摘要：本文重點(diǎn)介紹了T80透平控制器的特點(diǎn)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，而選擇大型的數字式電液調節系統（DEH）投資相對較高，針對中小型汽輪機開(kāi)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(diǎn)

    T80透平控制器（Turbine Control Module）是杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司開(kāi)發(fā)的一種適應于小型透平旋轉機械的一體化嵌入式控制設備。主要用于小型單抽、純凝及背壓式，熱電聯(lián)產(chǎn)或拖動(dòng)型透平機械的控制。被控參數主要是機組轉速、功率、壓力等。透平控制器實(shí)時(shí)采集機組轉速等運行的相關(guān)參數，經(jīng)過(guò)適當的反饋調節計算后，通過(guò)模出通道輸出閥位控制信號，改變調節閥開(kāi)度，最終維持機組被控參數在規定的范圍內。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，采用現場(chǎng)可編程控制器實(shí)時(shí)處理各種I/O信號，CPU可在一個(gè)控制周期內通過(guò)現場(chǎng)可編程控制器直接并行讀寫(xiě)一遍所有I/O信號，控制周期小于30ms，完全滿(mǎn)足汽輪機實(shí)時(shí)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、供料不穩定、主汽壓力、主汽溫度控制較難?？刂茖ο髢葦_較多，這就要求控制系統具有信號綜合能力強，能處理復雜控制策略的優(yōu)點(diǎn)，且具有動(dòng)態(tài)響應快，可靠性高等特點(diǎn)。在機爐協(xié)調控制方式的選擇上，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(lái)的閥位給定值與執行機構行程的反饋值經(jīng)過(guò)快速比較運算后，通過(guò)伺服控制輸出通道送到伺服閥去控制執行機構的行程，最終使執行機構的行程定位在閥位給定值規定的位置上，從改變汽輪機的蒸汽進(jìn)汽量。其控制原理如圖2所示。
 
           
                                      圖2 閥位控制原理框圖  

    5 系統配置

    5.1 系統組成
                
                                       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(guò)操作員站完成正常操作。

    • 控制器：主要實(shí)現對所需要的控制信號的采集轉換及控制工作。

    • 電液轉換器：是伺服控制里最為重要的環(huán)節，主要完成的是將電信號轉換為可控制的液壓信號。

    • 油動(dòng)機：最終液壓的執行機構。通過(guò)機械杠桿、提板、彈簧等機械連接實(shí)現對汽輪機進(jìn)入蒸汽的流量控制。從而實(shí)現對汽輪機的轉速、功率、汽壓等最終目標的控制。

    • LVDT（位移傳感器）：是油動(dòng)機行程的實(shí)時(shí)反饋系統，透平控制器通過(guò)它的反饋信號和給定的指令進(jìn)行比較從而調整輸出信號，實(shí)現對油動(dòng)機的穩定快速控制。

    5.2系統配置特點(diǎn)

    • 電液轉換器采用直接驅動(dòng)式電液伺服閥，抗污染能力強、無(wú)卡澀，運行穩定。

    • 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計。

    6 T80透平控制器應用于垃圾焚燒電站實(shí)現的主要功能

    6.1 自動(dòng)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(xiàn)完成升速率設置、暖機、過(guò)臨界轉速區，直到3000r/min定速。操作員可通過(guò)修改目標轉速、升速率或按轉速保持按鈕，對升速過(guò)程進(jìn)行控制。

    6.2 自動(dòng)同期并網(wǎng)

    T80可與自動(dòng)準同期裝置ASS配合，將機組轉速調整到電網(wǎng)同步轉速，以便迅速完成并網(wǎng)操作。并網(wǎng)時(shí)，自動(dòng)使發(fā)電機帶上初負荷。

    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(shí)現壓力控制/閥位控制(壓控/閥控)二種控制方式。在壓控方式下，汽輪機可以根據主蒸汽壓力設定值的要求來(lái)保證汽輪機入口的機前壓力的穩定。在閥控方式下，司機通過(guò)主控畫(huà)面可按增、減按鈕改變總閥位給定值，來(lái)調整機組負荷。

    實(shí)際上，T80系列透平控制器還可以實(shí)現功率控制。而在功控方式下，司機通過(guò)主控畫(huà)面可設置目標功率和負荷率，由PID調節器自動(dòng)控制機組負荷。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(gè)調節閥，為了獲得較高的運行效率，最好使調節閥不要工作在節流狀態(tài)，也就是在油動(dòng)機控制下，全開(kāi)前三個(gè)閥（第四個(gè)閥為超負荷閥，處于關(guān)閉狀態(tài)），以避免產(chǎn)生節流；這時(shí)汽機效率最高。垃圾焚燒爐供汽量減少時(shí)，如果主汽壓仍保持額定值 （主汽壓一次給定值），油動(dòng)機就會(huì )關(guān)小，第三個(gè)調節閥關(guān)下來(lái)，就會(huì )形成節流，產(chǎn)生節流損失。若主汽壓力給定值這時(shí)也減小，減小到一個(gè)適當值 （二次給定值），則第三調門(mén)仍可維持在全開(kāi)位置。此外 降到 需要有個(gè)過(guò)程，不能太快，否則過(guò)熱蒸汽到汽輪機末級葉片處，有可能變?yōu)轱柡驼羝?，造成兩相流，危及汽輪機的安全。

    綜上所述，T80透平控制器在垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)“變壓運行”方式時(shí)，主汽壓一次給定值 是供汽量的函數，與供汽量成正比關(guān)系，由試驗獲得具體數值，試驗標準為在某一定汽量下，所設定的汽壓給定值 正好能使三個(gè)調節閥全開(kāi)，第四個(gè)閥關(guān)閉。  

              

                                      圖4 與 關(guān)系圖  

    6.5試驗系統功能

    對于垃圾焚燒電站來(lái)說(shuō)，由于主蒸汽壓力、溫度會(huì )發(fā)生大幅度波動(dòng)，因此為了保護汽輪機的安全，必須設置該功能：

    • 103%超速限制試驗：用于檢驗103%超速限制的動(dòng)作轉速。

    • 超速保護試驗：用于檢驗各超速保護的動(dòng)作轉速。

    • 主汽門(mén)嚴密性試驗：檢查主汽門(mén)嚴密性。 

    • 高壓調節閥嚴密性試驗：檢查調門(mén)嚴密性。

    6.6 閥門(mén)維修

    閥門(mén)維修方式主要用于伺服系統調試。機組在停機狀態(tài)下，操作員可設置閥位給定值和給定速率，以便調整反饋零位幅值以及動(dòng)態(tài)響應特性。要求油動(dòng)機控制平穩，動(dòng)態(tài)響應迅速。

    6.7 仿真試驗

    培訓新運行人員可以在機組投運之前進(jìn)行仿真培訓。而在機組已跳閘時(shí)，也可進(jìn)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控制系統來(lái)的調門(mén)開(kāi)度信號及操作員設置的初始條件，計算出相關(guān)的轉速、功率、壓力等信號，因此可仿真模擬完成上述調節、保護、試驗等大部分功能。所以利用此功能，可方便地調試組態(tài)軟件、培訓現場(chǎng)人員。

    7 小結

    （1）因垃圾焚燒熱值低、供料不穩定、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)濟性和穩定性。而目前國外有的小型汽輪機控制器，由于開(kāi)發(fā)年代太早而難以實(shí)現這種“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(yáng)能熱發(fā)電站以及各種余熱利用電站汽輪機控制有著(zhù)廣闊的應用前景。

    作者簡(jiǎn)介：

    安瑜(1973-),女,河北石家莊人，現就職于江蘇龍騰工程設計有限公司，主要從事過(guò)程自動(dòng)化控制及樓宇自控方面的研究。 

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第五期