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    摘要：本文重點介紹了T80透平控制器的特點和控制功能，以及采用“變壓運行”控制技術對提高垃圾焚燒電站機組運行經濟性和穩定性的作用。

    關鍵詞：透平控制器；變壓運行；垃圾焚燒電站

    1 引言

    垃圾焚燒電站汽輪發電機組一般配套的都是中小型汽輪機，而選擇大型的數字式電液調節系統（DEH）投資相對較高，針對中小型汽輪機開發的T80透平控制器就成為理想的選擇。

    2 T80透平控制器的特點

    T80透平控制器（Turbine Control Module）是杭州和利時自動化有限公司開發的一種適應于小型透平旋轉機械的一體化嵌入式控制設備。主要用于小型單抽、純凝及背壓式，熱電聯產或拖動型透平機械的控制。被控參數主要是機組轉速、功率、壓力等。透平控制器實時采集機組轉速等運行的相關參數，經過適當的反饋調節計算后，通過模出通道輸出閥位控制信號，改變調節閥開度，最終維持機組被控參數在規定的范圍內。T80配置了多種I/O信號處理電路，包括伺服輸出通道和頻率信號通道，采用現場可編程控制器實時處理各種I/O信號，CPU可在一個控制周期內通過現場可編程控制器直接并行讀寫一遍所有I/O信號，控制周期小于30ms，完全滿足汽輪機實時控制的要求。

    3 控制對象

    目前垃圾焚燒電站主要采用12MW及以下機組。因垃圾焚燒熱值低、供料不穩定、主汽壓力、主汽溫度控制較難。控制對象內擾較多，這就要求控制系統具有信號綜合能力強，能處理復雜控制策略的優點，且具有動態響應快，可靠性高等特點。在機爐協調控制方式的選擇上，采用“機跟爐”的方式，以保證主汽壓力和主汽溫度的穩定。

                        
                                    圖1 垃圾焚燒發電12MW汽輪機組 

    4 控制原理

    經T80透平控制器計算出來的閥位給定值與執行機構行程的反饋值經過快速比較運算后，通過伺服控制輸出通道送到伺服閥去控制執行機構的行程，最終使執行機構的行程定位在閥位給定值規定的位置上，從改變汽輪機的蒸汽進汽量。其控制原理如圖2所示。
 
           
                                      圖2 閥位控制原理框圖  

    5 系統配置

    5.1 系統組成
                
                                       圖3 T80控制原理圖   

    • 操作員站：主要完成的是人機接口，運行人員通過操作員站完成正常操作。

    • 控制器：主要實現對所需要的控制信號的采集轉換及控制工作。

    • 電液轉換器：是伺服控制里最為重要的環節，主要完成的是將電信號轉換為可控制的液壓信號。

    • 油動機：最終液壓的執行機構。通過機械杠桿、提板、彈簧等機械連接實現對汽輪機進入蒸汽的流量控制。從而實現對汽輪機的轉速、功率、汽壓等最終目標的控制。

    • LVDT（位移傳感器）：是油動機行程的實時反饋系統，透平控制器通過它的反饋信號和給定的指令進行比較從而調整輸出信號，實現對油動機的穩定快速控制。

    5.2系統配置特點

    • 電液轉換器采用直接驅動式電液伺服閥，抗污染能力強、無卡澀，運行穩定。

    • 測速信號采用三選二冗余方式。

    • LVDT采用雙冗。

    • 透平控制器為通用化設計。

    6 T80透平控制器應用于垃圾焚燒電站實現的主要功能

    6.1 自動升速控制

    對垃圾焚燒電站的汽輪發電機組，可以控制機組按經驗曲線完成升速率設置、暖機、過臨界轉速區，直到3000r/min定速。操作員可通過修改目標轉速、升速率或按轉速保持按鈕，對升速過程進行控制。

    6.2 自動同期并網

    T80可與自動準同期裝置ASS配合，將機組轉速調整到電網同步轉速，以便迅速完成并網操作。并網時，自動使發電機帶上初負荷。

    6.3 壓力控制/閥位控制/功率控制

    T80系列透平控制器可以在垃圾焚燒發電站實現壓力控制/閥位控制(壓控/閥控)二種控制方式。在壓控方式下，汽輪機可以根據主蒸汽壓力設定值的要求來保證汽輪機入口的機前壓力的穩定。在閥控方式下，司機通過主控畫面可按增、減按鈕改變總閥位給定值，來調整機組負荷。

    實際上，T80系列透平控制器還可以實現功率控制。而在功控方式下，司機通過主控畫面可設置目標功率和負荷率，由PID調節器自動控制機組負荷。但是由于垃圾焚燒電站通常都采用“汽機跟蹤”運行方式，因此就很少采用功率控制方式。

    6.4 “變壓運行”控制

    在垃圾焚燒電站，一般根據垃圾焚燒爐的產汽量，能發多少電就輸多少電，這就是垃圾焚燒電站汽輪機一般采用“機跟爐”的“壓控”運行方式的原因。

    一般情況下，汽輪機有四個調節閥，為了獲得較高的運行效率，最好使調節閥不要工作在節流狀態，也就是在油動機控制下，全開前三個閥（第四個閥為超負荷閥，處于關閉狀態），以避免產生節流；這時汽機效率最高。垃圾焚燒爐供汽量減少時，如果主汽壓仍保持額定值 （主汽壓一次給定值），油動機就會關小，第三個調節閥關下來，就會形成節流，產生節流損失。若主汽壓力給定值這時也減小，減小到一個適當值 （二次給定值），則第三調門仍可維持在全開位置。此外 降到 需要有個過程，不能太快，否則過熱蒸汽到汽輪機末級葉片處，有可能變為飽和蒸汽，造成兩相流，危及汽輪機的安全。

    綜上所述，T80透平控制器在垃圾焚燒發電廠“變壓運行”方式時，主汽壓一次給定值 是供汽量的函數，與供汽量成正比關系，由試驗獲得具體數值，試驗標準為在某一定汽量下，所設定的汽壓給定值 正好能使三個調節閥全開，第四個閥關閉。  

              

                                      圖4 與 關系圖  

    6.5試驗系統功能

    對于垃圾焚燒電站來說，由于主蒸汽壓力、溫度會發生大幅度波動，因此為了保護汽輪機的安全，必須設置該功能：

    • 103%超速限制試驗：用于檢驗103%超速限制的動作轉速。

    • 超速保護試驗：用于檢驗各超速保護的動作轉速。

    • 主汽門嚴密性試驗：檢查主汽門嚴密性。 

    • 高壓調節閥嚴密性試驗：檢查調門嚴密性。

    6.6 閥門維修

    閥門維修方式主要用于伺服系統調試。機組在停機狀態下，操作員可設置閥位給定值和給定速率，以便調整反饋零位幅值以及動態響應特性。要求油動機控制平穩，動態響應迅速。

    6.7 仿真試驗

    培訓新運行人員可以在機組投運之前進行仿真培訓。而在機組已跳閘時，也可進入仿真方式。在仿真方式下，算法組態中的仿真程序可根據控制系統來的調門開度信號及操作員設置的初始條件，計算出相關的轉速、功率、壓力等信號，因此可仿真模擬完成上述調節、保護、試驗等大部分功能。所以利用此功能，可方便地調試組態軟件、培訓現場人員。

    7 小結

    （1）因垃圾焚燒熱值低、供料不穩定、主汽壓力、主汽溫度變化大，一般采用“機跟爐”的“壓控”運行方式。

    （2）在垃圾焚燒電站，采用“變壓運行”控制技術，可以大大提高機組運行的經濟性和穩定性。而目前國外有的小型汽輪機控制器，由于開發年代太早而難以實現這種“變壓運行”控制技術。

    （3）憑借T80透平控制器的優異控制性能和靈活的控制方案，在垃圾焚燒發電站、生物質發電站、太陽能熱發電站以及各種余熱利用電站汽輪機控制有著廣闊的應用前景。

    作者簡介：

    安瑜(1973-),女,河北石家莊人，現就職于江蘇龍騰工程設計有限公司，主要從事過程自動化控制及樓宇自控方面的研究。 

    摘自《自動化博覽》2011年第五期