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案例頻道 摘要：本文重點介紹了T80透平控制器的特點和控制功能，以及采用“變壓運行”控制技術(shù)對提高垃圾焚燒電站機組運行經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的作用。
關(guān)鍵詞：透平控制器；變壓運行；垃圾焚燒電站
1 引言
垃圾焚燒電站汽輪發(fā)電機組一般配套的都是中小型汽輪機，而選擇大型的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）投資相對較高，針對中小型汽輪機開發(fā)的T80透平控制器就成為理想的選擇。
2 T80透平控制器的特點
T80透平控制器（Turbine Control Module）是杭州和利時自動化有限公司開發(fā)的一種適應(yīng)于小型透平旋轉(zhuǎn)機械的一體化嵌入式控制設(shè)備。主要用于小型單抽、純凝及背壓式，熱電聯(lián)產(chǎn)或拖動型透平機械的控制。被控參數(shù)主要是機組轉(zhuǎn)速、功率、壓力等。透平控制器實時采集機組轉(zhuǎn)速等運行的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計算后，通過模出通道輸出閥位控制信號，改變調(diào)節(jié)閥開度，最終維持機組被控參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。T80配置了多種I/O信號處理電路，包括伺服輸出通道和頻率信號通道，采用現(xiàn)場可編程控制器實時處理各種I/O信號，CPU可在一個控制周期內(nèi)通過現(xiàn)場可編程控制器直接并行讀寫一遍所有I/O信號，控制周期小于30ms，完全滿足汽輪機實時控制的要求。
3 控制對象
目前垃圾焚燒電站主要采用12MW及以下機組。因垃圾焚燒熱值低、供料不穩(wěn)定、主汽壓力、主汽溫度控制較難。控制對象內(nèi)擾較多，這就要求控制系統(tǒng)具有信號綜合能力強，能處理復(fù)雜控制策略的優(yōu)點，且具有動態(tài)響應(yīng)快，可靠性高等特點。在機爐協(xié)調(diào)控制方式的選擇上，采用“機跟爐”的方式，以保證主汽壓力和主汽溫度的穩(wěn)定。
圖1 垃圾焚燒發(fā)電12MW汽輪機組
4 控制原理
經(jīng)T80透平控制器計算出來的閥位給定值與執(zhí)行機構(gòu)行程的反饋值經(jīng)過快速比較運算后，通過伺服控制輸出通道送到伺服閥去控制執(zhí)行機構(gòu)的行程，最終使執(zhí)行機構(gòu)的行程定位在閥位給定值規(guī)定的位置上，從改變汽輪機的蒸汽進汽量。其控制原理如圖2所示。
圖2 閥位控制原理框圖
5 系統(tǒng)配置
5.1 系統(tǒng)組成
圖3 T80控制原理圖
• 操作員站：主要完成的是人機接口，運行人員通過操作員站完成正常操作。
• 控制器：主要實現(xiàn)對所需要的控制信號的采集轉(zhuǎn)換及控制工作。
• 電液轉(zhuǎn)換器：是伺服控制里最為重要的環(huán)節(jié)，主要完成的是將電信號轉(zhuǎn)換為可控制的液壓信號。
• 油動機：最終液壓的執(zhí)行機構(gòu)。通過機械杠桿、提板、彈簧等機械連接實現(xiàn)對汽輪機進入蒸汽的流量控制。從而實現(xiàn)對汽輪機的轉(zhuǎn)速、功率、汽壓等最終目標(biāo)的控制。
• LVDT（位移傳感器）：是油動機行程的實時反饋系統(tǒng)，透平控制器通過它的反饋信號和給定的指令進行比較從而調(diào)整輸出信號，實現(xiàn)對油動機的穩(wěn)定快速控制。
5.2系統(tǒng)配置特點
• 電液轉(zhuǎn)換器采用直接驅(qū)動式電液伺服閥，抗污染能力強、無卡澀，運行穩(wěn)定。
• 測速信號采用三選二冗余方式。
• LVDT采用雙冗。
• 透平控制器為通用化設(shè)計。
6 T80透平控制器應(yīng)用于垃圾焚燒電站實現(xiàn)的主要功能
6.1 自動升速控制
對垃圾焚燒電站的汽輪發(fā)電機組，可以控制機組按經(jīng)驗曲線完成升速率設(shè)置、暖機、過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，直到3000r/min定速。操作員可通過修改目標(biāo)轉(zhuǎn)速、升速率或按轉(zhuǎn)速保持按鈕，對升速過程進行控制。
6.2 自動同期并網(wǎng)
T80可與自動準(zhǔn)同期裝置ASS配合，將機組轉(zhuǎn)速調(diào)整到電網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速，以便迅速完成并網(wǎng)操作。并網(wǎng)時，自動使發(fā)電機帶上初負(fù)荷。
6.3 壓力控制/閥位控制/功率控制
T80系列透平控制器可以在垃圾焚燒發(fā)電站實現(xiàn)壓力控制/閥位控制(壓控/閥控)二種控制方式。在壓控方式下，汽輪機可以根據(jù)主蒸汽壓力設(shè)定值的要求來保證汽輪機入口的機前壓力的穩(wěn)定。在閥控方式下，司機通過主控畫面可按增、減按鈕改變總閥位給定值，來調(diào)整機組負(fù)荷。
實際上，T80系列透平控制器還可以實現(xiàn)功率控制。而在功控方式下，司機通過主控畫面可設(shè)置目標(biāo)功率和負(fù)荷率，由PID調(diào)節(jié)器自動控制機組負(fù)荷。但是由于垃圾焚燒電站通常都采用“汽機跟蹤”運行方式，因此就很少采用功率控制方式。
6.4 “變壓運行”控制
在垃圾焚燒電站，一般根據(jù)垃圾焚燒爐的產(chǎn)汽量，能發(fā)多少電就輸多少電，這就是垃圾焚燒電站汽輪機一般采用“機跟爐”的“壓控”運行方式的原因。
一般情況下，汽輪機有四個調(diào)節(jié)閥，為了獲得較高的運行效率，最好使調(diào)節(jié)閥不要工作在節(jié)流狀態(tài)，也就是在油動機控制下，全開前三個閥（第四個閥為超負(fù)荷閥，處于關(guān)閉狀態(tài)），以避免產(chǎn)生節(jié)流；這時汽機效率最高。垃圾焚燒爐供汽量減少時，如果主汽壓仍保持額定值 （主汽壓一次給定值），油動機就會關(guān)小，第三個調(diào)節(jié)閥關(guān)下來，就會形成節(jié)流，產(chǎn)生節(jié)流損失。若主汽壓力給定值這時也減小，減小到一個適當(dāng)值 （二次給定值），則第三調(diào)門仍可維持在全開位置。此外 降到 需要有個過程，不能太快，否則過熱蒸汽到汽輪機末級葉片處，有可能變?yōu)轱柡驼羝斐蓛上嗔鳎＜捌啓C的安全。
綜上所述，T80透平控制器在垃圾焚燒發(fā)電廠“變壓運行”方式時，主汽壓一次給定值 是供汽量的函數(shù)，與供汽量成正比關(guān)系，由試驗獲得具體數(shù)值，試驗標(biāo)準(zhǔn)為在某一定汽量下，所設(shè)定的汽壓給定值 正好能使三個調(diào)節(jié)閥全開，第四個閥關(guān)閉。
圖4 與 關(guān)系圖
6.5試驗系統(tǒng)功能
對于垃圾焚燒電站來說，由于主蒸汽壓力、溫度會發(fā)生大幅度波動，因此為了保護汽輪機的安全，必須設(shè)置該功能：
• 103%超速限制試驗：用于檢驗103%超速限制的動作轉(zhuǎn)速。
• 超速保護試驗：用于檢驗各超速保護的動作轉(zhuǎn)速。
• 主汽門嚴(yán)密性試驗：檢查主汽門嚴(yán)密性。
• 高壓調(diào)節(jié)閥嚴(yán)密性試驗：檢查調(diào)門嚴(yán)密性。
6.6 閥門維修
閥門維修方式主要用于伺服系統(tǒng)調(diào)試。機組在停機狀態(tài)下，操作員可設(shè)置閥位給定值和給定速率，以便調(diào)整反饋零位幅值以及動態(tài)響應(yīng)特性。要求油動機控制平穩(wěn)，動態(tài)響應(yīng)迅速。
6.7 仿真試驗
培訓(xùn)新運行人員可以在機組投運之前進行仿真培訓(xùn)。而在機組已跳閘時，也可進入仿真方式。在仿真方式下，算法組態(tài)中的仿真程序可根據(jù)控制系統(tǒng)來的調(diào)門開度信號及操作員設(shè)置的初始條件，計算出相關(guān)的轉(zhuǎn)速、功率、壓力等信號，因此可仿真模擬完成上述調(diào)節(jié)、保護、試驗等大部分功能。所以利用此功能，可方便地調(diào)試組態(tài)軟件、培訓(xùn)現(xiàn)場人員。
7 小結(jié)
（1）因垃圾焚燒熱值低、供料不穩(wěn)定、主汽壓力、主汽溫度變化大，一般采用“機跟爐”的“壓控”運行方式。
（2）在垃圾焚燒電站，采用“變壓運行”控制技術(shù)，可以大大提高機組運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。而目前國外有的小型汽輪機控制器，由于開發(fā)年代太早而難以實現(xiàn)這種“變壓運行”控制技術(shù)。
（3）憑借T80透平控制器的優(yōu)異控制性能和靈活的控制方案，在垃圾焚燒發(fā)電站、生物質(zhì)發(fā)電站、太陽能熱發(fā)電站以及各種余熱利用電站汽輪機控制有著廣闊的應(yīng)用前景。
作者簡介：
安瑜(1973-),女,河北石家莊人，現(xiàn)就職于江蘇龍騰工程設(shè)計有限公司，主要從事過程自動化控制及樓宇自控方面的研究。
摘自《自動化博覽》2011年第五期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號