轉(zhuǎn)爐螺桿發(fā)電控制系統(tǒng)研究

馬云鵬

摘 要：轉(zhuǎn)爐煉鋼會(huì)產(chǎn)生大量的低品位蒸汽，將這些蒸汽通入螺桿動(dòng)力機(jī)進(jìn)行發(fā)電，可以對(duì)這些蒸汽進(jìn)行有效的利用，避免能源的浪費(fèi)。本文以900kW發(fā)電機(jī)組為例對(duì)螺桿發(fā)電的控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

關(guān)鍵詞：螺桿機(jī)；發(fā)電機(jī)；控制系統(tǒng)；PLC；并網(wǎng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.152

1 螺桿發(fā)電工藝流程

從轉(zhuǎn)爐蓄熱器出來的飽和蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入到螺桿動(dòng)力機(jī)，推動(dòng)動(dòng)力機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。發(fā)出的低壓電經(jīng)并網(wǎng)柜并入到生產(chǎn)低壓網(wǎng)絡(luò)。蒸汽管道上裝有切斷閥和調(diào)節(jié)閥，用于控制蒸汽管道的通斷和調(diào)節(jié)進(jìn)入到螺桿動(dòng)力機(jī)的蒸汽量的大小，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的恒功率控制。

2 螺桿發(fā)電控制系統(tǒng)組成

螺桿發(fā)電的控制系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）電氣儀表柜：柜內(nèi)主要裝有斷路器、繼電器、西門子300PLC、總線橋、隔離器等，柜子的前端裝有WEINVIEW觸摸屏和控制按鈕、指示燈等。西門子300PLC主要負(fù)責(zé)整套設(shè)備電氣系統(tǒng)的邏輯控制，觸摸屏負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、參數(shù)的修改以及歷史趨勢(shì)的查詢等。控制按鈕，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的手動(dòng)控制。

（2）現(xiàn)場(chǎng)儀表：主要有氣動(dòng)切斷閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、熱電阻、流量計(jì)、壓力表等。

（3）并網(wǎng)柜：主要由ABB調(diào)壓板、國(guó)電南自PSM694U、電壓表、頻率表、同步表等組成，連接發(fā)電機(jī)與低壓電網(wǎng)，用于發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整和自動(dòng)同步檢測(cè)，發(fā)電機(jī)故障報(bào)警，并網(wǎng)的手自動(dòng)控制。

3 螺桿發(fā)電控制方式

3.1 開機(jī)操作

開機(jī)操作前需要進(jìn)行暖機(jī)操作，暖機(jī)操作時(shí)的閥門設(shè)定值為17%，將控制柜面板上“手動(dòng)/自動(dòng)”開關(guān)切換到“手動(dòng)方式”，按下“開閥門”按鈕，這時(shí)調(diào)節(jié)閥會(huì)緩慢的打開，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)停止，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速接近200r/min左右，運(yùn)行15min。在此期間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)若無振動(dòng)過大、聲音異常等故障，則可以進(jìn)行開機(jī)操作。

開機(jī)操作分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。手動(dòng)模式是通過電氣儀表柜前面板上的控制按鈕實(shí)現(xiàn)的，持續(xù)按下“開閥門”按鈕，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥緩慢的打開，使轉(zhuǎn)爐蒸汽通過管道進(jìn)入到螺桿機(jī)，推動(dòng)螺桿機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到750r/min后，穩(wěn)定運(yùn)行10min。然后再次按下“開閥門”，控制調(diào)節(jié)閥繼續(xù)打開，使螺桿機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min左右，運(yùn)行10min。期間需要密切關(guān)注螺桿機(jī)與發(fā)電機(jī)是否運(yùn)行正常，如發(fā)現(xiàn)異常需立即進(jìn)行停機(jī)操作。系統(tǒng)一切正常后，加大調(diào)節(jié)閥開度，使的動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速2272r/min，并持續(xù)運(yùn)行。

在自動(dòng)模式下，將開機(jī)操作分為三個(gè)階段：一段開機(jī)操作、二段開機(jī)操作和額定狀態(tài)操作。首先需要在控制面板上將開機(jī)操作選為“自動(dòng)模式”，然后按下電氣儀表柜前面板上的“開機(jī)”按鈕，進(jìn)入一段開機(jī)操作階段。設(shè)定一段開機(jī)階段的目標(biāo)轉(zhuǎn)速為750r/min，當(dāng)達(dá)到此轉(zhuǎn)速后不需要人為干預(yù)只需等待10分鐘系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)入二段開機(jī)階段。另外，為了滿足一些特殊情況的需要，控制系統(tǒng)也做出了一些妥協(xié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一段開機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速無故障運(yùn)行10s后，也可以人為再次按下“開機(jī)”按鈕，提前進(jìn)入二段開機(jī)階段。設(shè)定二段開機(jī)階段的轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)值是1500 r/min。當(dāng)達(dá)到此設(shè)定轉(zhuǎn)速后等待10min系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入額定狀態(tài)階段；同樣也可以當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到二段開機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速無故障運(yùn)行10s后，也可以人為再次按下“開機(jī)”按鈕，提前進(jìn)入額定狀態(tài)階段。額定狀態(tài)階段的轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)值是2272轉(zhuǎn)/分。

3.2 合閘并網(wǎng)操作

合閘并網(wǎng)需滿足以下條件：

（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化范圍為2272±20 r/min；

（2）綜保及多功能電量器上的頻率值為50±0.5Hz；

（3）發(fā)電電壓達(dá)到400V左右。

當(dāng)同時(shí)滿足以上三個(gè)條件后，可以將并網(wǎng)控制柜前端的“單機(jī)/并網(wǎng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“并網(wǎng)”位。

合閘操作也有兩種模式：手動(dòng)、自動(dòng)。手動(dòng)模式下進(jìn)行并網(wǎng)操作，需仔細(xì)觀察并網(wǎng)柜上的同步表，同步表的狀態(tài)指示燈會(huì)順時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到頂部綠燈區(qū)且且最中間的綠色指示燈（同步位置）亮起時(shí)，需要迅速的按下并網(wǎng)柜上的“合閘”按鈕，速度一定要快，否則可能并網(wǎng)不成功。若出現(xiàn)故障，如因逆功率.過電流等原因分閘，系統(tǒng)自動(dòng)回歸到額定狀態(tài)運(yùn)行階段，操作員可以擇機(jī)再次合閘并網(wǎng)。自動(dòng)模式下，合閘并網(wǎng)不需要人為手動(dòng)干預(yù)，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的需要合適的并網(wǎng)點(diǎn)并進(jìn)行合閘并網(wǎng)，若一次并網(wǎng)不成功，還會(huì)自動(dòng)進(jìn)行第二次并網(wǎng)，直至并網(wǎng)成功。合閘并網(wǎng)成功后，PLC采用PID算法按照事先選定的控制方式自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開度，保證控制目標(biāo)值的輸出，滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

3.3 停機(jī)操作

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異?；蛐枰ＭC(jī)操作時(shí)，需要按下電氣儀表控制柜前端的“停機(jī)”按鈕，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行停機(jī)操作。首先控制系統(tǒng)會(huì)逐漸減小調(diào)節(jié)閥的開度值，使得進(jìn)入動(dòng)力機(jī)的蒸汽量不斷減小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速慢慢降低，當(dāng)發(fā)電轉(zhuǎn)速降至0r/min或功率降至0 kW時(shí)，PLC會(huì)向并網(wǎng)柜發(fā)出“分閘”信號(hào)，斷開發(fā)電機(jī)與并網(wǎng)柜的連接，最終使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解裂。PLC會(huì)向并網(wǎng)柜發(fā)出“分閘”信號(hào)的同時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開度設(shè)定值為零，控制調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。如果需要長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)需要關(guān)閉管道上的氣動(dòng)切斷閥和手閥。當(dāng)調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)時(shí)，60min后自動(dòng)關(guān)閉油泵。當(dāng)油泵關(guān)閉后，切斷所有用電設(shè)備電源，停機(jī)完畢。

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行控制方式

系統(tǒng)正常運(yùn)行后，其控制方法有兩種：恒轉(zhuǎn)速控制、恒功率控制。

（1）恒轉(zhuǎn)速控制：調(diào)速控制系統(tǒng)主要通過PLC的PID運(yùn)算，輸出的4～20mA的電流信號(hào)控制閥門開度，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，通過調(diào)節(jié)閥門開度，調(diào)整進(jìn)汽量的大小，從而達(dá)到控制調(diào)節(jié)動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的，減少或增加動(dòng)力機(jī)做功能力。

（2）恒功率控制：并網(wǎng)后，控制系統(tǒng)采用PID控制方式，通過控制調(diào)節(jié)閥開度的大小，從而控制進(jìn)入動(dòng)力機(jī)做功的蒸汽量的大小，保證發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)功率的一定的。

4 結(jié)語

改造后，不僅實(shí)現(xiàn)了更為合理的階段控制，節(jié)省了電能，而且啟動(dòng)電流小，較少了風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，并且由于在變頻器出現(xiàn)故障后可以手動(dòng)的切換到工頻運(yùn)行，是系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性更加可靠。

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