小汽輪機(jī)概述及硬回路優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

摘 要：本人主要闡述了某電廠小汽輪機(jī)的控制邏輯操作方式上的簡(jiǎn)要概述，閥門整定的操作方法和注意事項(xiàng)，超速實(shí)驗(yàn)的原理。以及小機(jī)METS硬回路的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：小機(jī)；控制方式；自動(dòng)整定；回路優(yōu)化。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.030

1 引言

某電廠百萬(wàn)機(jī)組是由上海汽輪機(jī)廠提供。系統(tǒng)采用S+ Operations 軟件作為操作員站的平臺(tái)，與DCS系統(tǒng)為一體化，MEH做為DCS的子畫面組，有利于運(yùn)行人員的操作和維護(hù)人員的維護(hù)。運(yùn)行人員通過操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)小汽機(jī)的控制。根據(jù)電廠運(yùn)行人員的習(xí)慣以及本汽機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如下控制和監(jiān)視畫面，包括總貌圖、MEHA控制、MEHB控制、超速試驗(yàn)、閥門校驗(yàn)等，不僅為運(yùn)行人員提供了監(jiān)視和操作手段，還可以直接調(diào)取已經(jīng)做好的趨勢(shì)組來(lái)分析問題。

2 MEH功能介紹

MEH主要控制給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變進(jìn)入鍋爐的給水量，達(dá)到給水調(diào)節(jié)控制過程需要的給定值，滿足鍋爐的需要，達(dá)到汽機(jī)和鍋爐之間的能量的平衡。MEH系統(tǒng)主要有三種運(yùn)行控制方式，即：手動(dòng)控制方式、自動(dòng)控制方式、遠(yuǎn)方控制模式。三者之間任意方式的切換應(yīng)該滿足無(wú)擾切換，使控制沒有擾動(dòng)，平穩(wěn)的方式運(yùn)行。

2.1 控制運(yùn)行方式

2.1.1 手動(dòng)方式：

手動(dòng)是一種開環(huán)控制方式，一般在啟機(jī)前做閥門試驗(yàn)的控制方式。操作人員可通過操作員站（OIS）設(shè)定閥位總開度。直接控制高、低調(diào)門的開度?？傞_度的0%到80%對(duì)應(yīng)的是低壓調(diào)門的0%到100%?？傞_度的80%到100%對(duì)應(yīng)高調(diào)門開度的0%到100%，轉(zhuǎn)速設(shè)定值跟蹤小機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，已達(dá)到切換控制方式時(shí)的無(wú)擾切換。

2.1.2 自動(dòng)控制方式

自動(dòng)控制一般是小機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中常用的控制方式。分為兩種，一種是操作員自動(dòng)、另外一種是自啟動(dòng)，沖轉(zhuǎn)到2800r/min，達(dá)到熱機(jī)轉(zhuǎn)態(tài)然后交給操作員自動(dòng)。

操作員自動(dòng)是操作員站通過設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過最大和最小轉(zhuǎn)速限制轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可接受的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)升、降速率的大小，計(jì)算出的數(shù)值進(jìn)入PID，作為轉(zhuǎn)速設(shè)定值，實(shí)際轉(zhuǎn)速作為PID的實(shí)際值進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)化為閥門的總得開度指令信號(hào)，去控制閥門的開度，實(shí)現(xiàn)控制機(jī)組轉(zhuǎn)速的目的。在自動(dòng)控制方式下，轉(zhuǎn)速的上限值在正常情況下是5900r/min，但在做超速試驗(yàn)時(shí)，上限值設(shè)定值為6400r/min。轉(zhuǎn)速的變化率正常情況下是操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)輸入速率，但在轉(zhuǎn)速過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，速率變?yōu)榻o定的速率400r/min/min。目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化是根據(jù)操作人員的轉(zhuǎn)速指令而變，達(dá)到小機(jī)沖轉(zhuǎn)的目的。

自啟動(dòng)是一鍵啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)?升至2800r/min，達(dá)到熱機(jī)狀態(tài)。轉(zhuǎn)速設(shè)定值分為三個(gè)階段，分別是1000r/min、2400r/min、2800r/min。只有當(dāng)每個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間的條件都滿足后，才能繼續(xù)升，每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)速升速率也是按著邏輯給定的速率給出。

在自動(dòng)控制方式時(shí)，手動(dòng)的閥位設(shè)定值跟蹤當(dāng)前的閥位計(jì)算輸出值，已達(dá)到轉(zhuǎn)換到手動(dòng)方式時(shí)的無(wú)擾切換。

為了保證信號(hào)的可靠性，系統(tǒng)將對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)到的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行三取 二處理，得到一個(gè)可靠、準(zhǔn)確的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，若三路轉(zhuǎn)速中有兩路轉(zhuǎn)速信號(hào)故障，將判定為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障。轉(zhuǎn)速信號(hào)送到頻率計(jì)數(shù)模件FCS01后，進(jìn)行信號(hào)處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)送到控制回路，在控制回路內(nèi)，作為實(shí)際轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)--實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速比較后得到一個(gè)差值，經(jīng)過PID運(yùn)算后，輸出閥位指令控制信號(hào)改變閥位。變化后的實(shí)際轉(zhuǎn)速值重新與給定轉(zhuǎn)速比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，直到偏差為零，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

2.1.3 遠(yuǎn)方控制方式

在遠(yuǎn)方控制方式下，MEH接受來(lái)自鍋爐給水控制系統(tǒng)來(lái)的420mA控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3000～6000r/min?？刂苹芈穼?duì)允許條件進(jìn)行邏輯判斷后，就可以通過操作員站投入遠(yuǎn)方控制方式，但是，條件若任意一個(gè)不滿足，將切到轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式。MEH向鍋爐控制系統(tǒng)輸出一個(gè)420mA信號(hào)作為其轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，作為轉(zhuǎn)速指令的跟蹤信號(hào)，達(dá)到切換到遠(yuǎn)方控制模式時(shí)的無(wú)擾切換，保證投入遠(yuǎn)方控制時(shí)，沒有擾動(dòng)。 鍋爐給水控制系統(tǒng)向MEH輸出的420mA信號(hào)將作為一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，此時(shí)，MEH僅僅作為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不經(jīng)過轉(zhuǎn)速限制和速率限制，直接到PID控制器的設(shè)定值，控制閥門的開度。使實(shí)際值等于給定值，達(dá)到系統(tǒng)的要求。自動(dòng)控制方式是一種更加完善的控制方式，它同時(shí)考慮了汽輪機(jī)和鍋爐的控制，它將整個(gè)電廠作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)控制，可以使控制過程更加趨于合理化。

2.2 自動(dòng)整定伺服閥系統(tǒng)靜態(tài)關(guān)系

整定伺服系統(tǒng)靜態(tài)關(guān)系的目的在于：使油動(dòng)機(jī)在全行程內(nèi)均能被伺服閥控制，閥位給定信號(hào)與油動(dòng)機(jī)行程的關(guān)系為：給定閥位0-100%對(duì)應(yīng)的實(shí)際行程應(yīng)為0-100%。為了保證此對(duì)應(yīng)關(guān)系有良好的線性度，要求油動(dòng)機(jī)的LVDT在安裝時(shí)，應(yīng)使LVDT鐵芯盡可能在中間線性段工作。

2.2.1 零幅值壓比

ABB的伺服卡測(cè)量的閥位是零幅值壓比。即：A-B＼A+B。A代表次級(jí)1的直流電壓，B代表次級(jí)2的直流電壓。范圍是-1～+1。也就是說全關(guān)的值在-1～0 之間，全開的值在0～1 之間。因此在接線時(shí)VP800的接線沒有極性的要求，因此只要保證在閥門全關(guān)的時(shí)候次級(jí)一的電壓比次級(jí)二的電壓小即可以。

2.2.2 自動(dòng)整定：

在自動(dòng)整定的狀態(tài)下，為了保證每次整定的結(jié)果的正確性，內(nèi)部參數(shù)都是已經(jīng)固化好的，比如校驗(yàn)周期、零幅值同時(shí)校驗(yàn)、校驗(yàn)速率等。開始設(shè)置零點(diǎn)和滿點(diǎn)的幅值分別為-1和+1之后，參數(shù)就將直接傳到VP卡控制器中，然后點(diǎn)擊開始校驗(yàn)，閥門系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)校驗(yàn)。當(dāng)校驗(yàn)成功后，系統(tǒng)會(huì)傳上校驗(yàn)最終的零、幅值后，填入LVDT對(duì)應(yīng)的參數(shù)中，自動(dòng)校驗(yàn)過程完畢。

2.3 超速保護(hù)

MEH在汽機(jī)的正常運(yùn)行中，控制系統(tǒng)沒有超速保護(hù)邏輯，若運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值（6300r/min）時(shí)，汽機(jī)MEH控制柜發(fā)出超速保護(hù)信號(hào)，通過繼電器輸出干結(jié)點(diǎn)斷串到小機(jī)METS供電回路，使之?dāng)嚯?，跳閘電磁閥失電，使主汽閥和調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，蒸汽將無(wú)法進(jìn)入汽機(jī)，保證了汽輪機(jī)的安全。在操作站上置位 “電超速試驗(yàn)”，條件是轉(zhuǎn)速已經(jīng)大于5100r/min。將系統(tǒng)升速到6310r/min。如果汽輪機(jī)在6300r/min時(shí)跳機(jī)保護(hù)沒有動(dòng)作，則進(jìn)行手動(dòng)打閘。

需要說明的是由于METS和MEH不是一個(gè)系統(tǒng)，METS方本身也有超速跳閘硬件回路，定值也是6300r/min.所以邏輯一旦發(fā)出電超速或者機(jī)械超速指令時(shí)，會(huì)將METS方的電超速禁止。

3 METS硬回路優(yōu)化原因

2016年1月26日，#3機(jī)組負(fù)荷740MW，AGC投入，給水流量1923t/h，A、B小機(jī)遙控投入，A小機(jī)轉(zhuǎn)速4177，四抽至A、B小機(jī)

（下轉(zhuǎn)第28頁(yè)）

（上接第35頁(yè)）

進(jìn)汽流量96.23T/h。

15：35：46，四抽至A、B小機(jī)進(jìn)汽流量 55T/h，A小機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)緩慢下降，EH油壓由15.96降至15.58，小機(jī)A轉(zhuǎn)速設(shè)定值位4182，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3917并有下降趨勢(shì)。

15：35：48，由于CCS轉(zhuǎn)速指令與實(shí)際轉(zhuǎn)速偏差超過500，小機(jī)遙控退出，轉(zhuǎn)為自動(dòng)方式，并保持當(dāng)前設(shè)定值為4170，實(shí)際轉(zhuǎn)速3594。

15：35：50，A小機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速為4170，A小機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速為3335，轉(zhuǎn)速偏差大于800，A小機(jī)退出自動(dòng)，變?yōu)槭謩?dòng)方式，設(shè)定值跟蹤實(shí)際值。集控值班員監(jiān)盤時(shí)突然發(fā)現(xiàn)3A前置泵出口流量590t/h，A小機(jī)轉(zhuǎn)速3300rpm，出口壓力18Mpa，鍋爐給水流量1300t/h，并仍有下降趨勢(shì)。隨即立即檢查MEHA畫面，發(fā)現(xiàn)A小機(jī)主汽門、低壓調(diào)門關(guān)閉，最終觸發(fā)機(jī)組RB。通過歷史趨勢(shì)檢查發(fā)現(xiàn)低壓主汽門、低壓調(diào)門、切換閥第一個(gè)跳閘電磁閥有瞬間失電導(dǎo)致閥門關(guān)閉。經(jīng)初步判斷為DO卡通訊瞬間中斷導(dǎo)致DO卡繼電器輸出由1變?yōu)?導(dǎo)致閥門關(guān)閉。

4 小機(jī)METS硬回路優(yōu)化方案

4.1 優(yōu)化前方案

#3機(jī)組小機(jī)METS原廠家設(shè)計(jì)方案低壓主汽門、低壓調(diào)門、切換閥第一個(gè)跳閘電磁閥的繼電器控制線圈為單通道DO卡輸出。廠家設(shè)計(jì)原方案只要任意一個(gè)DO卡故障，都會(huì)導(dǎo)致小機(jī)快關(guān)電磁閥失電閥門快關(guān)，小機(jī)轉(zhuǎn)速下降，威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 優(yōu)化后方案

#3機(jī)組小機(jī)METS優(yōu)化方案低壓主汽門、低壓調(diào)門、切換閥第一個(gè)跳閘電磁閥的繼電器控制線圈為單通道DO卡輸出，更改為雙通道不同DO卡輸出。即任意一個(gè)DO卡故障，都不會(huì)導(dǎo)致小機(jī)快關(guān)電磁閥失電。提高小機(jī)運(yùn)行的可靠性和減少小機(jī)誤動(dòng)的可能。

為了監(jiān)視小機(jī)DO卡狀態(tài)增加一個(gè)DO卡輸出的點(diǎn)至小機(jī)MEH的DI卡作為監(jiān)視。

5 結(jié)論

小機(jī)在電廠運(yùn)行中作為一個(gè)重要的輔機(jī)，是不可缺少的一部分，任何的故障都可能導(dǎo)致機(jī)組RB甚至跳機(jī)事件的發(fā)生，本篇論文主要介紹兩個(gè)部分：小機(jī)的控制方式、硬回路的優(yōu)化。通過對(duì)小機(jī)控制方式的了解，掌握控制邏輯的概念，加強(qiáng)對(duì)小機(jī)運(yùn)行方式的了解，增強(qiáng)小機(jī)事故的分析能力。對(duì)小機(jī)METS硬回路的優(yōu)化，減少勿動(dòng)的可能，增加了設(shè)備的可靠性，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：宋曉飛（1984-），男，本科，助理工程師，從事發(fā)電廠熱控工作。