温州发电厂二期工程简化旁路系统的选型设计
张卫灵
浙江省电力设计院浙江杭州310007
1 采用简化旁路的原因
温州发电厂二期工程采用的2台国产引进型300 MW机组，是按照美国西屋公司转让技术生产的N300－16．7／538／538型单轴、双缸、双排汽、一次再热凝汽式汽轮机，以及按照美国CE公司技术设计的亚临界、一次再热SG－1025－18．3／541型强制循环汽包炉配置而成，该机组设有锅炉5％MCR启动疏水旁路，属典型的引进型300MW机组。
关于此类引进型300 MW机组，在技术引进前，其原型机组是没有设置旁路系统，而完全依靠锅炉5％MCR启动疏水旁路和约2％MCR的主蒸汽管道疏水，来提高锅炉的燃烧率，实现机组的可靠启动。已投运的进口机组中有类似的启动方式，如岳阳电厂GEC300 MW机组、沙角C电厂的600 MW机组等，均不带旁路启动。
此类引进型300 MW机组，根据国内的运行惯例，又增设了一套容量为30％～40％MCR高低两组串联旁路，并期望它能具备如下的功能：（1）提高机组的启动特性；（2）调整机炉之间的不平衡汽量，如实现机组停机不停炉工况、带厂用电运行的工况等；（3）在负荷急剧变化过程中，取代锅炉安全阀的作用等。该类型机已投运的30余台机组中，绝大部分采用进口苏尔寿和西门子的旁路。在汽轮机旁路系统尚未调试结束，或旁路故障的情况下，也曾采用过不带旁路的启动方式。
经过长期以来的运行实践，发现国产引进型300 MW机组所配套的旁路系统存在以下几个方面的问题：（1）投资大。进口旁路需花费大量外汇；（2）利用率低。一般电厂运行过程中，旁路系统仅能起到启动站的作用；（3）设计、安装、运行、维护、检修工作量大；（4）许多功能受运行条件的制约而不能发挥。如停机不停炉工况、带厂用电工况、自动控制和保护等；（5）汽轮机与旁路协同调节时，对机组的运行安全性差。
由于该型机组中压调节汽阀不参与转速的调节，处于全开的状态，在机组启动冲转过程中，若投入旁路，中压缸有可能进入大量蒸汽或较高参数的蒸汽，机组在转速无法控制的情况下，可使转速过度飞升，甚至造成超速。此类情况国内已有教训。因此，为了机组的安全，旁路系统不能与汽轮机高、中压缸并联运行。
针对以上存在的问题，结合国外的运行经验，取消旁路系统将是可行的，但是在国内对无旁路系统的运行，还没有积累足够多经验的情况下，温州发电厂二期工程继续保留旁路系统，但 对该旁路系统进行了彻底的简化，简化旁路与传统旁路的区别见表1。
2 旁路系统的运行条件
（1）设备用途。机组启停时，过热蒸汽经汽轮机高压旁路装置减温减压后去再热器，再经汽轮机低压旁路装置减温压后去凝汽器，以减少汽机热应力，保护过热器，减少启停时间等。
（2）旁路的型式：高压－低压两级串联旁路（高、低均为单路）；接口方位要求；高旁阀要求：水平进，水平出；低旁减压阀要求：水平进，垂直出（出口朝下）；
（3）300 MW机组高、低压旁路运行参数见表2。
3 国产旁路系统的对比及选择
目前国产旁路系统的主要产品有两种：一种是由上海动力设备有限公司引进苏尔寿的技术制造的，其执行机构为液压执行机构的液动旁路；另一种是由上海电力机械厂和哈尔滨电力设备总厂引进西门子的技术制造的，其执行机构为电动执行机构的电动旁路。这两种类型的旁路系统在国内的一些300 MW机组电厂中都已有运行业绩，并在电厂的实际运行中得到了检验，其产品也都得到权威部门的质量鉴定。由于有运行业绩和引进技术的双重支撑，温州发电厂二期工程的简化旁路不管采用国产液动旁路还是国产电动旁路都是安全可靠的。而且可以节约大量外汇，降低投资造价。这两类旁路系统的性能比较见表3。
通过对以上两种旁路阀的对比，可以看出液动旁路在性能方面略优于电动旁路，而且通过液压执行机构的控制油与汽机EH油系统的共同，来降低电厂的投资成本，并可节省厂用电功耗。简化后的液动旁路控制既可以在DEH中实现，又能够在DCS中实现，使旁路的控制系统更加灵活。因此，温州发电厂二期工程的旁路选用液动的旁路系统是比较适宜的。
4 简化旁路的技术要求
汽机旁路系统由阀门、液压系统（油箱与新华DEH系统共用）控制装置等组成。汽机旁路容量40％，高、低压阀单路布置。
4．1 油系统要求
（1）在偶然遇到供油装置失去动力的情况下，供油系统能维持所有阀门同时运行最少一个全行程。
（2）在正常情况下，液动旁路系统的机构部件不应有泄漏现象。
（3）对于液动旁路其液压设备采用抗燃油作工质，并与汽机DEH采用同一油种和同一供油装置。供油装置容量能保护DEH与旁路共同使用需要，在任何情况下，不影响DEH和旁路系统的液压系统正常运行。
4．2旁路控制系统的功能
（1）旁路控制系统应满足机组启动要求。机组启动时，提高锅炉的升温、升压速度，缩短启动时间，使蒸汽温度与汽轮机缸温得到最佳匹配，减少寿命损失。
（2）在机组启动过程中维护锅炉再热器最低流量，保护再热器。
（3）能够适应机组定压、滑压运行要求，监视和控制锅炉出口压力和高压旁路后温度，防止超温超压，保护凝汽器，防止过载。
（4）100％甩负荷时开启旁路。
4．3旁路控制系统的控制方式
（1）旁路控制与DEH合并考虑，并留有与DCS的通讯接口。
（2）高、低旁路的压力及温度控制采用手动控制方式，可通过DEH控制，亦可通过DCS手动控制。各控制阀可就地手操阀位。
（3）通过控制高、低压旁路的减温水调节阀控制高、低压旁路后的温度，保持冷段蒸汽温度，并不使凝汽器温度过高，实现不同蒸汽流量工况下的变参数调节。
（4）旁路的联锁保护逻辑由DEH实现，高压旁路阀关闭与高旁减温水调节阀和高压旁路减温水隔离阀的关闭联锁，当减压阀在关闭状态时，相关的喷水阀闭锁开启。
低压旁路与减温调节阀应按要求设置联锁和保护功能，并能使低旁减压阀快速关闭。
（5）旁路控制考虑高压缸启动逻辑。在汽轮机挂闸冲转前DEH发出切除旁路信号，首先强制关闭高旁减压阀，待再热蒸汽压力参数满足要求时，再强制关闭低旁减压阀。高、低压旁路均已关闭，再热蒸汽压力参数满足要求时，DEH请求旁路切除信号未消失，当以上3个条件均满足要求时，DEH允许汽轮机挂闸、控制高压主汽阀冲转、升速。
（6）旁路控制系统能接受DCS送来的开、关阀指令，并向DCS输出反馈信号和其它状态信号，实现DCS的CRT操作。
4．4 旁路控制系统与DEH
（1）正常运行时，阀门全行程时间≤10～12s，低旁减压阀（LBP）快关时间≤2～3 s。
（2）旁路控制可通过DEH实现，并能在DCS控制阀门，DEH与DCS应有明显的操作权限。
DEH及DCS均应有阀位显示，状态显示及报警显示。
（3）旁路控制由DEH分散处理单元（DPU）完成，要求保护用卡件冗余配置。控制系统应具有故障自诊断功能。
（4）现场数据的采集，包括阀门控制信号的输入输出由智能型I／O卡件完成。包括开关量输入卡、输出卡、模拟量输入卡、输出卡和阀门控制卡，并配有上述I／O卡件相对应的端子板。阀门控制卡件分别控制高、低旁路的阀门，控制信号经其输出后，送到电液伺服阀。所有I／O卡件应具有信号隔离装置。
（5）高、低压旁路各阀至少能输出阀开、阀关信号各2付，分别送至旁路控制系统及DCS。各调节阀应有4～20 mA阀位反馈信号。
（6）旁路控制系统与DCS的通讯接口，可与DEH合并考虑。
（7）旁路控制系统与DEH采取统一的控制系统，并作为DEH的一个功能组。
（8）旁路控制系统故障（如信号故障、主机故障、执行器失灵等），旁路系统能向机组安全方向转移或闭锁。对于液压旁路系统，当设备周围空气温度为60℃时，液压执行机构的抗燃油仍能正常运行。
（9）对旁路系统有关阀门进行动作试验及整套旁路控制系统联动试验。
（10）旁路控制操作可与DEH一起考虑，集中布置在DEH操作面板上。
（11）旁路控制系统与其它系统接口信号，有相应的就地信号，与DCS的接口信号。
5 结论
温州发电厂二期工程2×300 MW机组的旁路系统，通过功能设计的简化，投资由简化前的500～600万元／套，下降为简化后的167万元／套，投资效益明显，其控制系统的简化增加了旁路装置在电厂运行中的可靠性，而采用液动执行机构也使旁路系统的各种联锁和安全保护有了可靠的保障。
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