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繆盛華（1962-）
男，浙江蒼南人，工程師，大學，（浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州 325609） 從事火力發電廠生產管理工作。
摘要：文章首先分析了樂清電廠#1機組旁路控制系統及其控制策略，最后提出了旁路控制系統變參數運行的整定和計算的方法，為600MW旁路納入DCS系統中應用組態的新建同類機組提供參考。
關鍵詞：旁路；控制策略；參數整定
Abstract: In this paper, analysis of by-pass control system and its control strategies of #1 unit in YueQing Power Plant are given. The method of parameters tuning and setting is proposed for by-pass control system. It provides references for fitting 600MV by- pass system into DCS for newly-built similar unit.
Key words: By-Pass；Control Strategy；Parameters tuning
1 系統概述
樂清發電廠#1機組為600MW超臨界燃煤機組，鍋爐為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式。汽輪機采用上海汽輪機有限公司制造的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸凝汽式汽輪機。DCS采用北京ABB Bailey控制有限公司制造的Symphony控制系統。
汽機高低壓旁路系統采用兩級串聯旁路，高旁容量是在額定壓力和溫度下的35%BMCR流量，低旁容量是35%BMCR流量。旁路系統設備采用CCI公司產品，高壓、低壓旁路兩級串聯布置。旁路系統控制功能在DCS系統中實現。高壓旁路從汽機入口前主蒸汽聯絡管接出，經減壓、減溫后接入冷再蒸汽管道。低壓旁路分為兩路，從汽機中低壓缸入口前再熱蒸汽支管接出，經減壓、減溫后接入凝汽器。
2 旁路系統控制策略分析
旁路系統是與汽輪機并聯的蒸汽減溫減壓系統，其主要功能是協調鍋爐所產生的蒸汽與汽輪機用汽量間的平衡。在各種啟動工況，如冷態啟動、溫態啟動、熱態啟動和極熱態啟動中，使蒸汽溫度和金屬溫度相匹配，縮短機組啟動時間。當汽輪機發生故障時，可采用停機不停爐的運行方式；或電網故障時，機組帶廠用電運行，有利于盡快恢復供電，縮小事故范圍。另外，保護布置在煙溫較高區域的再熱器，防止再熱器干燒以至破壞。下面具體分析樂清電廠高壓旁路和低壓旁路控制策略及其在DCS中的實現。
2.1 高壓旁路控制策略分析
2.1.1機組啟動階段
冷態啟動時，鍋爐無壓，壓力設定值在最小壓力Pmin（設為1MPa）。鍋爐點火后，主汽壓力為零，PV-SP＜0（PV過程變量，SP設定值），高旁減壓PI調節器輸出為0，高旁無法打開，為了疏水和蒸汽通路，以維持一定的鍋爐蒸汽流量，必須通過一個最小開度Ymin強制打開高旁閥，具體組態為：當最小壓力模式時，M/A切至跟蹤，跟蹤量為Ymin,這樣，當鍋爐點火初期，主汽壓力少于最小壓力設定值時，使高旁減壓閥開至一個最小開度Ymin并保持，以上為最小開度控制階段。
隨著鍋爐燃燒的加強，當主汽壓力超過最小壓力Pmin后，進入升壓階段。在此先介紹壓力設定值的形成過程，壓力設定值PI調節器的SP為高旁減壓控制站輸出（即高旁減壓開度指令），PV為最大開度設定值Ymax，當升壓初期，高旁減壓開度指令＜最大開度設定值Ymax，這樣會使PI調節器輸出越來越向負值偏離，壓力設定值一直＜0，為了消除這情況，在PI調節器的減閉鎖連接一個RS觸發器，S接高旁減壓開度指令＜2%接點，R接高旁減壓開度指令＞Ymax接點，使壓力設定值一直保持不變，直到高旁閥開度指令Yset超過定值Ymax，壓力設定值才以一定速率逐步增大。回過頭來再分析升壓階段高旁減壓控制站和高旁減壓PI調節器的工作情況，由于壓力設定值一直不變，隨著鍋爐燃燒率的提高，△P=主汽壓力P－壓力設定值，不斷增大，PI調節器輸出同時增大，當高旁閥開度指令Yset超過定值Ymax時，壓力設定值PI調節器減閉鎖信號消失，調節器正常工作，壓力設定值隨著Yset的增大而一定的速率增大，壓力設定值的增大的結果會使△P減少，從而抑制了高旁閥開度指令Yset的增加，即主汽壓力P↑→△P↑→Yset↑→壓力設定值↑→△P↓，壓力設定值PI調節器與高旁減壓PI調節器相互作用，從而使閥位控制在Ymax附近波動，相當于壓力設定值跟蹤主汽壓力，這一階段也可以理解為最大閥位控制。從圖1可知，Pressure Ramp階段的閥位曲線基本不變。
當主蒸汽壓力升到并網壓力Psync時，由啟動方式進入定壓方式。壓力設定值保持當前值，實現無擾切換。在定壓方式下，壓力設定值可以由操作員設定，并加速率限制塊抑制過快的變化，增速率=0.1/s，減速率=0.1/s。
當汽機開始沖轉后，當汽機帶負荷后，高旁閥將由于△P降低而自動關，當高旁閥全關后，進入為滑壓方式，壓力設定值跟隨實際值。
再啟動工況下，壓力設定值跟隨實際值（只允許以一定的速率減），鍋爐起壓后，旁路閥打開，如果蒸汽壓力小于并網壓力，則進入升壓階段；如果蒸汽壓力大于并網壓力則進入定壓方式。如圖1所示。
圖1 啟動和升負荷過程高壓旁路系統曲線
2.1.2機組升負荷階段
在升負荷階段，蒸汽全部進入汽機，旁路閥全關，滑壓方式觸點接通，壓力設定值跟隨實際壓力值，變化速率根據實際壓力值不同而變化。同時壓力偏置塊加在設定值上，以確保旁路閥全關。壓力偏置可由運行設置，默認值為0.8MPa，如果主蒸汽壓力大于設定值加偏置，旁路閥將打開，切回到定壓方式。如圖2所示。
圖2 升負荷過程高壓旁路壓力設定曲線
2.2 低壓旁路控制策略分析
2.2.1低壓旁路閥壓力控制
汽機未帶負荷階段，低旁處于最小壓力控制，最小壓力設定值可以由運行人員修改增加。在帶負荷階段，低旁壓力設定值是汽機負荷的函數。
PI控制器根據再熱蒸汽壓力和設定值的偏差計算低旁閥開度指令。每個低旁閥設有一個M/A站。在兩個低旁閥均為手動時，控制器切手動，并跟蹤最大閥位。低旁閥的開度受蒸汽流量（至凝汽器）的限制。凝汽器保護動作將使低旁閥快關，并切為手動。
2.2.2低壓旁路減溫閥控制
根據再熱蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力和低旁閥開度，依據熱平衡原理和內插器計算焓值，從而計算出低旁噴水閥開度指令（有關計算方法見后）。保證低旁出口溫度不超過規定值。溫度控制器設有手操站。低旁閥打開（開度>2％）時減溫閥控制切為自動。低旁閥關閉（開度<2％）時，減溫閥關閉并切為手動。
3 旁路控制系統參數設置及其整定計算
由于旁路控制系統需要在機組不同工況和參數下投運，因此控制系統參數變化范圍比較大，需要在不同工況下采用變參數的方法整定系統參數。
3.1 不同工況下的變參數設置
從旁路啟動到升負荷，控制系統經歷不同的工況，為了冷態啟動、溫態啟動、熱態啟動和極熱態啟動過程中實現無擾切換，縮短啟動時間，控制系統進行變參數設置，用最小壓力模式，升壓模式，停機模式，定壓模式等觸發信號作為切換模塊的選擇開關，給壓力設定值加以增減速率限幅，利用ADAPT適配器對PID的參數進行調整，以下例舉高旁PID和SP的變參數設置，見表1。
表1 高旁PID和SP的變參數設置
3.2 應用抗積分飽和
設置PID為抗積分飽和和恢復限制，當控制輸出達到飽和時，這種限制類型可防止積分作用進一步加深前饋信號和比例作用部分引起的飽和。當過程變量和設定值之間的偏差減小時，控制輸出立即離開飽和值，減小了系統超調的可能性。
積分限制 = （規定的限制-前饋信號-比例信號-比例部分）
比例部分 = K×KP×（SP－PV） （反向作用）
比例部分 = K×KP×（PV－SP） （正向作用）
3.3 利用內插器計算焓值
在低旁減溫閥指令計算中要用到蒸汽的焓值，通常的做法用公式來計算，并且用到大量的參數，參數的整定在調試中會花費一定的時間，為了優化方案，采用了六個內插器INPOL組成一個大的查詢表，因為蒸汽的焓值是由蒸汽的溫度和壓力兩個參數所決定的，查出蒸汽的溫度和壓力，就可利用內插器功能碼求出相應的焓值。
內插輸出值=
其中，
Xact 為 X的實際值；
Xmin 為 緊靠X實際值前的列的X值；
Xmax 為 緊靠X實際值后的列的X值；
XSpan 為 兩列之間X值的范圍Xspan=
；
Yact 為 Y的實際值。
Ymin 為 緊靠Y實際值下的行的Y值；
Ymax 為 緊靠Y實際值上的行的Y值；
YSpan 為 兩行之間Y值的范圍，Xspan=
。
取低旁蒸汽壓力的范圍為0.2～5MPa表壓，低旁溫度t的范圍為180～540℃，X最小值為180，X最大值為540。Y最小值為0.2，Y的最大值為5。則相應的Z輸入標示見表2。
表2 內插器用的5×5矩陣
4 結束語
樂清電廠旁路控制系統設計合理精巧，軟件功能完善，將旁路控制系統整合在DCS中實現，具有組態方便、維護便利，監控參數完整，同時節省了大量投資。特別是依據熱平衡原理和內插器計算低壓旁路蒸汽焓值方法設計的低壓旁路溫度控制系統有效的控制了低壓旁路后壓力、溫度，保證了旁路系統的順利投運，并使機組啟動的安全性和經濟性得到了提高，該旁路系統的控制策略可為同類機組提供參考。
其他作者：
鄭君初（浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州 325609）
編號：080531
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號