淺析汽輪機505XT控制器與高壓抗燃油系統結合使用

陳廣輝，徐曉嘉

（廣州廣重企業集團有限責任公司，廣東 廣州 510000）

WOODWARD的505控制器在國外使用較為廣泛，他們的操作人員和技術人員比較熟悉此控制器，不用過多地培訓使用和維護，因此，在項目控制方案選擇上會優先考慮505控制器。現在國產優化型高壓抗燃油技術較為成熟，高壓油比低壓油系統有較高的動態響應品質，可以實現系統的高效控制，因此本文提出了505XT與國產優化型高壓抗燃油系統控制方案，實現汽輪機DEH系統的控制。

1 系統主要控制特點

1.1 505XT控制器

505XT控制器可用于控制單執行機構或者雙執行機構，用戶根據實際需要，通過綜合控制面板，組態為發電機功能或機械驅動應用功能。控制器可以控制的參數有：機組轉速/頻率、機組負荷、抽汽或者補汽壓力、進汽壓力、排汽壓力以及輔助PID控制和串級PID控制等。

505XT還具有以下特點：通過RTC時間戳、10個外部DI跳閘輸入、10個外部報警輸入對報警和跳閘事件進行先出跳閘指示，避開臨界轉速（3個轉速范圍），通過溫度輸入選項進行順序自動啟動（熱啟動與冷啟動），雙轉速/負荷動態，零轉速檢測，超速跳閘的峰值轉速指示，初始啟動的加速保護，遠程不等率，頻率死區等。

1.2 高壓抗燃油系統

高壓抗燃油系統具有良好的潤滑性能、抗燃性能和流體穩定性。

高壓油壓力通常能達到10～15 MPa，比低壓油系統壓力0.4～2 MPa要高得多，從而使高壓抗燃油系統具有較高的動態響應品質。

高壓抗燃油系統油泵在工作中，采用“一備一用”模式，當一臺出現故障時，備用泵將自動投入。油泵切換時，高壓油系統的油壓波動由蓄能器維持，當伺服閥或系統其他部件原因引起壓力波動時，油壓系統的卸荷閥能將油壓維持在一定范圍內。系統兼有壓力、溫度、液位、差壓等高精度傳感器，實時監控系統運行狀態，保證高壓油系統持續穩定運行。

1.3 伺服閥

伺服閥一方面接收電信號，一方面控制著油負載流量大小，是連接505XT和高壓抗燃油的橋梁，伺服閥的實際負載流量與閥芯位移及閥的壓降有關，對閥輸入額定信號（如+10 mA=使閥口100%全開）時，閥在額定壓降下（△Pn=3.5 MPa/每一節流邊）的負載為額定流量。當閥口壓降為其他值時，閥的負載流量則與閥的銳邊節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，因此閥的穩定性和動態響應性能較好，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

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

2 系統方案

2.1 硬件配置

汽輪機組包含一個獨立高壓進汽調閥和一個低壓抽汽調閥，兩個調閥由兩個獨立伺服閥控制。本套DEH控制方案，使用高壓抗燃油系統一套、WOODWARD新版本控制器505XT一臺、MOOG伺服閥兩套、SPC驅動器兩套（505XT無法直接驅動DDV伺服閥）。高壓抗燃油系統為進汽調節閥和抽汽調節閥提供持續穩定的油壓，高壓油站設有就地和遠傳儀表，可監測壓力、油位、差壓等各項參數。系統方案如圖2所示。

圖2 系統方案圖

2.2 電控方案

505XT控制器通過自帶面板進行參數組態，SPC通過軟件配置程序，將汽輪機工況參數、控制及保護參數置入505XT和SPC中。系統接收現場轉速、功率、進汽壓力、抽汽壓力等輸入信號，根據各種控制指令，經過內部程序運行后，發出電流控制信號到SPC，通過SPC輸出電流信號，從而驅動DDV伺服閥。在高壓抗燃油系統的持續供油下，伺服閥輸出油壓變化使得汽輪機調節閥的開度發生變化，從而實現對汽輪機的啟動、升速、并網前調節、并網后增減負荷、抽汽壓力控制等功能。

2.3 方案要點

第一，505XT控制器接收的控制信號可以選擇端子硬接線型或者MODBUS通訊型，在控制中，若控制器依次接收到多個指令信號，控制器將以接收到的最后一個指令信號為準。

第二，在SPC控制器中，其輸出只有電流型信號，因此需要選型對應的DDV伺服閥，以此接收電流信號。

第三，為確保DDV伺服閥工作的可靠性，各系統供油需經過兩個互為備用濾油器過濾，由差壓開關監視濾芯的堵塞情況，當差壓開關報警時應切換清洗。

第四，系統有可控停機以及故障型停機，在系統故障（控制器故障、高壓抗燃油系統故障或者外部故障）時，將自動觸發緊急停機，保證系統的安全性，使用時需要注意區分。

3 結合控制方案

3.1 油系統啟動運行

檢查EH油系統油箱液位、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，電氣回路應該無液位、差壓、電機故障、溫度等報警后，啟動一臺高壓油泵，另一臺設置為連鎖狀態，使之備用狀態，油泵啟動后，油泵向系統供油，系統的額定允許工作壓力為11～15 MPa，方案中將本系統壓力整點為14 MPa，當系統瞬間用油量很大時，蓄能器卸荷閥自動參與供油平衡，減少波動。整套高壓抗燃油的電氣監控接至集控室內，實時監控油系統健康狀態，重要的參數如出口油壓、油泵電流、油箱液位、油溫等設為高報警優先級。

3.2 505XT配置

控制器內配置成一個發電機應用，觸點輸入5#配置發電機斷路器，觸點輸入6#配置電網斷路器，頻率投入/退出選擇否，負荷不等率設為5%。由于SPC只接收4～20 mA信號，所以505XT需要配置為輸出4～20 mA信號。

1#～3#模擬量輸入分別設定為主蒸汽壓力、抽汽壓力、發電機功率。主蒸汽壓力和抽汽壓力為2線制壓力變送器，因此需要設置為環路供電。

505XT啟動配置成暖機/順序自動啟動功能，控制器將自動爬升至額定轉速位置，中途操作員也可以介入控制，暫停或繼續升速。

閥門控制方式：運行人員可在界面上操作（增、減）閥門的開度來控制機組轉速變化。方案中在沖轉時設定了限制值，用于限制汽輪機沖轉時轉速的大小。

功率控制方式：這種方式使機組在設定負荷情況下運行。505XT控制器采樣發電機功率信號與負荷設定值相比較，經調節器計算后輸出控制指令，控制機組負荷與設定值保持一致。方案中，在并網后自動給與初始功率，防止并網時逆功率，運行時操作員根據需要輸入設定值，505XT自動將功率控制在設定值。

主汽壓力控制方式：這種控制方式使機組按設定的主汽壓力情況下運行。505XT控制器采樣主蒸汽壓力與壓力設定值比較，經調節器計算后輸出控制指令，維持主汽壓力。運行時在控制器設定主汽壓力，控制器將維持設定壓力值，功率會隨著流量變動。

在模式彈窗中，點擊所選1～6模式后，便能實現各種控制方式的無擾動切換。

OPC超速保護、甩負荷控制功能：方案中通過組態103%轉速繼電器，以電平方式觸發保護，達到OPC超速關閉調節閥和恢復調節閥的功能。

閥門管理與閥門試驗：在運用中，通過面板來操作，初始狀態下，手動控制指令線性輸出，實現閥門線性測試試驗。

超速保護控制：系統中設定了110%額定轉速跳機值，在達到跳機值后，關閉調節閥，并發出跳機指令給其他系統。

WOODWARD舊版本的505控制器中，進汽壓力控制和抽汽壓力控制使用的是輔助控制或者串級控制，需要組態多個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本身帶有進汽壓力控制和抽汽控制，因此可以在程序組態中使用抽汽工況圖預設的方法：在505XT的組態中，預設了最小抽汽下的最大負荷（A1），最小抽汽下的最大進汽流量（A2），最大抽汽下的最小負荷（B1），最大抽汽下的最小進汽流量（B2），最小抽汽下的最小負荷（C1）以及最小抽汽下的最小進汽流量（C2），這些參數是汽輪機的運行工況參數，預設進入505XT后，系統將按照預設，在最優狀態自動運行。

4 結語

國產優化型高壓抗燃油系統體積小，油泵冗余配置，現場傳感器精度高、響應快，油系統運行穩定可靠；新版本505XT控制器性能強，參數設定少，以面板操作及遠程指令的方式，操作方便簡單，整套系統以模塊化的結合方式，靈活性強、維護方便，可適用于中小型汽輪機組上，為汽輪機DEH控制系統的使用提供了可選擇方案，特別是在國外市場的推廣也有其優勢。