WOODWARD 505控制系统在1 000 MW超超临界机组中的应用

李存怀，杨磊

(1.华电国际邹县发电厂，山东 邹城 273522； 2.兖矿集团华聚能源公司，山东 邹城 273500)

1 设备概况

随着我国经济的快速发展，大容量、高参数的超临界及超超临界机组逐渐成为我国火电发展的主要方向。华电国际邹县发电厂(以下简称邹县电厂)四期工程2×1 000 MW机组为国产引进型超超临界燃煤火电单元机组，其单台机组主给水泵组由2台给水泵组成，其中小汽轮机采用德国西门子公司的单缸凝汽式汽轮机，汽动给水泵采用日本日立公司的BGM-CH型卧式离心泵，控制系统采用美国伍德沃德公司(WOODWARD) 505控制系统。

邹县电厂四期工程锅炉给水系统配有2台50%容量的汽动变速给水泵，配套西门子小汽轮机。小汽轮机汽源包括辅汽、四段抽汽、冷段再热器三路汽源，其中辅汽作为调试用汽，正常运行时使用四段抽汽来汽，当低压调门全开，当四段抽汽汽源不能满足小汽轮机机运行需要时，高压调门开启，引入冷段再热器蒸汽。高压调门在系统布置上位于小汽轮机主汽门前面。在主汽门前高、低压气源混合再经过低压调门进入汽机。电液控制系统(MEH)采用WOODWARD 505控制器，WOODWARD 505控制器接收分散控制系统(DCS)来遥控转速信号，与就地来实际转速信号相比较，输出调门指令至就地伺服阀，控制高低压调门开度，改变小汽轮机进汽量，从而改变小汽轮机转速，满足系统给水要求。小汽轮机汽源系统如图1所示。

图1 小汽轮机汽源系统图

2 WOODWARD 505控制系统控制原理

WOODWARD 505控制系统由美国WOODWARD公司设计生产，该系统控制器以微处理器为基础实现控制，可用于单个或双个执行机构的蒸汽轮机。它是基于数字控制的32位微处理器，具有现场组态和通信功能。配套WOODWARD高低压伺服阀(VOITH)为控制蒸汽阀设计，它将4～20 mA控制信号线性成比例地转换为油压输出。该系统具有组态简单、控制精确可靠、维护方便等特点(控制器外观如图2所示)。WOODWARD 505控制系统有编程模式和运行模式2种操作方式。编程模式用于选择控制器内部配置及运行方式的设置，运行模式则根据设定的程序实现控制。WOODWARD 505输出的控制信号经过I/H转换器转换成液压信号来控制液压主蒸汽门的开度，以达到控制透平压缩机转速之目的。邹县电厂1 000 MW机组MEH系统以WOODWARD 505控制系统为主体，通过接受DCS发出的遥控转速信号，控制高低压调门开度，从而达到调节小汽轮机转速之目的，满足系统给水要求。小汽轮机启动采用自启动模式。505原组态方案为串级控制，其主调设定值为流量将给水流量引入505作为过程变量，副调为转速控制回路，该方案可以实现给水控制功能。

3 系统调试及改进

(1)检查小汽轮机控制柜内接线，确认接线无误。控制系统供电设计有2路电源分别取自热控电源总柜的不间断电源(UPS)和保安段。就地相关信号通过隔离器或继电器隔离进入系统。在控制柜内有4个24 V(DC)电源块供系统用。依次合上双路供电的电源开关，检查系统无异常，记录505组态原始数据。

(2)敷设WOODWARD 505控制系统2个通信器与DCS通信电缆并按图纸接线(根据信号距离，选用330 Ω电阻)。通过PC机将程序下装至DCS侧的LC卡件，检查505通信器工作正常。

(3)根据原设计，德国西门子(SIEMENS)公司在供货时将组态设置为采用给水流量串级控制，这种设计存在一个较大缺点：因WOODWARD 505控制系统无历史趋势数据，发生异常时对各变量无法进行跟踪分析。结合三期工程的应用实践，改为采用经过长期实践检验的转速控制方式，在 DCS内将给水流量信号转换为转速信号，输出4～20 mA指令到WOODWARD 505控制系统，而WOODWARD 505控制系统改为转速控制，DCS跟踪实际转速。具体为：WOODWARD 505控制系统接受DCS发出的4～20 mA转速指令，同时接收就地转速探头传来的转速信号，通过比较两者之间的偏差，输出调门控制指令，该控制方式采用转速反馈的方式实现间接闭环控制，与原有机组相比，减少了伺服阀机构，减少了日常维护量和故障点。相应的WOODWARD 505控制系统组态修改：在CASCADE CONTROL模块内，将USE CASCADE CONTROL参数由YES改为NO；在SPEED SETPOINT VALUES内，将USE REMOTE SPEED SETPOINT参数由NO改为YES，相应的遥控转速设定升速率改为每秒13 r/min。在ANALOG INPUT内AI#6 FUNCTION组态为REMOTE SPEED SETPOINT，量程为4～20 mA对应2 563～5 203 r/min(其控制原理如图3所示)。

图3 控制原理

(4)用于MEH调节的转速探头有2个。WOODWARD 505控制系统转速信号调试采用2种方法，第1种为在SPEED SETPOINT VALUES内将MIN GOVERNOR SPEED由2564暂时改为0，试验disable，enable，in control 3种状态下speed setpoint 和remote speed input信号之间的跟踪情况。第2种为用频率信号发生器模拟小汽轮机转速信号，试验disable，enable，in control 3种状态下speed setpoint 和remote speed input信号之间的跟踪情况。

(5)调门静态试验。在就地电液转换器上接入压力表，用信号发生器从就地模拟WOODWARD 505控制系统指令，通过信号发生器模拟4～20 mA信号，观察压力表指示正确，但调门不动作。经生产厂家技术安装人员检查油路后，调门动作正常，就地调整完毕，从小汽轮机控制柜调门指令端子通过信号发生器加信号，观察发现就地调门动作正常。

(6)WOODWARD 505控制系统超速试验。就地安装3个转速探头用于小汽轮机转速保护，探头信号送至EPRO。在EPRO内对通道进行组态，output1:零转速；output2:小于4 r/min；output3:小于300 r/min；output4:大于300 r/min；output5:大于5 360 r/min，超速保护用；output6:转子方向检测，其中output4和output6未引出。将小汽轮机与汽泵断开连接，从逻辑中强制危机遮断系统(ETS)跳闸条件，使小汽轮机满足复位条件，小汽轮机复位，从DCS中手动将小汽轮机升速到4 929 r/min，在WOODWARD 505控制系统控制面板按下F2+▲，小汽轮机转速不断上升，当转速升至5 359 r/min(DCS趋势显示)时，EPRO接点输出，小汽轮机超速跳闸。

从DCS小汽轮机控制画面中进行EPRO A，B，C 3个超速保护通道试验。试验方法如下：首先检查确认安全闭锁油压低1，2，3压力开关信号正常，按下操作面板上“超速保护通道测试”按钮，然后按下“通道A测试”按钮，检查按钮对应指示由绿变红，EPRO output5输出正常，同时CRT安全闭锁油压低1信号发出，试验正常，复位。逐次试验通道B，C，方法同A。

4 存在的问题及解决方法

在调试过程中，作者发现了许多问题并得到了及时解决，其成功经验可以给其他使用WOODWARD 505机组提供借鉴和参考。

在调试过程中发现，WOODWARD 505控制系统无法正常与DCS通信，检查发现DCS LC卡中通信地址设置与WOODWARD 505控制系统通信地址设置不一致，经DCS厂家与西门子小汽轮机调试技术人员协商，将DCS中通信地址设置更改，通信正常。

在超速保护试验过程中，出现过同时按下F2+▲，但小汽轮机转速不上升，其原因为：当小汽轮机转速小于4 929 r/min时，不允许做超速试验。

在调试过程中，从小汽轮机控制柜内试验B小汽轮机高压调门时，调门不动作，检查发现就地接线盒至调门部分的接线有接地现象，处理后正常。

5 结论

大容量的超超临界直流锅炉给水控制十分重要，其所配置小汽轮机的MEH应具有优良的操控性，满足设计需要。通过调试和改进，邹县电厂四期工程小汽轮机的WOODWARD 505控制系统能保证锅炉给水的可靠性。与三期工程相比，四期工程WOODWARD 505控制系统没有副调，采用单WOODWARD 505控制系统运行方式，并且所有与WOODWARD505控制系统有关的输入输出信号都采用继电器隔离，提高了系统的安全性。将WOODWARD 505控制系统操作面板做入DCS中，优化了操作界面，信号传输采用通信方式，提高了信号传输抗干扰能力，保证机组安全、可靠，并长期稳定运行。

参考文献：

[1]张玉铎，王满稼.热工自动控制系统[M].北京:水利电力出版社，1990.

[2]田淑珍.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社，2005.