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????? 汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)分析

????? 概況華能福州電廠二期兩臺(tái)350MW 汽輪機(jī)組及DEH 控制系統(tǒng)由西門子成套
提供，于1999年9 月兩臺(tái)機(jī)組相繼投入商業(yè)運(yùn)行。該汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)性能優(yōu)良，
特別是汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速控制相當(dāng)穩(wěn)定。

????? 2 控制系統(tǒng)

????? 2.1 系統(tǒng)組成汽機(jī)DEH 控制系統(tǒng)配置了兩套SIMADYN 控制器，互為冗余備
用。每套控制器安裝在一個(gè)24個(gè)插槽的機(jī)架上，由一個(gè)帶風(fēng)冷的24VDC 電源模件
供電，機(jī)架底板帶內(nèi)部通訊總線和網(wǎng)絡(luò)通訊總線。每套控制器包括兩個(gè)32位的PM4
處理器模件，用于開閉環(huán)控制和運(yùn)算任務(wù)，并采用專用的IT41及IT42模件協(xié)助處
理器進(jìn)行轉(zhuǎn)速和閥位控制，運(yùn)算速度快，用戶還可以根據(jù)任務(wù)的緊急等級(jí)對(duì)控制
邏輯進(jìn)行運(yùn)算周期設(shè)定，一般設(shè)定基本運(yùn)算周期6ms ；此外還包括1 塊EA12模擬
量輸出模件、1 塊EM11開關(guān)量I/O 模件、1 塊CSH11 通訊模件與TXP 通訊，控制
系統(tǒng)本身設(shè)有獨(dú)立于DCS 的工程師站，通過串口電纜、安裝在機(jī)架上的CS7 模件
與處理器直接通訊，用于系統(tǒng)軟硬件組態(tài)、參數(shù)修改等功能，該控制系統(tǒng)組態(tài)、
調(diào)試方便。圖1 SIMADYN 與TXP 示意圖圖2 汽機(jī)啟動(dòng)裝置

????? 2.2 冗余功能正常運(yùn)行時(shí)主機(jī)運(yùn)算的數(shù)據(jù)作為輸出，從機(jī)通過主從通訊模
件CS12、CS22與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，并不斷更新使與主機(jī)數(shù)據(jù)保持一致，在主機(jī)
發(fā)生硬件損壞或軟件檢測(cè)到致命性故障（critical fault）時(shí)，自動(dòng)切換至從機(jī)
運(yùn)行。

????? 2.3 與TXP 的數(shù)據(jù)交換 SIMADYN-D控制器利用光纖將兩套互相冗余的SIMADYN
控制器分別和TXP 的SINEC H1廠級(jí)總線連接起來，除主蒸汽壓力、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、
發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)、解列信號(hào)、主汽門及調(diào)門閥位以及至電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)外，
其余信號(hào)包括各種報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)以及轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的設(shè)定、控制均通過SINEC H1
廠級(jí)總線交換得到。SIMADYN 與TXP 之間通訊示意圖見圖1.

????? 3 轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制 SIMADYN-D汽機(jī)電液控制器實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)啟、?？刂?、
并網(wǎng)、帶負(fù)荷、調(diào)頻、甩負(fù)荷等功能，其在邏輯設(shè)計(jì)上層次分明，各個(gè)控制器任
務(wù)明確，它主要由啟動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)速/ 負(fù)荷控制器、高壓壓力控制器、高壓缸排汽
溫度控制器、調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制器、高壓冷卻蒸汽壓力控制器、調(diào)門閥位控制器組
成。其轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制原理簡(jiǎn)圖見圖3.圖3 轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制原理圖

????? 3.1 啟動(dòng)裝置啟動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)設(shè)定值調(diào)整器，根據(jù)設(shè)定值的不同，
巧妙實(shí)現(xiàn)了汽機(jī)的復(fù)置過程，反過來則還具備保護(hù)功能。汽機(jī)啟動(dòng)裝置見圖2.

????? 3.2 轉(zhuǎn)速/ 負(fù)荷控制器轉(zhuǎn)速/ 負(fù)荷控制器是整個(gè)SIMADYN 的核心，在汽機(jī)
啟動(dòng)階段實(shí)現(xiàn)了升速控制，并對(duì)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)（臨界轉(zhuǎn)速區(qū)1 ：402~798rpm，臨界
轉(zhuǎn)速區(qū)2 ：876~2850rpm ）進(jìn)行缸溫、軸溫與升速率控制，在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)要求轉(zhuǎn)
速加速度> ；1.5rs-2 ，否則汽機(jī)保護(hù)跳閘不允許進(jìn)行沖轉(zhuǎn)；同時(shí)還根據(jù)計(jì)算
的應(yīng)力進(jìn)行升速率限制，保證溫度裕度> ；30℃。在正常帶負(fù)荷階段，接受來
自TXP 的負(fù)荷設(shè)定值、負(fù)荷升速率、最大負(fù)荷設(shè)定值等信號(hào)，完成對(duì)負(fù)荷的控制，
還可以根據(jù)需要投入調(diào)頻等功能。 3.3高壓壓力控制器高壓壓力控制器的任務(wù)是
完成主蒸汽壓力的控制，有兩種控制方式：限壓方式和初壓方式，這兩種方式可
手動(dòng)選擇。限壓方式一般用于爐跟蹤運(yùn)行方式，一方面可在主蒸汽壓力下降到壓
力極限值（設(shè)定值-10*100KPa）時(shí)限制汽機(jī)負(fù)荷，使壓力不致下降太多，另一方
面也可充分利用鍋爐蓄能，保證機(jī)組負(fù)荷的穩(wěn)定。而初壓方式一般用于機(jī)跟蹤運(yùn)
行方式，它積極調(diào)整主蒸汽壓力，使主蒸汽壓力保持穩(wěn)定，但負(fù)荷波動(dòng)量較大。

????? 3.4 高壓冷卻蒸汽壓力控制器高壓冷卻蒸汽壓力控制器是高壓缸排汽溫度
高的一個(gè)預(yù)控功能。二期汽輪機(jī)在高壓缸排汽出口有一個(gè)大旁路（俗稱“通風(fēng)閥”）

????? 直通凝汽器，高壓缸排汽溫度高時(shí)，通風(fēng)閥打開，增大高壓缸做功能力，
降低高壓缸排汽溫度。一般在機(jī)組啟動(dòng)階段，通風(fēng)閥才會(huì)動(dòng)作，高壓冷卻蒸汽壓
力控制器起作用，達(dá)到控制高壓缸排汽溫度的目的。

????? 3.5 高壓缸排汽溫度控制器高壓缸排汽溫度控制器是一個(gè)限制控制器，當(dāng)
高壓缸排汽溫度超過480 ℃時(shí)，控制器輸出負(fù)值，使中壓調(diào)門朝關(guān)閉方向偏移，
它通過中壓調(diào)門的開度來控制蒸汽流量，從而使高壓缸排汽溫度不出現(xiàn)不允許的
值。運(yùn)行人員可在OM畫面上選擇該功能是否投入。

????? 3.6 調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制器調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制器也是一個(gè)限制控制器，是汽機(jī)沖
轉(zhuǎn)時(shí)的一個(gè)應(yīng)力保護(hù)，由高壓軸平均溫度加上沖轉(zhuǎn)方式（慢、正常、快速）不同
所允許的溫度偏差計(jì)算出一個(gè)允許的調(diào)節(jié)級(jí)壓力，當(dāng)實(shí)際的調(diào)節(jié)級(jí)壓力超出允許
的壓力值時(shí)，使高壓調(diào)門朝關(guān)閉方向偏移，達(dá)到保護(hù)汽輪機(jī)的目的。運(yùn)行人員可
在OM畫面上選擇該功能是否投入。

????? 3.7 調(diào)門閥位控制器每個(gè)調(diào)門均有一個(gè)閥位控制器，根據(jù)閥位測(cè)量值與閥
位指令的偏差來自動(dòng)定位調(diào)門，運(yùn)行人員也可利用OM畫面上的閥位限制器來手動(dòng)
調(diào)整調(diào)門開度。該控制器還提供了閥位測(cè)量監(jiān)視功能來保證閥位測(cè)量故障時(shí)以一
個(gè)固定的慢速率關(guān)閉該調(diào)門；通過調(diào)門工作點(diǎn)的監(jiān)視來反映電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀況
；以及實(shí)際調(diào)門開度- 調(diào)門指令> ；25% 時(shí)調(diào)門快關(guān)等保護(hù)功能。

????? 4 存在的問題及解決方法

????? 4.1 TXP 與SIMADYN 量程不一致 TXP與SIMADYN 之間的模擬量數(shù)據(jù)交換雖
通過SINEC H1總線進(jìn)行，但在SIMADYN 及TXP 中均需設(shè)定量程。調(diào)試初期，SIMADYN
及TXP 中負(fù)荷量程設(shè)定不一致，SIMADYN 中設(shè)定0-400MW ，而TXP 中設(shè)定0-350MW
，造成負(fù)荷無法控制，修改后正常。

????? 4.2 調(diào)門工作點(diǎn)頻繁報(bào)警在無功率的情況下，為保證關(guān)閉調(diào)門，在液壓裝
置中提供了一個(gè)補(bǔ)償，以便調(diào)門始終朝關(guān)閉方向動(dòng)作，該補(bǔ)償稱為工作點(diǎn)，同樣
必須在控制器得到相應(yīng)補(bǔ)償。如果液壓部件的機(jī)械發(fā)生磨損或電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線
圈信號(hào)回路或線圈本身出現(xiàn)故障，工作點(diǎn)將發(fā)生偏移，發(fā)出“工作點(diǎn)故障”報(bào)警，
若機(jī)組在協(xié)調(diào)方式運(yùn)行，將自動(dòng)切至爐跟蹤方式運(yùn)行。目前因報(bào)警值仍在3~14%
的允許范圍內(nèi)，暫時(shí)將報(bào)警值設(shè)定大一些，待機(jī)組停運(yùn)后檢查信號(hào)回路及液壓部
件。

????? 4.3 通風(fēng)閥動(dòng)作時(shí)，高壓調(diào)門大幅波動(dòng)，機(jī)組MFT 2001年3 月7 日并網(wǎng)后
機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值45MW，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷約45MW，因通風(fēng)閥在開啟狀態(tài)，高壓調(diào)門全
關(guān)，低旁壓力設(shè)定值0.5MPa，熱再出口實(shí)際壓力0.56MPa ，由于中壓缸進(jìn)汽參數(shù)
偏低，而機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值在45MW，導(dǎo)致速度/ 負(fù)荷控制器輸出很大，中壓調(diào)門全
開才能維持負(fù)荷。通風(fēng)閥關(guān)閉后，高壓調(diào)門指令切至‘最小流量率’控制40S ，
高壓調(diào)門開至3%，而后高壓調(diào)門指令切至‘速度/ 負(fù)荷控制器’，由于上述提到
的中壓缸進(jìn)汽參數(shù)偏低，導(dǎo)致速度/ 負(fù)荷控制器輸出很大，高壓調(diào)門快開至20% ，
致使負(fù)荷大幅度振蕩，汽包水位波動(dòng)，最終汽包水位高而MFT.采取的措施：⑴盡
量減少并網(wǎng)后通風(fēng)閥仍在開啟狀態(tài)。⑵在CONTROLLER 2畫面上增加“高壓調(diào)門指
令”和“最小流量率”指示，便于運(yùn)行人員調(diào)整，若并網(wǎng)后通風(fēng)閥仍在開啟狀態(tài)，
應(yīng)盡量調(diào)整低旁壓力設(shè)定值，使速度/ 負(fù)荷控制器輸出較小，這樣在通風(fēng)閥關(guān)閉
后就不會(huì)出現(xiàn)高壓調(diào)門大幅度波動(dòng)。通風(fēng)閥動(dòng)作時(shí)控制原理圖見圖4.圖4 通風(fēng)閥
動(dòng)作時(shí)調(diào)門控制原理圖

????? 4.4 SIMADYN 主從通訊模件故障，機(jī)組MFT 2001年9 月12日由于主從機(jī)通
訊模件CS12故障導(dǎo)致主從機(jī)無法進(jìn)行通訊且影響到主機(jī)與TXP 的數(shù)據(jù)交換，導(dǎo)致
TXP 來的負(fù)荷設(shè)定值等信號(hào)丟失，調(diào)門快關(guān)保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而鍋爐汽包水位保護(hù)動(dòng)
作機(jī)組MFT ，在更換該通訊模件后運(yùn)行正常。 5結(jié)束語 SIMADYN-D汽輪機(jī)電液控
制器經(jīng)過調(diào)試以及近三年來在華能福州電廠的運(yùn)行，總體來說，運(yùn)行狀況優(yōu)良，
轉(zhuǎn)速及負(fù)荷控制穩(wěn)定；其采用了現(xiàn)代化通訊手段，硬件I/O 點(diǎn)數(shù)少，軟件模塊化，
設(shè)計(jì)合理，控制穩(wěn)定，調(diào)試參數(shù)修改少，維護(hù)方便?？傊?，只要在實(shí)際應(yīng)用中多
加以理會(huì)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，消除一些不利因素，就能保證汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。