浅析汽轮机505XT控制器与高压抗燃油系统结合使用

陈广辉，徐晓嘉

（广州广重企业集团有限责任公司，广东 广州 510000）

WOODWARD的505控制器在国外使用较为广泛，他们的操作人员和技术人员比较熟悉此控制器，不用过多地培训使用和维护，因此，在项目控制方案选择上会优先考虑505控制器。现在国产优化型高压抗燃油技术较为成熟，高压油比低压油系统有较高的动态响应品质，可以实现系统的高效控制，因此本文提出了505XT与国产优化型高压抗燃油系统控制方案，实现汽轮机DEH系统的控制。

1 系统主要控制特点

1.1 505XT控制器

505XT控制器可用于控制单执行机构或者双执行机构，用户根据实际需要，通过综合控制面板，组态为发电机功能或机械驱动应用功能。控制器可以控制的参数有：机组转速/频率、机组负荷、抽汽或者补汽压力、进汽压力、排汽压力以及辅助PID控制和串级PID控制等。

505XT还具有以下特点：通过RTC时间戳、10个外部DI跳闸输入、10个外部报警输入对报警和跳闸事件进行先出跳闸指示，避开临界转速（3个转速范围），通过温度输入选项进行顺序自动启动（热启动与冷启动），双转速/负荷动态，零转速检测，超速跳闸的峰值转速指示，初始启动的加速保护，远程不等率，频率死区等。

1.2 高压抗燃油系统

高压抗燃油系统具有良好的润滑性能、抗燃性能和流体稳定性。

高压油压力通常能达到10～15 MPa，比低压油系统压力0.4～2 MPa要高得多，从而使高压抗燃油系统具有较高的动态响应品质。

高压抗燃油系统油泵在工作中，采用“一备一用”模式，当一台出现故障时，备用泵将自动投入。油泵切换时，高压油系统的油压波动由蓄能器维持，当伺服阀或系统其他部件原因引起压力波动时，油压系统的卸荷阀能将油压维持在一定范围内。系统兼有压力、温度、液位、差压等高精度传感器，实时监控系统运行状态，保证高压油系统持续稳定运行。

1.3 伺服阀

伺服阀一方面接收电信号，一方面控制着油负载流量大小，是连接505XT和高压抗燃油的桥梁，伺服阀的实际负载流量与阀芯位移及阀的压降有关，对阀输入额定信号（如+10 mA=使阀口100%全开）时，阀在额定压降下（△Pn=3.5 MPa/每一节流边）的负载为额定流量。当阀口压降为其他值时，阀的负载流量则与阀的锐边节流口压降的平方根成正比。

伺服阀具有较高的阀芯位置回路增益，因此阀的稳定性和动态响应性能较好，查阅MOOG的DDV伺服阀特性曲线如图1所示。

图1 DDV阀特性曲线

根据伺服阀的阶跃响应，频率，压力增益特性，综合考虑高压抗燃油参数以及汽轮机的工况参数，方案中选择了MOOG伺服阀DDV-D633。

2 系统方案

2.1 硬件配置

汽轮机组包含一个独立高压进汽调阀和一个低压抽汽调阀，两个调阀由两个独立伺服阀控制。本套DEH控制方案，使用高压抗燃油系统一套、WOODWARD新版本控制器505XT一台、MOOG伺服阀两套、SPC驱动器两套（505XT无法直接驱动DDV伺服阀）。高压抗燃油系统为进汽调节阀和抽汽调节阀提供持续稳定的油压，高压油站设有就地和远传仪表，可监测压力、油位、差压等各项参数。系统方案如图2所示。

图2 系统方案图

2.2 电控方案

505XT控制器通过自带面板进行参数组态，SPC通过软件配置程序，将汽轮机工况参数、控制及保护参数置入505XT和SPC中。系统接收现场转速、功率、进汽压力、抽汽压力等输入信号，根据各种控制指令，经过内部程序运行后，发出电流控制信号到SPC，通过SPC输出电流信号，从而驱动DDV伺服阀。在高压抗燃油系统的持续供油下，伺服阀输出油压变化使得汽轮机调节阀的开度发生变化，从而实现对汽轮机的启动、升速、并网前调节、并网后增减负荷、抽汽压力控制等功能。

2.3 方案要点

第一，505XT控制器接收的控制信号可以选择端子硬接线型或者MODBUS通讯型，在控制中，若控制器依次接收到多个指令信号，控制器将以接收到的最后一个指令信号为准。

第二，在SPC控制器中，其输出只有电流型信号，因此需要选型对应的DDV伺服阀，以此接收电流信号。

第三，为确保DDV伺服阀工作的可靠性，各系统供油需经过两个互为备用滤油器过滤，由差压开关监视滤芯的堵塞情况，当差压开关报警时应切换清洗。

第四，系统有可控停机以及故障型停机，在系统故障（控制器故障、高压抗燃油系统故障或者外部故障）时，将自动触发紧急停机，保证系统的安全性，使用时需要注意区分。

3 结合控制方案

3.1 油系统启动运行

检查EH油系统油箱液位、滤油器、卸荷阀、油泵、供油管路、回油管路、冷油器、蓄能器是否正常，电气回路应该无液位、差压、电机故障、温度等报警后，启动一台高压油泵，另一台设置为连锁状态，使之备用状态，油泵启动后，油泵向系统供油，系统的额定允许工作压力为11～15 MPa，方案中将本系统压力整点为14 MPa，当系统瞬间用油量很大时，蓄能器卸荷阀自动参与供油平衡，减少波动。整套高压抗燃油的电气监控接至集控室内，实时监控油系统健康状态，重要的参数如出口油压、油泵电流、油箱液位、油温等设为高报警优先级。

3.2 505XT配置

控制器内配置成一个发电机应用，触点输入5#配置发电机断路器，触点输入6#配置电网断路器，频率投入/退出选择否，负荷不等率设为5%。由于SPC只接收4～20 mA信号，所以505XT需要配置为输出4～20 mA信号。

1#～3#模拟量输入分别设定为主蒸汽压力、抽汽压力、发电机功率。主蒸汽压力和抽汽压力为2线制压力变送器，因此需要设置为环路供电。

505XT启动配置成暖机/顺序自动启动功能，控制器将自动爬升至额定转速位置，中途操作员也可以介入控制，暂停或继续升速。

阀门控制方式：运行人员可在界面上操作（增、减）阀门的开度来控制机组转速变化。方案中在冲转时设定了限制值，用于限制汽轮机冲转时转速的大小。

功率控制方式：这种方式使机组在设定负荷情况下运行。505XT控制器采样发电机功率信号与负荷设定值相比较，经调节器计算后输出控制指令，控制机组负荷与设定值保持一致。方案中，在并网后自动给与初始功率，防止并网时逆功率，运行时操作员根据需要输入设定值，505XT自动将功率控制在设定值。

主汽压力控制方式：这种控制方式使机组按设定的主汽压力情况下运行。505XT控制器采样主蒸汽压力与压力设定值比较，经调节器计算后输出控制指令，维持主汽压力。运行时在控制器设定主汽压力，控制器将维持设定压力值，功率会随着流量变动。

在模式弹窗中，点击所选1～6模式后，便能实现各种控制方式的无扰动切换。

OPC超速保护、甩负荷控制功能：方案中通过组态103%转速继电器，以电平方式触发保护，达到OPC超速关闭调节阀和恢复调节阀的功能。

阀门管理与阀门试验：在运用中，通过面板来操作，初始状态下，手动控制指令线性输出，实现阀门线性测试试验。

超速保护控制：系统中设定了110%额定转速跳机值，在达到跳机值后，关闭调节阀，并发出跳机指令给其他系统。

WOODWARD旧版本的505控制器中，进汽压力控制和抽汽压力控制使用的是辅助控制或者串级控制，需要组态多个PID控制，且需要整定PID，与旧版本的505控制器相比，使用新版本的505XT本身带有进汽压力控制和抽汽控制，因此可以在程序组态中使用抽汽工况图预设的方法：在505XT的组态中，预设了最小抽汽下的最大负荷（A1），最小抽汽下的最大进汽流量（A2），最大抽汽下的最小负荷（B1），最大抽汽下的最小进汽流量（B2），最小抽汽下的最小负荷（C1）以及最小抽汽下的最小进汽流量（C2），这些参数是汽轮机的运行工况参数，预设进入505XT后，系统将按照预设，在最优状态自动运行。

4 结语

国产优化型高压抗燃油系统体积小，油泵冗余配置，现场传感器精度高、响应快，油系统运行稳定可靠；新版本505XT控制器性能强，参数设定少，以面板操作及远程指令的方式，操作方便简单，整套系统以模块化的结合方式，灵活性强、维护方便，可适用于中小型汽轮机组上，为汽轮机DEH控制系统的使用提供了可选择方案，特别是在国外市场的推广也有其优势。