汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)研究與應(yīng)用

徐濤

摘要：大慶煉化公司聚合物一廠丙烯腈裝置空壓機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)由原系統(tǒng)更改為新的以505調(diào)速系統(tǒng)為核心的電子控制系統(tǒng)，同時(shí)增加了就地控制柜、速關(guān)閥、行程監(jiān)視開(kāi)關(guān)，原有的油系統(tǒng)管路改造為液壓集成的速關(guān)控制系統(tǒng)。該方案的實(shí)施，將原來(lái)該系統(tǒng)中單一部件組合在一起，克服了管路繁多、安裝復(fù)雜等缺陷，在運(yùn)行中有效的避免了監(jiān)控困難和減少了產(chǎn)生漏油著火的概率，增加了汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性和安全性，加強(qiáng)了控制方面操作性，更加便捷，更加利于控制平穩(wěn)率。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；505調(diào)速系統(tǒng)：速關(guān)系統(tǒng)；平穩(wěn)率

引言

隨著對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況的要求越來(lái)越高，同時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)所涉及的內(nèi)容也越來(lái)越廣，因此要求其安全性和經(jīng)濟(jì)性必須提高到一個(gè)新的高度，在汽輪機(jī)及其控制系統(tǒng)對(duì)保證正常生產(chǎn)和整套設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行有著特別重要的作用。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的型式很多，有機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)、液動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，但它的被調(diào)量不外乎是轉(zhuǎn)速、功率及壓力等信號(hào)，問(wèn)題在于設(shè)計(jì)一個(gè)具有最佳的調(diào)節(jié)規(guī)律的控制系統(tǒng)，對(duì)這些調(diào)節(jié)變量進(jìn)行運(yùn)算和修正，保證汽輪機(jī)在各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行，協(xié)調(diào)汽輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的控制，并能滿(mǎn)足正常生產(chǎn)的要求。

1、調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)

1.1調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述

調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、電液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)和調(diào)節(jié)汽閥組成。

轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)同時(shí)接收兩個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器變松的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，將收到的信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較后輸出執(zhí)行信號(hào)（4-20mA），經(jīng)過(guò)電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二次油壓（1.5bar-4.5bar），二次油壓通過(guò)油動(dòng)機(jī)操縱調(diào)節(jié)汽閥。如圖1：

1.2汽輪機(jī)運(yùn)行監(jiān)視和保護(hù)

汽輪機(jī)就地儀表柜顯示油壓和汽壓信號(hào)，并裝有轉(zhuǎn)速表。汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由速關(guān)閥、危急遮斷器及連桿機(jī)構(gòu)、電磁閥組成。危急遮斷器及其連桿機(jī)構(gòu)組成汽輪機(jī)機(jī)械超速保護(hù)裝置。當(dāng)汽輪機(jī)達(dá)到超速轉(zhuǎn)速時(shí)，危急遮斷器的飛錘在離心力的作用下，迅速擊出，打擊連桿機(jī)構(gòu)掛鉤，使其脫落，速關(guān)閥快速關(guān)閉，切斷氣源。

電磁閥受到外部綜合停機(jī)信號(hào)后，立即切斷速關(guān)油路，使速關(guān)閥關(guān)閉。手動(dòng)停機(jī)閥也是速關(guān)組合間的組合部分，用于就地手動(dòng)緊急停車(chē)。

2、速關(guān)控制裝置

速關(guān)控制裝置是汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集合。將原有系統(tǒng)中單一部件組合在一起。系統(tǒng)速關(guān)控制裝置可以實(shí)現(xiàn)的主要功能有：手動(dòng)緊急停車(chē)、雙冗余電動(dòng)聯(lián)鎖停車(chē)、危急保護(hù)裝置自動(dòng)掛鉤等。

3、電液轉(zhuǎn)換器

電液轉(zhuǎn)換器接收來(lái)自電子調(diào)節(jié)器的4-20mA驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成二次油壓1.5-4.5bar，而二次油壓作為油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門(mén)的輸入信號(hào)，它能通過(guò)油動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥的開(kāi)度，從而控制汽輪機(jī)的功率/轉(zhuǎn)速。

4、Wooward 505

Woodward 505數(shù)字式控制器可用于控制工業(yè)汽輪機(jī)、電網(wǎng)渦輪發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)或透平膨脹機(jī)?？刂破饔捎∷㈦娐钒搴屯鈿そM成，通常鑲嵌在控制面板上。如圖2：

4.1 Woodward 505調(diào)速器概述

以微處理器為基礎(chǔ)的Woodward 505調(diào)速器適用于單執(zhí)行機(jī)構(gòu)或雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)分程控制的汽輪機(jī)控制。Woodward 505調(diào)速器可現(xiàn)場(chǎng)編程組態(tài)，從而使單一的設(shè)計(jì)能適用于各種不同的控制場(chǎng)合，降低了制造成本和縮短了交貨周期。調(diào)速器采用菜單驅(qū)動(dòng)軟件以引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工程師根據(jù)具體的發(fā)電機(jī)或機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用要求對(duì)調(diào)速器進(jìn)行編程組態(tài)。Woodward 505調(diào)速器能設(shè)置成獨(dú)立單元或連同工廠的集散控制系統(tǒng)一起運(yùn)行。

4.2 操作人員控制屏幕

Woodward 505是一種可以現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)并且與操作人員控制屏幕為一體式的汽輪機(jī)調(diào)速器。綜合性的操作人員控制屏包括位于Woodward 505面板上的一個(gè)兩行（每行24字符顯示器）和一個(gè)30鍵的鍵盤(pán)，操作人員操作屏用于對(duì)Woodward 505進(jìn)行編程組態(tài)在線程序調(diào)整和操作汽輪機(jī)系統(tǒng)。容易理解的提示以英文顯示的方式顯示在操作屏的兩行顯示器上，操作人員能在這同一個(gè)顯示器上查看實(shí)際值和給定值。

4.3 汽輪機(jī)控制參數(shù)

如果需要Woodward 505調(diào)速器可以與一個(gè)或兩個(gè)調(diào)節(jié)閥相連以控制一個(gè)參數(shù)并限制一個(gè)附加參數(shù)。通常控制參數(shù)是轉(zhuǎn)速或負(fù)荷，但是Woodward 505調(diào)速器能用于控制或限制；汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力或流量、排汽壓力背壓或流量、第一級(jí)壓力、發(fā)電機(jī)的功率輸出或者其它與汽輪機(jī)相關(guān)的過(guò)程參數(shù)。

4.4 通信

Woodward 505調(diào)速器能夠通過(guò)兩個(gè)Modbus通信口直接與丙烯腈的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。這兩個(gè)通信口支持采用ASCⅡ或RTU Modbus傳輸協(xié)議的RS232、RS422或RS485通信。Woodward 505與集散控制系統(tǒng)之間的通信也能夠通過(guò)硬接線連接進(jìn)行，因?yàn)樗械腤oodward 505 PID給定值都能通過(guò)模擬輸入信號(hào)來(lái)控制而不會(huì)削弱接口分辨率和控制精度。

4.5 Woodward 505的使用

Woodward 505調(diào)速器具備兩種正常操作方式，編程方式和運(yùn)行方式。編程方式針對(duì)汽輪機(jī)具體使用場(chǎng)合選擇調(diào)速器組態(tài)所需的各選項(xiàng)。一旦調(diào)速器組態(tài)完畢，通常不需再次使用編程方式，除非汽輪機(jī)的選項(xiàng)或運(yùn)行條件有所改變。組態(tài)完畢后，運(yùn)行方式用于汽輪機(jī)從啟動(dòng)直至停機(jī)的操作。

4.6 附加特性

Woodward 505調(diào)速器具備如下附加特性：先出跳閘指示（共有5個(gè)跳閘輸入），避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速（兩個(gè)轉(zhuǎn)速范圍），順序自動(dòng)啟動(dòng)（熱態(tài)啟動(dòng)和冷態(tài)啟動(dòng)），兩組轉(zhuǎn)速負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性，零轉(zhuǎn)速檢測(cè)，超速跳閘的峰值轉(zhuǎn)速指示和機(jī)組間的同步負(fù)荷分配與DSLC一起使用。

5、結(jié)語(yǔ)

本文以聚合物一廠丙烯腈車(chē)間空壓機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例簡(jiǎn)要介紹了汽輪空壓機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的組成及調(diào)試，調(diào)速系統(tǒng)的正常穩(wěn)定對(duì)化工廠安全可靠運(yùn)行十分重要，不同主機(jī)廠家提供的調(diào)節(jié)系統(tǒng)也是不同的，在調(diào)試運(yùn)行前要結(jié)合廠家提供的相關(guān)說(shuō)明書(shū)和設(shè)備資料熟悉工藝流程，熟悉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成，能對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的原理，結(jié)構(gòu)，與其他部分的連接等有相當(dāng)程度的了解，這樣在調(diào)試過(guò)程中遇到問(wèn)題才懂得如何去分析和處理。

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（作者單位：中國(guó)石油大慶煉化公司）