WOODWARD 505控制系統(tǒng)在1 000 MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用

李存懷，楊磊

(1.華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522； 2.兗礦集團(tuán)華聚能源公司，山東 鄒城 273500)

1 設(shè)備概況

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大容量、高參數(shù)的超臨界及超超臨界機(jī)組逐漸成為我國(guó)火電發(fā)展的主要方向。華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鄒縣電廠)四期工程2×1 000 MW機(jī)組為國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型超超臨界燃煤火電單元機(jī)組，其單臺(tái)機(jī)組主給水泵組由2臺(tái)給水泵組成，其中小汽輪機(jī)采用德國(guó)西門(mén)子公司的單缸凝汽式汽輪機(jī)，汽動(dòng)給水泵采用日本日立公司的BGM-CH型臥式離心泵，控制系統(tǒng)采用美國(guó)伍德沃德公司(WOODWARD) 505控制系統(tǒng)。

鄒縣電廠四期工程鍋爐給水系統(tǒng)配有2臺(tái)50%容量的汽動(dòng)變速給水泵，配套西門(mén)子小汽輪機(jī)。小汽輪機(jī)汽源包括輔汽、四段抽汽、冷段再熱器三路汽源，其中輔汽作為調(diào)試用汽，正常運(yùn)行時(shí)使用四段抽汽來(lái)汽，當(dāng)?shù)蛪赫{(diào)門(mén)全開(kāi)，當(dāng)四段抽汽汽源不能滿(mǎn)足小汽輪機(jī)機(jī)運(yùn)行需要時(shí)，高壓調(diào)門(mén)開(kāi)啟，引入冷段再熱器蒸汽。高壓調(diào)門(mén)在系統(tǒng)布置上位于小汽輪機(jī)主汽門(mén)前面。在主汽門(mén)前高、低壓氣源混合再經(jīng)過(guò)低壓調(diào)門(mén)進(jìn)入汽機(jī)。電液控制系統(tǒng)(MEH)采用WOODWARD 505控制器，WOODWARD 505控制器接收分散控制系統(tǒng)(DCS)來(lái)遙控轉(zhuǎn)速信號(hào)，與就地來(lái)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)相比較，輸出調(diào)門(mén)指令至就地伺服閥，控制高低壓調(diào)門(mén)開(kāi)度，改變小汽輪機(jī)進(jìn)汽量，從而改變小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，滿(mǎn)足系統(tǒng)給水要求。小汽輪機(jī)汽源系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 小汽輪機(jī)汽源系統(tǒng)圖

2 WOODWARD 505控制系統(tǒng)控制原理

WOODWARD 505控制系統(tǒng)由美國(guó)WOODWARD公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，該系統(tǒng)控制器以微處理器為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)控制，可用于單個(gè)或雙個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的蒸汽輪機(jī)。它是基于數(shù)字控制的32位微處理器，具有現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)和通信功能。配套WOODWARD高低壓伺服閥(VOITH)為控制蒸汽閥設(shè)計(jì)，它將4～20 mA控制信號(hào)線性成比例地轉(zhuǎn)換為油壓輸出。該系統(tǒng)具有組態(tài)簡(jiǎn)單、控制精確可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)(控制器外觀如圖2所示)。WOODWARD 505控制系統(tǒng)有編程模式和運(yùn)行模式2種操作方式。編程模式用于選擇控制器內(nèi)部配置及運(yùn)行方式的設(shè)置，運(yùn)行模式則根據(jù)設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)控制。WOODWARD 505輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)I/H轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)來(lái)控制液壓主蒸汽門(mén)的開(kāi)度，以達(dá)到控制透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速之目的。鄒縣電廠1 000 MW機(jī)組MEH系統(tǒng)以WOODWARD 505控制系統(tǒng)為主體，通過(guò)接受DCS發(fā)出的遙控轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制高低壓調(diào)門(mén)開(kāi)度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速之目的，滿(mǎn)足系統(tǒng)給水要求。小汽輪機(jī)啟動(dòng)采用自啟動(dòng)模式。505原組態(tài)方案為串級(jí)控制，其主調(diào)設(shè)定值為流量將給水流量引入505作為過(guò)程變量，副調(diào)為轉(zhuǎn)速控制回路，該方案可以實(shí)現(xiàn)給水控制功能。

3 系統(tǒng)調(diào)試及改進(jìn)

(1)檢查小汽輪機(jī)控制柜內(nèi)接線，確認(rèn)接線無(wú)誤?？刂葡到y(tǒng)供電設(shè)計(jì)有2路電源分別取自熱控電源總柜的不間斷電源(UPS)和保安段。就地相關(guān)信號(hào)通過(guò)隔離器或繼電器隔離進(jìn)入系統(tǒng)。在控制柜內(nèi)有4個(gè)24 V(DC)電源塊供系統(tǒng)用。依次合上雙路供電的電源開(kāi)關(guān)，檢查系統(tǒng)無(wú)異常，記錄505組態(tài)原始數(shù)據(jù)。

(2)敷設(shè)WOODWARD 505控制系統(tǒng)2個(gè)通信器與DCS通信電纜并按圖紙接線(根據(jù)信號(hào)距離，選用330 Ω電阻)。通過(guò)PC機(jī)將程序下裝至DCS側(cè)的LC卡件，檢查505通信器工作正常。

(3)根據(jù)原設(shè)計(jì)，德國(guó)西門(mén)子(SIEMENS)公司在供貨時(shí)將組態(tài)設(shè)置為采用給水流量串級(jí)控制，這種設(shè)計(jì)存在一個(gè)較大缺點(diǎn)：因WOODWARD 505控制系統(tǒng)無(wú)歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)，發(fā)生異常時(shí)對(duì)各變量無(wú)法進(jìn)行跟蹤分析。結(jié)合三期工程的應(yīng)用實(shí)踐，改為采用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐檢驗(yàn)的轉(zhuǎn)速控制方式，在 DCS內(nèi)將給水流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速信號(hào)，輸出4～20 mA指令到WOODWARD 505控制系統(tǒng)，而WOODWARD 505控制系統(tǒng)改為轉(zhuǎn)速控制，DCS跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速。具體為：WOODWARD 505控制系統(tǒng)接受DCS發(fā)出的4～20 mA轉(zhuǎn)速指令，同時(shí)接收就地轉(zhuǎn)速探頭傳來(lái)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)比較兩者之間的偏差，輸出調(diào)門(mén)控制指令，該控制方式采用轉(zhuǎn)速反饋的方式實(shí)現(xiàn)間接閉環(huán)控制，與原有機(jī)組相比，減少了伺服閥機(jī)構(gòu)，減少了日常維護(hù)量和故障點(diǎn)。相應(yīng)的WOODWARD 505控制系統(tǒng)組態(tài)修改：在CASCADE CONTROL模塊內(nèi)，將USE CASCADE CONTROL參數(shù)由YES改為NO；在SPEED SETPOINT VALUES內(nèi)，將USE REMOTE SPEED SETPOINT參數(shù)由NO改為YES，相應(yīng)的遙控轉(zhuǎn)速設(shè)定升速率改為每秒13 r/min。在ANALOG INPUT內(nèi)AI#6 FUNCTION組態(tài)為REMOTE SPEED SETPOINT，量程為4～20 mA對(duì)應(yīng)2 563～5 203 r/min(其控制原理如圖3所示)。

圖3 控制原理

(4)用于MEH調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速探頭有2個(gè)。WOODWARD 505控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)試采用2種方法，第1種為在SPEED SETPOINT VALUES內(nèi)將MIN GOVERNOR SPEED由2564暫時(shí)改為0，試驗(yàn)disable，enable，in control 3種狀態(tài)下speed setpoint 和remote speed input信號(hào)之間的跟蹤情況。第2種為用頻率信號(hào)發(fā)生器模擬小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，試驗(yàn)disable，enable，in control 3種狀態(tài)下speed setpoint 和remote speed input信號(hào)之間的跟蹤情況。

(5)調(diào)門(mén)靜態(tài)試驗(yàn)。在就地電液轉(zhuǎn)換器上接入壓力表，用信號(hào)發(fā)生器從就地模擬WOODWARD 505控制系統(tǒng)指令，通過(guò)信號(hào)發(fā)生器模擬4～20 mA信號(hào)，觀察壓力表指示正確，但調(diào)門(mén)不動(dòng)作。經(jīng)生產(chǎn)廠家技術(shù)安裝人員檢查油路后，調(diào)門(mén)動(dòng)作正常，就地調(diào)整完畢，從小汽輪機(jī)控制柜調(diào)門(mén)指令端子通過(guò)信號(hào)發(fā)生器加信號(hào)，觀察發(fā)現(xiàn)就地調(diào)門(mén)動(dòng)作正常。

(6)WOODWARD 505控制系統(tǒng)超速試驗(yàn)。就地安裝3個(gè)轉(zhuǎn)速探頭用于小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)，探頭信號(hào)送至EPRO。在EPRO內(nèi)對(duì)通道進(jìn)行組態(tài)，output1:零轉(zhuǎn)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，超速保護(hù)用；output6:轉(zhuǎn)子方向檢測(cè)，其中output4和output6未引出。將小汽輪機(jī)與汽泵斷開(kāi)連接，從邏輯中強(qiáng)制危機(jī)遮斷系統(tǒng)(ETS)跳閘條件，使小汽輪機(jī)滿(mǎn)足復(fù)位條件，小汽輪機(jī)復(fù)位，從DCS中手動(dòng)將小汽輪機(jī)升速到4 929 r/min，在WOODWARD 505控制系統(tǒng)控制面板按下F2+▲，小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不斷上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至5 359 r/min(DCS趨勢(shì)顯示)時(shí)，EPRO接點(diǎn)輸出，小汽輪機(jī)超速跳閘。

從DCS小汽輪機(jī)控制畫(huà)面中進(jìn)行EPRO A，B，C 3個(gè)超速保護(hù)通道試驗(yàn)。試驗(yàn)方法如下：首先檢查確認(rèn)安全閉鎖油壓低1，2，3壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)正常，按下操作面板上“超速保護(hù)通道測(cè)試”按鈕，然后按下“通道A測(cè)試”按鈕，檢查按鈕對(duì)應(yīng)指示由綠變紅，EPRO output5輸出正常，同時(shí)CRT安全閉鎖油壓低1信號(hào)發(fā)出，試驗(yàn)正常，復(fù)位。逐次試驗(yàn)通道B，C，方法同A。

4 存在的問(wèn)題及解決方法

在調(diào)試過(guò)程中，作者發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題并得到了及時(shí)解決，其成功經(jīng)驗(yàn)可以給其他使用WOODWARD 505機(jī)組提供借鑒和參考。

在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，WOODWARD 505控制系統(tǒng)無(wú)法正常與DCS通信，檢查發(fā)現(xiàn)DCS LC卡中通信地址設(shè)置與WOODWARD 505控制系統(tǒng)通信地址設(shè)置不一致，經(jīng)DCS廠家與西門(mén)子小汽輪機(jī)調(diào)試技術(shù)人員協(xié)商，將DCS中通信地址設(shè)置更改，通信正常。

在超速保護(hù)試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)同時(shí)按下F2+▲，但小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不上升，其原因?yàn)椋寒?dāng)小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速小于4 929 r/min時(shí)，不允許做超速試驗(yàn)。

在調(diào)試過(guò)程中，從小汽輪機(jī)控制柜內(nèi)試驗(yàn)B小汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)時(shí)，調(diào)門(mén)不動(dòng)作，檢查發(fā)現(xiàn)就地接線盒至調(diào)門(mén)部分的接線有接地現(xiàn)象，處理后正常。

5 結(jié)論

大容量的超超臨界直流鍋爐給水控制十分重要，其所配置小汽輪機(jī)的MEH應(yīng)具有優(yōu)良的操控性，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。通過(guò)調(diào)試和改進(jìn)，鄒縣電廠四期工程小汽輪機(jī)的WOODWARD 505控制系統(tǒng)能保證鍋爐給水的可靠性。與三期工程相比，四期工程WOODWARD 505控制系統(tǒng)沒(méi)有副調(diào)，采用單WOODWARD 505控制系統(tǒng)運(yùn)行方式，并且所有與WOODWARD505控制系統(tǒng)有關(guān)的輸入輸出信號(hào)都采用繼電器隔離，提高了系統(tǒng)的安全性。將WOODWARD 505控制系統(tǒng)操作面板做入DCS中，優(yōu)化了操作界面，信號(hào)傳輸采用通信方式，提高了信號(hào)傳輸抗干擾能力，保證機(jī)組安全、可靠，并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉鐸，王滿(mǎn)稼.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:水利電力出版社，1990.

[2]田淑珍.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.