轉爐螺桿發電控制系統研究

馬云鵬

摘 要：轉爐煉鋼會產生大量的低品位蒸汽，將這些蒸汽通入螺桿動力機進行發電，可以對這些蒸汽進行有效的利用，避免能源的浪費。本文以900kW發電機組為例對螺桿發電的控制系統進行了詳細的說明。

關鍵詞：螺桿機；發電機；控制系統；PLC；并網

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.152

1 螺桿發電工藝流程

從轉爐蓄熱器出來的飽和蒸汽通過蒸汽管道進入到螺桿動力機，推動動力機做功，帶動發電機進行發電。發出的低壓電經并網柜并入到生產低壓網絡。蒸汽管道上裝有切斷閥和調節閥，用于控制蒸汽管道的通斷和調節進入到螺桿動力機的蒸汽量的大小，從而實現發電機的恒功率控制。

2 螺桿發電控制系統組成

螺桿發電的控制系統主要由以下幾個部分組成：

（1）電氣儀表柜：柜內主要裝有斷路器、繼電器、西門子300PLC、總線橋、隔離器等，柜子的前端裝有WEINVIEW觸摸屏和控制按鈕、指示燈等。西門子300PLC主要負責整套設備電氣系統的邏輯控制，觸摸屏負責實現人機對話，實現對現場設備的控制、參數的修改以及歷史趨勢的查詢等。控制按鈕，負責對現場設備的手動控制。

（2）現場儀表：主要有氣動切斷閥、電動調節閥、熱電阻、流量計、壓力表等。

（3）并網柜：主要由ABB調壓板、國電南自PSM694U、電壓表、頻率表、同步表等組成，連接發電機與低壓電網，用于發電機的電壓調整和自動同步檢測，發電機故障報警，并網的手自動控制。

3 螺桿發電控制方式

3.1 開機操作

開機操作前需要進行暖機操作，暖機操作時的閥門設定值為17%，將控制柜面板上“手動/自動”開關切換到“手動方式”，按下“開閥門”按鈕，這時調節閥會緩慢的打開，當達到預設值時停止，發電機組的轉速接近200r/min左右，運行15min。在此期間內，電動機若無振動過大、聲音異常等故障，則可以進行開機操作。

開機操作分為手動和自動兩種模式。手動模式是通過電氣儀表柜前面板上的控制按鈕實現的，持續按下“開閥門”按鈕，控制電動調節閥緩慢的打開，使轉爐蒸汽通過管道進入到螺桿機，推動螺桿機轉子轉動，當轉速達到750r/min后，穩定運行10min。然后再次按下“開閥門”，控制調節閥繼續打開，使螺桿機轉速達到1500r/min左右，運行10min。期間需要密切關注螺桿機與發電機是否運行正常，如發現異常需立即進行停機操作。系統一切正常后，加大調節閥開度，使的動力機轉速到達額定轉速2272r/min，并持續運行。

在自動模式下，將開機操作分為三個階段：一段開機操作、二段開機操作和額定狀態操作。首先需要在控制面板上將開機操作選為“自動模式”，然后按下電氣儀表柜前面板上的“開機”按鈕，進入一段開機操作階段。設定一段開機階段的目標轉速為750r/min，當達到此轉速后不需要人為干預只需等待10分鐘系統可自動進入二段開機階段。另外，為了滿足一些特殊情況的需要，控制系統也做出了一些妥協，當轉速達到一段開機的目標轉速無故障運行10s后，也可以人為再次按下“開機”按鈕，提前進入二段開機階段。設定二段開機階段的轉速控制目標值是1500 r/min。當達到此設定轉速后等待10min系統會自動進入額定狀態階段；同樣也可以當轉速達到二段開機的目標轉速無故障運行10s后，也可以人為再次按下“開機”按鈕，提前進入額定狀態階段。額定狀態階段的轉速控制目標值是2272轉/分。

3.2 合閘并網操作

合閘并網需滿足以下條件：

（1）發電機轉速的變化范圍為2272±20 r/min；

（2）綜保及多功能電量器上的頻率值為50±0.5Hz；

（3）發電電壓達到400V左右。

當同時滿足以上三個條件后，可以將并網控制柜前端的“單機/并網”轉換開關打到“并網”位。

合閘操作也有兩種模式：手動、自動。手動模式下進行并網操作，需仔細觀察并網柜上的同步表，同步表的狀態指示燈會順時針緩慢旋轉，當旋轉到頂部綠燈區且且最中間的綠色指示燈（同步位置）亮起時，需要迅速的按下并網柜上的“合閘”按鈕，速度一定要快，否則可能并網不成功。若出現故障，如因逆功率.過電流等原因分閘，系統自動回歸到額定狀態運行階段，操作員可以擇機再次合閘并網。自動模式下，合閘并網不需要人為手動干預，當滿足并網條件后系統會自動的需要合適的并網點并進行合閘并網，若一次并網不成功，還會自動進行第二次并網，直至并網成功。合閘并網成功后，PLC采用PID算法按照事先選定的控制方式自動控制調節閥的開度，保證控制目標值的輸出，滿足實際生產的需要。

3.3 停機操作

當設備出現異常或需要正常停機操作時，需要按下電氣儀表控制柜前端的“停機”按鈕，這時系統會進行停機操作。首先控制系統會逐漸減小調節閥的開度值，使得進入動力機的蒸汽量不斷減小，發電機轉速慢慢降低，當發電轉速降至0r/min或功率降至0 kW時，PLC會向并網柜發出“分閘”信號，斷開發電機與并網柜的連接，最終使發電機與電網解裂。PLC會向并網柜發出“分閘”信號的同時，調節閥的開度設定值為零，控制調節閥關閉。如果需要長時間停機時需要關閉管道上的氣動切斷閥和手閥。當調節閥完全關閉后，系統自動計時，60min后自動關閉油泵。當油泵關閉后，切斷所有用電設備電源，停機完畢。

3.4 系統運行控制方式

系統正常運行后，其控制方法有兩種：恒轉速控制、恒功率控制。

（1）恒轉速控制：調速控制系統主要通過PLC的PID運算，輸出的4～20mA的電流信號控制閥門開度，從而進行調節控制，通過調節閥門開度，調整進汽量的大小，從而達到控制調節動力機的轉速的目的，減少或增加動力機做功能力。

（2）恒功率控制：并網后，控制系統采用PID控制方式，通過控制調節閥開度的大小，從而控制進入動力機做功的蒸汽量的大小，保證發電機的數據功率的一定的。

4 結語

改造后，不僅實現了更為合理的階段控制，節省了電能，而且啟動電流小，較少了風機啟動時對電網的沖擊，并且由于在變頻器出現故障后可以手動的切換到工頻運行，是系統運行的穩定性更加可靠。

參考文獻：

[1]霍天軍.淺析螺桿發電機在邯鋼自備電廠的應用[J].中國科技縱橫，2014（15）：155，157.

[2]帥博.濟鋼球團螺桿蒸汽發電優化增效措施[J].科技與企業，2013（09）：321.