火电厂旁路系统改造及保护控制优化.pdf

第3 7卷 第4期 2 0 1 5年 4月 华 电技 术 Hu a di a n T e c h n o l o g y Vo l _ 3 7 No ． 4 Ap r ． 201 5 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4 4 1 0 0 0 摘要 湖北华电襄阳发电有限公司3 0 0M W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。 关键词 汽轮机； 旁路系统； 伺服阀； 保护控制 中图分类号 T M 6 2 1 ． 6 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 5 0 4 0 0 4 5一 O 3 0引言 2 旁路系统的改造 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 3 0 0 M W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。 湖北华电襄阳发电有限公司机组自 1 9 9 8年投 产至今 ， 已连续运行 1 6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 2 0 1 3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 D E H 控制系统共用抗燃 油 E H 油站； 保护设备电源由2 4 V D C可常带电改 为 2 2 0 V A C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 1 2 MP a时闭 锁高、 低旁及减温水门。但改造后由于使用 E H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 E T S 中因 E H油压低而停机 其跳 闸定值是 9 ． 6 5 MP a 时 ， 为 表 1 旁路 系统改造前 、 后对 比 收稿日期 2 0 1 4 0 9 1 2 ； 修回日期 2 0 1 5 0 2 0 5 保护过热器需要高旁快开 低旁联开 ， 但改造后油压 一 低于 1 2 MP a ， 高、 低旁就已经闭锁 ， 还如何快开 4 5 华 电技 术 第 3 7卷 原旁路系统因为有独立油站是不存在此问题的 ； 虽 然 E H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。 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 E H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 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 1 0 s 脉 冲。由于 快关 电磁 阀不带 自保持功能 ， l 0 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 1 0 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 ， 大量蒸汽冲人凝汽器 ， 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 l 0 s 脉冲， 更改后的逻 辑如图4所示 。 真空度低 喷水压力低 伺服阀指 令清 0 L_ J L 与 ．门 L 一 快 关 电 再 热 蒸 汽L l 磁 阀 带 区 再 热 蒸 汽 一 兰 竺 竺 三 0_ 叫 一 、韫度 低 旁已 关 开 关 量 写 f 低秀指令反馈 I 1 l 偏差 1 0 ％ 一 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 图4 优化后的低旁快关保护逻辑 动作情况。 1 增加逻辑 只加载在快关 电磁 阀入 口， 不影 表 2高、 低旁 闭锁保护逻辑优化分析 工况 优化后分析 机组运行 机组跳闸瞬间 非 E H油压低停机 机组跳闸瞬间 E H油压低停机 机组停运 如旁路系统漏油导致 E H油压下降， 当油压低至 1 2 M P a 时闭锁高 、 低旁， 运行人员再及时关 闭旁路液压块手动 门， 隔离旁路系统 ， 可在线处 理旁路故 障， 避免停机 E H油压不低但机组运行信号消失不 闭锁 ， 高 、 低旁可正常开启 E H油压真低且机组运行信号消失不 闭锁 ， 高 、 低旁可正常开启 E H油压真低且机组运行信号消失不闭锁 ， 避 免停机期 间因 E H油泵停运 闭锁 阀长期带 电 而烧毁 一 一 一 一 第 4期 庄向阳， 等 火电厂 旁路 系统改造及保护控制优化 4 7 响伺服回路的正常动作 。 2 再热蒸汽温度 8 0 o C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 1 0 ％ 伺服阀故障的判据 时， R S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 8 0℃ 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 ， R S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 隋况 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 陕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 1 0 S 脉冲。由于高旁陕开、 快关电磁阀都是得电动 作、 失电后自 动复位， 1 0 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 1 0 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 1 0 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 3 0 0MW 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 作者简 介 庄向阳 1 9 7 5 一 ， 男， 湖北襄阳人 ， 工程师， 从事火电厂 热控维护工作 E m a i l z h u a n g x y x f f d ． c o n 。 o●o●0●0●o●0●◇●o●o●o●o●0●o● 0 ●o●o●o●o●◇● 争 ●◇●◇●◇●0● o●o●o●◇●◇●◇●0●o●0●o●0●0●o●◇●◇●o●o●◇●0●0●◇●o● 上接第 4 4页 升现象的主要原因如下。 1 励端气 隙隔板与转子护 环碰磨 ， 因护环悬 挂式热套在转子本体上 ， 该处 的碰磨对振动影响较 为敏感 ； 同时 ， 护环膨胀 量将根据 负荷 的变化 而变 化 。从原先表征出的热不平衡现象看 ， 此缺 陷应为 主 要原 因。 2 励端 密封瓦座对合接缝 错位 ， 抵 消了轴 向 间隙裕度 ， 造成密封瓦 自由度受阻 ， 导致密封瓦与转 子碰磨 。 3 汽、 励端轴瓦球面接触不良， 造成轴瓦支撑 刚度不足 ， 尤其是高负荷阶段动刚度更差 。 参考文献 [ 1 ] 杨军， 李桂阳， 何辄． 机组轴系振动诊断及处理方法研究 [ J ] ． 华电技术， 2 0 0 8 ， 3 0 1 5 0 5 2 ． [ 2 ] 郭学， 程明都 ， 李 白峰， 等． 2 1 0M W 汽轮发电机组振动分 析与处理[ J ] ． 华电技术， 2 0 0 8 ， 3 0 9 2 7 2 9 ． 本文责编 白银 雷 作 者简介 纪云松 1 9 6 9 一 ， 男， 江苏常州人 ， 高级工程师， 从事燃 气电厂管理方面的工作 E - m ail 1 3 7 7 5 2 2 1 0 1 7 1 6 3 ． c o m 。