关于汽轮机控制系统的优化设计

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　　摘  要：火电厂作为电能生产的重要场所，对于具有大容量、高参数的火电机组，汽轮机是其关键动力设备，在实际运行中汽轮机表现出了转速高、热力参数以及转速变化范围大的特点。随着热控设备相关技术的不断发展，汽轮机组在不断进行自动化改造的过程中，DCS控制技术被广泛的应用到汽轮机系统中，有效的提高了机组整体的可控性，从而保證机组能够安全运行以及机炉的协调工作。文章对火电厂中汽轮机控制系统进行了介绍，并分析了汽轮机控制系统中DCS控制技术的应用，探讨了DCS控制以及DCS与DEH.ETS间的控制关系。
　　关键词：汽轮机;控制系统;DCS;DEH;优化设计
　　中图分类号：TM621        文献标志码：A             文章编号：2095-2945（2019）17-0088-02
　　Abstract： As an important place of electric energy production， steam turbine is the key power equipment for thermal power units with large capacity and high parameters. In the actual operation， the steam turbine shows the characteristics of high speed， thermal parameters and wide range of speed variation. With the continuous development of related technology of thermal control equipment， in the process of automatic transformation of steam turbine unit， DCS control technology is widely used in steam turbine system， which effectively improves the controllability of the whole unit， in order to ensure the safe operation of the unit and the coordination of the machine and furnace. In this paper， the steam turbine control system in thermal power plant is introduced， the application of DCS control technology in steam turbine control system is analyzed， and the DCS control and the control relationship between DCS and DEH.ETS are discussed.
　　Keywords： steam turbine; control system; DCS; DEH; optimization design
　　引言
　　汽轮机在传统的运行状态下是根据相应的规程来进行的，监控汽轮机运行的状态，还主要靠运行人员的工作经验，传统的控制系统存在一定的缺点，比如调节精度低和自动化程度低，汽轮机在运行的过程中，需要通过采用安全有效的措施进行保护。汽轮机在运行时，转子转动产生的负载做功会影响到转速的变化，凝结水温度以及真空的变化也会影响到转速的变化，将DCS控制技术应用在汽轮机系统中，能够有效的控制和管理汽轮机的运行。
　　1 DCS控制系统对汽轮机的控制和保护
　　设计汽轮机DCS控制系统，需要加强汽轮机运行参数的监视，完善相应工作的的记录，并分析汽轮机组安全运行和在线状态。在汽机热工系统中，使用硬接线进行信息传递，能够有效保护热控系统的相关备件的安全，将计算机高级语言应用在传感器与控制器的连线和检测点的分布上，操作和管理DCS系统的相关数据。
　　1.1 自动控制系统
　　在汽轮机控制系统中，汽轮机DCS系统中调速系统是主要的功能，通过人机界面相关操作人员可以直接输入转速设定值，再经过模拟量输入模块的作用，将实际转速值与转速设置值进行比较，从而控制汽轮机的转速。通过利用变频器控制汽轮机的转速，将控制水位调节好，并通过上位机对按钮进行控制，从而使汽轮机设备停止运行。系统工程师通过与DEH系统的人机界面作用，当按下相应的按钮时，能够控制汽轮机的阀门控制指令到执行机构的输出过程，通过操作员的其他控制指令来完成供油系统调节汽轮机各个蒸汽进气阀的开度。
　　汽轮机DCS系统的数据采集是进行相应工作的主要依据，通过利用压力、温度传感器和变送器将相应的信号输入到输入模块，计算机会对数据进行相应的存储和管理，并通过相应的软件来完成设计工作，实现远程控制系统的操作。
　　1.2 紧急跳闸保护系统
　　通过设置相应的保护措施，当DCS系统设备出现一些问题时，相应的保护措施可以有效的将过载电流导入大地，从而保障控制系统的安全。两路电源供电相互独立的，在开关量输入卡件时，采用跳闸失电跳闸和两路电源供电两种动作方式，可以避免出现拒动和误动的问题。采用失电跳闸的保护方式要对输出卡件分布设置，各层供电装置也要保持相互独立，防止出现汽轮机跳闸保护的拒动和误动的现象，保障系统的正常运行。
　　1.3 汽轮机控制算法以及策略组态
　　通过对控制算法的应用，工程师可以快速的查找到对应的变量位号和操作画面，通过利用项目树对程序进行作用，使其变成灵活统一的系统全局数据库，从而完成策略组态。PC机上运行的生产数据可靠性也比较高，具有广泛的用途。系统控制中的速度被作为主控参数和干扰因素，当对机械的输出功率不能够及时进行调节时，在空载或者满载的额定转速下可以保证汽轮机的稳定运行。通过驱动调节进气调节汽阀的开度，可以对发动机的输出功率进行调节，通过对功率反馈通道进行调整，可以对控制回路进行改造。 　　2 基于DCS汽轮机DEH控制系统的工作原理和特征以及结构组成
　　2.1 基于DCS汽轮机DEH控制系统的工作原理和特征
　　對汽轮机DEH控制系统而言，其可以说是DCS控制系统的组成部分，DEH控制系统使用电驱动油动机来控制阀门开度，专门被用于调节汽轮机的转速，并让汽轮机的转速处于一种稳定的状态。汽轮机DCS控制系统是通过使用自动数字调节系统，发出调节指令相关的电信号，电液转换器在接收到相应的信号后，能够将油动机的液压缸和高压油进行连通，从而驱动油动机运行并进行相应的调节，当调节的要求达到时，系统的反馈装置会做出反应自动停止调节过程。
　　与汽轮机DCS控制系统相比，DEH控制系统具有一定的优越性，表现为数字系统的灵活性、模拟系统具有的快速性和液压系统的可靠性。通过运用DEH控制系统，可以提高高、中压调门的控制精度，并提高整个机组的控制水平，从而保障汽轮机能够正常运行。
　　2.2 基于DCS控制系统的汽轮机DEH控制系统的结构
　　汽轮机DEH控制系统主要由计算机控制部分和EH液压执行机构组成，其中又可以分为调节系统和保安系统两个部分。
　　2.2.1 调节系统
　　调节系统能够获取系统所需的静态特征，并保证汽轮机组能够稳定运行。根据系统组成环节的功能的不同，调解系统又可以分为控制器和执行器，其中执行系统控制策略相关运算操作的是控制器，而执行器主要是根据控制器的运算结果，对相应的调节机构进行驱动和定位。
　　2.2.2 保安系统
　　在汽轮机组运行的过程中，如果发生相应的安全状况时，保安系统可以维护机组的运行安全。在汽轮机DEH控制系统中，保安系统是至关重要的部件，在保安系统的组成中，主要包括急速保护系统、危急遮断系统和各种试验系统。
　　3 汽轮机DEH控制系统的优化
　　3.1 对阀门管理的优化
　　阀门管理在控制系统中具有重要的作用，相关操作人员通过相应的操作，可以将系统调节器输出的相应控制信号，转换成对应的阀门开度的请求值，并根据相应的要求实现单阀和顺序阀控制方式之间的切换。对于阀门管理进行优化可以从以下几个方面进行。
　　（1）阀门控制的设计根据汽轮机实际运行的要求，可以设计为单阀控制和多阀控制等控制方式。单阀控制对高压阀门进行节流管理，一般采用冷态启动或者是带基本负荷运行的方式;多阀控制方式采用机组带部分负荷运行，并只要求部分进汽。
　　（2）汽轮机在运行时是通过软件系统来对阀门进行管
　　理，结合相应的控制方式，设计出单阀和多阀两种控制程序。阀门管理程序接收的控制信号是流量，所以还要通过利用相应的程序计算，把汽轮机的蒸汽流量转换成对应的阀门开度。在阀门管理中，还可以将相应的控制按钮集中在操作台，相关人员只需要通过控制相应的控制按钮，就可以完成单、多阀控制方式的切换。
　　3.2 对电源系统进行优化
　　电源系统的优化可以采用更换质量相对可靠的新型电源和改进系统的供电方式两种方法进行，更换新型电源能够延长供电过程中的平均无故障时间，保证系统运行的可靠性;对系统的供电方式进行改进，对MPS卡使用其他更为可靠的电源进行供电，在一定程度上，不仅能够减轻电源的负担，也对提高MPS卡供电的可靠性和稳定性具有重要的作用。更换MPS卡并改用220V交流的供电方式，是进行电源优化的有效方式。
　　3.3 对挂闸系统进行优化
　　挂闸系统作为汽轮机控制系统中最基本的应用，其能否正常运行，对汽轮机运行的安全经济性具有直接的影响。挂闸系统的优化可以从下面的方式来进行：通过加强挂闸系统中油系统的清洗工作，加强透平油体外循环，从而提高油质的清洁度，避免使挂闸系统出现异常的问题;对挂闸系统逻辑设计进行修改能够适当的延长调整复位电磁阀的带电复位时间，从而保证危急遮断器滑阀能够有充足的时间到达上止点。
　　3.4 对调节系统进行优化
　　对调节系统进行优化可以实现对汽轮机DEH控制系统功能的优化。调节系统的优化可以从以下几个方面入手：使用纯电调式的数字式控制器，对系统中的控制器进行相应的调节;对系统的供油进行优化可以利用低压的透平油，这时只需使用系统机组的供油系统就可以完成;可以使用位移传感器的反馈回路对于系统中油动机的位置进行调整，减少伺服系统的迟缓率，提高其定位精确度，同时也能够提高汽轮机控制系统的稳定性。
　　4 结束语
　　综上所述，随着社会经济和科学技术的快速发展，汽轮机DCS控制系统也得到相应的发展，而汽轮机DEH控制系统在社会领域中也得到了普遍的应用。结合汽轮机实际的应用情况，不断优化汽轮机相应的控制系统，提高系统的安全性和稳定性，保证汽轮机机组的稳定运行，从而促进电力生产领域的不断发展。
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