BPCI旁路控制系统说明书

BPC-I旁路控制系统说明书新华控制工程有限公司XINHUACONTROLENGINEERINGCO,.LTD中国上海SHANGHAI.CHINA©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOC目录第一节汽轮机旁路系统简介第二节汽轮机旁路系统功能第三节BPC-I旁路控制系统及其组成第四节BPC-I控制功能第五节BPC-I运行方式第六节BPC-I控制方式第七节BPC-I工作原理第八节BPC-I的保护与联锁第九节BPC-I与DEH的接口第十节BPC-I与DCS的接口第十一节BPC-I可靠性设计第十二节附图©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOC汽轮机旁路系统简介汽轮机旁路系统是与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统。它由蒸汽旁路阀门、旁路阀门控制系统、EH执行机构和旁路蒸汽管道组成。其作用是将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而引到下一级压力和温度的蒸汽管道或冷凝器。蒸汽旁路系统有两种：一种是将锅炉产生的蒸汽直接引入冷凝器，这种旁路系统称为大旁路。另一种是由高、低压两级旁路系统组成：旁路汽轮机的高压缸而将蒸汽从锅炉引入再热器的称为高压旁路；旁路汽轮机的中、低压缸而将蒸汽从再热器出口引入冷凝器的称为低压旁路。大型火电机组都采用高参数、中间再热式的热力系统，采用一机一炉的单元配置。在这种机组中，一台锅炉只向一台汽轮机供汽，这就要求锅炉的产汽量与汽轮机的耗汽量保持平衡。而实际上汽轮机的空载流量仅为汽轮机额定蒸汽流量的5％～8％，远远小于锅炉的最低蒸发量（30％～50％）。锅炉在更低的燃烧率下不能稳定运行。因此必须有其它的蒸汽管道，作为锅炉的负载，承担其余的蒸汽流量。另外当事故工况下汽轮机甩去负荷或停机时，大量的多余蒸汽必须通过旁路阀门而排入冷凝器，减少锅炉安全门起跳，同时避免大量蒸汽排入大气。因此在中间再热机组中配置蒸汽旁路系统可以改善锅炉和汽轮机特性上的差异，提高机组的安全性和经济性。目前国内大多数300MW、600MW引进型中间机组上都配置了30％～40％BMCR容量的高、低压两级串联旁路系统。汽轮机旁路系统功能1.改善机组启动性能，缩短启动时间在启动过程中，旁路控制系统控制旁路阀门打开，使旁路系统作为锅炉的负载以便锅炉以较大的燃烧率启动，实现快速升温，升压，并将多余的蒸汽由旁路阀门直接引入冷凝器，可以使中间再热机组作为调峰机组，参与一次调频，2.减少汽轮机热应力。采用两班制或调峰运行的机组，启停频繁，由于锅炉和汽轮机的加热、冷却特性不同，使得在重新冲转时，锅炉出口的蒸汽温度与汽轮机的金属温度不匹配，从而造成汽轮机大型金属部件的热应力疲劳。采用旁路控制系统可以使锅炉汽温与汽轮机金属尽可能匹配。©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOC3.提高机组负荷适应性正常运行的机组快速降负荷时，汽轮机快速关小调节阀门。这样，锅炉产生的蒸汽量和汽轮机通流量之间就会不平衡。旁路控制系统控制旁路阀门排放多余的蒸汽，维持锅炉侧的汽水平衡。4.事故工况下，保护机组，回收工质在发电机甩去全负荷或汽轮机故障停机时，旁路门迅速打开，防止超温超压，同时减少或避免锅炉再热器安全门起跳，避免了汽水损失，回收了工质，提高了经济性。BPC-I旁路控制系统及其组成旁路控制系统是保证中间再热机组安全可靠经济运行不可缺少的调节系统之一。BPC-I旁路控制系统结合了数字控制器的稳定可靠与高压抗燃油快速的特点，用于控制蒸汽旁路系统的阀门，并保护锅炉再热器等设备。BPC-I与汽轮机数字电液控制系统DEH，给水泵汽轮机数字电液控制系统MEH构成了汽机岛热控系统。BPC-I旁路控制系统采用与DEH、MEH系统相同的硬件结构和软件平台，通过公用的工程师站和操作员站对系统进行维护和操作显示。用户能够随时在线或离线对旁路控制系统的控制算法进行组态、修改、上装和下装。BPC-I旁路控制系统中的数据可以通过数据高速公路与其它系统实现数据通讯和数据共享。BPC-I旁路控制系统由电子控制柜、I/O控制卡件、端子板、电缆、手动操作盘等组成。电子控制柜电动旁路控制系统与DEH－ATC共用一个电子控制柜。该电子控制柜由控制柜、电源、分散处理单元、输入/输出卡、站控制卡及相应端子板等组成。各种现场压力、温度及开关量信号通过端子板，进入输入输出卡件，再送到分散处理单元内进行运算和处理，得到控制各阀门的指令后转换成脉冲信号，送到马达执行机构，来控制旁路阀门的开度。同时，阀门的实际开度也反馈到旁路控制系统内，形成闭环控制。手动操作盘旁路系统手动操作盘通常布置在集控室内，它是手动方式下旁路系统的控制手段。手动操作盘上设有手动按钮、阀门增/减按钮等，通过操作盘上的按钮，操作人员可以选择手动及遥控手动控制方式，直接控制阀门位置。手动操作盘上还有阀门开度、主蒸汽压力、高旁后温度、热再热压力和低旁后温度显示。©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOCBPC-I控制功能高压缸启动方式定压、滑压运行方式主蒸汽压力、热再热压力自动控制高旁后温度、低旁后温度自动控制最大、最小开度控制超温超压保护低旁快速关闭升压率限制低旁流量限制手动控制操作员自动控制手动/自动互相跟踪，无扰切换压力控制阀与温度控制阀开、关联锁参数越限报警、故障追忆打印网络通讯，数据共享与DCS等控制系统接口BPC-I运行方式BPC-I有三种运行方式，即启动方式、滑压方式和定压方式。三种方式之间的关系如图：&&&启动方式定压方式滑压方式自动主蒸汽压力冲转压力锅炉点火高旁门关闭主蒸汽压力冲转压力启动按钮©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOC一、启动方式启动方式又称阀位方式。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（6kg/cm2和4Kg/cm2），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（一般为25％）。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后，控制回路维持最小压力定值，使BP和LBP阀逐渐开大，最后达到所设定的最大开度，即为最大开度控制。此时高旁阀保持最大开度，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。高压缸启动方式时，当主蒸汽压力上升到所设定的压力值（37Kg/cm2）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，使得主蒸汽压力进一步上升，到高旁阀完全关闭时主蒸汽压力为冲转压力（42kg/cm2），高旁关闭后，再热压力小于0.5kg/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0.5kg/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。二、定压方式在中压缸启动方式下，当主蒸汽压力升高到冲转压力42kg/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，耗汽量增加，高旁阀相应关小，以维持机前压力在42kg/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。©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOC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35％左右时，高旁门应逐渐关闭。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＋P，这样就能保证旁路阀门在关闭状态。当汽轮机负荷35％，且高、低压旁路阀完全关闭后，操作员可以在DEH操作盘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P/t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P。BPC-I控制方式BPC-I为用户提供了自动－手动两种控制方式，供用户根据现场实际情况选择使用。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联锁和保护功能。1.手动操作操作员可通过BPC-I操作盘上的“手动”按钮将旁路系统切换至手动方式运行。这时，操作员操作阀门增减按钮，直接控制旁路系统各阀门的开度，增减按钮下的指示灯表明该按钮按下是否有效，实际阀门开度则用液晶表在操作盘上显示。蒸汽压力和温度也在操作盘上显示。2.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，BPC-I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。©新华控制工程有限公司1997版权所有D:\LIAN\PROJECT\LAICH\BPCSM.DOC在BPC-I处于自动控制方式下，按下CRT画面上的“启动”按钮，BPC-I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，BPC-I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。BPC-I工作原理BPC-I旁路控制系统由六个控制回路组成，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和三级喷水阀。各个控制回路原理见旁路系统调节方框图。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PID调节器的输入为负值。这时，PID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，PID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，给定值发生器输入值为负值，给定值发生器输出为Pmin；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升，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，系统转为滑压运行方式。主蒸汽压力设定值＝主蒸汽压力＋P。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，积分器经过