-
10
0%
旁路系统的控制特点及其优缺点
Control features of 100%bypass system
and advantages and disadvantages
邢伟
（山东
中实易通集团有限公司，山东，济南，
250002
）
【摘要】
介绍了
10
0%
旁路系统的功能，重点介绍了高压旁路的运行及其逻辑控制方法，并
介绍了
100%
旁路的优缺点。
【关键词】
100%
旁路，控制，
优缺点
Abstract:
Introduced
the
100%
bypass
function,Focuses
on
the
operation
of
high
pressure
bypass,Logic control method;Describes
the advantages and disadvantages of 100% bypass
Key
words:
100%bypass,control,advantages and
disadvantages
引言
由于地域及技术体系的不同，
对于旁路系统的配置及运行方式也有着很大的差别。如在
美国，一般都采用﹤
20%BMCR
的小旁路，
，仅用于机组启动阶段
，锅炉过热器出口配置安全
阀；有的大机组甚至不配旁路。
日本
其技术特点基本上传承了美国体系。而欧洲与美国
（日
本）在旁
路系统的应用上，其理念与美（日）体系截然不同。在大机组上，高压旁路普遍配
置
100%BMCR
。取消锅炉过热器出口安全阀。低压旁路容量一般
在
60
～
100%
范围，特别是德
国近年来建设的百万级机组，均采用了
10
0%
的旁路配置。但均配有再热器安全阀。在旁路
的应用及发展
方面积累了很丰富的经验。
在玉环电厂
4
×
1000MW
超超临界机组投产的
40%
旁路只是起到了启动
旁路的作用；
而在
北疆电厂
2
×
1000MW
超超临界机组投产的
100%
旁路起到了启动及保护的作用。现以北疆电
厂的
100%
旁路为例介绍其控制特点及优缺点。
1.
旁路简介：
<
/p>
1.1
北疆电厂
1000MW
机组的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。
高压旁
路的减温水取自高压加热器出口。
高旁容量为
100%BMCR
。
低压旁路系统低压旁路每台机组设
2
套，
从汽轮机中压缸入口前热再热蒸汽两根
支管分别接出，经减温减压后接至凝汽器。低旁容量为
65
％
BMCR
。高、低压旁路串联一起，
完成整个旁路系统的工作。低旁减温水由凝结水系统引来。
1.2
天津北疆电厂
1#
机组汽机旁路控制系统采用了
CCI
公司开发的<
/p>
AV6
＋控制系统；
低压旁
路系统装置由液动低压旁路阀（低旁阀，包括减温器）
、液动喷水调节阀、液
动喷水隔离阀
等组成。高压旁路系统装置由液动高压旁路阀（高旁阀，包括减温器）
、液动喷水调节阀、
液动喷水隔离阀等组成。
2
控制系统的硬件结构
2.1
就地控制柜
与循泵出口液控蝶阀类似，不再磊述。
2.2
高旁
DCS
控制柜，采用汽机旁路系统控制器
(CPU)AV6+
和冗余
CPU
保护控制柜（
SC40
－
HP
）
3
控制系统的主要功能
（
1
）高低
旁路配合调整
,
进行从锅炉点火到汽
机冲转前的启动升温和升压控制。
（
2
）根据机组的热状态
(
冷态或热态
)
自动地
确定锅炉升压的定值。
（
3
）为防止锅炉超压及
FCB
功能要求而设置
的快开功能。
（
4
）为保护凝汽器而设置的低旁快关或禁开功
能。
（
5
）高、低旁减温调节功能。
（
6
）手动控制。
4
高压旁路的运行
4.1
机组启动
（如图
3
所示）
（
1
）
四个高旁减压阀分别用一个
M/A
站来控制
。
投入高旁自动后，启动高压旁路开始，即
激活最小开度（
Ymin on
）
10%
< br>；
（
2
）
当主蒸汽达到预定义的最小压力
1MPa
时
，控制器则逐渐打开旁路阀；
（
3
）
当阀门位置达到预定义的值
(Ymax)30%
时
,
设定点生成器开始增加压力设定点升压，
但最大梯度受限；
（
4
）
达到汽轮机冲转压力
8.4MPa
后，
设定点生成器切换到固定压力控制。
汽轮机接收蒸
< br>汽后旁路开始关闭，直到旁路完全关闭；
（
5
）
旁路关闭后，随着负荷的增加，压力设定点跟踪实际的压力加上
dp
，使旁路保持关
闭，
进入跟随模式及溢
流模式。
仍然要限制压力设定点的最大梯度。
若设计蒸汽压力超
过该
梯度，
旁路将逐渐打开，
控制器返
回压力控制模式。由旁路控制压力，
直到恢复正常后旁路
再次关
闭进入跟随模式。
（如图
4
所示）
4.2
旁路关闭
（如图
5
所示）
（
1
）
在降负荷过程中，压力设定值“
Ps
actual+dp
”自动跟踪降低，降至一定值时，运行
人员
可以选择停机模式。
（
2
）
在停机模式时，主蒸汽压力逐渐降低过程中，
“
Ps actual+dp
”自动跟踪降低，只允
许负的梯
度，若主蒸汽压力大于“
Ps
actual+dp
”
，高旁自动切至压力控制模式，开启高旁，
直至
主蒸汽压力与“
Ps
actual+dp
”匹配后逐渐恢复到停机模式。停机模式取消的条件是自
动切除或者是并网信号消除
，
此时主汽压力正常情况下小于
10MPa,
< br>则切换至固定压力模式。
目标值瞬间跟踪实际压力，
运行
人员此时可以手动干预设定值，
随着锅炉熄火，
旁路逐渐关
闭，将再次进入跟随模式。
4.3 <
/p>
正常运行中（压力大于
10MPa
）突然
跳机，则快开旁路，同时投入自动，进入固定压
力控制模式，压力控制器的设定值跟踪实
际压力，但最大不超过
20MPa
。随着旁路的打开，
压力降低很快，
此时记忆的压力设定值很大，
锅
炉燃料减少的很快，则旁路很快关闭，
进入
跟随模式，等待重启
。
4.4
如果意外跳机，需要很
快再次启动时，旁路关闭，锅炉存有一定压力。如果压力大于
此时
8.4MPa
选择重启模式，此时压力设定值
Ps actu
al
跟踪实际压力变化，只允许负的压
力梯度，
（一旦锅炉锅炉压力开始增加）
，旁路阀开始打开，
则
进入固定压力模式阶段，等待
冲转并网；如果再次启动时压力低于
8.4MPa
，则进入热态启动模式，压力设定器按照梯度
升
至
8.4MPa
，等待冲转并网。
5
高旁各种模式切换的逻辑说明
，如
图
2
所示，
（
1
）
自锅炉点火
（
DCS
BP_start_up_00
）
，
< br>主汽压力小于
1Mpa
时
（
P_main_steam_H_Prmin
取非）
，则进入冷态启动模式（
BP_start_up_cold
< br>）
。
（
2
）
自锅炉点火
（
DCS
BP_start_up_00
）
，
< br>主汽压力大于
1Mpa
时
（
P_main_steam_H_Prmin
）
，
则进入热态启动模式（
BP_start_up_hot
）
。
（
3
）
自锅炉点火
（
DCS
BP_start_up_
00
）
，
主汽压力大于
8.4Mpa
时
（
P_mai
n_steam_H_Psync
）
，
且旁路开度
<2%
（
Bp_Ys
）
，则进入重启模式（
BP_restart
）
。
（
4
）
当主蒸汽压力自点火开始逐渐大于
8.4Mpa
时（
P_main_steam_H_Psync
）
，发一脉冲
将
启
动<
/p>
模
式
（
BP_s
tart_up
）
、
冷
态
启
动
模
式
（
BP_start_up_cold
< br>）
、
热
态
启
动
模
式
（
BP_start_up_hot
）
复
位，
如果此时汽机没有加载
（
Hp_t
urbine
on
）
或旁路开度
>2%
（
Bp_Ys
）
则进入固定压力控制模式（
BP_pressure_ct
rl
）
。
（
5
）
当汽轮机加载（
Hp_turbine on
< br>）且旁路开度
<2%
（
Bp_Y
s
）时，进入跟踪模式
（
BP_fol
low_up
）
；当旁路自动切除时，亦进入跟踪模式（
BP_follow_up
）
。
（
6
）
在跟踪模式（
BP_follow_up
）
时，可选择停机模式（
BP_Run_down_00
）
，则进入停机
模式（
BP_Run_down
）
。
（
7
）
在跟踪模式（
BP_follow_up
）
时，如果无停机模式（
BP_Run_down
）
，无重启模式
（
BP_restart
）
，则进入溢流模式（
BP_dp_on
）
。
（
8
）
锅炉点火开始进入启动模式，
等待达到
8.
4MPa
且旁路已开时，
进入固定压力控制模
< br>式，并网后，旁路逐渐关闭后，
进入跟随模式
(
溢流模式
)
，升负荷当升压过快或者旁路快开<
/p>
时，
转入固定压力控制模式，
待旁路关闭
后再次转入跟随模式，
；
停机时可以选择停机模式，
待汽轮机不加载时，停机模式自动切除，转入固定压力控制模式，当锅炉熄火，旁路关闭，
再次转入跟随模式；旁路跳闸关闭或旁路
BP
OPEN
时，控制器切为手动控制，手动控制时激
活跟随模式。
6
高旁控制逻辑说明
（如图
1
所示）
（
1
）
当未启机时，旁路处于关闭状态，高旁
M
手操器处于手动
（
Ps_main_steam_auto
为
0
< br>）
则
M
手操器接受从
DCS
来的高旁最初的压力设定值（
Ps_mai
n_steam_set
）
，但受到最小
Prmin(1)
及最大
Prmax(20)
的限制。
即最初压力设定值至少是
1Mpa
，
运行人员可以手动干预。
（
2
）在冷态启动模式（
BP_s
tart_up_cold
）时，
（
B
P_start_up_cold_hot
）为
1
，此时选择
器选择
Ps start up
，
PI start
控制器接受最小
值
GU
的限值，即输出为
1Mpa
的指令，随
着锅炉点火后的蓄热越来越大，压力逐渐达到
1Mpa
。
（
3
）压力达到
1Mpa
后，则处于热态启动模式（
BP_start_up_hot
）
，
PI start
控制器输出<
/p>
仍旧为
1Mpa
的指令，但旁路开度（<
/p>
BP_Ys
）逐渐增大，直到大于
Ym<
/p>
（
30%
）时，
PI
start
控
制器输出指令逐
渐大于
1Mpa
，
同时接受速率限值块
的梯度限制
（限值为
0.2Mpa/min
）
,
且只
允许有正的梯度。
（
4
）
压
力
达
到
8.4Mpa
后
，
则
进
入
固
定
压
力
控
制
< br>模
式
（
BP_pressure
_ctrl
）
，
此
时
（
BP_start_up_cold_hot
）
为
0
，
则选择器选择
Ps
。
所以此
时运行人员可以手动干预冲转压
力的设定值，速率限制值为
dp
/dt2
（限值为
1.2Mpa/min
）
。
（
5
）
汽轮机加载，
旁路关闭后，
则进入跟踪模式
（
B
P_follow_up
）
和溢流模式
（
BP_dp_on
）
，
此时选择器选择
Ps
follow
up
，
此时
（
BP_dp_on
）
为
1
，
则压力设定值
Ps_m
ain_steam_actual
要加上一差压
dp
（
0.7Mpa
）
，从
而保持旁路关闭，如图
4
所示。如果此时升压过快，超过梯
度所限制的
dp
，则缓慢开启旁路来泄压；
如果超过
1Mpa
，则快开旁路。
（
6
）如果
处于停机模式（
BP_Run_down
）
，
（
BP_Run_down
）为
1
，则速率限制块只允许负的
梯度。<
/p>
（
7
）如果正常运行时，发生
MFT
，则速率限制
器输出跟踪实际压力值（在一定时间内）
，
一段时间后，
如果未转入跟踪模式
（
BP_follow_
up
）
，
则运行人员可以手动干预压力
设定值。
7
高压旁路温度控制
（低旁类似）
（
1
）四个
高旁减温水调节阀分别用一个
M/A
站来控制。当高旁减压阀位
置反馈
>2%
时，高
旁减温水调节阀自
动投入到自动控制，根据高旁后蒸汽温度与温度调节站设定值闭环调节，
同时接受主蒸汽
压力及高旁减压阀开度的前馈信号，提高调节品质。
（
2
）四个高旁共用一个温度控制站，最小温
度设定值为
280
℃。运行中该温度设定值最好
在
320
～
350
℃，与冷再蒸汽温度匹配。
8
低旁压力控制
（如图
6
所示）
在最小压力启机时，低旁压力设定点设置为
Pmin
，一般为
0.2Mpa
，如果需要较高的设定
< br>值，运行人员可以适当增加压力设定点（但最大为
5Mpa
）
；在汽轮机加载后，由汽轮机第五
级压力所转换成的汽机负
荷函数作为低旁压力设定值。
9
高旁的联锁保护
（
< br>1
）汽轮机跳闸
(
主汽压力大于
10Mpa
时
)
，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。
（
2
）发电机油开关跳闸
(
主汽
压力大于
10Mpa
时
)
，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。
（
3
）旁路不在启动方式运行，主汽压力大于
1
0Mpa
同时大于
Ps
actual
1.0Mpa
时，联锁旁
路快开且联投
高旁为自动方式。
（
4
）
主蒸汽压力大于
29.4Mpa(
压力开关六选一）
时，
联锁旁路快开且联投高旁为自动
方式。
（
5
）手动快开旁路，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。
（<
/p>
6
）喷水压力低低
(9Mpa)
（二选二）
，关闭高压旁路阀（保护开优先）
。
（
7
）高
旁出口蒸汽温度高高（
420
℃）左侧（二选一）及右侧（二选
一）延时
20
秒，关闭
相应的高压旁路
阀（保护快开优先）
。
10
低旁的联锁保护
（
< br>1
）凝汽器压力大于
30kpa
时
,
低旁快关。
（
2
）凝汽器温度大于等于
105
℃时
,
低旁快关。
（
3
）凝汽器水位大于等于
3035mm(
零位为热水井底部向上
18
00mm)
时
,
低旁快关。
（
4
）低压旁路喷水的
压力低至
2Mpa
时，低旁快关。
<
/p>
（
5
）系统电源失电
11
旁路的优缺点
11.1
优点
（
1
）加
快启动时间，改善启动条件。
（
2
）保护再热器干烧。
（
3
）减
少安全阀的启跳次数，有助于保证安全阀的严密性，延长其使用寿命。
（
4
）可
回收其工质，并降低排汽噪音。
（
5
）
大容量的旁路，
使蒸汽温度与汽缸温度可以很快匹配，
从而满足
SIE
MENS
汽轮机
DEH
冲转时的温度。
（
6<
/p>
）机组快速减负荷时，调门会快速关闭，造成调节级或调节阀（无调节级）的压降急
剧变大，
这会导致其承受过大的应力。
而旁路
系统采用滑压跟踪溢流方式，
当调节阀或调节
级压降超过设定值
，旁路自动开启进行溢流，以限制压降的进一步增加，从而减少应力。
（
7
）停
机不停炉及实现
FCB:
近年来在德国投产的多台
800
～
1000MW
机组
，无一例外的采
用
100%BMCR
高
、
低旁的配置。
从理论上来说，
只要汽
轮机凝结水及循环水等系统运行正常，
在任何电负荷下都能保证停电不停机，停机不停炉
以及轻易的实现
FCB
。并且在汽轮机、发
电机或主变压器高负荷跳闸的情况下，锅炉不受快速甩负荷甚至
MFT
的冲击。在停机或
FCB
后，
锅炉可平缓的降负荷。
若汽轮发电机或电网的故障很快被消除，
则立即可再次启动汽轮
发电机及在并网后迅速加负荷。
（
8
）确
保汽轮机启动的蒸汽品质。每次启机时，先经过一个“带旁路启动”过程，锅炉
的蒸汽借
道旁路系统构成循环，
其热负荷通常要达到
45%BMCR
甚至更高。
经过一段时间的循
环，
直至蒸汽品质合格后再冲转。
用这种方法，
可以
彻底杜绝低标准蒸汽对汽轮机通流部分
所造成的伤害，这对高参数，大容量的汽轮机尤为
重要。
（
9
）替代冲管
:
采用
100%BMCR
的高低压旁路，在带旁路启动阶段，锅炉进行适当时间的
高负荷运行，可起到相当于冲管的效果。
（
10
）大大减轻汽轮机固体颗粒侵蚀
:
锅炉通过带旁路启动，减缓了启动过程中过热器等
蒸汽管道的温度变化，
减少了固体颗粒的剥离，
同
时把启动过程中产生的固体颗粒直接排入
凝汽器。
11.2
缺点
-
-
-
-
-
-
-
-
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