汽轮机旁路控制系统(BPC).doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除摘 要大型机组是电力工业生产的主要力量，随着世界性能源紧张和环保意识日益提高，高效低排放的超临界和超超临界机组已经成为世界上主要机型，大型机组代表着当今世界先进热工理论、材料科学和自动化技术，旁路系统与大型机组协调运行控制与安全、高效、低排放和经济效益密切相关。旁路系统是大型机组运行的重要辅助设备，具有协调启动、回收工质、减少损耗、降低胖放功能。旁路系统具有减压、减温等多道工艺过程，采用自动控制方式在不同模式下运行。典型大型机组旁路系统有高压旁路和低压旁路组成，分别在机组运行中执行不同的功能。旁路系统需要与机组控制系统协调运行，并带有连锁装置。增设旁路系统是一项系统工程，通过旁路系统设计、运行控制模式选择、关键元件选型、系统配套和安装调试，知道与机组相互协调启动，完成相应的功能。旁路系统在国内大型机组已经得以比较广泛的应用，在机组运行安全、并网负载协调和经济效益方面都获得一定的效果，同时也暴露出一些问题有待于解决。深入进行大型机组旁路系统热工理论、热工材料、基础元件和自动控制等方面研究，在实践工程中摸索经验，不断提高设计水平和配套设备质量，是逐步完善旁路系统、提高运行安全可靠性、获得更高经济效益的必然途径。关键词 大型火电机组，旁路控制，运行调试Abstract Large-unit is the main power of electricity industry, along with global energy Insufficiency and progress of environment consciousness, now surpercritical and ultra-supercitical units that are high efficiency and low emission have been outstanding epquipmengts in the world. large unit reprsents the tadvanced thermal process theoty, material science and automatic technology. cooperating control between bypass system and large-unit. with safety, high efficiency, low emission, which have close relationship with economic benefit17.Bypass system is important auxiliary equipment of operation of large-unit, and has many funcions, such as coopreating startup, recycling process fluid, reducing consumption, decreasing emission. Bypass system has several process steps, including pressure reduction, desuperheating etc, and adopts automatic control method under different operation modes.Typical big unti bypass system comprises of high pressure bypass and low pressure bypass, individually executes different functions in unti operation. Bypass system operation control shall correspond with unit control system operation, and equip interlock device.Adding-bypass system is a system project, through bypass design, operation control mode selection, key element choice, system match, installation and commission, excellent cooperati ve startup among untis, to complete relevant functions.Bypass system has achieved widely domestic appliance, and achieves some effect on safety opreation, combined load cooperation and economic benefit, while unveiling some problems to be resolved19.Further research of large-unit bypass system thermal process theory, thermal process matri al, fundamental element and automatic control, and accumulating exprerience during practice, co ntunuously improving design level and matching quality, are necessary route for gradually perfecting bypass system functions, improving operation safety and reliability, achieving higher economic benefit.Key Words Large Power Unit, Bypass Control, Cooperative Regulation目 录 摘 要IAbstractII目 录III1引 言11.1 旁路控制系统的简介11.2 旁路控制系统的功能22旁路控制系统42.1旁路控制系统的组成42.1.1旁路调节阀42.1.2液压动力单元和液压执行机构52.2旁路控制系统的工作方式52.2.1启动方式52.2.2运行方式52.2.3启动方式和运行方式的选择逻辑72.3旁路控制系统的控制方式83分散控制系统93.1 分散控制系统简述93.2 Symphony控制系统设计中采用的各种模件及其介绍93.3针对硬件的说明103.4设计中用到的部分功能码114防城港#2机组旁路控制系统设计134.1设计思想134.2高压旁路控制系统134.2.1高压旁路控制系统的主要作用134.2.2高压旁路控制系统的工作原理134.2 低压旁路控制系统175防城港#2机组旁路控制系统分析195.1高压旁路压力控制分析195.1.1自动控制分析195.1.2手动控制分析205.2高压旁路温度控制分析215.2.1自动控制分析215.2.2手动控制分析215.3低压旁路温度控制分析225.3.1自动控制分析225.3.2手动控制分析235.4低压旁路压力控制分析235.4.1自动控制分析235.4.2手动控制分析246结 论25致 谢26参考文献27附 录 A1.128附 录 A1.229附 录 A1.330附 录 A1.431附 录 A1.532附 录 A1.633附 录 A1.734附 录 A1.835附 录 A1.936此文档仅供学习与交流1引 言 1.1 旁路控制系统的简介 汽轮机旁路控制系统（BPC）是指与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统。它由管道、阀门和控制机构等组成，其作用是在机组启动或事故状态下降锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而直接引入再热器或凝汽器1。中间再热机组的旁路，主要有单级大旁路系统、两级串联旁路系统和三级旁路系统三种结构型式。单级大旁路是指将过热器出来的蒸汽经减温减压后直接引入凝汽器，而不进入汽轮机做功的旁路系统。该旁路与整个汽轮机并联，如图1.1所示。这种旁路系统的特点是设备简单，但不能保护再热器，故只能用在再热器不需要保护的机组上。图1.1 单级大旁路系统两级串联旁路由高、低压两级旁路串联构成，其中高压旁路将过热器出来的蒸汽经减温减压后直接引到再热器入口，与高压缸并联；低压旁路将再热器出来的蒸汽将减温减压后直接引到凝汽器入口，与中低压缸并联，如图1.2所示。三级旁路系统是指既有单级大旁路又有两级串联旁路的旁路系统2。早先采用一级大旁路结构方式，目前用得比较多的是两级串联旁路系统。因为两级串联旁路系统功能较全，系统组成也不复杂，且能适应较多的运行工况。 图1.2 两级串联旁路系统汽轮机旁路系统是随发电机组的发展而产生和发展的。中、低压发电机组系统简单，启停相对比较容易，所以一般不设旁路系统。而对于大型火电机组都采用中间再热式热力系统，构成一机一炉的单元配置，由于汽轮机的锅炉运行特性的不同而带来机炉之间的不协调等问题，所以大都设有旁路系统。汽轮机旁路系统的容量是指经旁路系统的最大蒸汽量占锅炉额定蒸发量(MCR Maximum Continuous Rate 最大连续出力)的百分数。一般来说，旁路系统的容量越大，相应的调节和保护作用越强。欧洲比较重视旁路系统调节与保护作用，旁路容量比较大，可达50%100%MCR，而日本、美国相对不太重视，旁路容量一般仅为20%30%MCR。旁路容量越大，其调节与保护作用越强，容量越小，功能也相对受到限制。国内多数涉及采用旁路容量是30%50%MCR之间，少数引进机组旁路容量高达100%MCR。国内大型火电机组使用较多的是瑞士苏尔寿公司生产的带液压执行机构的旁路控制系统和德国西门子公司生产的带电动执行机构的旁路控制系统。由于电动执行机构相对来说驱动力矩小，执行动作较慢，所以主要用于200MW及300MW机组，而液动执行机构力矩大，动作快，主要用于300MW及600MW机组。但目前电动执行机构在性能方面做了很大改进，所以当前也有600MW机组采用电动执行机构的旁路控制系统。旁路系统的调节阀，特别是高压旁路的温度、压力调节阀在高温、高压条件下工作，所以要求较高。进口阀门调节特性好。打得开、关得严，执行机构动作灵活、可靠，这是进口旁路系统大都能正常投入运行的重要原因3。1.2 旁路控制系统的功能汽机旁路控制系统有启动、溢流和安全三项功能，这三项功能在调峰运行机组上的作用更为明显。当单元制机组实行两班需要尽量缩短热态启动时间，以提高对负荷适应性，仅在配合了汽机旁路后机组才能适应电网对这种运行方式的要求。汽机旁路控制系统一般具有以下功能：（1）改善机组启动性能：机组冷态或热态启动初期，当锅炉输出的蒸汽参数尚未达到汽机冲转条件时，这部分蒸汽就由旁路控制系统通流到凝汽器，以回收汽水和热能，适应系统暖管和储能的要求。特别是在热态启动时，锅炉可用较高的燃烧率、较大的发汽量运行，加速提高汽温，使之尽快与汽轮体身的金属温度匹配，从而缩短启动时间。（2）弄够适应机组定压和滑压运行的要求：在机组启动过程中，可以控制新蒸汽压力和中压缸进汽压力；而转入正常运行时，监视调节锅炉出口压力，防止炉膛超压。（3）保护再热器：在汽机启动过程中或者汽机突然跳闸甩负荷时，旁路控制系统可保证再热器有一定的蒸汽流量，使其获得足够的冷却，防止干烧而损坏再热器，从而起保护作用。（4）实现机组快速切符合功能：在事故突发状态下缩短安全门动作时间或完全不起跳，节约补给水。当电网发生事故时，可以使机组保持空负荷或只带厂用电运行；当出现汽机事故时，如果有关系统正常，则允许停机不停机时间，有利于整个系统的稳定。（5）协调锅炉主蒸汽压力：在正常运行工作情况下，如果汽机外负荷变化频繁而波动太大，将利用旁路系统帮助锅炉、汽机协调控制系统调节锅炉主蒸汽压力以适应负荷变化。 2旁路控制系统 2.1旁路控制系统的组成2.1.1旁路调节阀 旁路调节阀室旁路系统完成减压、减温和流量调节的主要部件7。图2.1是600MW机组高低压两级串联旁路系统的示意，从图中可看出旁路系统的调节阀主要有：（1）高压旁路调节（减压）阀（BP）；（2）高压旁路喷水调节阀（BPE）；（3）高压旁路喷水隔离阀（BD）；（4）低压旁路调节（减压）阀（LBP）；（5）低压旁路喷水调节阀（LBPE）。根据需要，有些机组的旁路系统还设计有低压旁路喷水隔离阀（LBD）、低压旁路三级减温水阀（TSW）。图2.1 串联旁路示意图 高压旁路减压减温调节阀的主要作用是对主蒸汽进行减温、减压，使其下降到正常条件下高压汽轮机的排汽压力和温度值。高压旁路喷水隔离阀的作用是当旁路阀关闭后作为隔离阀，使减温水可靠切断，防止减温水漏入再热器甚至汽轮机，保证汽轮机和锅炉的安全。该阀位开关型阀门，因此，采用二位逻辑控制。低压旁路调节阀装于低压旁路，它将中压参数整齐减压至凝汽器进口压力参数，是汽轮机旁路中体积最大的阀门。低压旁路喷水调节阀工作时，可根据低压旁路调节阀出口温度信号调节减温水水量。2.1.2液压动力单元和液压执行机构液压动力单元是指旁路系统液压油站，它为执行器提供动力油。液压动力单元由两台主油泵，充油阀，蓄能器，减压阀，释放阀，单向阀、P1、P2、P3三个取压口、循环过滤泵、风扇冷却器和过滤器组成。3个取压口分别为：P1口向高压旁路系统供油，P2口向快开系统蓄能器供油，P3口向低压旁路系统供油。液压执行机构的作用是接受地电子控制装置输出的阀位指令信号，控制相应旁路阀门的开启或关闭。它采用模块化设计，包含以下部件：执行器ASM、控制装置PV、定位装置PVR、步进控制装置APL、安全控制系统SSB、安全旁路系统SBE。2.2旁路控制系统的工作方式 2.2.1启动方式旁路系统的启动方式有三种：冷态启动、热态启动和重启动方式11。启动方式的选择由锅炉主蒸汽压力pT的大小决定，设高压旁路的最小压力设定值为pmin,冲转压力位psync当pT pmin时，为冷态启动方式；冷态启动时，高压旁路系统的启动曲线如图2.1所示。机组从启动、锅炉点火直到带负荷运行的过程中，旁路控制系统经历了启动方式、压力控制方式、跟踪方式三种控制方式。当pminpTpsync时，为重启动方式：这种方式用于短时间跳闸而锅炉压力仍维持在一定值的重启动。此时压力设定值跟随实际压力值，正的压力变化率被置0，即不允许压力升高，只允许降低，跟踪偏压dp解除。一旦锅炉重新产生蒸汽，压力开始增加，旁路阀将打开以确保蒸汽流过而冷却再热器。 2.2.2运行方式旁路系统启动工作方式是指机组冷态启动时，旁路系统的工作方式。从原理上讲，机组冷态启动时，旁路系统存在三种运行方式：阀位运行方式、定压运行方式，三种方式之间的逻辑关系如图2.2所示。图2.2 三种工作方式图（1）阀位工作方式：阀位方式也称启动方式，这是锅炉点火到汽轮机冲转前的旁路运行方式。锅炉点火后至汽轮机冲转之前，为了保护过热器和再热器，应有适量的蒸汽流过，在蒸汽循环的过程中，使得压力和温度得以提高，这要依靠调节旁路阀开度来满足启动参数要求。随着传热过程的进行，工质压力和温度不断提高，为了满足启动曲线要求，高压旁路阀也逐渐开打，直达到所设定的最大开度。在这一阶段，高压旁路压力先设为初值压力设定值，该设定值低于冲转压力，使工质在启动初期以较慢的速率升温升压。而主蒸汽压力设定值也按给定值发生器所设定的升压率逐渐增加。给定值发生器还具有限制主蒸汽压力上升速率的功能。当旁路开度达到最大之后，保持最大开度不变，于是主蒸汽压力、温度逐渐上升，随着主蒸汽压力的上升，其设定值也相应升高。低压旁路的情况与高压旁路相似。 （2）定压工作方式：在高压缸启动方式下，当主蒸汽压力上升到所设定的压力值（冲转压力）时，自动转为定压运行方式，汽轮机高压调节阀开启，汽轮机开始进汽。随着汽轮机调节阀的开大，进入汽轮机的蒸汽流量逐渐增大，为了保持主蒸汽压力稳定不变，旁路调节阀会逐渐关小，让主蒸汽流量由旁路系统切换到主蒸汽系统上，直至旁路阀完全关闭。当所有旁路阀全关且再热蒸汽压力小于某一值后，DEH系统选择“旁路切除”方式。至此，高压旁路定压方式结束。所有旁路阀门保持关闭状态，但旁路系统仍处于热备用状态。在中压缸启动方式下，高压旁路阀保持最大开度，主蒸汽压力按运行人员设定的升压率上升，再热蒸汽压力也随之上升。当主蒸汽压力升高到所设定的压力值时，旁路系统自动转为定压运行方式，这时压力设定值保持一定，以保证汽轮机启动时的主蒸汽压力稳定，实现定压启动。当满足冲转条件所要求的主蒸汽压力和主蒸汽温度时，汽轮机开始冲转升速，随着耗汽量增加，高压旁路阀相应关小，以维持机前主蒸汽压力为给定值。在汽轮机升速到3000r/min并网带上初负荷后，旁路系统仍然处于定压运行状态，高压旁路阀起调节主蒸汽压力作用。当主蒸汽压力大于设定点时，高压旁路阀打开，当主蒸汽压力小于设定点时，高压旁路阀关闭。随着锅炉燃烧率的增加，汽轮机负荷逐渐上升，高压旁路阀应逐渐关闭。最后高压旁路阀完全关闭时，主蒸汽压力的控制由单元机组CCS控制系统来完成，旁路系统自动切至滑压运行方式。 （3）滑压工作方式：滑压工作方式又称为旁路跟踪方式或称旁路热备用方式。这时旁路控制系统给出的主蒸汽压力设定值和再热蒸汽压力设定值自动跟踪主蒸汽压力和再热蒸汽压力实际值，并且只要蒸汽压力的升压率小于所设定的升压率限制值，压力定值总是稍大于实际压力值，即p定值=p实际+p，以保证汽轮机正常运行时旁路阀严密关闭。运行中若主蒸汽压力出现大的扰动，旁路阀将在较短时间内快速打开。当扰动消失后，压力定值大于实际压力，旁路阀再次关闭，维持主蒸汽压力的稳定。2.2.3启动方式和运行方式的选择逻辑启动方式和运行方式的选择逻辑如图2.3图2.3 启动方式与运行方式逻辑图2.3旁路控制系统的控制方式旁路控制系统为用户提供两种控制方式，给用户根据现场实际情况选择使用。为自动和手动方式，两种方式的优先级后者高于前者，并且两种方式之间互相跟踪，切换时无扰动。在任何一种控制方式下，旁路系统都有阀门之间的连锁和保护功能10。3分散控制系统3.1分散控制系统简述Symphony DCS （分散控制系统）是美国BAILEY公司推出的面向工业企业，自动化控制管理的一种新型控制系统，它是一种集中了多种高新科技的新型仪表控制系统，设计理念是“分散控制，集中管理”原理结构比较复杂。从控制仪表的角度看，它是继组件组装式模拟仪表之后的新一代控制仪表系统，采用了以微处理器为核心的不同功能组件，构成包括数据采集，运算处理控制输出等功能的连续控制和顺序控制系统，这些组装式模件安装在一个个标准规格的机柜中直接与工业现场连接，构成控制系统。从信息系统的角度来看，分散控制系统是一个数字通信网络，具有不同功能的部件。诸如，过程控制单元，操作控制单元，数字逻辑站，计算机接口单元等作为通信网络一个个节点，实现信息的传递与交换，从控制的角度来看，分散控制系统是一种分级控制系统，包括直接对过程进行控制的过程控制级，控制管理级，以及生产管理级。从系统的物理实现来看，又可分为硬件系统和软件系统，硬件系统以微处理器为基础的功能模件处于管理级上的计算机，过程通道接口及传输线路，各种专用的和通用的外部设备，人机联系设备等软件系统包括系统管理的操作系统，数据库系统和一系列模块化功能软件，用户能以某种十分简单的方式进行系统的设计无需编写应用软件程序。过程控制级：直接与生产过程相连接，承担过程信号的输入，运算处理，控制量输出的设备要有构成直接数字控制系统的闭环控制站也中现场控制站，现场控制单元或基本控制器以及承担数据采集功能的数据站或过程输入输出单元，现场控制站的组成包括机柜、控制器模件、模拟量输入输出模件，数字量控制模件，数字量输入输出模件等一些模件组成，它能实现连续控制，顺序控制，算术运算，报警检查，过程I/O处理和通信等等。控制管理级主要实现工业过程的分散控制，实现系统的集中显示和操作与管理。主要设备有操作控制站，工程师站和通信设备等。工程师站具备操作控制站的部分功能外，要用与对控制系统的组态，参数调整和系统维护等任务。数据通信系统是将过程控制级与控制管理级连接在一起的桥梁。数据通信传输介质是一条采用双绞线或同轴电缆构成的高速通信线路即DHW数据调整公路。现场控制站（PCU）操作接口单元控制台（OIU）管理命令系统（MCS）及计算机接口单元（CIU）都通过通信接口电路接到数据高速公路上，通信网络结构有星形、环形、总线形美国L&N公司的MAX-1000使用星形DCS网络结构，Bailey公司的Symphony采用环形网络结构11。3.2 Symphony控制系统设计中采用的各种模件及其介绍（1）多功能处理器MFP多功能处理器是Symphony模件系统中功能最强的一种模件。它相当于计算机控制系统中的主机部分，由它完成用户设计的模拟和数字控制策略。MFP最多可支持64个子模件，除ASM系列子模件不支持外，其余全可以。MFP可以1：1地冗余配置，一个工作，另一个备份，二者之间有一个1M给水量扰动下的水位变化的动态特性Baud的冗余链。主MFP工作时，副MFP随时拷贝主MFP的一切数据，一旦主MFP故障，副MFP在15ms内自动投入。冗余配置还可以进行在线组态，即不停机地在副MFP上进行控制方案修改，修改完毕再把副MFP更换为主MFP。MFP可带64个模拟控制手操站（SAC）、8个数字逻辑手操站（DLS）。（2）控制输入输出子模件Symphony系统中的子模件相当于计算机控制系统中的过程通道，它为主机（即MFP）提供过程输入（即模拟量输入和开关量输入）和过程控制输出信号（即模拟量输出和开关量输出）。控制输入输出子模件（CIS02）是Symphony系统中功能最强的一种子模件，它集模拟量过程通道和开关量过程通道于一体，具有4个模拟量输入、2个模拟量输出、3个开关量输入和4个开关量输出通道。（3）子模件扩展总线Symphony子模件扩展总线是高速同步并行总线，在主模件和子模件之间提供通讯路径，主模件执行控制功能，子模件执行输入/输出功能。子模件和主模件的板边连接器P2连接子模件扩展总线。子模件扩展总线是模件安装单元（MMU）后板上的12条平行线。一个位于MMU后板上连接插座中的12位跨接器连接主模件和子模件之间的总线。通过扁平电缆还可以把总线扩充到6个MMU。（4）模拟控制站SAC 与数字逻辑站DLS模拟控制站提供单个回路的控制和监视功能，而且还具有接点或4-20mA电流输出的手动控制和旁路能力。它类似于常规仪表控制系统中的手动操作器，只是功能更强大。SAC实质上就是一个专用的微机监控系统。SAC和CIS并行工作，主模件MFP协调他们的工作。数字逻辑站实质上是一个按扭和指示灯站，提供按扭输入和指示灯输出，相当于常规仪表控制系统的操作按扭和指示灯。它通过端子单元TLS与数字模件DSM相连，实现与主模件的通讯。一个DSM最多可以连接8个DLS，而一个MFP也最多带8个DLS。3.3针对硬件的说明总线（CONTROL WAY）共可带32个节点，子总线可带64个子模件，速度为500波特，过程控制单元（PCU）为控制系统的核心部分，有它完成闭环控制、顺序逻辑控制和数据采集，PCU所能实现的一切功能都是由它所包括的各种模件体现出来的，每个PCU最多可带32个主模件，主模件在控制通道上通讯的“标记号”叫做模件地址，它与模件在PCU中的位置，而5位二进制排列级件和现场信号的连接必须经过相应的端子模件或端子单元15。多功能处理器（MFP）为Symphony系统中功能最强的一种模件，相当于计算机控制系统中的核心部分，由它完成用户设计的模件和数字控制策略。3.4设计中用到的部分功能码（1）功能码156：增强PID控制器说明：增强型PID控制器功能码完成PID控制器的功能。这个功能块具有位置或速度型控制限制算法,它还提供一个防复位终止功能。规格：规格号可调性隐含值数据类型范围最小 最大说明S1NO5INT(2)09998过程变量的块地址S2NO5INT(2)09998设定块地址S3NO5INT(2)09998TR的块地址S4NO0INT(2)09998跟踪标志的块地址：0=跟踪， 1=释放输出：块号数据类型说明NREAL带前馈的控制输出N+1BOOLEAN块增加标志：0=允许增加，1=禁止增加（2）功能码9：模拟量切换器说明：这个输出等于所选择的输入，所选择的状态由外加信号来确定。这个功能码选择两个输入中的一个，取决于布尔输入。它还有两个时间常数，提供两个方向的无扰动切换。输出：块号数据类型说明NREAL输出等待两输入之一规格：规格号可调性隐含值数据类型范围最小 最大说明S1NO0INT(2)0255/2046第一个输入的块地址S2NO0INT(2)0255/2046第二个输入的块地址S3NO0INT(2)0255/2046转换信号的块地址：0=S1，1=S2（3）功能码80：控制站（MFC）说明：控制站（MFC）功能码提供MFC和下列接口设备之间的接口：数字控制站（DCS）、操作接口单元（OIU）、命令管理系统（MCS）和计算机接口单元（CIU）。它提供基本控制“串级控制和比例设定点控制”加手动/自动站切换。不能把这个功能码放在编号高于1023的块上，因为目前工厂环路的信息规模只允许这个环路为进行控制调用到1023块为止。规格：规格号可调性隐含值数据类型范围最小 最大说明S1NO0INT(2)02046过程变量（PV）的块地址S2NO5INT(2)02046设定点（SP）跟踪信号的块地址S3NO0INT(2)02046自动信号的块地址S4NO5INT(2)02046控制输出的跟踪开关（TR）的块地址S18NO0INT(1)07切换到手动信号的块地址：0=不切换，1=切换到手动且保持S29NO0INT(2)02046具有设定点跟踪S2输入的开关的块地址：0=不跟踪，1=跟踪S2输出：块号数据类型说明NREAL控制输出N+1REAL设定点N+2布尔自动方式标志：0=手动，1=自动 （4）功能码2：手动设定常数说明：这项功能提供一个人工调整的输出，这个输出可用做其它块的输入，即这个功能块产生一个可调的模拟输出且带有工程单位。规格：规格号可调性隐含值数据类型范围最小 最大说明S1YES0.00REAL(2)/(3)FULL工程单位的输出值输出：块号数据类型说明书NREAL用户选择的常数4防城港#2机组旁路控制系统设计4.1设计思想本次毕业设计题图是防城港#2机组的旁路设计。旁路控制系统（高、低压旁路控制系统）包括高旁压力控制、高旁温度控制, 低旁压力控制、低旁温度控制以及联锁保护功能。高、低旁温度控制是控制高、低旁阀后温度为一定值, 高、低旁压力控制存在较多的回路切换。高旁系统的过程控制分为最小开度控制、最小压力控制、升压控制、定压控制、跟随控制和汽机跳闸等6个阶段。低旁系统的过程控制相应的分为阀关控制、升压控制、定压控制、跟随控制和汽机跳闸等5个阶段。锅炉点火后, 高旁工作在最小开度方式, 低旁工作在阀关方式, 随着蒸汽的不断产生, 主汽压力渐渐达到最小压力值, 再热汽也达到最小值。为保持主汽压力维持在最小压力, 旁路逐渐开启。当开度达到一定值时, 压力按照机组不同启动状态（冷、温、热态) 下的曲线升压, 直到主汽、再热蒸汽压力达到冲转压力。机组冲转、并网、带负荷后, 高、低压旁路由于进入汽机蒸汽量的增多而逐渐关闭, 旁路工作在跟随方式下，启动过程结束。汽机跳闸后, 旁路快速开启, 以保护机组的安全。4.2高压旁路控制系统4.2.1高压旁路控制系统的主要作用 高压旁路系统的作用主要是在机组启动过程中，通过调整高压旁路阀的开度来控制主蒸汽压力，以适应机组启动各阶段对主蒸汽压力的要求。高压旁路它由主蒸汽压力控制系统、喷水减温控制系统和喷水隔离阀控制系统三部分组成。主蒸汽压力控制系统又包括压力设定值发生器、压力控制器和阀位控制器三部分。4.2.2高压旁路控制系统的工作原理4.2.2.1高压旁路压力控制系统高压旁路压力控制系统原理如图4.1高压旁路压力控制系统主要由比例控制器P、压力定值发生器RIB、比例积分控制器PI1及切换继电器KE、KF等组成。压力定值发生器RIB的工作原理：它由压力变化率限制器和上、下限幅环节组成。当输入压力定值的变化率小于设定的变化率p/t时，输出压力定值等于输入压力定值：当输入压力定值的变化率大于设定的变化率时，按设定的压力变化率形成输出压力定值；当输入压力定值高于压力上限pmax时，输出压力定值取压力上限值；当输入压力定值低于压力下限pmin时，输出压力定值取压力下限值。图4.1 高旁压力控制系统原理图在汽轮机末冲转前，主蒸汽压力的大小取决于过滤燃烧率的大小和蒸汽管路的流动阻力，因此可以调节高压旁路减压阀BP的开度来控制主汽压力位给定值。在图4.1中，高旁减压阀BP开度跟随PI1控制器输出的控制指令y变化，控制值y是PI1控制器对输入偏差p进行运算处理后的输出信号。当主汽压力pTpset时，p为正，控制器输出的控制指令y增加，高压旁路减压阀BP阀口开大；当主汽压力pTpset时，p为负，控制器所输出的控制指令y减小，BP阀口关小，调整BP阀口开度可使主汽压力pT等于其设定值pset。高压旁路压力控制系统采用不同的工作原理来实现各种运行方式。在阀位控制阶段：锅炉殿后后，运行人员在旁路控制系统操作控制站上按下锅炉“启动”按钮，并将高压旁路压力控制投入“自动”状态，图4.1中切换继电器KF动作，使触点1、3接通。阀位指令y与最大阀位ymax的偏差经比例控制器P形成主汽压力设定pset，输入到压力定值发生器RIB，如图4.2所示。由于RIB设置了最小压力限值pmin，在锅炉点火之后，主蒸汽压力pT从零开始逐步增加，PI1控制器前压力偏差p为负，其输出的高压旁路减压阀的控制指令y应为“0”。为了疏水和加速锅炉的升温升压过程，需要给控制设定最小开度ymin（一般为25%左右）和最大开度ymax（一般为50%左右）。锅炉启动初期，在主汽压力pT0，控制器的输出y就在ymin基础上增加，高压旁路减压阀BP的开度从最小开度开始逐步开大。此后，只要开度指令yymax，尽管锅炉燃烧率在不断增加，因BP阀业在同时开大，通过PI1控制比例积分控制，使主汽压力维持在pmin附近。因为这一阶段yymax，y0，经比例控制器P放大，其输出pset10，RIB以设定的压力变化率计算其输出，pset在pmin基础上线性上升，pset上升的结果是使p减小或小于零，从而抑制了高压旁路减压阀控制指令的增加。当高压旁路减压开度y达到设定的最大开度ymax后，可以基本上维持开度不变。图4.2显示P控制器的放大倍数很高，在锅炉燃烧率增加使主汽压力上升的同时，p增加导致控制指令y上升时，只要y稍有增加，使y为正，尽管偏差很小，经P控制器也能使pset1增加较大幅度，从而导致RIB输出的压力定值pset增加，从而造成psetp，经PI1控制器运算又使y下降。相反当主汽压力降低，压力偏差p增加，经PI1控制器运算又使y上升。其结果是使压力设定值以不大于RIB设定的压力变化率跟踪主汽压力上升，但如果锅炉燃烧率增加过快，主汽压力的上升速度超过了RIB设定的压力变化率，就会产生很大的压力偏差p，这时如果限制了BP阀的最大开度ymax，系统就有可能会脱离正常工作状态。所以在这一阶段，如果燃烧率调整得当，主汽压力的上升速度始终小于或等于RIB设定的压力变化率时，压力定值pset就会跟踪实际压力变化，而高压旁路减压阀维持在最大开度附近，该阶段也称为最大开度控制。在定压控制阶段，当主汽压力大于汽机冲转压力时，旁路控制系统进入定压运行方式。图4.1中开关KF复归，触点2-3接通，KE的触点4-6接通。这时主汽压力定值不再是比例控制器P输出的pset1，而是采用运行人员通过压力给定期NA设定的pset0。在阀位控制方式时，NA跟踪压力设定值信号pset，故转入定压方式时不会因压力定值切换而发生扰动。在定压控制方式下，高压旁路压力控制系统是一个单回路控制系统，运行人员设定的压力定值pset0经RIB进行限幅、限速后，形成实际压力定值pset，与主汽压力p比较，经PI1控制器控制高压减压阀口的开度，以维持实际压力p等于压力设定值pset。汽轮机开始冲转后，用汽量逐渐增加，主蒸汽压力下降，PI1控制器的输入偏差下降，其输出控制指令减小，高压旁路减压阀口逐步关小，从而使主汽压力回升。可见在汽轮机冲转、升速至并网呆负荷之前吗，是用旁路控制系统维持主汽压力，用逐步关小旁路阀口的方法，使启动过程完全经过高压旁路控制系统旁通的蒸汽，逐步竟如汽轮机高压缸做功。当机组并网后，在提高锅炉燃烧率的同时，可以逐步提高主蒸汽压力的设定值pset0，使pset增加，高压旁路减压阀口继续关小，主汽压力p继续上升。当主蒸汽压力p达到8Mpa、机组负荷达到30%左右时，高压旁路减压阀口处于完全关闭状态，即原先通过高压旁路的蒸汽流量完全转移到汽轮机。在定压运行阶段，主汽压力并不是不变的，而是由运行人员根据运行情况逐步提升。当运行人员改变压力定值后，旁路控制系统就通过改变高压旁路减压阀口的开度，开控制主汽压力为运行人员设定的压力定值。从锅炉点火倒机组带约30%负荷这一启动过程可以看出，高压旁路控制系统的作用是：利用旁路控制系统来平衡机、炉之间的能量需求不平衡矛盾。在汽轮机启动之前，锅炉产生的蒸汽由旁路通流，而不需要对外排汽，以避免大量工质的损失。一旦汽轮机启动，旁路控制系统自动将蒸汽逐步转移到汽轮机做功，这时高压旁路的自动控制功能。在滑压控制阶段中，当高压旁路阀BP关闭后，图4.1中继电器KE的触点5-6接通，系统进入滑压控制方式。主汽压力设定值为实际压力p加上p，从而使得压力定值高于实际压力一个p，即： pset0=p+p (4.1)而实际压力定值pset 是pset0经RIB进行限幅、限速后形成的，当主蒸汽压力的变化率小于或等于RIB设定的变化率p/t时，pset= pset0，PI1控制器前的输入偏差正好等于p0，控制器输出等于零，高旁减压阀处于关闭状态，由逻辑回路取消这阶段最小开度限制。如果由于某种外部原因使主汽压力发生突变，如果pset上升时跟不上p的变化速度，而使PI1控制器前的输入偏差大于零，高压旁路减压阀开启，进行泄流减压。高压旁路减压阀设有快速行程开关SSB，在机组运行过程中，如果汽轮机甩负荷，或主汽压力过高超过规定值时，逻辑回路发出快开指令(OP)，作用到执行机构，执行快开动作，快速开启高压旁路减压阀BP，实行泄流减压，当压力恢复时自行关闭。若高压旁路减压阀已开启、而低压旁路减压阀打不开，或高压旁路后蒸汽温度过高或减温水压力过低时，逻辑回路发出快关指令(CL)，高压旁路减压阀BP快速关闭，而且快关优先于快开。4.2.2.2 高压旁路温度控制系统高压旁路控制系统工作过程中还要对温度进行控制，高压旁路流通的蒸汽将直接引入到再热器，根据再热器运行要求，其入口温度要保持在一定范围，一般要求再热器冷端温度保持在330oC左右。在机组正常运行时，主蒸汽温度要高达540oC，所以未减温的蒸汽不允许进入再热器。高旁温度控制系统是通过改变喷水阀BPE的开度，进而调节减温水量来控制高压旁路后蒸汽温度，如图4.1所示是一个单回路控制系统，由变送器测得的高压旁路出口汽温t与运行人员设定值tset，进行比较，其偏差送到比例积分控制器PI2，运算结果控制减温水阀门BPE的开度，以实现汽温控制。系统引入了旁路蒸汽流量来修正喷水控制强度，考虑到在不同负荷下，相同的温度差应有不同的喷水强度，系统中使用主蒸汽压力与高压旁路减压阀开度为信号，经处理计算出旁通蒸汽流量，用该蒸汽流量信号作为乘法系数修正喷水量控制信号，从而使喷水阀开度指令随着旁通蒸汽流量增加而增加。在机组启动过程中，如果高压旁路减压阀快速关闭，调温系统的喷水减温阀也快速关闭。图4.1中高压旁路喷水先经过高旁喷水隔离阀BD。BD阀有两个作用：降低给水压力，BD阀前后压力在BD阀全开时，大约降低到60；当旁路阀门关闭后作为隔离阀使用。BD阀是两位式控制，与高压旁路减压阀BP经逻辑回路联锁。BP开度大于2时，BD全开；BP开度小于25%时，BD全关。BD阀的开启或关闭在操作台上有灯光显示，如果BD不在“关”或“开”的位置，故障指示灯将闪光报警。4.2 低压旁路控制系统对于高压旁路和低压旁路以串联方式构成的旁路控制系统，高、低压旁路必须协调动作，才能实现旁路控制系统的功能。汽机未冲转前，锅炉产生的新蒸汽经高压旁路进入再热器，再热器送出的蒸汽由低压旁路通流至凝汽器。因此低压旁路控制系统的运行状态会影响到凝汽器的安全运行，这是旁路控制系统运行时必须考虑的问题。根据中间再热式机组的运行要求，再热汽压力应与机组负荷相适应，再热汽压力随机组负荷变化而变化。低压旁路压力和温度控制系统的组成原理示意图如图4.3所示，低压旁路压力控制系统由压力定值形成回路、低压旁路压力控制器P13、减压阀LBP等组成。在机组启动过程、低负荷阶段或甩负荷状态时，低压旁路压力控制系统为定压运行方式，压力设定值为最小值pmin。pmin可以由运行人员设定，以维持一定的蒸汽流量通过再热器。在额定负荷的30以上时，再热器出口压力定值与负荷成正比。在此阶段，低压旁路运行在滑压方式，低压旁路的压力定值为再热器出口压力定值prset0加上一个小的限值p，以保持LBP在关闭状念。再热器出口压力定值由实测的汽轮机调节级压力p1乘上一个比例系数后得到，该系数为机组100负荷时，再热器出口压力设计值和调节级压力设计值的比值确定。如某机组再热器出口压力和调节级压力设计额定值分别为3.3MPa和12.9MPa，则其比值为0.256。在滑压阶段，再热器出口压力定值为： prset=0.256p1+p (4.2) 在图4.3中pmax为低压旁路压力最大设定值，它略低于再热器安全门的动作压力，pmin、pmax、p的值都可以预先设定。低压旁路压力控制回路启动初期为阀位方式，低旁减压阀LBP与高旁减压阀相同，有一个最小开度值ymin。当再热器压力pr低于最小压力pmin，低压旁路阀LBP保持最小开度ymin。低旁压力设定值prset由汽机调节级压力信号p1乘上转换系数后与p叠加，再经过上、下限幅后得到，prset与再热器出口压力pr进行比较得到压力偏差pr。图4.3 低压旁路控制示意图5防城港#2机组旁路控制系统分析5.1高压旁路压力控制分析5.1.1自动控制分析图5.1 高压旁路压力控制组态图给定值：系统处于自动控制时，模拟控制站3353输出(A)的值为1，经3313取反后再同旁路启动信号做与运算，再经3360取反后与模拟控制站3353输出(SP)的值一同作为速率限制器3361的输入，最终块3361的输出将作为给定值输入到APID控制块3306中。块3316的输出同时