1、余热发电风冷机组相关自动控制系统介绍由于北方地区水资源相对缺乏，在北方的一些余热发电工程项目相关的设计和设备较一般项目有所不同。最主要是凝汽器由传统的水冷方式改成了风冷方式，DEH 系统改成了WOODWARD 505505E 调节器控制，相关的汽轮机、发电机等自动控制设备也有很大部分的变化。一、风冷发电机组自动控制系统简介由于汽轮机主机设备选用了青岛汽轮机厂设备，相关的DEH，ETS, TSI 等自动控制汽轮机发电机的系统也改变了很多，而且不同的汽轮机本体的一些测点和相关控制也有所区别，下面就几个方面进行说明。1、DEH 控制部分变成了 WOODWARD 505505E 调节器方式：WOODW
2、ARD 505505E 数字式调节器控制汽轮机，505 一般控制单调门，505E 一般控制双调门；其均具有两种正常操作方式：编程方式和运行方式。编程方式针对汽轮机具体使用场合选择调速器组态所需的各选项进行参数配置组态；运行方式用于汽轮机从启动直至停机的操作。此外，还能利用服务方式进行在线调整。(1) 505505E 的输入信号：一般有两个转速模拟量输入，还有 6个可编程模拟量输入；16 个开关量输入，其中 4 个指定用于停机、复位、升转速给定值和降转速给定值，如果调速器用于驱动发电机的场合，2 个开关量输入必须指定，用于发电机断路器和电网断路器；其余 10 个开关量输入均为可组态的；如果调速器
3、不是用于驱动发电机的场合，那么就有 12 个开关量输入是可组态的。 （2）505505E 的输出信号：505505E 调速器有两个带线性化曲线的执行机构输出；8 个继电器开关量输出，其中 2 个指定用作停机和报警指示，另 6 个是可单独组态的。（3）505505E 的通讯接口：两个 Modbus 通讯口用作调速器的通讯接口。采用 ASC 或 RTU 传输协议，通讯可采用 RS-232，RS-422 或 RS-485。505 是一种仪表面板的操作方式，目前用的是全英文界面的菜单操作。其中 505 控制器内部的冲转和并网后等配置参数必须到其面板上进行配置和查询，相关的一些操作一般也在其仪表面板上完
4、成。为了机组启机与调节过程的方便，也可以通过 DCS 系统后台控制来实现部分过程的操作，在 DCS 画面上就可以通过启动 按钮完成机组的整个顺序冲转升温过程，前提是 505 顺序启动等动态升温参数均在内部配置完成。在机组并网前后，也可以选择由DCS 画面上进行转速（并网前）和负荷（并网后）的升降等操作。对于 505 控制器的通讯接口方式，目前在国内发电系统中一般不采用。2、ETS 系统为单独的 PLC 系统控制方式：由于 505/505E 只能控制汽轮机高压调门 ，所以汽轮机的紧急跳闸系统（ETS）还需要 单独提供控制，目前我们用的青岛汽轮机机组一般配套的 ETS 系统为西门子PLC 产 品，
5、与 DCS 系统硬件不同，这样 ETS 系统的相关保护的投切开关也就需要到 ETS 机柜上手动操作；但是相关的投切信号可以通过硬接线送到 DCS 系统以及 SOE 卡进行动作显示与记录。具体进 ETS 系 统信号如下：(1) 轴 向位移大停机(来自 TSI，量程为1.5mm，跳机为任意一点1.0mm 延时 1 秒)(2) 轴 瓦振 动大停机 (来自 TSI，量程为 0-200um，跳机为任意一点=70um 延时 2 秒)(3) TSI 超速停机 (来自 TSI，量程为 0-4500rpm，跳机为=3300rpm 延时 1 秒)(4) 电调 装置停机 (来自 505,主要包括 505 上速度跳机
6、，面板上 红色紧停按钮，DCS 系 统去 505 停机)(5) 汽 轮机 轴承回油温度高停机 (来自 DCS，跳机为任意一点温度=70 延时 1 秒)(6) 发电 机 轴承回油温度高停机 (来自 DCS，跳机为任意一点温度=70 延时 1 秒)(7) 推力瓦块温度高停机 (来自 DCS，跳机 为任意一点温度=100延时 1 秒)(8) 径向瓦块温度高停机 (来自 DCS，跳机 为任意一点温度=100延时 1 秒)(9) 润 滑油 压低停机 (来自现场，压力开关跳机 为=-61kPa，需三选二动作)（11）主蒸汽电动截止阀关闭停机（来自 DCS，防止逆功率动作)（12）发电机保护去关主汽门(来自
7、发保柜，主要是发电机的电量信号动作保护跳机)在 ETS 系统上可以通 过手动选择上述信号投切开关是否进行保护跳机，同时调试时也可以在机柜上进行对应信号的试验按钮测试功能。同时为了安全，还有两个手动停机信号(DCS 操作界面的紧停按钮和操作台的紧停双按钮)送 ETS 系统，在机柜前面板均没有再设置投切开关而直接输出跳机信号，让机组的断路油门电磁阀得电跳机。3、TSI 仪表为 8000B 系列旋转机械监视保护装置：TSI 仪表通过通讯接口可以与计算机连接，进行参数报警和跳机整定值配置等。其中每块 TSI 信号通道均可以通过 4-20mA 信号把数据送到 DCS 系统画面进行监控，同时跳机值通过节点
8、信号送到 ETS 系统参加机 组的保护跳机功能。目前风冷机组配置的TSI 系统有十个信号测点（1 个速度，4 个振动，2 个位移，1 个绝对膨胀，1 个油动机行程，1 个邮箱液位），七块信号卡件。（1） 一个转速信号(来自现场，跳机值=3300rpm 延时 1 秒，报警值=3180rpm)（2） 四个振动（来自现场，跳机值=70um 延时 2 秒，报警值=50um）（3） 二个位移（来自现场，跳机值1.0mm 延时 1 秒，报警值0.6mm）（4） 一个绝对膨胀（来自现场，量程 025mm, 报警值 15mm）（5） 一个油动机行程（来自现场，量程 0150mm）（6） 一个邮箱液位（来自现场
9、，量程-200mm +200mm, 报警值150mm）TSI 仪表上测点停机或报警信号动作恢复后，需要人为手动到仪表面板上进行故障复位，否则此卡件停机或报警动作信号的节点一直处于输出状态。4、冷凝器水冷变成风冷（空冷岛）控制方式：风冷机组空冷凝汽器系统由 2 列组成，每列 3 个风机单元（每个风机单元 1 台变频风机，1 个电机加热器，1 台齿轮油泵和 1 个油加热器），共 6 个风机单元。每列第二个风机单元（从蒸汽分配管入口方向依次为一、二、三）为逆流单元。（1）抽真空：当空冷凝汽器排汽压力30kPa （绝对压力）时，表示完成真空系统的预排汽工作，蒸汽可以进入凝气器。一段时间后，当汽轮机排汽
10、压力小于 15kPa（绝对压力），凝汽器管束下联箱中凝结水的温度大于 35，且与环境温度的差值大于 5时，表示完成空冷系统的抽真空工作。（2）风机组运行：将主控制器 PID 转到自 动压力控制方式，主控制器通过空冷凝汽器排汽压力与排汽压力设定值之间的函数关系来控制子控制器，子控制器通过变频器控制风机速度。主控制的输出为逆流、顺流风机子控制器的输入，输出范围为 Y= 0-100%；子控制器的输出范围为 0-110%，对应风机的变频速度的给定值0-55Hz。一旦子控制器与主控制器相连，子控制器将根据主控制器的输出开/关变频器并通 过变频器控制风机驱动速度。其中在下列几种情况下，对应列的顺流管束单元
11、或逆流管束单元子控制器与主控制器断开。风 机执行 顺流管束防 冻保护程序时；风 机执行逆流管束防冻保护程序时；风 机执行逆流管束回暖保护程序时；无论主控制器和子控制器是否连接，操作员都可以让子控制器风机单元处于手动控制方式，也就是在这种情况下可以任意手动调节四台顺流和两台逆流风机的速度。（3）冬季保护：冬季保护的目的是防止空冷凝汽器在冬季运行期间因发生过冷而导致翅片管冻结的现象。如果下联箱凝结水温度过冷，顺流凝汽器防冻保护将启动；如果抽真空管温度过冷，逆流凝汽器防冻保护将启动。当环境温度小于零下 2，且没有顺流凝汽器防冻保护、或逆流凝汽器防冻保护处于执行状态，逆流凝汽器回暖循环投入运行。冬季保
12、护程序自动调节需要主控制器 PID 转到自动方式，风机子控制器单元 “保护投切”开关选择保护状态。二、风冷机组 505/505E 调节器的三种启动 方式1、手动启动方式：（1）确认汽轮机已进入准备启动阶段；（2）发复位（RESET）指令（使所有 报警和停机状 态复位）；（3）关闭电动主汽门及其旁通阀门，然后全开油动机主汽门；（4）发出运行(RUN）指令；这时，调速器将以“ 阀位限制器速率（Valve Limiter Rate）”开启调节阀至其最大位置。转速给定值以“至最低 转速速率(Rate To Min Rate)”从零变化至最低控制 转速。（5）以可控速率开启油动机主汽门前旁通阀门；当汽轮
13、机转速升高至最低控制转速时，调速器的转速 PID 通过控制调节阀的开度来控制汽轮机的转速。（6 ）将电动主汽门全开；转速维持在最低控制转速下直到操作人员进行操作，如果组态了“顺序自动 启动” 则就由 顺序自动启动程序开始控制。2、 半自动启动方式：（1）确认汽轮机已进入准备启动阶段；（2）发复位（RESET）指令（使所有 报警和停机状 态复位）；（3）打开油动机主汽门（确认汽轮机没有加速）；（4）发出运行(RUN）指令；此时，转速给定值以“至最低转速速率(Rate To Min Rate)”从零变化至最低控制转速给定值。（5）以控制的速率提升调速器的阀位限制器；当汽轮机转速升高至最低控制转速时
14、，调速器的转速 PID 通 过控制调节阀的开度来控制汽轮机的转速。（6）将阀位限制器提升至 100%开度；转速维持在最低控制转速下直到操作人员进行操作，如果组态了“顺序自动 启动” 则就由 顺序自动启动程序开始控制。3、自动启动方式：（1）确认汽轮机已进入准备启动阶段；（2）发复位（RESET）指令（使所有 报警和停机状 态复位）；（3）打开油动机主汽门（确认汽轮机没有加速）；（4）发出运行(RUN）指令；调速器将以“阀位限制器速率 ”开启调节阀 至最大位置；转速给定值以“至最低 转速速率 ”升高至最低控制转 速；当汽轮机转速升高且与转速给定值一致时，调速器的转速 PID 通过控制调节阀的开度
15、来控制汽轮机转速；转速维持在最低控制转速下直到操作人员进行操作，如果组态了“顺序自动启动 ”则就由顺序自动启动程序开始控制。4、顺序自动启动：该功能不同于“自动启 动方式（AUTOMATIC START MODE）”。顺序自动启动能够与三种启动方式中的任意一种一起使用。采用这一功能，发出“RUN”指令后顺序自 动启动程序就将转速给定值，升至低暖机转速设定值，并在该设定值下保持一段时间。再将转速给定值升至高暖机转速设定值，同样在该设定值下保持一段时间。然后将转速给定值升至额定转速设定值。热态启动和冷态启动的所有升速率和保持时间都是可编程的。利用跳闸后的停机时间计时器来确定热态启动和冷态启动的不同
16、控制。当执行停机指令后汽轮机转速降至低于暖机转速设定值时开始计时。采用顺序自动启动程序，如果在发出“RUN” 指令时，系统的停机时间处于所设定的“热态 启动” 和“冷态启动”时间之间，调速器将在热态启动和冷态启动参数之间进行内插计算以确定启动升速率和保持时间。随时都能从键盘，触点输入或通过 Modbus 暂停执行顺序自动启动程序。可以通过暂停指令，转速给定值提升或降低指令来暂停执行顺序自动启动程序，也可以从键盘或 Modbus 通信直接输入转速给定值来暂停执行顺序自动启动程序。三个指令源中任意一个最后发出的指令将决定了程序的运行方式。不过，停机状态将使该功能退出执行，只有在执行启动后才能要求重
17、新投入该功能。三、风冷机组 505/505E 运行中几种控制方式1、转速控制方式：发电机断路器 52G 触点断开 时，汽 轮机以转速控制方式运行，转速 PID 将汽轮机控制在恒定的转速或频 率而与其实际负荷无关。这和以前我们用的 DEH 系统控制汽轮机的转速方式一样。2、频率控制方式（目前集团机组无此方式，用在孤网运行中）：发电机断路器 52G 触点 闭合而电网断路器 52P 触点断开时，转速 PID 以频率控制方式运行，机组将运行于恒定 转速或频率下而与其实际负荷无关，当断路器的状态使转速 PID 切换到频率控制时，转速给定值立即变化至选择频率控制前最后一次检测到的转速。如果最后一次检测到的
18、转速不同于“额定转速给定值” ，转速给定值将以 1 转秒的缺省速率变化至“额定转速给定值” 。3、 负荷控制方式：当发电机 52G 和电网 52P 的断路器都闭合时，转速 PID 以机组负荷控制方式运行。在电网中并列运行时，给定值高于额定转速就能使负荷从 0%增加到 100%。机组的负荷被转换成额定转速的百分比。不等率%发电机负荷额定转速=给定值变化例如：5%100%3000=150rpm。这说明：当机组在电网中并列运行时，转速给定值能从 3000rpm 调整至 3150rpm 使机组负荷从0%增加到 100%。所以并网后操作 员在 505 或 DCS 界面上设定负荷的升降体现是转速的设定值在改变，但是汽轮机实际的转速仍然是 3000rpm。4、 压力控制方式（辅助串级）：在 505/505E 调节器里启用辅助串级控制，从 DCS 系统送机前的压力信号与压力设定值到 505/505E，在系 统相对比较稳定的状况下，就可以在 505/505E 调节器面板上或 DCS 操作画面上（压控 按 钮，如下 图）选择机组的压力控制方式。在选择压力控制方式前，注意设定压力和实际压力偏差不能过大，防止从负荷控制方式切换成压力控制方式瞬间造成机组调节阀波动大。
