汽轮机电液控制系统的功能及特点分析

      概况华能福州电厂二期两台350MW 汽轮机组及DEH 控制系统由西门子成套
提供，于1999年9 月两台机组相继投入商业运行。该汽轮机组控制系统性能优良，
特别是汽机冲转时转速控制相当稳定。

      2 控制系统

      2.1 系统组成汽机DEH 控制系统配置了两套SIMADYN 控制器，互为冗余备
用。每套控制器安装在一个24个插槽的机架上，由一个带风冷的24VDC 电源模件
供电，机架底板带内部通讯总线和网络通讯总线。每套控制器包括两个32位的PM4
处理器模件，用于开闭环控制和运算任务，并采用专用的IT41及IT42模件协助处
理器进行转速和阀位控制，运算速度快，用户还可以根据任务的紧急等级对控制
逻辑进行运算周期设定，一般设定基本运算周期6ms ；此外还包括1 块EA12模拟
量输出模件、1 块EM11开关量I/O 模件、1 块CSH11 通讯模件与TXP 通讯，控制
系统本身设有独立于DCS 的工程师站，通过串口电缆、安装在机架上的CS7 模件
与处理器直接通讯，用于系统软硬件组态、参数修改等功能，该控制系统组态、
调试方便。图1 SIMADYN 与TXP 示意图图2 汽机启动装置

      2.2 冗余功能正常运行时主机运算的数据作为输出，从机通过主从通讯模
件CS12、CS22与主机进行数据比较，并不断更新使与主机数据保持一致，在主机
发生硬件损坏或软件检测到致命性故障（critical fault）时，自动切换至从机
运行。

      2.3 与TXP 的数据交换 SIMADYN-D控制器利用光纤将两套互相冗余的SIMADYN
控制器分别和TXP 的SINEC H1厂级总线连接起来，除主蒸汽压力、转速、负荷、
发电机组并网、解列信号、主汽门及调门阀位以及至电液执行机构的指令信号外，
其余信号包括各种报警、运行状态以及转速与负荷的设定、控制均通过SINEC H1
厂级总线交换得到。SIMADYN 与TXP 之间通讯示意图见图1.

      3 转速与负荷控制 SIMADYN-D汽机电液控制器实现了汽轮机启、停控制、
并网、带负荷、调频、甩负荷等功能，其在逻辑设计上层次分明，各个控制器任
务明确，它主要由启动装置、转速/ 负荷控制器、高压压力控制器、高压缸排汽
温度控制器、调节级压力控制器、高压冷却蒸汽压力控制器、调门阀位控制器组
成。其转速与负荷控制原理简图见图3.图3 转速与负荷控制原理图

      3.1 启动装置启动装置实际上是一个设定值调整器，根据设定值的不同，
巧妙实现了汽机的复置过程，反过来则还具备保护功能。汽机启动装置见图2.

      3.2 转速/ 负荷控制器转速/ 负荷控制器是整个SIMADYN 的核心，在汽机
启动阶段实现了升速控制，并对临界转速区（临界转速区1 ：402~798rpm，临界
转速区2 ：876~2850rpm ）进行缸温、轴温与升速率控制，在临界转速区要求转
速加速度> ；1.5rs-2 ，否则汽机保护跳闸不允许进行冲转；同时还根据计算
的应力进行升速率限制，保证温度裕度> ；30℃。在正常带负荷阶段，接受来
自TXP 的负荷设定值、负荷升速率、最大负荷设定值等信号，完成对负荷的控制，
还可以根据需要投入调频等功能。 3.3高压压力控制器高压压力控制器的任务是
完成主蒸汽压力的控制，有两种控制方式：限压方式和初压方式，这两种方式可
手动选择。限压方式一般用于炉跟踪运行方式，一方面可在主蒸汽压力下降到压
力极限值（设定值-10*100KPa）时限制汽机负荷，使压力不致下降太多，另一方
面也可充分利用锅炉蓄能，保证机组负荷的稳定。而初压方式一般用于机跟踪运
行方式，它积极调整主蒸汽压力，使主蒸汽压力保持稳定，但负荷波动量较大。

      3.4 高压冷却蒸汽压力控制器高压冷却蒸汽压力控制器是高压缸排汽温度
高的一个预控功能。二期汽轮机在高压缸排汽出口有一个大旁路（俗称“通风阀”）

      直通凝汽器，高压缸排汽温度高时，通风阀打开，增大高压缸做功能力，
降低高压缸排汽温度。一般在机组启动阶段，通风阀才会动作，高压冷却蒸汽压
力控制器起作用，达到控制高压缸排汽温度的目的。

      3.5 高压缸排汽温度控制器高压缸排汽温度控制器是一个限制控制器，当
高压缸排汽温度超过480 ℃时，控制器输出负值，使中压调门朝关闭方向偏移，
它通过中压调门的开度来控制蒸汽流量，从而使高压缸排汽温度不出现不允许的
值。运行人员可在OM画面上选择该功能是否投入。

      3.6 调节级压力控制器调节级压力控制器也是一个限制控制器，是汽机冲
转时的一个应力保护，由高压轴平均温度加上冲转方式（慢、正常、快速）不同
所允许的温度偏差计算出一个允许的调节级压力，当实际的调节级压力超出允许
的压力值时，使高压调门朝关闭方向偏移，达到保护汽轮机的目的。运行人员可
在OM画面上选择该功能是否投入。

      3.7 调门阀位控制器每个调门均有一个阀位控制器，根据阀位测量值与阀
位指令的偏差来自动定位调门，运行人员也可利用OM画面上的阀位限制器来手动
调整调门开度。该控制器还提供了阀位测量监视功能来保证阀位测量故障时以一
个固定的慢速率关闭该调门；通过调门工作点的监视来反映电液执行机构的状况
；以及实际调门开度- 调门指令> ；25% 时调门快关等保护功能。

      4 存在的问题及解决方法

      4.1 TXP 与SIMADYN 量程不一致 TXP与SIMADYN 之间的模拟量数据交换虽
通过SINEC H1总线进行，但在SIMADYN 及TXP 中均需设定量程。调试初期，SIMADYN
及TXP 中负荷量程设定不一致，SIMADYN 中设定0-400MW ，而TXP 中设定0-350MW
，造成负荷无法控制，修改后正常。

      4.2 调门工作点频繁报警在无功率的情况下，为保证关闭调门，在液压装
置中提供了一个补偿，以便调门始终朝关闭方向动作，该补偿称为工作点，同样
必须在控制器得到相应补偿。如果液压部件的机械发生磨损或电液执行机构的线
圈信号回路或线圈本身出现故障，工作点将发生偏移，发出“工作点故障”报警，
若机组在协调方式运行，将自动切至炉跟踪方式运行。目前因报警值仍在3~14%
的允许范围内，暂时将报警值设定大一些，待机组停运后检查信号回路及液压部
件。

      4.3 通风阀动作时，高压调门大幅波动，机组MFT 2001年3 月7 日并网后
机组负荷设定值45MW，机组实际负荷约45MW，因通风阀在开启状态，高压调门全
关，低旁压力设定值0.5MPa，热再出口实际压力0.56MPa ，由于中压缸进汽参数
偏低，而机组负荷设定值在45MW，导致速度/ 负荷控制器输出很大，中压调门全
开才能维持负荷。通风阀关闭后，高压调门指令切至‘最小流量率’控制40S ，
高压调门开至3%，而后高压调门指令切至‘速度/ 负荷控制器’，由于上述提到
的中压缸进汽参数偏低，导致速度/ 负荷控制器输出很大，高压调门快开至20% ，
致使负荷大幅度振荡，汽包水位波动，最终汽包水位高而MFT.采取的措施：⑴尽
量减少并网后通风阀仍在开启状态。⑵在CONTROLLER 2画面上增加“高压调门指
令”和“最小流量率”指示，便于运行人员调整，若并网后通风阀仍在开启状态，
应尽量调整低旁压力设定值，使速度/ 负荷控制器输出较小，这样在通风阀关闭
后就不会出现高压调门大幅度波动。通风阀动作时控制原理图见图4.图4 通风阀
动作时调门控制原理图

      4.4 SIMADYN 主从通讯模件故障，机组MFT 2001年9 月12日由于主从机通
讯模件CS12故障导致主从机无法进行通讯且影响到主机与TXP 的数据交换，导致
TXP 来的负荷设定值等信号丢失，调门快关保护动作，进而锅炉汽包水位保护动
作机组MFT ，在更换该通讯模件后运行正常。 5结束语 SIMADYN-D汽轮机电液控
制器经过调试以及近三年来在华能福州电厂的运行，总体来说，运行状况优良，
转速及负荷控制稳定；其采用了现代化通讯手段，硬件I/O 点数少，软件模块化，
设计合理，控制稳定，调试参数修改少，维护方便。总之，只要在实际应用中多
加以理会，总结经验，消除一些不利因素，就能保证汽轮机组的安全稳定运行。