基于DCS的汽輪機盤車控制系統分析

黃華煜，高秋海（深能合和電力（河源）有限公司,廣東　河源　517000）

基于DCS的汽輪機盤車控制系統分析

黃華煜，高秋海
（深能合和電力（河源）有限公司,廣東河源517000）

摘要：本文以某電廠600MW汽輪機的盤車為例，介紹了基于DCS的汽輪機盤車控制系統工作原理，詳細分析了盤車的自動啟動和停止過程、盤車嚙合失敗后的手動操作，以及盤車控制邏輯的設計要點。

關鍵詞：汽輪機、盤車、控制

0　引言

廣東某電廠汽輪機為哈汽生產的CLN600-25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，DCS采用ABB北京貝利控制有限公司的Symphony系統。汽輪機盤車裝置由日本三菱生產，屬于低速盤車裝置，盤車轉速約3rpm。盤車控制邏輯全部在DCS中實現。

1　控制原理

1.1盤車自動啟動過程

當汽輪機轉速降至1700rpm時，汽輪機頂軸油泵自動啟動，轉速降至600rpm時，盤車供油電磁閥打開，向盤車的渦輪、蝸桿及減速齒輪提供潤滑油，所有外部允許條件滿足。轉速降至1rpm以下，TSI來零轉速信號，10s后盤車電機點動0.5s同時10s計時開始，計時完成后盤車嚙合電磁閥帶電，壓縮空氣進入氣缸活塞右側推動擺動板，試圖使盤車嚙合小齒輪與盤車大齒輪嚙合。若兩個齒輪裝置完全嚙合，嚙合限位開關動作，程序發出盤車電機啟動指令，盤車開始正常運行；若嚙合指令發出10s后，程序未收到嚙合限位開關的反饋信號，脫開電磁閥帶電動作壓縮空氣進入氣缸活塞左側，推動擺動板向脫開方向運動，使嚙合齒輪最終處于完全脫開位置，程序檢測到脫開限位開關到位后，將重新進行嚙合的嘗試，這個嚙合嘗試過程在計時器的控制下最多重復三次，如果最終齒輪嚙合不成功，程序將終止自動嚙合程序，需要進行手動啟動盤車的操作。

1.2盤車手動啟動操作

當盤車嚙合失敗后，盤車自動啟動程序無法繼續進行，需要運行人員進行如下的操作來手動啟動盤車裝置。

（1）檢查所有外部啟動允許條件是否全部滿足，零轉速信號是否正常；

（2）在DCS畫面上操作“閉鎖”按鈕，此操作可閉鎖DCS中盤車的自動啟動功能，防止運行人員在就地操作盤車嚙合手柄時盤車突然啟動給操作人員造成傷害。

（3）運行人員再就地操作“點動”按鈕（0.5s-1s），盤車電機通過渦輪蝸桿以及減速齒輪帶電擺動板上的嚙合小齒輪旋轉，使小齒輪轉動一個角度，然后向上推動操作手柄使嚙合小齒輪與盤車大齒輪嘗試嚙合，可重復點動和向上推手柄的操作直至嚙合成功。

（4）嚙合成功后，運行操作員在DCS畫面上操作“復位”按鈕取消閉鎖，再操作“啟動”按鈕，程序檢測到完全嚙合的限位開關反饋信號，嚙合電磁閥帶電，同時發出盤車電機啟動信號，盤車裝置就進入正常運行狀態。

1.3盤車自動停止過程

首先，機組沖轉條件全部具備后，運行人員進行汽輪機沖轉操作，汽輪機開始升速。當轉速開始上升超過設定值（15rpm）時，DEH升速指令會導致嚙合電磁閥失電，氣缸的活塞處于自由狀態，轉速進一步升高，嚙合小齒輪會受到向上的力矩而脫離嚙合位置，嚙合限位開關釋放，程序檢測到盤車“完全嚙合”信號置零，嚙合電磁閥立即失電，嚙合氣缸的活塞右側失氣，同時控制脫開電磁閥帶電動作5s，氣缸左側進氣，嚙合氣缸活塞桿往右側運動，推動擺動板遠離嚙合位置，使嚙合小齒輪完全脫開，并發出盤車停止指令，盤車電機立即停止運行。

2　控制邏輯設計要點

2.1盤車操作畫面的邏輯實現

盤車相關控制設備工作正常的情況下，盤車都在自動狀態下工作，無需進行任何手動操作。當盤車嚙合失敗或發生其它故障，就需要一些手動操作接口。盤車操作畫面的邏輯共設計了5個操作按鈕：啟動、停止、閉鎖、復位和確認。按照盤車生產廠家的圖紙，閉鎖和復位信號是由實體按鍵產生DI信號進入控制程序，用于盤車裝置嚙合失敗時，用于就地手動嚙合盤車裝置，但廠家并未提供相關的設計圖紙和操作設備。為了實現盤車控制程序的閉鎖和復位功能，在盤車操作畫面上設計了閉鎖和復位按鈕取代了實體按鍵，軟按鈕在操作的方便性上不如實體按鍵，但在控制功能上完全相同。為避免誤操作，運行人員操作了啟動、停止、閉鎖或復位按鈕后，還需點擊確認按鈕進行確認。此外，所有操作按鍵均為脈沖信號，不帶自保持功能。為實現“閉鎖”信號的保持功能，利用RS觸發器保持“閉鎖”按鈕的操作，禁止盤車自動啟動，同時激活就地盤車點動按鈕。運行人員即可去就地進行點動盤車電機和手動嚙合盤車裝置的相關操作。

2.2DEH升速指令的設計

盤車裝置運行過程中，盤車嚙合電磁閥一直處于帶電狀態，這是由此盤車裝置的獨特機械結構所決定，若盤車工作時嚙合電磁閥失電，擺動板在重力的作用下運動，帶動嚙合小齒輪脫離嚙合位置，盤車電機停止運行。中DEH升速指令由“0”變“1”時，嚙合電磁閥立即失電，程序控制盤車電機停止運行。在機組開始沖轉時，操作員按下DEH畫面的“RUN”按鍵，所有調門全開，直至操作員設定轉速目標值并按下“GO”按鍵時，主汽門才逐步開啟進行升速過程。若DEH升速指令直接采用DEH的“RUN”信號，盤車裝置會過早脫開，汽輪機將在靜止狀態下沖轉，可能因摩擦力過大造成汽輪機軸瓦的損傷。為避免上述情況出現，DEH升速指令采用DEH中的“RUN”信號邏輯“與”汽輪機轉速超過設定值后形成最終的DEH升速指令，其中轉速采用來自TSI的轉速信號，可以保證低轉速測量的準確度。高/低比較功能塊的高限設定值為15rpm，此時TSI的轉速探頭能夠穩定檢測汽輪機轉速，另外延時功能塊的使用，可對TSI轉速信號進行濾波，可增加此控制回路的可靠性。

3　結論

基于DCS的盤車控制系統取消了傳統的盤車就地控制柜，整個控制回路結構簡單，工作可靠。經過機組多次啟停機的實踐表明，此邏輯設計是成功的，盤車的投入和退出過程全部實現自動，完全滿足機組控制要求。對于同類型機組的盤車控制功能的設計，具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]胡念蘇.汽輪機設備與系統[S].北京：中國電力出版社,2006.

作者簡介：黃華煜（1972-），男，湖北人，本科，工程師，主要負責汽輪機控制系統技術管理工作。