浅析给水泵汽轮机控制方式及硬回路优化分析

李艳和

摘 要：本文主要阐述了某电厂给水泵汽轮机的控制逻辑操作方式上的简要概述，阀门整定的操作方法和注意事项，超速实验的原理。以及小机METS硬回路的优化。

关键词：小机；控制方式；自动整定；回路优化

1 引言

某电厂汽轮机组是由上海汽轮机厂提供。系统采用S+ Operations 软件作为操作员站的平台，与DCS系统为一体化，MEH做为DCS的子画面组，有利于运行人员的操作和维护人员的维护。运行人员通过操作员站实现对小汽机的控制。根据电厂运行人员的习惯以及本汽机的特点，设计了如下控制和监视画面，包括总貌图、MEHA控制、MEHB控制、超速试验、阀门校验等，不仅为运行人员提供了监视和操作手段，还可以直接调取已经做好的趋势组来分析问题。

2 MEH功能介绍

MEH主要控制给水泵汽轮机转速，从而改变进入锅炉的给水量，达到给水调节控制过程需要的给定值，满足锅炉的需要，达到汽机和锅炉之间的能量的平衡。MEH系统主要有三种运行控制方式，即：手动控制方式、自动控制方式、远方控制模式。三者之间任意方式的切换应该满足无扰切换，使控制没有扰动，平稳的方式运行。

2.1 控制运行方式

2.1.1 手动方式：

手动是一种开环控制方式，一般在启机前做阀门试验的控制方式。操作人员可通过操作员站（OIS）设定阀位总开度。直接控制高、低调门的开度。总开度的0%到80%对应的是低压调门的0%到100%。总开度的80%到100%对应高调门开度的0%到100%，转速设定值跟踪小机的实际转速，已达到切换控制方式时的无扰切换。

2.1.2 自动控制方式

自動控制一般是小机冲转过程中常用的控制方式。分为两种，一种是操作员自动、另外一种是自启动，冲转到2800r/min，达到热机转态然后交给操作员自动。

操作员自动是操作员站通过设定目标转速，经过最大和最小转速限制转化为系统可接受的转速，然后根据升、降速率的大小，计算出的数值进入PID，作为转速设定值，实际转速作为PID的实际值进行PID运算，运算的结果转化为阀门的总得开度指令信号，去控制阀门的开度，实现控制机组转速的目的。在自动控制方式下，转速的上限值在正常情况下是5900r/min，但在做超速试验时，上限值设定值为6400r/min。转速的变化率正常情况下是操作人员根据现场参数输入速率，但在转速过临界转速时，速率变为给定的速率400r/min/min。目标转速的变化是根据操作人员的转速指令而变，达到小机冲转的目的。

自启动是一键启动，转速从0升至2800r/min，达到热机状态。转速设定值分为三个阶段，分别是1000r/min、2400r/min、2800r/min。只有当每个转速区间的条件都满足后，才能继续升，每个区间的转速升速率也是按着逻辑给定的速率给出。

在自动控制方式时，手动的阀位设定值跟踪当前的阀位计算输出值，已达到转换到手动方式时的无扰切换。

为了保证信号的可靠性，系统将对从现场转速传感器测到的转速信号进行三取 二处理，得到一个可靠、准确的实际转速信号，若三路转速中有两路转速信号故障，将判定为系统转速故障。转速信号送到频率计数模件FCS01后，进行信号处理，转变为数字量信号送到控制回路，在控制回路内，作为实际转速输入信号--实际转速与给定转速比较后得到一个差值，经过PID运算后，输出阀位指令控制信号改变阀位。变化后的实际转速值重新与给定转速比较，进行PID运算，直到偏差为零，转速稳定。

2.1.3 远方控制方式

在远方控制方式下，MEH接受来自锅炉给水控制系统来的4～20mA控制信号，对应的转速为3000～6000r/min。控制回路对允许条件进行逻辑判断后，就可以通过操作员站投入远方控制方式，但是，条件若任意一个不满足，将切到转速自动控制方式。MEH向锅炉控制系统输出一个4～20mA信号作为其转速反馈信号，作为转速指令的跟踪信号，达到切换到远方控制模式时的无扰切换，保证投入远方控制时，没有扰动。锅炉给水控制系统向MEH输出的4～20mA信号将作为一个转速控制信号，此时，MEH仅仅作为一个执行机构，不经过转速限制和速率限制，直接到PID控制器的设定值，控制阀门的开度。使实际值等于给定值，达到系统的要求。

2.2 自动整定伺服阀系统静态关系

整定伺服系统静态关系的目的在于：使油动机在全行程内均能被伺服阀控制，阀位给定信号与油动机行程的关系为：给定阀位0-100%对应的实际行程应为0-100%。为了保证此对应关系有良好的线性度，要求油动机的LVDT在安装时，应使LVDT铁芯尽可能在中间线性段工作。

2.2.1 零幅值压比：

ABB的伺服卡测量的阀位是零幅值压比。即：A-B＼A+B。A代表次级1的直流电压，B代表次级2的直流电压。范围是-1～+1。也就是说全关的值在-1～0之间，全开的值在0～1之间。因此在接线时VP800的接线没有极性的要求，因此只要保证在阀门全关的时候次级一的电压比次级二的电压小即可以。

2.2.2 自动整定：

在自动整定的状态下，为了保证每次整定的结果的正确性，内部参数都是已经固化好的，比如校验周期、零幅值同时校验、校验速率等。开始设置零点和满点的幅值分别为-1和+1之后，参数就将直接传到VP卡控制器中，然后点击开始校验，阀门系统会自动校验。当校验成功后，系统会传上校验最终的零、幅值后，填入LVDT对应的参数中，自动校验过程完毕。

2.3 超速保护

MEH在汽机的正常运行中，控制系统没有超速保护逻辑，若运行时汽轮机的实际转速超过设定值（6300r/min）时，汽机MEH控制柜发出超速保护信号，通过继电器输出干结点断串到小机METS供电回路，使之断电，跳闸电磁阀失电，使主汽阀和调节阀迅速关闭，蒸汽将无法进入汽机，保证了汽轮机的安全。在操作站上置位 “电超速试验”，条件是转速已经大于5100r/min。将系统升速到6310r/min。如果汽轮机在6300r/min时跳机保护没有动作，则进行手动打闸。

需要说明的是由于METS和MEH不是一个系统，METS方本身也有超速跳闸硬件回路，定值也是6300r/min.所以逻辑一旦发出电超速或者机械超速指令时，会将METS方的电超速禁止。

3 结论

小机在电厂运行中作为一个重要的辅机，是不可缺少的一部分，任何的故障都可能导致机组RB甚至跳机事件的发生，本文主要介绍两个部分：小机的控制方式、硬回路的优化。通过对小机控制方式的了解，掌握控制逻辑的概念，加强对小机运行方式的了解，增强小机事故的分析能力。对小机METS硬回路的优化，减少勿动的可能，增加了设备的可靠性，保障了机组的安全稳定运行。

参考文献

[1]杨传龙，郭红玲.MEH（小汽轮机电液控制）改造设计[J].山东工业技术，2013，（09）：51-52.

[2]陈立东.350MW机组小汽轮机MEH控制系统[J].东北电力技术，2007，（01）：40-43.

[3]林文孚 胡燕.单元机组自动控制技术.北京：中国电力出版社，2008

[4]罗万金. 电厂热工过程自动调节. 北京：水利电力出版社，1990

李艳和

摘 要：本文主要阐述了某电厂给水泵汽轮机的控制逻辑操作方式上的简要概述，阀门整定的操作方法和注意事项，超速实验的原理。以及小机METS硬回路的优化。

关键词：小机；控制方式；自动整定；回路优化

1 引言

某电厂汽轮机组是由上海汽轮机厂提供。系统采用S+ Operations 软件作为操作员站的平台，与DCS系统为一体化，MEH做为DCS的子画面组，有利于运行人员的操作和维护人员的维护。运行人员通过操作员站实现对小汽机的控制。根据电厂运行人员的习惯以及本汽机的特点，设计了如下控制和监视画面，包括总貌图、MEHA控制、MEHB控制、超速试验、阀门校验等，不仅为运行人员提供了监视和操作手段，还可以直接调取已经做好的趋势组来分析问题。

2 MEH功能介绍

MEH主要控制给水泵汽轮机转速，从而改变进入锅炉的给水量，达到给水调节控制过程需要的给定值，满足锅炉的需要，达到汽机和锅炉之间的能量的平衡。MEH系统主要有三种运行控制方式，即：手动控制方式、自动控制方式、远方控制模式。三者之间任意方式的切换应该满足无扰切换，使控制没有扰动，平稳的方式运行。

2.1 控制运行方式

2.1.1 手动方式：

手动是一种开环控制方式，一般在启机前做阀门试验的控制方式。操作人员可通过操作员站（OIS）设定阀位总开度。直接控制高、低调门的开度。总开度的0%到80%对应的是低压调门的0%到100%。总开度的80%到100%对应高调门开度的0%到100%，转速设定值跟踪小机的实际转速，已达到切换控制方式时的无扰切换。

2.1.2 自动控制方式

自动控制一般是小机冲转过程中常用的控制方式。分为两种，一种是操作员自动、另外一种是自启动，冲转到2800r/min，达到热机转态然后交给操作员自动。

操作员自动是操作员站通过设定目标转速，经过最大和最小转速限制转化为系统可接受的转速，然后根据升、降速率的大小，计算出的数值进入PID，作为转速设定值，实际转速作为PID的实际值进行PID运算，运算的结果转化为阀门的总得开度指令信号，去控制阀门的开度，实现控制机组转速的目的。在自动控制方式下，转速的上限值在正常情况下是5900r/min，但在做超速试验时，上限值设定值为6400r/min。转速的变化率正常情况下是操作人员根据现场参数输入速率，但在转速过临界转速时，速率变为给定的速率400r/min/min。目标转速的变化是根据操作人员的转速指令而变，达到小机冲转的目的。

自启动是一键启动，转速从0升至2800r/min，达到热机状态。转速设定值分为三个阶段，分别是1000r/min、2400r/min、2800r/min。只有当每个转速区间的条件都满足后，才能继续升，每个区间的转速升速率也是按着逻辑给定的速率给出。

在自动控制方式时，手动的阀位设定值跟踪当前的阀位计算输出值，已达到转换到手动方式时的无扰切换。

为了保证信号的可靠性，系统将对从现场转速传感器测到的转速信号进行三取 二处理，得到一个可靠、准确的实际转速信号，若三路转速中有两路转速信号故障，将判定为系统转速故障。转速信号送到频率计数模件FCS01后，进行信号处理，转变为数字量信号送到控制回路，在控制回路内，作为实际转速输入信号--实際转速与给定转速比较后得到一个差值，经过PID运算后，输出阀位指令控制信号改变阀位。变化后的实际转速值重新与给定转速比较，进行PID运算，直到偏差为零，转速稳定。

2.1.3 远方控制方式

在远方控制方式下，MEH接受来自锅炉给水控制系统来的4～20mA控制信号，对应的转速为3000～6000r/min。控制回路对允许条件进行逻辑判断后，就可以通过操作员站投入远方控制方式，但是，条件若任意一个不满足，将切到转速自动控制方式。MEH向锅炉控制系统输出一个4～20mA信号作为其转速反馈信号，作为转速指令的跟踪信号，达到切换到远方控制模式时的无扰切换，保证投入远方控制时，没有扰动。锅炉给水控制系统向MEH输出的4～20mA信号将作为一个转速控制信号，此时，MEH仅仅作为一个执行机构，不经过转速限制和速率限制，直接到PID控制器的设定值，控制阀门的开度。使实际值等于给定值，达到系统的要求。

2.2 自动整定伺服阀系统静态关系

整定伺服系统静态关系的目的在于：使油动机在全行程内均能被伺服阀控制，阀位给定信号与油动机行程的关系为：给定阀位0-100%对应的实际行程应为0-100%。为了保证此对应关系有良好的线性度，要求油动机的LVDT在安装时，应使LVDT铁芯尽可能在中间线性段工作。

2.2.1 零幅值压比：

ABB的伺服卡测量的阀位是零幅值压比。即：A-B＼A+B。A代表次级1的直流电压，B代表次级2的直流电压。范围是-1～+1。也就是说全关的值在-1～0之间，全开的值在0～1之间。因此在接线时VP800的接线没有极性的要求，因此只要保证在阀门全关的时候次级一的电压比次级二的电压小即可以。

2.2.2 自动整定：

在自动整定的状态下，为了保证每次整定的结果的正确性，内部参数都是已经固化好的，比如校验周期、零幅值同时校验、校验速率等。开始设置零点和满点的幅值分别为-1和+1之后，参数就将直接传到VP卡控制器中，然后点击开始校验，阀门系统会自动校验。当校验成功后，系统会传上校验最终的零、幅值后，填入LVDT对应的参数中，自动校验过程完毕。

2.3 超速保护

MEH在汽机的正常运行中，控制系统没有超速保护逻辑，若运行时汽轮机的实际转速超过设定值（6300r/min）时，汽机MEH控制柜发出超速保护信号，通过继电器输出干结点断串到小机METS供电回路，使之断电，跳闸电磁阀失电，使主汽阀和调节阀迅速关闭，蒸汽将无法进入汽机，保证了汽轮机的安全。在操作站上置位 “电超速试验”，条件是转速已经大于5100r/min。将系统升速到6310r/min。如果汽轮机在6300r/min时跳机保护没有动作，则进行手动打闸。

需要说明的是由于METS和MEH不是一个系统，METS方本身也有超速跳闸硬件回路，定值也是6300r/min.所以逻辑一旦发出电超速或者机械超速指令时，会将METS方的电超速禁止。

3 结论

小机在电厂运行中作为一个重要的辅机，是不可缺少的一部分，任何的故障都可能导致机组RB甚至跳机事件的发生，本文主要介绍两个部分：小机的控制方式、硬回路的优化。通过对小机控制方式的了解，掌握控制逻辑的概念，加强对小机运行方式的了解，增强小机事故的分析能力。对小机METS硬回路的优化，减少勿动的可能，增加了设备的可靠性，保障了机组的安全稳定运行。

参考文献

[1]杨传龙，郭红玲.MEH（小汽轮机电液控制）改造设计[J].山东工业技术，2013，（09）：51-52.

[2]陈立东.350MW机组小汽轮机MEH控制系统[J].东北电力技术，2007，（01）：40-43.

[3]林文孚 胡燕.单元机组自动控制技术.北京：中国电力出版社，2008

[4]罗万金. 电厂热工过程自动调节. 北京：水利电力出版社，1990