淺析給水泵汽輪機控制方式及硬回路優(yōu)化分析

李艷和

摘 要：本文主要闡述了某電廠給水泵汽輪機的控制邏輯操作方式上的簡要概述，閥門整定的操作方法和注意事項，超速實驗的原理。以及小機METS硬回路的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：小機；控制方式；自動整定；回路優(yōu)化

1 引言

某電廠汽輪機組是由上海汽輪機廠提供。系統(tǒng)采用S+ Operations 軟件作為操作員站的平臺，與DCS系統(tǒng)為一體化，MEH做為DCS的子畫面組，有利于運行人員的操作和維護人員的維護。運行人員通過操作員站實現(xiàn)對小汽機的控制。根據(jù)電廠運行人員的習(xí)慣以及本汽機的特點，設(shè)計了如下控制和監(jiān)視畫面，包括總貌圖、MEHA控制、MEHB控制、超速試驗、閥門校驗等，不僅為運行人員提供了監(jiān)視和操作手段，還可以直接調(diào)取已經(jīng)做好的趨勢組來分析問題。

2 MEH功能介紹

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

2.1 控制運行方式

2.1.1 手動方式：

手動是一種開環(huán)控制方式，一般在啟機前做閥門試驗的控制方式。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。總開度的0%到80%對應(yīng)的是低壓調(diào)門的0%到100%。總開度的80%到100%對應(yīng)高調(diào)門開度的0%到100%，轉(zhuǎn)速設(shè)定值跟蹤小機的實際轉(zhuǎn)速，已達到切換控制方式時的無擾切換。

2.1.2 自動控制方式

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

操作員自動是操作員站通過設(shè)定目標轉(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，計算出的數(shù)值進入PID，作為轉(zhuǎn)速設(shè)定值，實際轉(zhuǎn)速作為PID的實際值進行PID運算，運算的結(jié)果轉(zhuǎn)化為閥門的總得開度指令信號，去控制閥門的開度，實現(xiàn)控制機組轉(zhuǎn)速的目的。在自動控制方式下，轉(zhuǎn)速的上限值在正常情況下是5900r/min，但在做超速試驗時，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)場參數(shù)輸入速率，但在轉(zhuǎn)速過臨界轉(zhuǎn)速時，速率變?yōu)榻o定的速率400r/min/min。目標轉(zhuǎn)速的變化是根據(jù)操作人員的轉(zhuǎn)速指令而變，達到小機沖轉(zhuǎn)的目的。

自啟動是一鍵啟動，轉(zhuǎn)速從0升至2800r/min，達到熱機狀態(tài)。轉(zhuǎn)速設(shè)定值分為三個階段，分別是1000r/min、2400r/min、2800r/min。只有當(dāng)每個轉(zhuǎn)速區(qū)間的條件都滿足后，才能繼續(xù)升，每個區(qū)間的轉(zhuǎn)速升速率也是按著邏輯給定的速率給出。

在自動控制方式時，手動的閥位設(shè)定值跟蹤當(dāng)前的閥位計算輸出值，已達到轉(zhuǎn)換到手動方式時的無擾切換。

為了保證信號的可靠性，系統(tǒng)將對從現(xiàn)場轉(zhuǎn)速傳感器測到的轉(zhuǎn)速信號進行三取 二處理，得到一個可靠、準確的實際轉(zhuǎn)速信號，若三路轉(zhuǎn)速中有兩路轉(zhuǎn)速信號故障，將判定為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障。轉(zhuǎn)速信號送到頻率計數(shù)模件FCS01后，進行信號處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號送到控制回路，在控制回路內(nèi)，作為實際轉(zhuǎn)速輸入信號--實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速比較后得到一個差值，經(jīng)過PID運算后，輸出閥位指令控制信號改變閥位。變化后的實際轉(zhuǎn)速值重新與給定轉(zhuǎn)速比較，進行PID運算，直到偏差為零，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

2.1.3 遠方控制方式

在遠方控制方式下，MEH接受來自鍋爐給水控制系統(tǒng)來的4～20mA控制信號，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3000～6000r/min。控制回路對允許條件進行邏輯判斷后，就可以通過操作員站投入遠方控制方式，但是，條件若任意一個不滿足，將切到轉(zhuǎn)速自動控制方式。MEH向鍋爐控制系統(tǒng)輸出一個4～20mA信號作為其轉(zhuǎn)速反饋信號，作為轉(zhuǎn)速指令的跟蹤信號，達到切換到遠方控制模式時的無擾切換，保證投入遠方控制時，沒有擾動。鍋爐給水控制系統(tǒng)向MEH輸出的4～20mA信號將作為一個轉(zhuǎn)速控制信號，此時，MEH僅僅作為一個執(zhí)行機構(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。使實際值等于給定值，達到系統(tǒng)的要求。

2.2 自動整定伺服閥系統(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：使油動機在全行程內(nèi)均能被伺服閥控制，閥位給定信號與油動機行程的關(guān)系為：給定閥位0-100%對應(yīng)的實際行程應(yīng)為0-100%。為了保證此對應(yīng)關(guān)系有良好的線性度，要求油動機的LVDT在安裝時，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的伺服卡測量的閥位是零幅值壓比。即：A-B＼A+B。A代表次級1的直流電壓，B代表次級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)的時候次級一的電壓比次級二的電壓小即可以。

2.2.2 自動整定：

在自動整定的狀態(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，比如校驗周期、零幅值同時校驗、校驗速率等。開始設(shè)置零點和滿點的幅值分別為-1和+1之后，參數(shù)就將直接傳到VP卡控制器中，然后點擊開始校驗，閥門系統(tǒng)會自動校驗。當(dāng)校驗成功后，系統(tǒng)會傳上校驗最終的零、幅值后，填入LVDT對應(yīng)的參數(shù)中，自動校驗過程完畢。

2.3 超速保護

MEH在汽機的正常運行中，控制系統(tǒng)沒有超速保護邏輯，若運行時汽輪機的實際轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值（6300r/min）時，汽機MEH控制柜發(fā)出超速保護信號，通過繼電器輸出干結(jié)點斷串到小機METS供電回路，使之?dāng)嚯姡l電磁閥失電，使主汽閥和調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，蒸汽將無法進入汽機，保證了汽輪機的安全。在操作站上置位 “電超速試驗”，條件是轉(zhuǎn)速已經(jīng)大于5100r/min。將系統(tǒng)升速到6310r/min。如果汽輪機在6300r/min時跳機保護沒有動作，則進行手動打閘。

需要說明的是由于METS和MEH不是一個系統(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)出電超速或者機械超速指令時，會將METS方的電超速禁止。

3 結(jié)論

小機在電廠運行中作為一個重要的輔機，是不可缺少的一部分，任何的故障都可能導(dǎo)致機組RB甚至跳機事件的發(fā)生，本文主要介紹兩個部分：小機的控制方式、硬回路的優(yōu)化。通過對小機控制方式的了解，掌握控制邏輯的概念，加強對小機運行方式的了解，增強小機事故的分析能力。對小機METS硬回路的優(yōu)化，減少勿動的可能，增加了設(shè)備的可靠性，保障了機組的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]楊傳龍，郭紅玲.MEH（小汽輪機電液控制）改造設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013，（09）：51-52.

[2]陳立東.350MW機組小汽輪機MEH控制系統(tǒng)[J].東北電力技術(shù)，2007，（01）：40-43.

[3]林文孚 胡燕.單元機組自動控制技術(shù).北京：中國電力出版社，2008

[4]羅萬金. 電廠熱工過程自動調(diào)節(jié). 北京：水利電力出版社，1990

李艷和

摘 要：本文主要闡述了某電廠給水泵汽輪機的控制邏輯操作方式上的簡要概述，閥門整定的操作方法和注意事項，超速實驗的原理。以及小機METS硬回路的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：小機；控制方式；自動整定；回路優(yōu)化

1 引言

某電廠汽輪機組是由上海汽輪機廠提供。系統(tǒng)采用S+ Operations 軟件作為操作員站的平臺，與DCS系統(tǒng)為一體化，MEH做為DCS的子畫面組，有利于運行人員的操作和維護人員的維護。運行人員通過操作員站實現(xiàn)對小汽機的控制。根據(jù)電廠運行人員的習(xí)慣以及本汽機的特點，設(shè)計了如下控制和監(jiān)視畫面，包括總貌圖、MEHA控制、MEHB控制、超速試驗、閥門校驗等，不僅為運行人員提供了監(jiān)視和操作手段，還可以直接調(diào)取已經(jīng)做好的趨勢組來分析問題。

2 MEH功能介紹

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

2.1 控制運行方式

2.1.1 手動方式：

手動是一種開環(huán)控制方式，一般在啟機前做閥門試驗的控制方式。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。總開度的0%到80%對應(yīng)的是低壓調(diào)門的0%到100%。總開度的80%到100%對應(yīng)高調(diào)門開度的0%到100%，轉(zhuǎn)速設(shè)定值跟蹤小機的實際轉(zhuǎn)速，已達到切換控制方式時的無擾切換。

2.1.2 自動控制方式

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

操作員自動是操作員站通過設(shè)定目標轉(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，計算出的數(shù)值進入PID，作為轉(zhuǎn)速設(shè)定值，實際轉(zhuǎn)速作為PID的實際值進行PID運算，運算的結(jié)果轉(zhuǎn)化為閥門的總得開度指令信號，去控制閥門的開度，實現(xiàn)控制機組轉(zhuǎn)速的目的。在自動控制方式下，轉(zhuǎn)速的上限值在正常情況下是5900r/min，但在做超速試驗時，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)場參數(shù)輸入速率，但在轉(zhuǎn)速過臨界轉(zhuǎn)速時，速率變?yōu)榻o定的速率400r/min/min。目標轉(zhuǎn)速的變化是根據(jù)操作人員的轉(zhuǎn)速指令而變，達到小機沖轉(zhuǎn)的目的。

自啟動是一鍵啟動，轉(zhuǎn)速從0升至2800r/min，達到熱機狀態(tài)。轉(zhuǎn)速設(shè)定值分為三個階段，分別是1000r/min、2400r/min、2800r/min。只有當(dāng)每個轉(zhuǎn)速區(qū)間的條件都滿足后，才能繼續(xù)升，每個區(qū)間的轉(zhuǎn)速升速率也是按著邏輯給定的速率給出。

在自動控制方式時，手動的閥位設(shè)定值跟蹤當(dāng)前的閥位計算輸出值，已達到轉(zhuǎn)換到手動方式時的無擾切換。

為了保證信號的可靠性，系統(tǒng)將對從現(xiàn)場轉(zhuǎn)速傳感器測到的轉(zhuǎn)速信號進行三取 二處理，得到一個可靠、準確的實際轉(zhuǎn)速信號，若三路轉(zhuǎn)速中有兩路轉(zhuǎn)速信號故障，將判定為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障。轉(zhuǎn)速信號送到頻率計數(shù)模件FCS01后，進行信號處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號送到控制回路，在控制回路內(nèi)，作為實際轉(zhuǎn)速輸入信號--實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速比較后得到一個差值，經(jīng)過PID運算后，輸出閥位指令控制信號改變閥位。變化后的實際轉(zhuǎn)速值重新與給定轉(zhuǎn)速比較，進行PID運算，直到偏差為零，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

2.1.3 遠方控制方式

在遠方控制方式下，MEH接受來自鍋爐給水控制系統(tǒng)來的4～20mA控制信號，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3000～6000r/min。控制回路對允許條件進行邏輯判斷后，就可以通過操作員站投入遠方控制方式，但是，條件若任意一個不滿足，將切到轉(zhuǎn)速自動控制方式。MEH向鍋爐控制系統(tǒng)輸出一個4～20mA信號作為其轉(zhuǎn)速反饋信號，作為轉(zhuǎn)速指令的跟蹤信號，達到切換到遠方控制模式時的無擾切換，保證投入遠方控制時，沒有擾動。鍋爐給水控制系統(tǒng)向MEH輸出的4～20mA信號將作為一個轉(zhuǎn)速控制信號，此時，MEH僅僅作為一個執(zhí)行機構(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。使實際值等于給定值，達到系統(tǒng)的要求。

2.2 自動整定伺服閥系統(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：使油動機在全行程內(nèi)均能被伺服閥控制，閥位給定信號與油動機行程的關(guān)系為：給定閥位0-100%對應(yīng)的實際行程應(yīng)為0-100%。為了保證此對應(yīng)關(guān)系有良好的線性度，要求油動機的LVDT在安裝時，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的伺服卡測量的閥位是零幅值壓比。即：A-B＼A+B。A代表次級1的直流電壓，B代表次級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)的時候次級一的電壓比次級二的電壓小即可以。

2.2.2 自動整定：

在自動整定的狀態(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，比如校驗周期、零幅值同時校驗、校驗速率等。開始設(shè)置零點和滿點的幅值分別為-1和+1之后，參數(shù)就將直接傳到VP卡控制器中，然后點擊開始校驗，閥門系統(tǒng)會自動校驗。當(dāng)校驗成功后，系統(tǒng)會傳上校驗最終的零、幅值后，填入LVDT對應(yīng)的參數(shù)中，自動校驗過程完畢。

2.3 超速保護

MEH在汽機的正常運行中，控制系統(tǒng)沒有超速保護邏輯，若運行時汽輪機的實際轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值（6300r/min）時，汽機MEH控制柜發(fā)出超速保護信號，通過繼電器輸出干結(jié)點斷串到小機METS供電回路，使之?dāng)嚯姡l電磁閥失電，使主汽閥和調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，蒸汽將無法進入汽機，保證了汽輪機的安全。在操作站上置位 “電超速試驗”，條件是轉(zhuǎn)速已經(jīng)大于5100r/min。將系統(tǒng)升速到6310r/min。如果汽輪機在6300r/min時跳機保護沒有動作，則進行手動打閘。

需要說明的是由于METS和MEH不是一個系統(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)出電超速或者機械超速指令時，會將METS方的電超速禁止。

3 結(jié)論

小機在電廠運行中作為一個重要的輔機，是不可缺少的一部分，任何的故障都可能導(dǎo)致機組RB甚至跳機事件的發(fā)生，本文主要介紹兩個部分：小機的控制方式、硬回路的優(yōu)化。通過對小機控制方式的了解，掌握控制邏輯的概念，加強對小機運行方式的了解，增強小機事故的分析能力。對小機METS硬回路的優(yōu)化，減少勿動的可能，增加了設(shè)備的可靠性，保障了機組的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]楊傳龍，郭紅玲.MEH（小汽輪機電液控制）改造設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013，（09）：51-52.

[2]陳立東.350MW機組小汽輪機MEH控制系統(tǒng)[J].東北電力技術(shù)，2007，（01）：40-43.

[3]林文孚 胡燕.單元機組自動控制技術(shù).北京：中國電力出版社，2008

[4]羅萬金. 電廠熱工過程自動調(diào)節(jié). 北京：水利電力出版社，1990