PK150調速系統的變負荷控制和保護

摘要：文章介紹了基于PK150調速器的汽輪機組在變負荷場合中調速系統與保護系統的設計原理、方法和調試過程，解決了汽輪機在各種負荷下的調速和保護的問題。

關鍵詞：PK150 DEH調速系統ETS危急遮斷系統 變負荷

1. 概述

PK150數字式調速器是美國WOODWARD公司推出的505簡化版。與505相比,它既有505優越的調速性能和靈活的組態設置，又具有經濟實用的特點。因此，它廣泛應用于制糖業的甘蔗撕解機控制系統。

甘蔗撕解機在運行過程中，由于進料（甘蔗）的不均勻，拖動撕解機的汽輪機的負荷波動比較頻繁。雖然汽輪機DEH系統經過PK150的PID調整能很好的響應小范圍的負荷波動，但是對于極端工況（如進料堵塞），PK150調速器不能很快的控制汽輪機的速度，有可能造成沖壞汽輪機葉片或者飛車的危險。因此，對于極端工況下的保護必須由DEH系統和ETS系統共同作用來保護機組的安全運行。

2. 設計原理和判斷方法

拖動撕解機的汽輪機在運行過程中，有三種狀態：一、負荷隨進料量的而小范圍波動。二、在進料突然消失情況下處于甩負荷狀態，該狀態下汽輪機的轉速不應高于額定轉速的103%。三、在進料堵塞情況下處于過負荷狀態，該狀態只能持續較短時間，否則應停機。

第一種狀態可以通過調整PK150的PI值，使轉速在負荷小范圍波動時仍能滿足穩定的轉速，一般要求在額定轉速波動正負10轉以內；第二種狀態通過組態PK150的輸出繼電器在轉速到達額定轉速的103%時動作，使汽輪機的電氣加速器動作，泄去電液轉換器的二次油壓，從而使調節閥關閉，達到快速降低汽輪機轉速的目的。當轉速低于額定的103%以下時，重新恢復PK150的PID控制；第三種狀態下，判斷汽輪機過載的方法：當汽輪機調節閥開度達到100%，而此時的實際速度卻由額定速度大幅度降低，即可認為汽輪機過載。當汽輪機處于過載狀態10~20秒后，過載信號仍保持，ETS危急遮斷系統應發出跳閘信號。

3. DEH系統和ETS系統原理及設置

DEH調速系統原理

PK150轉速器接收從2個MPU的轉速信號,進行高選處理后，將轉速頻率信號變換為電壓信號。PID控制放大器將該電壓信號與轉速基準給定值進行比較并輸出4~20mA信號至電液轉換器，電液轉換器輸出與輸入電流信號相對應的調節信號油壓，液壓信號經過放大，分別通過二次脈沖油控制高壓油動機活塞移動，通過調節杠桿改變調節汽閥的開度，調整汽輪機進汽量，滿足拖動負荷的需要。控制原理圖如圖1所示。

圖1 控制原理圖

PK150的設置

甩負荷保護的設置：PK150組態模式下，可編程繼電器必須采用選項10（或11）--轉速開關或手動閥#1（或#2），并且“使用轉速開關功能”必須組態為TURE，才能在運行菜單下設置繼電器接通/斷開的轉速數值。

過負荷保護的設置：由于甩負荷保護中，可編程繼電器設置為轉速開關功能，而PK150不能同時選用手動閥和轉速開關功能。如果手動閥功能和轉速開關功能都組態為TURE，那么在繼電器選項中選取了選項10或11時，選取的將是手動閥功能。因此，轉速大幅度下降的信號使用PK150的可編程繼電器的轉速開關功能。而過負荷邏輯和調節閥開度信號由ETS危急遮斷系統判斷。

ETS危急遮斷系統原理

汽輪機緊急跳閘保護系統（Emergency Trip System），是汽輪發電機在緊急情況下的安全保護系統。ETS根據汽輪機安全運行的要求，接受就地一次儀表或TSI二次儀表的停機信號，當發生跳閘條件之一時，將使危急遮斷電磁閥動作，迫使DEH的控制油泄壓而停機。ETS系統與DEH系統是互相聯系、相互作用的，共同完成機組控制、監測、安全運行的任務。

ETS系統過負荷邏輯設置

由于電液轉換器輸出電流信號對應調節閥的開度，因此當ETS系統檢測到電液轉換器的輸出電流達到最大值（即調節閥開度達到100%），同時接收到PK150的實際轉速降低信號時判定汽輪機處于過負荷狀態。如果該狀態持續10~20秒，ETS系統發出停機信號。

調試方法和步驟

PID值的整定

為了獲得過渡過程的快速響應，緩慢地增大比例直到執行機構輸出開始擺動，然后，如必要的話調整積分參數使輸出穩定。在調整積分時如不能達到穩定，則減小比例設定值。如此反復試湊,直到找到滿意的比例設定值和積分設定值。

甩負荷保護的整定

在運行方式下，設定上限轉速等于額定值。當汽輪機的速度達到額定值時，同時按下“超速”和“上升”按鍵，當速度升至103%且電氣加速器動作時，同時松開“超速”和“上升”兩個按鍵，觀察并整定PK150的繼電器接通/斷開的轉速數值，直至電氣加速器動作1到2次就能穩定在額定轉速。

過負荷保護的測試

根據過負荷判斷方法，可以在現場調試中進行模擬測試。具體方法和步驟如下：

在汽輪機達到額定轉速并完成相關的聯動調試后，關閉進汽閥門及其旁通閥，此時汽輪機轉速會快速下降，PK150的轉速開關動作，而調節閥則會打開至全開狀態，ETS判斷此時為過負荷狀態，并輸出跳閘信號。

4. 結語

本文介紹了在甘蔗撕解機控制系統中，PK150調速器在各種負荷下的調速和保護的應用。該系統實際應用于泰國友農糖廠的5.5MW汽輪機—甘蔗撕解機組中，經過一年的運行，各項指標均達到設計、使用要求。

5.參考文獻

[1]胡念蘇．汽輪機設備及系統【M】．中華人民共和國電力出版社．2006.12．

[2]張克骯，沈惠坊．汽輪機技術問答【M】．中華人民共和國石化出版社．2006.6．

[3]吳季蘭 汽輪機設備及系統【M】．中華人民共和國電力出版社．1998

6.作者簡介

潘梁鵬（1987－），男，廣東省電白縣人，廣州廣重企業集團有限公司，主要從事熱能動力設備電氣設計方面的工作。