浅谈汽轮机电液控制系统控制策略及功能

浅谈汽轮机电液控制系统控制策略及功能

刘美红

中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司 辽宁省沈阳市 11000

摘要：给水泵汽轮机电液控制系统（MEH）是以给水泵汽轮机为控制对象，主要任务是通过控制进入给水泵汽轮机的蒸汽流量来改变其转速，最终实现锅炉给水泵的给水流量和压力的控制。

关键词：电液控制系统；汽轮机；锅炉给水泵；转速

1概述

1.1MEH内容

给水泵汽轮机电液控制系统的液力系统为一套独立的高压抗燃油系统，执行机构包括高压主汽阀和低压主汽阀各1个，高/低压联合调节阀1个。控制功能包括控制汽机的复位、跳闸、高低压主汽门启闭以及控制启动过程中的升速、正常运行和超速试验，并带有超速保护功能。MEH控制系统还具有遥控接口与CCS相连，作为CCS的一个子系统，完成协调控制。

整个系统由过程控制单元PCU13、操作员面板、液压部件、伺服阀、转速测量装置、模拟量遥控接口及连接电缆等组成，由PCU13同时控制2台给水泵汽轮机运行。控制柜的输出经伺服装置转换成油压信号，控制高/低压联合调节阀油动机开度，以调节给水泵汽轮机转速及给水泵出力。

MEH以计算机微处理技术为核心，一般采用分散控制系统，其主要内容包括：

1. 转速控制：包括转速采样、转速处理、启动控制、目标转速及升降转速的设定和限制、转速自动过临界控制、转速比例积分调节、阀位控制、阀门伺服系统调整等。

2. 相关实验功能：包括机械和点超速试验、速关阀关闭试验、电磁阀在线试验、阀门校验等各种功能试验。

3. 超速、加速度保护：包括转速信号故障判断，汽轮机状态判断，机组跳机等。

4. CRT显示、操作、报表、趋势打印等。

1.2 MEH特点

MEH可以不单独设立操作员站，可与DCS或DEH共用，实现一体化设计。根据MEH整体设计思想，可以发现其具备以下特点：

1. 高可靠性和安全性。

2. 功能的完整性。

3. 操作的提示及合理性。

2给水泵汽轮机电液控制系统基本原理

MEH接受现场转速探头检测的汽轮机转速信号（频率信号），将其与转速设定值比较，产生转速偏差信号。转速偏差信号进入转速比例积分调节器，调节器计算输出进汽流量指令，再经函数算法块转换为阀位指令。阀门控制卡对阀位指令和阀位反馈信号进行比较、运算，输出电信号至电液转换器，再转化为线性的控制油压信号驱动执行机构（油动机）去控制调节汽阀的开度，从而调节主汽机抽汽或联箱箱来的进汽量，改变给水泵汽轮机的转速，达到控制锅炉给水流量的目的。

3给水泵汽轮机电液控制系统控制策略及功能

目前，国内已投入生产运行的1000MW等级超超临界机组，配套给水泵汽轮机主要由杭州汽轮机股份有限公司和上海汽轮机厂制造，其分别是引进日本三菱重工技术和德国西门子技术，控制策略和功能基本类似。

MEH控制系统主要包括运行方式切换、转速升降率设定、转速控制、阀位控制、超速试验、仿真实验，其中转速控制功能是核心内容。

3.1运行方式切换

MEH控制系统有下列几种运行方式，并且通过跟踪算法可以实现控制方式间的无扰切换： （1）操作员自动控制模式：转速控制闭环调节投入，操作人员通过MEH操作员站改变目标转速和升降速率，给定转速随目标转速的变化而变化，实际转速和给定转速的差值进行比例积分运算，达到控制阀位，最终控制转速的目的。

2. 操作员手动控制模式：手动控制为开环控制方式，转速比例积分调节器处于跟踪状态，操作人员通过操作员站设定进汽流量指令，进汽流量指令经流量对应阀位指令函数换算为阀位指令，最终控制阀门开度。

3. 远程锅炉给水自动控制模式：满足投遥控条件后，可通过操作员站投入远程锅炉给水自动控制（即遥控）方式，此时，MEH仅作为一执行器，接受来自锅炉给水控制系统的4-20mA转速控制信号，作为转速目标设定值送转速控制回路。MEH同时向锅炉控制系统输出4-20mA转速控制反馈信号。在遥控方式下，转速升降速率自动切换为较大值，考虑到不同厂家给水泵汽轮机速度响应特性不同，此值也有可能不同。如果通过操作员站投入自动控制或手动方式信号时，将切除锅炉给水自动控制方式。

3.2转速升降率设定

运行人员在操作员站画面输入转速升降率，为符合运行人员操作习惯，输入数值单位一般设置为转每分钟（r/min）。在控制逻辑中，此升降速率值须经过周期换算后参与逻辑运算。如，MEH控制系统DPU运算周期为100ms，则周期换算系数应设置为0.001667。当运行人员输入转速升降率为600r/min，经周期换算后升降速率为1转每运算周期。

对于转速升降速率须设置上下限值，超过限值则认为输入升降速率值无效。除在遥控方式时，转速升降速率会切换至一个较大的值以外，对于有临界转速区域的给水泵汽轮机，当转速在临界区域时，转速升降速率也切换至较大的值，以迅速通过临界区。

3.3转速控制

实际转速值通过转速卡采集输入，输入的三个转速值经三选中模块输出选择后的转速值，并判断输入转速值的品质（两两偏差是否超限或者是否为坏质量信号）。若判断出转速通道故障，则立即将转速实际值切换为一个较大值，远远大于转速设定值，则由于转速比例积分调节器比例动作，阀门会迅速关小，若转速通道故障一直在，阀门最后会完全关闭。给水泵汽轮机转速控制为单回路比例积分控制，消除转速偏差值，如下图所示。在以下两种情况下，触发超驰流量指令，将转速控制器输出流量切换为0，即关闭调门：（1）操作员手动控制模式，给水泵汽轮机速关且未跳闸。（2）给水泵汽轮机跳闸。

以上超驰指令，目的是在速关阀不严或发生卡涩的情况下，保证给水泵汽轮机转速不发生飞升。

3.4阀位控制

给水泵汽轮机一般配备低压调阀和高压调阀。给水泵汽轮机正常工作汽源采用主机四段抽汽，启动用汽源采用辅助蒸汽，备用汽源采用再热器冷段蒸汽，通过低压系统，用辅助蒸汽启动锅炉给水泵汽轮机，启动不使用高压系统。正常运行时，从辅助蒸汽到低压蒸汽或从低压蒸汽到辅助蒸汽的汽源切换只使用低压系统，而不使用高压系统，高压系统仅作备用。按照转速控制信号的要求，首先打开低压调阀再打开高压调阀。故将阀位控制设置为有一定重叠度的顺序阀控制方式，下表为某种给水泵汽轮机流量指令对应阀位控制指令函数。

流量指令对应低压/高压调阀控制指令

对于上表中，高压调阀起始开启流量指令60%，应充分考虑低压调阀的通流量，避免在机组高负荷阶段，低压调阀未完全开足（还有较大通流量裕度），高压调阀有微小开度，一方面造成效率降低，同时高压调阀微小开度时，阀门可能会出现振荡现象，对阀门以及转速调节均不利。

3.5超速试验

1000MW等级机组配套给水泵汽轮机一般不再配有机械超速，只配有电超速。当运行人员未投入超速试验按钮时，转速设定值由转速上限值设定，转速上限值低压电超速定值。当超速试验按钮投入后，转速设定值切换至高于电超速定值，以保证电超速试验的实现。

3.6仿真试验

仿真试验中，仿真转速由高、低压调阀阀位反馈值经函数折算，再通过一阶惯性环节后产生，这样需要在仿真时实际挂闸并打开相应调阀，即“混仿”。转速设定值以及转速升降速率设定均与实际运行时一样，这样能保证最大程度的仿真。若现场条件不具备，也可以先进行“纯仿”，即仿真转速由高、低压调阀指令值经函数折算，再经过一阶惯性环节后产生，此方式下，不需要调阀实际开启。

结束语

给水泵汽轮机电液控制系统在火电厂的运行中起着至关重要的作用，可以有效地避免机组在运行过程中人员的操作失误，可以很好的控制锅炉给水泵的给水流量和压力，使机组的运行处于高可靠性和安全性。

参考文献

[1]史玲玲，等.超超临界1000MW机组给水泵汽轮机2种纯电液调节系统的比对研究[J]，热力发电，第9期，2011.

[2]赵志丹，党黎军，刘超等.超（超）临界机组启动运行与控制[M].北京：中国电力出版社,2011.

[3]朱北恒，《火电厂热工自动化系统试验》.北京：中国电力出版社,2006.