PK150調(diào)速系統(tǒng)的變負(fù)荷控制和保護(hù)

摘要：文章介紹了基于PK150調(diào)速器的汽輪機(jī)組在變負(fù)荷場(chǎng)合中調(diào)速系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、方法和調(diào)試過(guò)程，解決了汽輪機(jī)在各種負(fù)荷下的調(diào)速和保護(hù)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：PK150 DEH調(diào)速系統(tǒng)ETS危急遮斷系統(tǒng) 變負(fù)荷

1. 概述

PK150數(shù)字式調(diào)速器是美國(guó)WOODWARD公司推出的505簡(jiǎn)化版。與505相比,它既有505優(yōu)越的調(diào)速性能和靈活的組態(tài)設(shè)置，又具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。因此，它廣泛應(yīng)用于制糖業(yè)的甘蔗撕解機(jī)控制系統(tǒng)。

甘蔗撕解機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于進(jìn)料（甘蔗）的不均勻，拖動(dòng)撕解機(jī)的汽輪機(jī)的負(fù)荷波動(dòng)比較頻繁。雖然汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)經(jīng)過(guò)PK150的PID調(diào)整能很好的響應(yīng)小范圍的負(fù)荷波動(dòng)，但是對(duì)于極端工況（如進(jìn)料堵塞），PK150調(diào)速器不能很快的控制汽輪機(jī)的速度，有可能造成沖壞汽輪機(jī)葉片或者飛車的危險(xiǎn)。因此，對(duì)于極端工況下的保護(hù)必須由DEH系統(tǒng)和ETS系統(tǒng)共同作用來(lái)保護(hù)機(jī)組的安全運(yùn)行。

2. 設(shè)計(jì)原理和判斷方法

拖動(dòng)撕解機(jī)的汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，有三種狀態(tài)：一、負(fù)荷隨進(jìn)料量的而小范圍波動(dòng)。二、在進(jìn)料突然消失情況下處于甩負(fù)荷狀態(tài)，該狀態(tài)下汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速不應(yīng)高于額定轉(zhuǎn)速的103%。三、在進(jìn)料堵塞情況下處于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)，該狀態(tài)只能持續(xù)較短時(shí)間，否則應(yīng)停機(jī)。

第一種狀態(tài)可以通過(guò)調(diào)整PK150的PI值，使轉(zhuǎn)速在負(fù)荷小范圍波動(dòng)時(shí)仍能滿足穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，一般要求在額定轉(zhuǎn)速波動(dòng)正負(fù)10轉(zhuǎn)以內(nèi)；第二種狀態(tài)通過(guò)組態(tài)PK150的輸出繼電器在轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速的103%時(shí)動(dòng)作，使汽輪機(jī)的電氣加速器動(dòng)作，泄去電液轉(zhuǎn)換器的二次油壓，從而使調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，達(dá)到快速降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定的103%以下時(shí)，重新恢復(fù)PK150的PID控制；第三種狀態(tài)下，判斷汽輪機(jī)過(guò)載的方法：當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度達(dá)到100%，而此時(shí)的實(shí)際速度卻由額定速度大幅度降低，即可認(rèn)為汽輪機(jī)過(guò)載。當(dāng)汽輪機(jī)處于過(guò)載狀態(tài)10~20秒后，過(guò)載信號(hào)仍保持，ETS危急遮斷系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出跳閘信號(hào)。

3. DEH系統(tǒng)和ETS系統(tǒng)原理及設(shè)置

DEH調(diào)速系統(tǒng)原理

PK150轉(zhuǎn)速器接收從2個(gè)MPU的轉(zhuǎn)速信號(hào),進(jìn)行高選處理后，將轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)變換為電壓信號(hào)。PID控制放大器將該電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)給定值進(jìn)行比較并輸出4~20mA信號(hào)至電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器輸出與輸入電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)油壓，液壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，分別通過(guò)二次脈沖油控制高壓油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)杠桿改變調(diào)節(jié)汽閥的開度，調(diào)整汽輪機(jī)進(jìn)汽量，滿足拖動(dòng)負(fù)荷的需要。控制原理圖如圖1所示。

圖1 控制原理圖

PK150的設(shè)置

甩負(fù)荷保護(hù)的設(shè)置：PK150組態(tài)模式下，可編程繼電器必須采用選項(xiàng)10（或11）--轉(zhuǎn)速開關(guān)或手動(dòng)閥#1（或#2），并且“使用轉(zhuǎn)速開關(guān)功能”必須組態(tài)為TURE，才能在運(yùn)行菜單下設(shè)置繼電器接通/斷開的轉(zhuǎn)速數(shù)值。

過(guò)負(fù)荷保護(hù)的設(shè)置：由于甩負(fù)荷保護(hù)中，可編程繼電器設(shè)置為轉(zhuǎn)速開關(guān)功能，而PK150不能同時(shí)選用手動(dòng)閥和轉(zhuǎn)速開關(guān)功能。如果手動(dòng)閥功能和轉(zhuǎn)速開關(guān)功能都組態(tài)為TURE，那么在繼電器選項(xiàng)中選取了選項(xiàng)10或11時(shí)，選取的將是手動(dòng)閥功能。因此，轉(zhuǎn)速大幅度下降的信號(hào)使用PK150的可編程繼電器的轉(zhuǎn)速開關(guān)功能。而過(guò)負(fù)荷邏輯和調(diào)節(jié)閥開度信號(hào)由ETS危急遮斷系統(tǒng)判斷。

ETS危急遮斷系統(tǒng)原理

汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)（Emergency Trip System），是汽輪發(fā)電機(jī)在緊急情況下的安全保護(hù)系統(tǒng)。ETS根據(jù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的要求，接受就地一次儀表或TSI二次儀表的停機(jī)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生跳閘條件之一時(shí)，將使危急遮斷電磁閥動(dòng)作，迫使DEH的控制油泄壓而停機(jī)。ETS系統(tǒng)與DEH系統(tǒng)是互相聯(lián)系、相互作用的，共同完成機(jī)組控制、監(jiān)測(cè)、安全運(yùn)行的任務(wù)。

ETS系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷邏輯設(shè)置

由于電液轉(zhuǎn)換器輸出電流信號(hào)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開度，因此當(dāng)ETS系統(tǒng)檢測(cè)到電液轉(zhuǎn)換器的輸出電流達(dá)到最大值（即調(diào)節(jié)閥開度達(dá)到100%），同時(shí)接收到PK150的實(shí)際轉(zhuǎn)速降低信號(hào)時(shí)判定汽輪機(jī)處于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)。如果該狀態(tài)持續(xù)10~20秒，ETS系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)信號(hào)。

調(diào)試方法和步驟

PID值的整定

為了獲得過(guò)渡過(guò)程的快速響應(yīng)，緩慢地增大比例直到執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出開始擺動(dòng)，然后，如必要的話調(diào)整積分參數(shù)使輸出穩(wěn)定。在調(diào)整積分時(shí)如不能達(dá)到穩(wěn)定，則減小比例設(shè)定值。如此反復(fù)試湊,直到找到滿意的比例設(shè)定值和積分設(shè)定值。

甩負(fù)荷保護(hù)的整定

在運(yùn)行方式下，設(shè)定上限轉(zhuǎn)速等于額定值。當(dāng)汽輪機(jī)的速度達(dá)到額定值時(shí)，同時(shí)按下“超速”和“上升”按鍵，當(dāng)速度升至103%且電氣加速器動(dòng)作時(shí)，同時(shí)松開“超速”和“上升”兩個(gè)按鍵，觀察并整定PK150的繼電器接通/斷開的轉(zhuǎn)速數(shù)值，直至電氣加速器動(dòng)作1到2次就能穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。

過(guò)負(fù)荷保護(hù)的測(cè)試

根據(jù)過(guò)負(fù)荷判斷方法，可以在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中進(jìn)行模擬測(cè)試。具體方法和步驟如下：

在汽輪機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并完成相關(guān)的聯(lián)動(dòng)調(diào)試后，關(guān)閉進(jìn)汽閥門及其旁通閥，此時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)快速下降，PK150的轉(zhuǎn)速開關(guān)動(dòng)作，而調(diào)節(jié)閥則會(huì)打開至全開狀態(tài)，ETS判斷此時(shí)為過(guò)負(fù)荷狀態(tài)，并輸出跳閘信號(hào)。

4. 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了在甘蔗撕解機(jī)控制系統(tǒng)中，PK150調(diào)速器在各種負(fù)荷下的調(diào)速和保護(hù)的應(yīng)用。該系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于泰國(guó)友農(nóng)糖廠的5.5MW汽輪機(jī)—甘蔗撕解機(jī)組中，經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)、使用要求。

5.參考文獻(xiàn)

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[2]張克骯，沈惠坊．汽輪機(jī)技術(shù)問(wèn)答【M】．中華人民共和國(guó)石化出版社．2006.6．

[3]吳季蘭 汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)【M】．中華人民共和國(guó)電力出版社．1998

6.作者簡(jiǎn)介

潘梁鵬（1987－），男，廣東省電白縣人，廣州廣重企業(yè)集團(tuán)有限公司，主要從事熱能動(dòng)力設(shè)備電氣設(shè)計(jì)方面的工作。