一、給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)(MEH)原理
該MEH以高壓抗燃油為工作介質(zhì)，以電液伺服閥為液壓接口設(shè)備，以高低壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，構(gòu)成一套完整的MEH控制系統(tǒng)，控制給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿足用戶的要求。
鍋爐給水泵汽輪機(jī)用于驅(qū)動(dòng)大型電站鍋爐給水泵，滿足鍋爐給水的要求。MEH控制原理見圖1
圖1 MEH控制系統(tǒng)原理圖
機(jī)組在啟動(dòng)和正常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)測(cè)速板采集機(jī)組的轉(zhuǎn)速，開關(guān)量通過(guò)開入板送到控制回路上，DPU將這些信號(hào)進(jìn)行判斷、分析、計(jì)算，再綜合LVDT返回的信號(hào)，輸出控制信號(hào)到伺服閥，通過(guò)伺服閥來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的開度，控制進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)的蒸汽流量，改變汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，它所控制的給水泵轉(zhuǎn)速也隨著變化，給水泵的出口流量變化，從而達(dá)到對(duì)鍋爐給水流量的要求。
機(jī)組一般有兩個(gè)汽源。一個(gè)工作汽源，來(lái)自主機(jī)四段抽汽；一個(gè)備用汽源，來(lái)自再熱器冷端蒸汽。工作汽源(主機(jī)四段抽汽)和備用汽源(再熱器冷端蒸汽)都用同一個(gè)蒸汽室—噴嘴室，采用噴嘴配汽。進(jìn)汽系統(tǒng)示意圖見圖2。不同工程的工作汽源和備用汽源可能略有不同。
圖2 MEH進(jìn)汽系統(tǒng)示意圖
本機(jī)組采用低壓輔助汽源啟動(dòng)。啟動(dòng)過(guò)程中，輔汽通過(guò)逆止閥、電動(dòng)閘閥、低壓主汽閥、低壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)，此時(shí)抽汽逆止閥、切換閥均關(guān)閉。隨著大機(jī)負(fù)荷的上升，工作蒸汽參數(shù)也隨之上升。當(dāng)大機(jī)負(fù)荷大于汽源切換點(diǎn)時(shí)，工作蒸汽參數(shù)能夠滿足主機(jī)功率對(duì)給水量的要求，切除輔助啟動(dòng)汽源，即在汽源切換點(diǎn)以上工況均由工作汽源(主機(jī)四段抽汽)做功，在運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍：2840r/min~5945r/min內(nèi)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，其最低轉(zhuǎn)速能維持給水泵最小流量循環(huán)工況。上述過(guò)程給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由低壓調(diào)節(jié)閥控制。
在大機(jī)降負(fù)荷時(shí)，工作蒸汽參數(shù)也隨之下降。大機(jī)從高負(fù)荷降到汽源切換點(diǎn)級(jí)以下，即大機(jī)定壓運(yùn)行時(shí)，鍋爐蒸汽壓力保持不變，大機(jī)負(fù)荷降到40%以下時(shí)，給水泵的轉(zhuǎn)速要保證鍋爐蒸汽壓力保持不變；大機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，鍋爐蒸汽壓力隨負(fù)荷變化，大機(jī)負(fù)荷降到30%以下時(shí)，要保證給水泵最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速2840r/min。
若給水泵汽輪機(jī)低調(diào)閥開度到大于95%時(shí)，工作蒸汽參數(shù)仍不能滿足上述要求，則需切換到備用汽源(再熱器冷端蒸汽)。此時(shí)給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速由切換閥控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速比較后得到一個(gè)差值，經(jīng)PID運(yùn)算后，輸出閥門開度指令信號(hào)到切換閥。切換閥打開的同時(shí)低壓調(diào)節(jié)閥將開至全開，并且低壓進(jìn)汽管道上的抽汽逆止閥自動(dòng)關(guān)閉，即將給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽切換為備用汽源(再熱器冷端蒸汽)做功。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速一致，即切換閥的開度反饋信號(hào)與閥門開度指令信號(hào)一致時(shí)，切換閥上電液伺服閥切斷油動(dòng)機(jī)的進(jìn)油、排油，切換閥開度保持。
在大機(jī)升負(fù)荷時(shí)，工作汽源參數(shù)和備用汽源參數(shù)均隨之上升。大機(jī)從低負(fù)荷上升到汽源切換點(diǎn)及以上，工作汽源參數(shù)能滿足主機(jī)功率對(duì)給水量的要求，則需切換到工作汽源做功。由于備用汽源參數(shù)上升，切換閥將逐漸關(guān)小以滿足主機(jī)功率對(duì)給水量的要求，并開始切換過(guò)程，切換過(guò)程中主機(jī)四段抽汽逆止閥將自動(dòng)打開，待切換閥全關(guān)后切換過(guò)程完成，給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速又由低壓調(diào)節(jié)閥控制。
二、控制系統(tǒng)主要功能
1、MEH控制系統(tǒng)有三種運(yùn)行控制方式
①手動(dòng)控制方式
手動(dòng)控制方式為開環(huán)控制方式。在該方式時(shí)，操作員通過(guò)操作OIS上的“手動(dòng)閥位設(shè)定”按鈕或“增”、“減”按鈕來(lái)設(shè)定閥位開度值，直接控制閥門的開度，達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。
②轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式
轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式是自動(dòng)調(diào)節(jié)常用的方式之一，操作員通過(guò)操作OIS上的“手動(dòng)/自動(dòng)”按鈕可選擇將控制方式切換到轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式，并通過(guò)設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速及升速率，進(jìn)行自動(dòng)升速。
為了保證信號(hào)的可靠性，MEH系統(tǒng)將對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)到的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行三取二處理，得到一個(gè)可靠的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)。若三路轉(zhuǎn)速中有兩路轉(zhuǎn)速信號(hào)故障，將判定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障，切到手動(dòng)控制方式。現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速信號(hào)送到測(cè)速板后，在測(cè)速板內(nèi)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)送到控制回路，控制回路將此信號(hào)作為實(shí)際轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)。實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速比較后得到一個(gè)差值，經(jīng)過(guò)PID計(jì)算后，控制回路輸出閥門開度指令信號(hào)到電液伺服閥，控制伺服閥動(dòng)作，改變調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。當(dāng)調(diào)節(jié)閥的開度反饋信號(hào)與閥門開度指令信號(hào)一致，即實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速一致，此時(shí)電液伺服閥自動(dòng)回到中間位置，切斷油動(dòng)機(jī)的進(jìn)油、排油，調(diào)節(jié)閥開度將保持，一個(gè)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。
轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制回路的PID參數(shù)能通過(guò)工程師站在線進(jìn)行修改，這有利于操作人員根據(jù)實(shí)際情況對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行有效的干預(yù)，大大的提高了控制的可靠性和靈活性，更加適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)控制的要求。
③鍋爐自動(dòng)控制方式
要投入鍋爐自動(dòng)控制方式，必須滿足下列條件：
a、MEH處于轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式；
b、鍋爐控制系統(tǒng)來(lái)的鍋爐給水流量信號(hào)在2800r/min~6000r/min之間；
c、實(shí)際轉(zhuǎn)速和鍋爐控制系統(tǒng)來(lái)的鍋爐給水流量信號(hào)相差在±25r/min內(nèi)；
d、MEH接收到“CCS請(qǐng)求”信號(hào)。
當(dāng)上述條件滿足，操作員操作OIS上的“CCS控制”按鈕，即可投入鍋爐自動(dòng)控制方式。
在鍋爐自動(dòng)控制方式下，MEH接收來(lái)自鍋爐控制系統(tǒng)的4-20mA控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為MEH中的轉(zhuǎn)速信號(hào)，4mA對(duì)應(yīng)2800r/min，20mA對(duì)應(yīng)6000r/min，它們是線性的。此時(shí)，MEH僅僅作為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。MEH接收到鍋爐控制系統(tǒng)的控制信號(hào)后，直接送到控制回路，作為目標(biāo)值，MEH向鍋爐控制系統(tǒng)輸出一個(gè)4mA~20mA信號(hào)作為反饋信號(hào)。在鍋爐自動(dòng)控制方式下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速隨著鍋爐控制系統(tǒng)控制信號(hào)變化而變化。
鍋爐自動(dòng)控制方式是一種更加完善的控制方式，它同時(shí)考慮了汽輪機(jī)和鍋爐的控制，它將整個(gè)電廠作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)控制，可以使控制過(guò)程更加的趨于合理化。
由于在鍋爐自動(dòng)控制方式下，鍋爐控制系統(tǒng)來(lái)的控制信號(hào)是經(jīng)過(guò)控制回路進(jìn)行過(guò)轉(zhuǎn)換的，所以，轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制回路能夠很好的跟蹤鍋爐自動(dòng)控制回路統(tǒng)，當(dāng)從鍋爐自動(dòng)控制方式切換到轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生任何擾動(dòng)，能夠維持原來(lái)的狀態(tài)和運(yùn)行控制參數(shù)。
在鍋爐自動(dòng)控制方式下，如果上述條件中任意一項(xiàng)不滿足將切除鍋爐自動(dòng)控制方式。
2、小機(jī)的掛閘和打閘
汽輪機(jī)的掛閘，就是一個(gè)高壓保安油壓的建立的過(guò)程。當(dāng)機(jī)組滿足汽輪機(jī)已打閘、所有閥全關(guān)這兩個(gè)條件，操作員通過(guò)操作OIS上的掛閘按鈕，輸出掛閘指令信號(hào)去動(dòng)作就地電磁閥，使高壓保安油壓建立，當(dāng)MEH接收到高壓保安油壓建立信號(hào)后，通過(guò)邏輯判斷，掛閘成功，此時(shí)OIS上的掛閘按鈕狀態(tài)顯示為掛閘，整個(gè)掛閘過(guò)程結(jié)束。
汽輪機(jī)有三種打閘方式：第一種是集控室控制臺(tái)上的手動(dòng)停機(jī)按鈕。第二種是當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到電氣超速動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)，MEH控制回路輸出汽機(jī)打閘信號(hào)。第三種是當(dāng)MEH接收到METS來(lái)的遮斷汽機(jī)的信號(hào)后，經(jīng)過(guò)繼電邏輯硬回路實(shí)現(xiàn)汽機(jī)打閘。
當(dāng)汽機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異常狀況時(shí)，需要緊急停機(jī)，可以通過(guò)操作集控室控制臺(tái)上的手動(dòng)停機(jī)按鈕實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)，保護(hù)汽機(jī)的安全。
3、超速保護(hù)和超速試驗(yàn)
MEH在汽機(jī)的正常運(yùn)行中，軟件設(shè)有超速保護(hù)邏輯。若運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定的超速保護(hù)值時(shí)，MEH輸出超速打閘信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)電磁閥動(dòng)作，卸掉高壓保安油壓，使主汽閥和調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，蒸汽將無(wú)法進(jìn)入汽機(jī)，轉(zhuǎn)速下降，保證了汽輪機(jī)的安全。
為了確保超速保護(hù)邏輯動(dòng)作的準(zhǔn)確性MEH設(shè)有電氣超速試驗(yàn)。操作員通過(guò)操作OIS上的電氣超速試驗(yàn)按鈕，將其置為試驗(yàn)位，再設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速為超速保護(hù)動(dòng)作轉(zhuǎn)速值，設(shè)定合適的升速率，開始升速。當(dāng)汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到超速保護(hù)動(dòng)作轉(zhuǎn)速值時(shí)，MEH輸出超速打閘信號(hào)去動(dòng)作現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)電磁閥，卸掉高壓保安油，使汽輪機(jī)停機(jī)。
4、閥門活動(dòng)試驗(yàn)
為了防止主汽門因長(zhǎng)期處于全開狀態(tài)導(dǎo)致卡澀，MEH設(shè)置有閥門活動(dòng)試驗(yàn)功能。低壓主汽門做活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，操作員通過(guò)操作OIS上的主汽門試驗(yàn)按鈕，將其置為投入， MEH便輸出閥門活動(dòng)試驗(yàn)指令信號(hào)去動(dòng)作低壓主汽門上的活動(dòng)試驗(yàn)電磁閥，使低壓主汽門關(guān)閉。當(dāng)MEH接收到閥門活動(dòng)試驗(yàn)到位信號(hào)，MEH使活動(dòng)試驗(yàn)電磁閥失電，低壓主汽門又重新開啟到全開位。當(dāng)MEH接收到低壓主汽門全開信號(hào)，低壓主汽門活動(dòng)試驗(yàn)完畢。
5、高壓遮斷模塊遮斷電磁閥試驗(yàn)
小機(jī)的停機(jī)電磁閥共有四只，為“兩并兩串”結(jié)構(gòu)。為了防止汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)停機(jī)電磁閥卡澀，MEH設(shè)有遮斷電磁閥活動(dòng)試驗(yàn)，四只電磁閥只能單獨(dú)試驗(yàn)。當(dāng)操作相應(yīng)的電磁閥活動(dòng)試驗(yàn)按鈕后，MEH就發(fā)出相應(yīng)的試驗(yàn)信號(hào)，使該電磁閥失電，從而引起相應(yīng)的壓力開關(guān)動(dòng)作，MEH收到壓力開關(guān)動(dòng)作信號(hào)后，表示試驗(yàn)成功，電磁閥重新帶電，至此，試驗(yàn)結(jié)束。
6、閥門校驗(yàn)
整定伺服系統(tǒng)靜態(tài)關(guān)系的目的在于使油動(dòng)機(jī)在整個(gè)全行程上均能被伺服閥控制。閥位給定信號(hào)與油動(dòng)機(jī)升程的關(guān)系為：
◆給定0-100對(duì)應(yīng)行程0-100%
◆為保持此對(duì)應(yīng)關(guān)系有良好的線性度，要求油動(dòng)機(jī)上作反饋用的LVDT，在安裝時(shí)，應(yīng)使其鐵芯在中間線性段移動(dòng)。
◆在給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)前，可分別對(duì)油動(dòng)機(jī)快速地進(jìn)行整定。
注意：必須確認(rèn)主汽閥前無(wú)蒸汽，以免整定時(shí)，汽輪機(jī)失控。
為保證上述關(guān)系有良好的線性，可先進(jìn)行零位校正。零位校正時(shí)，給定值為50，移動(dòng)LVDT的安裝位置，使油動(dòng)機(jī)行程為50％即可。
不同的電氣系統(tǒng)有不同的閥門靜態(tài)整定方法，具體參見各個(gè)系統(tǒng)的閥門靜態(tài)關(guān)系整定操作步驟。
一般在作完靜態(tài)關(guān)系的整定之后，還需進(jìn)行線性度的測(cè)試。此時(shí)，在系統(tǒng)中發(fā)出開度指令，例如：要求開度指令=20.0，在就地測(cè)量閥門實(shí)際行程。記錄開度指令、閥門實(shí)際行程和閥門位置反饋，通常要求做一個(gè)來(lái)回的全行程記錄。要求閥門實(shí)際開度和閥門位置反饋之差不能大于閥門全行程的1%。
