4#汽輪機CC25MW電液調節DCS系統研究

摘要：文章圍繞錦西石化熱電公司4號汽輪機機組，對CC25MW電液調節DCS系統在供電量與汽壓力等問題展開了探討。

關鍵詞：CC25MW；DCS；供電量；汽壓力

錦西石化熱電公司4號汽輪機機組系高壓25 MW雙抽冷凝式汽輪機，采用液壓調速器、全液壓調節系統，在系統運行方式上采用#3機、#4機抽汽帶中、低壓蒸汽。在供電方面，要求機組頻繁準確調節，既保證不向網上送電，也不從網上受電，此外還以機組抽汽的形式向石化分公司供應中低壓蒸汽，并保持一定的蒸汽壓力，目前汽輪機在帶抽汽時，無論增減電負荷、還是調整熱負荷，都存在互相擾動，電、熱負荷無法正常調整。因此需要對調速系統進行改造，而DEH系統（數字電液調節系統）無疑是最佳選擇。

1系統配置組成

熱電公司3臺鍋爐、2臺汽輪機均采用了ABB貝利控制有限公司的Symphony系統進行控制。經過多年的運行，發現Symphony系統具有安全、可靠、響應速度快，維護量低等特點，給生產帶來了便利。因此這次4#汽輪機DEH控制系統也采用了ABB貝利公司的Symphony系統，實現了DCS統一，DEH的控制單元作為機組控制環路上的一個節點。它在控制環路上的代號為PCU56。系統的控制方案由Composer4.3完成，操作界面用CONDUCT NT 4.0系統完成。

DEH控制功能由兩對互為冗余的控制器（BRC300）和相應的功能子模件完成。其中轉速測量及保護部分在3號控制器中，基本控制部分在5號控制器中。操作員站與改造前的操作員站和為一體，工程師站用原DCS的工程師站，所以組態及參數的修改統一在原DCS工程師站和操作員站完成。

①BRC300。BRC-300橋控制器是一個具有高性能，大容量，高速度的32位微處理器的模件。它可以解決特定控制和信息處理等要求，且具有多環路模擬、順序、和批處理等功能。它執行過程控制命令，包括數據強化，程序強化或兩者兼而有之。BRC采用冗余熱備。備份BRC、在原BRC處于運行狀態時保持備用狀態。一旦原BRC由于某種原因而離線，控制將被自動且無擾動地切換到冗余模件，以保證過程控制的正常進行。

②Symphony系統通信網絡。Symphony系統通信網絡為多層各自獨立的標準總線和環形網絡結構。其中最上層的通信結構為總線網絡：Onet（Operation Network）。另一網絡層主要進行現場I/O數據采集、過程控制操作、過程及系統報警等管理數據交換（CnetControlNetwork）。主要用來連接現場控制站、人系統接口、系統工程設計工具Composer以及C-net間等類型的節點。在Cnet中的另一網絡結構為HCU系列結構內的（冗余）總線網絡Controlway。它主要用來承擔本節點內控制器間的通信的功能。在HCU結構內另一網絡為子總線（I/O擴展總線），它主要承擔控制器與它所配置的子模件通信，完成相應的數據采集和執行相應的控制動作。過程處理單元（PCU）與控制環路的接口模塊INNPM12/INNIS21，是一組通信模件，通過該接口實現PCU與控制環路的數據交換。也采用冗余結構，增強可靠性。

2邏輯部分

DEH主要對汽輪機轉速、功率及抽汽進行控制，即從汽機掛閘、沖轉、暖機、同期并網、帶初負荷到帶全負荷的整個控制過程，同時保護汽機超速。DEH控制功能分別由3號和5號兩對冗余的BRC300控制器實現。

①3號控制器中包括：轉速測量、超速保護、汽機并網、主汽門試驗、汽機掛閘、超速試驗等，并與5號控制器通過控制總線連接。

其一，遠方掛閘。機組在跳閘的情況下允許遠方掛閘，信號發出后汽機掛閘自動復位，若汽機沒有復位，延時6 s自動復位，以防止電磁閥長期帶電，同時關主汽門電磁閥帶電。點開主汽門按鈕后，關主汽門電磁閥失電，主汽門開啟。其二，系統轉速。轉速三選二實際上是三取中邏輯，通常系統轉速信號故障為：任意兩路轉速故障；一路轉速故障，另外兩路轉速偏差大；三路轉速互不相同；轉速給定大于500 RPM時，系統轉速與給定相差500 RPM，發生系統轉速故障后，DEH自動將系統轉速設定為一個最大值，這樣將產生超速跳閘命令。其三，保護部分。保護部分的主要作用是提供轉速三選二、油開關狀態及汽機自動停機掛閘（ASL）狀態三選二、超速保護邏輯、超速試驗選擇邏輯以及DEH跳閘邏輯，它控制著OPC及OPT電磁閥，同時匯總DEH相關跳閘信號后通過硬接線送ETS。其四，超速試驗。超速試驗必須在3000RPM定速（轉速大于2950RPM）、脫網的情況下進行，它包括OPC超速試驗（103％）、電氣超速試驗（110％）和機械超速試驗（111％～112％），這三項試驗在邏輯上相互閉鎖。其五，油開關狀態。DEH判斷機組是否并網的唯一根據是油開關狀態，因此該信號非常重要。只有當油開關跳閘信號消失時，DEH才認為機組真正并網了。其六，DEH跳閘。電調系統改造后，現4#機組跳閘功能是由原ETS控制AST電磁閥和DEH控制的新增AST電磁閥同時實現的，有一者帶電就能停機，而DEH和ETS的跳閘信號是互送的。DEH的跳閘條件：系統轉速故障或者超速（大于3300RPM），機械超速試驗時3360；ETS停機指令來；閥門嚴密性試驗結束；脫網時REXA閥出現故障。其中后三項功能是可以投入切除的。其七，嚴密性試驗。嚴密性試驗分調門和主汽門，當機組滿足相應條件時，才可以作相應的嚴密性試驗，并且操作時要嚴格按照步驟執行，否則計算機對機組狀態的判斷，影響機組的運行安全。

②5號控制器基本控制包括轉速的調節，功率的調節及抽汽的調節。包括轉速、功率、抽汽的給定生成以及變化的速率。手自動控制，CV ， IV， LV的閥位給定生成，主汽壓保護，CV嚴密試驗，抽汽壓力信號及功率信號的選擇，自動同期的控制。

其一，自動帶初負荷。發電機并網后，DEH在現有CV閥位參考值上加2％，這個開度對應于大約2％的初負荷。初負荷的實際大小決定于當時主蒸汽壓力。初負荷大小可在線修改。其二，負荷控制。負荷控制一般分為開環和閉環兩種方式。閉環指的是控制過程引入發電機有功功率反饋，此時汽機CV受負荷PID控制；開環方式需要運行人員隨時注意實際負荷的變化，目標負荷與實際負荷的近似程度依賴于CV閥門流量曲線和當前蒸汽參數。開環負荷控制也稱為閥位方式，速率為2/s，可在線修改。剛投入發電機功率閉環時，目標負荷和負荷給定跟蹤當前實際負荷，以便保證功率閉環投入時無擾。其三，轉速控制。在并網以前為轉速控制，此時轉速PID工作，給定轉速和三取中的實際轉速運算后輸出。其四，抽壓力控制。抽壓控制分為自動和手動，手動速率為1/S，可在線修改。自動控制通過抽壓的給定和實際的偏差進行PID運算來控制調門。目標壓力和給定跟蹤當前壓力，以保證抽壓閉環投入無擾。

3設計原則

系統符合“故障-安全”設計準則，對可能的誤操作采取有效的防范措施。系統具有自診斷、自恢復和抗干擾能力。冗余的高速通訊網絡保證信息通暢，并具有與DCS的通訊接口。除滿足機組啟動運行控制要求外，系統具有足夠的I/O裕量和能力以便未來進行功能擴展。功能設計應符合標準化、通用化、模塊化的原則。

4結語

4#機組DEH改造后的運行試驗中，DEH系統全部功能均一一進行了投運和試驗，所有功能均正確無誤，沒有出現任何問題，而且各項功能表現非常出色，品質優秀，達到了預期目標。保證了主機的安全穩定可靠運行和使用壽命。提高了4#機組的自動化水平及穩定性。

參考文獻：

[1] 李亮，李瑜.汽輪機中濕蒸汽兩相凝結流動研究[A].中國動 力工程學會透平專業委員會2007年學術研討會論文集 [C]，2007.