淺析汽輪機(jī)505XT控制器與高壓抗燃油系統(tǒng)結(jié)合使用

陳廣輝，徐曉嘉

（廣州廣重企業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000）

WOODWARD的505控制器在國(guó)外使用較為廣泛，他們的操作人員和技術(shù)人員比較熟悉此控制器，不用過多地培訓(xùn)使用和維護(hù)，因此，在項(xiàng)目控制方案選擇上會(huì)優(yōu)先考慮505控制器?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)優(yōu)化型高壓抗燃油技術(shù)較為成熟，高壓油比低壓油系統(tǒng)有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效控制，因此本文提出了505XT與國(guó)產(chǎn)優(yōu)化型高壓抗燃油系統(tǒng)控制方案，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)的控制。

1 系統(tǒng)主要控制特點(diǎn)

1.1 505XT控制器

505XT控制器可用于控制單執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用戶根據(jù)實(shí)際需要，通過綜合控制面板，組態(tài)為發(fā)電機(jī)功能或機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用功能。控制器可以控制的參數(shù)有：機(jī)組轉(zhuǎn)速/頻率、機(jī)組負(fù)荷、抽汽或者補(bǔ)汽壓力、進(jìn)汽壓力、排汽壓力以及輔助PID控制和串級(jí)PID控制等。

505XT還具有以下特點(diǎn)：通過RTC時(shí)間戳、10個(gè)外部DI跳閘輸入、10個(gè)外部報(bào)警輸入對(duì)報(bào)警和跳閘事件進(jìn)行先出跳閘指示，避開臨界轉(zhuǎn)速（3個(gè)轉(zhuǎn)速范圍），通過溫度輸入選項(xiàng)進(jìn)行順序自動(dòng)啟動(dòng)（熱啟動(dòng)與冷啟動(dòng)），雙轉(zhuǎn)速/負(fù)荷動(dòng)態(tài)，零轉(zhuǎn)速檢測(cè)，超速跳閘的峰值轉(zhuǎn)速指示，初始啟動(dòng)的加速保護(hù)，遠(yuǎn)程不等率，頻率死區(qū)等。

1.2 高壓抗燃油系統(tǒng)

高壓抗燃油系統(tǒng)具有良好的潤(rùn)滑性能、抗燃性能和流體穩(wěn)定性。

高壓油壓力通常能達(dá)到10～15 MPa，比低壓油系統(tǒng)壓力0.4～2 MPa要高得多，從而使高壓抗燃油系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)。

高壓抗燃油系統(tǒng)油泵在工作中，采用“一備一用”模式，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵將自動(dòng)投入。油泵切換時(shí)，高壓油系統(tǒng)的油壓波動(dòng)由蓄能器維持，當(dāng)伺服閥或系統(tǒng)其他部件原因引起壓力波動(dòng)時(shí)，油壓系統(tǒng)的卸荷閥能將油壓維持在一定范圍內(nèi)。系統(tǒng)兼有壓力、溫度、液位、差壓等高精度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，保證高壓油系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 伺服閥

伺服閥一方面接收電信號(hào)，一方面控制著油負(fù)載流量大小，是連接505XT和高壓抗燃油的橋梁，伺服閥的實(shí)際負(fù)載流量與閥芯位移及閥的壓降有關(guān)，對(duì)閥輸入額定信號(hào)（如+10 mA=使閥口100%全開）時(shí)，閥在額定壓降下（△Pn=3.5 MPa/每一節(jié)流邊）的負(fù)載為額定流量。當(dāng)閥口壓降為其他值時(shí)，閥的負(fù)載流量則與閥的銳邊節(jié)流口壓降的平方根成正比。

伺服閥具有較高的閥芯位置回路增益，因此閥的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較好，查閱MOOG的DDV伺服閥特性曲線如圖1所示。

圖1 DDV閥特性曲線

根據(jù)伺服閥的階躍響應(yīng)，頻率，壓力增益特性，綜合考慮高壓抗燃油參數(shù)以及汽輪機(jī)的工況參數(shù)，方案中選擇了MOOG伺服閥DDV-D633。

2 系統(tǒng)方案

2.1 硬件配置

汽輪機(jī)組包含一個(gè)獨(dú)立高壓進(jìn)汽調(diào)閥和一個(gè)低壓抽汽調(diào)閥，兩個(gè)調(diào)閥由兩個(gè)獨(dú)立伺服閥控制。本套DEH控制方案，使用高壓抗燃油系統(tǒng)一套、WOODWARD新版本控制器505XT一臺(tái)、MOOG伺服閥兩套、SPC驅(qū)動(dòng)器兩套（505XT無法直接驅(qū)動(dòng)DDV伺服閥）。高壓抗燃油系統(tǒng)為進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥提供持續(xù)穩(wěn)定的油壓，高壓油站設(shè)有就地和遠(yuǎn)傳儀表，可監(jiān)測(cè)壓力、油位、差壓等各項(xiàng)參數(shù)。系統(tǒng)方案如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)方案圖

2.2 電控方案

505XT控制器通過自帶面板進(jìn)行參數(shù)組態(tài)，SPC通過軟件配置程序，將汽輪機(jī)工況參數(shù)、控制及保護(hù)參數(shù)置入505XT和SPC中。系統(tǒng)接收現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速、功率、進(jìn)汽壓力、抽汽壓力等輸入信號(hào)，根據(jù)各種控制指令，經(jīng)過內(nèi)部程序運(yùn)行后，發(fā)出電流控制信號(hào)到SPC，通過SPC輸出電流信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)DDV伺服閥。在高壓抗燃油系統(tǒng)的持續(xù)供油下，伺服閥輸出油壓變化使得汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的開度發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)的啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)前調(diào)節(jié)、并網(wǎng)后增減負(fù)荷、抽汽壓力控制等功能。

2.3 方案要點(diǎn)

第一，505XT控制器接收的控制信號(hào)可以選擇端子硬接線型或者M(jìn)ODBUS通訊型，在控制中，若控制器依次接收到多個(gè)指令信號(hào)，控制器將以接收到的最后一個(gè)指令信號(hào)為準(zhǔn)。

第二，在SPC控制器中，其輸出只有電流型信號(hào)，因此需要選型對(duì)應(yīng)的DDV伺服閥，以此接收電流信號(hào)。

第三，為確保DDV伺服閥工作的可靠性，各系統(tǒng)供油需經(jīng)過兩個(gè)互為備用濾油器過濾，由差壓開關(guān)監(jiān)視濾芯的堵塞情況，當(dāng)差壓開關(guān)報(bào)警時(shí)應(yīng)切換清洗。

第四，系統(tǒng)有可控停機(jī)以及故障型停機(jī)，在系統(tǒng)故障（控制器故障、高壓抗燃油系統(tǒng)故障或者外部故障）時(shí)，將自動(dòng)觸發(fā)緊急停機(jī)，保證系統(tǒng)的安全性，使用時(shí)需要注意區(qū)分。

3 結(jié)合控制方案

3.1 油系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行

檢查EH油系統(tǒng)油箱液位、濾油器、卸荷閥、油泵、供油管路、回油管路、冷油器、蓄能器是否正常，電氣回路應(yīng)該無液位、差壓、電機(jī)故障、溫度等報(bào)警后，啟動(dòng)一臺(tái)高壓油泵，另一臺(tái)設(shè)置為連鎖狀態(tài)，使之備用狀態(tài)，油泵啟動(dòng)后，油泵向系統(tǒng)供油，系統(tǒng)的額定允許工作壓力為11～15 MPa，方案中將本系統(tǒng)壓力整點(diǎn)為14 MPa，當(dāng)系統(tǒng)瞬間用油量很大時(shí)，蓄能器卸荷閥自動(dòng)參與供油平衡，減少波動(dòng)。整套高壓抗燃油的電氣監(jiān)控接至集控室內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)控油系統(tǒng)健康狀態(tài)，重要的參數(shù)如出口油壓、油泵電流、油箱液位、油溫等設(shè)為高報(bào)警優(yōu)先級(jí)。

3.2 505XT配置

控制器內(nèi)配置成一個(gè)發(fā)電機(jī)應(yīng)用，觸點(diǎn)輸入5#配置發(fā)電機(jī)斷路器，觸點(diǎn)輸入6#配置電網(wǎng)斷路器，頻率投入/退出選擇否，負(fù)荷不等率設(shè)為5%。由于SPC只接收4～20 mA信號(hào)，所以505XT需要配置為輸出4～20 mA信號(hào)。

1#～3#模擬量輸入分別設(shè)定為主蒸汽壓力、抽汽壓力、發(fā)電機(jī)功率。主蒸汽壓力和抽汽壓力為2線制壓力變送器，因此需要設(shè)置為環(huán)路供電。

505XT啟動(dòng)配置成暖機(jī)/順序自動(dòng)啟動(dòng)功能，控制器將自動(dòng)爬升至額定轉(zhuǎn)速位置，中途操作員也可以介入控制，暫停或繼續(xù)升速。

閥門控制方式：運(yùn)行人員可在界面上操作（增、減）閥門的開度來控制機(jī)組轉(zhuǎn)速變化。方案中在沖轉(zhuǎn)時(shí)設(shè)定了限制值，用于限制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速的大小。

功率控制方式：這種方式使機(jī)組在設(shè)定負(fù)荷情況下運(yùn)行。505XT控制器采樣發(fā)電機(jī)功率信號(hào)與負(fù)荷設(shè)定值相比較，經(jīng)調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸出控制指令，控制機(jī)組負(fù)荷與設(shè)定值保持一致。方案中，在并網(wǎng)后自動(dòng)給與初始功率，防止并網(wǎng)時(shí)逆功率，運(yùn)行時(shí)操作員根據(jù)需要輸入設(shè)定值，505XT自動(dòng)將功率控制在設(shè)定值。

主汽壓力控制方式：這種控制方式使機(jī)組按設(shè)定的主汽壓力情況下運(yùn)行。505XT控制器采樣主蒸汽壓力與壓力設(shè)定值比較，經(jīng)調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸出控制指令，維持主汽壓力。運(yùn)行時(shí)在控制器設(shè)定主汽壓力，控制器將維持設(shè)定壓力值，功率會(huì)隨著流量變動(dòng)。

在模式彈窗中，點(diǎn)擊所選1～6模式后，便能實(shí)現(xiàn)各種控制方式的無擾動(dòng)切換。

OPC超速保護(hù)、甩負(fù)荷控制功能：方案中通過組態(tài)103%轉(zhuǎn)速繼電器，以電平方式觸發(fā)保護(hù)，達(dá)到OPC超速關(guān)閉調(diào)節(jié)閥和恢復(fù)調(diào)節(jié)閥的功能。

閥門管理與閥門試驗(yàn)：在運(yùn)用中，通過面板來操作，初始狀態(tài)下，手動(dòng)控制指令線性輸出，實(shí)現(xiàn)閥門線性測(cè)試試驗(yàn)。

超速保護(hù)控制：系統(tǒng)中設(shè)定了110%額定轉(zhuǎn)速跳機(jī)值，在達(dá)到跳機(jī)值后，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，并發(fā)出跳機(jī)指令給其他系統(tǒng)。

WOODWARD舊版本的505控制器中，進(jìn)汽壓力控制和抽汽壓力控制使用的是輔助控制或者串級(jí)控制，需要組態(tài)多個(gè)PID控制，且需要整定PID，與舊版本的505控制器相比，使用新版本的505XT本身帶有進(jìn)汽壓力控制和抽汽控制，因此可以在程序組態(tài)中使用抽汽工況圖預(yù)設(shè)的方法：在505XT的組態(tài)中，預(yù)設(shè)了最小抽汽下的最大負(fù)荷（A1），最小抽汽下的最大進(jìn)汽流量（A2），最大抽汽下的最小負(fù)荷（B1），最大抽汽下的最小進(jìn)汽流量（B2），最小抽汽下的最小負(fù)荷（C1）以及最小抽汽下的最小進(jìn)汽流量（C2），這些參數(shù)是汽輪機(jī)的運(yùn)行工況參數(shù)，預(yù)設(shè)進(jìn)入505XT后，系統(tǒng)將按照預(yù)設(shè)，在最優(yōu)狀態(tài)自動(dòng)運(yùn)行。

4 結(jié)語

國(guó)產(chǎn)優(yōu)化型高壓抗燃油系統(tǒng)體積小，油泵冗余配置，現(xiàn)場(chǎng)傳感器精度高、響應(yīng)快，油系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；新版本505XT控制器性能強(qiáng)，參數(shù)設(shè)定少，以面板操作及遠(yuǎn)程指令的方式，操作方便簡(jiǎn)單，整套系統(tǒng)以模塊化的結(jié)合方式，靈活性強(qiáng)、維護(hù)方便，可適用于中小型汽輪機(jī)組上，為汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的使用提供了可選擇方案，特別是在國(guó)外市場(chǎng)的推廣也有其優(yōu)勢(shì)。