水位超出安全范围。

3 总结

经过调试和长期运行后发现，以上介绍的控制能满足三菱M701F4型单轴燃气蒸汽联合循环机组的快速启停及正常运行对汽机旁路的要求，并保证了甩负荷等特殊工况下机组的安全性。

[1]樊印龙,王函弘.北仑电厂二期工程汽轮机带旁路启动中几个问题的探讨[J].浙江电力,2000(5)

[2]张华磊.超临界机组旁路控制系统调试分析[J].浙江电力，2009（2）:84-86.

陈昭（1986-01），男，浙江浦江人，助理工程师，从事发电厂热控技术工作。

Realization of Turbine By pass Control of Mitsubishi M701F4 Gas Turbine in DCS System

Chen Zhao,Xu Zhen
(Hangzhou Huadian Jiangdong Thermal Power Co.,Ltd.,China，310000)

This paper introduces the control strategy, mode switching,commissioning and operation parameters of Mitsubishi M701F4 gas turbine engine in the domestic DCS system,and analyzes some problems.

Mitsubishi M701F4;turbine bypass;control strategy

图6