旁路控制系统.docx

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旁路控制系统

旁路控制系统

一、旁路组成

本旁路系统由控制、阀门及气动执行机构组成。

控制由DCS负责实现，控制策略和原理供参考。

阀门为气动执行机构（液动旁路类似）。

旁路系统阀门配置为高旁减温减压阀（BP）、高旁喷水调节阀（BPE）、高旁喷水隔离阀（BD）和低旁减温减压阀（LBP）、低旁喷水调节阀（LBPE）、低旁喷水隔离阀（LBD）和三级喷水调节阀。

二、设备性能要求

1、改善机组的启动性能

机组在各种工况下（冷态、温态、热态和极热态）用高压缸或中压缸启动时，投入旁路系统控制锅炉蒸汽温度使之与汽机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短启动时间和减少蒸汽向空排放及减少汽机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动。

2、机组正常运行时，高压旁路装置作为主汽压超压保护安全装置，一旦主蒸汽压力超过高压旁路装置的设定值，高压旁路阀应能快速开启，并按照机组主蒸汽压力进行调节，直至恢复正常值；低压旁路装置依据机组负荷（调节级压力）调节再热汽压，当再热汽压超过负荷对应汽压时，低压旁路开启调节，并控制再热蒸汽压力。

3、旁路系统装置应能适应机组定压和滑压两种运行方式，并配合机组控制实现负荷调节。

4、当电网或机组故障跳闸甩负荷时，旁路系统装置应快速动作（高旁快开，低旁同时快速打开），实现维持锅炉最小负荷运行功能，使机组能随时重新并网恢复正常运行。

5、在启动和甩负荷时，旁路系统装置应能保护布置在烟温较高区的再热器，以防止烧坏。

6、旁路系统装置应具有回收工质，减少噪音作用。

旁路系统装置设备性能应满足机组在各种工况下（包括启动、正常运行、甩负荷时），能自动或手动（遥控操作）地正常动作和快速动作（高旁快开3秒、高旁正常调节13秒、低旁快关3秒、低旁正常调节13秒）。

7、旁路系统装置应具有下列二种保护功能

（1）高压旁路对新蒸汽管系的安全保护功能

当机组在运行中有下列情况之一发生时，高压旁路应能在3秒种内自动快速开启

定值及以下时，高压旁路自动关闭。

（2）低压旁路对凝汽器的安全保护功能：

当机组在启动或运行中有下列情况之一发生时，低旁应能在3秒钟内自动快速关闭。

8、控制系统应可靠地保证旁路阀门动作符合下列要求：

（1）高压旁路阀的开度在95%以下时；

新蒸汽压力上升，阀门则应随之逐渐开启；

新蒸汽压力下降，阀门则应随之逐渐关闭；

（2）高压旁路阀的开度在95%以上时；

新蒸汽压力上升，阀门则应几乎不动

新蒸汽压力下降，阀门则应随之向关闭方向动作，直至压力达到设定值为止；

9、旁路装置应具有下列联锁保护手段

（1）当高旁喷水调节阀或喷水隔离阀打不开时，则高旁减温减压阀应处于打不开状态。

（2）当高旁减温减压阀打开时，则高旁喷水隔离阀连锁打开。

（3）当高旁减温减压阀关闭时，则高旁喷水调节阀和高旁喷水隔离阀则应同时关闭，并应自动闭锁温度控制系统。

（4）当低旁喷水调节阀打不开时，则低旁减温减压阀应处于打不开状态。

（5）当低压旁路阀打开时，则低旁喷水隔离阀应相连锁打开。

（6）当低旁减温减压阀关闭时，则低旁路喷水调节阀应同时关闭。

（7）当低压旁路阀快速关闭时，高旁各阀根据机组工况自动或手动（遥控）关闭。

10、对于旁路阀系统当正在动作中的控制电源突然断电时，此时各阀应能自动关闭。

11、控制系统应留有与DEH的接口。

三、旁路的运行方式

旁路有三种运行方式、既启动方式、滑压方式和定压方式，三种方式之间的关系如图：

一、启动方式

启动方式称阀位方式，这是锅炉点火到汽轮机冲转前的旁路运行方式。

启动方式分为高压缸启动方式和中压缸启动方式，高压缸启动方式和中压缸启动方式的开始阶段都是最小开度控制，这时由于主蒸汽压力和热再热压力小于最小压力定值，高旁阀BP和低旁阀LBP不能自动打开，而是通过一个最小开度强制打开，在主蒸汽压力和热再热压力达到相应的最小压力定值之前BP和LBP阀保持最小开度不变，蒸汽通过高压旁路，再热器和低压旁路加热管道系统，当主蒸汽压力和热再热压力上升到最小压力定值，控制回路维持最小压力定值，使BP和LBP逐渐开大，最后达到所设定的最大开度，即为最大开度控制此时高旁保持最大开度，而主蒸汽压力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汽压上升速率的功能。

低压旁路的情况与高压旁路相似。

二、定压方式

高压缸启动方式时，当主蒸汽压力上升到所设定的压力值时，自动进入定压运行方式，旁路系统阀门保持此压力不变等待机组冲转。

当各种条件具备，机组准备冲转时，操作员按下CRT上的“冲转”按钮后，高旁阀BP开始关闭，使得主蒸汽压力近一步上升，到高旁阀完全关闭时主蒸汽压力为冲转压力，高旁

关闭后，且再热压力小于（）kg/cm2，低压旁路阀LBP开始逐渐关闭。

当所有旁路阀全关且热再热压力小于（）kg/cm2后，DEH系统选择“旁路切除”方式，汽轮机即可开始冲转。

至此，高压缸启动方式结束，旁路系统退出工作。

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。

中压缸启动方式时，高旁阀保持最大开度不变，主蒸汽压力按给定值发生器设定的升压率上升，热再热压力随之上升。

当主蒸汽压力升高到（）kg/cm2时，旁路系统自动转为定压运行方式，这时压力整定值保持一定，以保证汽机启动时的主蒸汽压力，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机开始冲转升速，此时汽机耗汽量增加高旁阀相应关小，以维持机前压力在（）kg/cm2，在汽机升速到3000rpm并网带初负荷后，旁路仍然处于定压运行状态，高旁阀起压力调节作用。

当主蒸汽压力大于设定点时，高旁阀打开，当主蒸汽压力小于设定点时，高旁阀关闭。

在此过程中，低旁阀维持最小压力定值。

随着锅炉燃烧率的增加，汽轮机负荷逐渐上升，当汽机负荷上升到额定负荷的（）％时，高旁阀应逐渐关闭。

最后高旁门完全关闭时，旁路系统自动切至滑压运行方式。

三、滑压方式

滑压运行方式时，主蒸汽压力设定值和热再热压力自动跟踪主蒸汽压力和热再热压力实际值，并且只要新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+ΔP，这样就能保证旁路阀门在关闭状态。

当汽轮机负荷＞（）%，且高、低压旁路阀完全关闭后，操作员可以在DEH操作面板上选择旁路继续投入或旁路切除运行方式。

如果旁路系统切除，旁路控制系统即退出运行，处于热备用状态。

如果旁路系统仍然继续投入工作，则运行中如果锅炉出口压力有扰动，其升压率ΔP/Δt大于限定值，则高旁阀会瞬间打开。

扰动过去后，定值大于实际值，高旁阀再度关闭。

高旁阀一旦打开，滑压方式立即转为定压方式，压力定值为转变瞬间的压力波动值加上压力偏差ΔP。

以上参数据机组实际需要设定，并可做在线修改。

四、旁路控制方式

旁路控制应为用户提供两种控制方式，供用户根据现场实际情况选择使用。

这两种控制方式分别为自动-遥控手动，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，旁路控制系统都具有阀门之间的连锁和保护功能。

1、DCS制造商至少应做两幅画面供运行人员操作监控旁路用

（1）旁路热力系统图，用颜色标明各阀的开关状态，阀旁显示其百分开度及阀前、后压力温度参数。

（2）旁路阀的控制面板：

操作员可用光标（或直接使用键盘）通过有关按钮监视控制整个旁路。

2、遥控手操

操作员用光标通过有关按钮把旁路控制状态切换至手动，然后用光标对各阀的开关按钮进行阀门启闭的操作。

3、自动控制

在阀门伺服系统正常的前提下，按下“自动”，即可切换为自动控制方式．在此方式下，控制可以闭环控制高、低旁阀前压力和高、低旁阀后温度、压力和温度目标值由操作员在操作员站CRT上设定。

这时阀位增减按钮无效。

在旁路处于自动控制方式下，按下CRT画面上的“启动”按钮，旁路控制就可根据机组当前状态和DEH运行方式，自动选择旁路系统的运行方式，即高压缸启动方式、中压缸启动方式、定压方式或滑压方式。

旁路控制按照启动曲线，自动给出压力、温度的设定点，控制各个旁路阀门，同时监视主蒸汽压力，热再热压力，高旁后温度，低旁后温度及各种保护条件是否成立，连续保护设备安全。

五、旁路控制工作原理

本旁路控制系统由七个控制回路组成，分别是高压旁路压力控制回路、高压旁路温度控制回路、高旁喷水隔离阀控制回路、低压旁路控制回路、低压旁路温度控制回路、低旁喷水隔离阀和三级减温喷水控制回路。

一、高旁压力控制回路

运行方式：

当旁路系统处于启动方式时，由于主蒸汽压力小于给定值发生器输出的最小压力定值，因此DCS调节器的输入为负值，这时DCS调节器输出为最小阀位Ymin。

当主蒸汽压力上升到给定值发生器输出的最小压力定值Pmin，并继续增长时，DCS调节器输出的阀位定值Ys在原来整定的最小开度Ymin基础上逐渐增大。

Ys与高旁阀最大开度Ymax比较，其差值送入给定值发生器，YsYmax，给定值发生器输入为正值，给定值发生器输出由Pmin开始上升，因此随着主蒸汽压力的上，主蒸汽压力给定值也跟踪上升。

当主蒸汽压力上升到冲转压力时，逻辑回路使旁路系统转为定压方式运行，主蒸汽压力保持在切换瞬间的值，即冲转压力，随着汽轮机冲转后耗汽量的增加、高旁阀逐渐关闭，当高低旁路阀完全关闭后，旁路系统转为滑压运行方式。

主蒸汽压力设定值＝主蒸汽压力+ΔP。

给定值发生器：

如下图所示，给定值发生器是一个带输出限制的反馈积分器，积分器经内部反馈产生一定斜率的斜坡信号。

给定值输出具有最大限位值Pmax，最小限位Pmin。

最大给定值Pmax整定在正常运行时的最大压力值，它比安全阀的压力整定值低，最小压力定值整定在最小压力控制值。

代表主蒸汽压力信号的Ui的变化速率小于整定的压力梯度ΔP/Δt时，输出U0将无延时地跟随Ui的变化。

而一旦Ui的变化速率ΔUi/Δt大于ΔP/Δt时，给定值发生器的输出U0，将只跟随内部设定的压力梯度值ΔP/Δt。

因此给定值发生器还具有限制主蒸汽压力上升速率的功能。

阀位控制回路：

旁路控制系统经过计算输出的阀位指令信号经与阀门实际开度值行比较，其差值以4-20mA信号输出到执行机构定位器，通过执行机构带动阀门，使阀门开到指定的开度。

二、高压旁路温度控制回路

当旁路系统运行时，温度控制回路通过喷水阀向高旁阀的蒸汽膨胀室喷水冷却蒸汽，以保持高旁阀后温度为设定值。

高旁阀后实际温TBP与温度设定值比较，得到温度控制的偏差，送入DCS上的旁路温度控制调节器，调节器的输出即作为高旁喷水阀位给定值的一部分，送入阀位控制回路。

为了改善温度控制特性，特别是蒸汽流量大时减少喷水量的过调和蒸汽流量过小时，增强喷水量的稳定性，采用PD环节补偿测温元件的时间延迟，同时动态地改变控制器的放大信号，使之与蒸汽流量相匹配。

蒸汽流量是由主蒸汽压力与由高旁阀开度经函数转换得到的通流面积经函数计算得出的。

蒸汽流量信号与调节器的输出信号计算得到喷水阀的阀位定值信号。

蒸汽流量与DCS调节器输出信号之间的比例关系由运算工况自动匹配。

在冷态启动时，高旁阀后温度低于温度给定值，DCS调节器输出力O，因此即使有一定蒸汽流量通过，高旁喷水阀仍然保持在关闭状态。

为使高旁阀开度YBP数值较小时喷水阀有一定的开度，给定值上附加了一个5％的固定指令。

三、高旁喷水隔离阀控制回路

高压旁路喷水首先经过高旁喷水隔离阀BD，BD的作用：

一是当旁路阀关闭后作为隔离阀；二是降低给水压力。

在BD阀全开时，BD阀前后压力比大约为0.8倍。

BD阀是两位控制，与高旁阀BP经逻辑回路联锁。

YBP>2%时，BD阀全开，YBP≤2%时，BD阀全关，BD的开启和关闭在CRT和手操盘上均有指示。

当BD阀不在全开或全关位置时，BD阀开、关指示灯将闪烁。

四、低压旁路压力控制回路

低压旁路的压力控制特性如下图所示。

在启动阶段为启动方式。

此时低旁阀开度最小值Ymin，压力设定值为最小压力定值Pmin，当汽轮机冲转时，低压旁路控制回路维持此最小压力不变。

大约在%以上负荷时，再热器出口压力与负荷成正比。

在此阶段中，汽轮机中低压部分运行在滑压方式。

低压旁路的压力定值为再热器出口压力加上一个固定的偏差ΔP，以保证低旁阀LBP在关闭状态。

而再热器出口的压力给定值则由汽轮机高压缸调节级压力乘上一个系数得到，此系数为：

K=额定负荷下热再热压力/额定负荷下调节级压力

图中最大压力定值Pmax为低旁最大压力定值，它应小于再热器安全门的动作压力，最小压力定值Pmin一般即整定为低旁压力最小控制值。

低旁压力定值与再热器出口压力进行比较后得到的差值即送入DCS上的调节器进行处理，调节器输出即为低旁阀的阀位给定值Ys。

低旁阀的阀位回路工作原理与高旁阀相同。

为了防止旁路运行时凝汽器过载，必须限制低压旁路的蒸汽流量这里是利用了限制低旁阀后压力来实现这一目的。

低旁阀后压力PLBPO，与代表最大蒸汽流量的压力限制值PLBPS比较，当PLBPO>PLBPS时，经过低选，将此信号送入调节器，使低旁阀LBP向关闭方向动作。

并在CRT显示报警信息。

五、低压旁路温度控制回路

低压旁路温度度控制回路是低压旁路压力控制回路的随动系统由调节系统方框图中可以看出，通过低压旁路阀的开度YLBP转换为相应的通流面积与再热器出口压力相乘后，得到通过低旁阀的蒸汽流量。

再经函数转换成低旁阀的阀位给定值，送入LBPE的阀位控制回路。

为了在小流量的情况下有足够的喷水量，低旁喷水调节阀的开度最小为20％。

六、低旁喷水隔离阀控制回路

低压旁路喷水首先经过低旁喷水隔离阀LBD，LBD的作用是当旁路阀关闭后作为隔离阀。

LBD阀是两位控制，与低旁阀LBP经逻辑回路联锁。

YLBP>2%时，LBD阀全开，YLBP≤2%时，LBD阀全关，LBD的开启和关闭在CRT和手操盘上均有指示。

当LBD阀不在全开或全关位置时，LBD阀开、关指示灯将闪烁。

七、三级减温喷水阀控制回路

三级喷水调节阀也是低旁压力控制回路的一个随动系统，只要低旁减温减压阀LBP一开它即开，低旁LBP阀关闭后，它延迟约秒后（参数在线可调）关闭。

六、旁路控制的保护和连锁

旁路控制系统除对旁路系统进行正常调节外，还具有对主机及辅机的保护功能。

1、为了保护凝汽器，低旁系统设置五个快速关闭信号：

2、当下列信号出现时，高旁阀快速开启

3、当下列信号出现时，高旁阀快速关闭。

4、当下列信号出现时，低旁阀快速开启：

5、旁路控制系统在需要尽快打开和尽快关闭信号同时出现时，逻辑设计为关优先于开启：

6、高压旁路阀的开启、关闭与高旁喷水阀和高旁喷水隔离阀的开启、关闭连锁。

7、低压旁路阀的开启、关闭与低旁喷水阀的开启、关闭联锁。

8、三级减温喷水阀的开启、关闭与低压旁路阀的开启、关闭联锁。

9、当DEH选择“旁路切除”方式时，关闭旁路系统。

即阀位Y≤2%时，阀门快开、快关电磁阀应全部切断电源，使阀门处于强制关闭状态。

七、旁路控制与DEH的接口

1、DEH旁路

①汽机挂闸

②汽机跳闸

③中压调门全开

④汽机负荷〉%

⑤汽机110%超速

⑥热再热压力〈Kg/cm2

⑦中压缸启动

⑧切除旁路

2、旁路DEH

①旁路系统投入

②旁路系统切除

注：

该旁路控制由DCS来实现，故不存在与DCS的接口问题。