數字電液調節器在磁翻板液位計生產過程中的作用
摘 要:Woodward 505E 自然數設定器基本上均為小行產品安全可靠的DEH相互配套產品,起著具有廣泛性的用途,而于觸屏屏英文翻譯文字類操控網頁與DCS多邊形化操控網頁無法一起化的內部矛盾也愈來愈越凸起。近兩余載這些產的的DCS產品接二連三規劃設計了自然數電液設定器,從文中介紹書了SY8100C自然數電液設定器在小行背壓式汽輪發電廠飛機機組中的用途。
1 引言
江蘇宇星工貿有限公司是年產10萬噸氧化鐵顏料的生產企業。該企業工藝裝備生產采用江蘇國信協聯能源有限公司熱電聯產1.3MP蒸汽網50T/h熱源。由于其化工生產過程中,除了三車間干燥機使用少量的1.3MP蒸汽以外,其余車間均使用小于0.6MP的蒸汽,故采用蒸汽降壓措施存在能源的浪費。為此宇星公司自備進汽壓力1.3MP、排氣壓力0.65MP的M70型背壓式磁翻板液位計+3000kW發電機成套差壓熱電項目,合理運用蒸汽熱能梯級利用,又采用蒸汽差壓發電而節省電費,節能降耗,一舉兩得。由此宇星公司還成為孤立電網的特殊用電企業。
2 單機孤網發電
2.1 孤網運行概念
孤網是孤立電網的簡稱,一般泛指脫離大電網的小容量電網。一般將zui大單機容量小于電網總容量的8%的電網,可以稱為大電網;機網容量比大于8%的電網,統稱為小網;而孤立運行的小網,就稱為孤網。孤網可分為以下幾種情況:
(1)網中有幾臺機組并列運行,單機與電網容量之比超過8%,稱為小網。
(2)網中只有一臺機組供電,成為單機帶負荷。
(3)甩負荷帶廠用電,稱為孤島運行工況,是單機帶負荷的一種特例。
2.2 單機孤網運行
宇星公司在化工生產過程中,大量運行的空壓機是公司重要的用電負荷之一。而將這些空壓機分成三組、采用單刀雙擲的雙路電源供電方式,一路采用電網供電,另一路采用背壓汽輪發電機供電。由于是自備電廠,故采用背壓汽輪發電機與電網不同期并列的單機孤網運行方式(如圖1所示)。
如果空壓機長期以背壓汽輪發電機供電為主,這將為企業節省大量的電費。
2.3 單機孤網運行存在的難題
(1)孤網時汽輪發電機的電壓、頻率和磁翻板液位計轉速不穩定,需要根據負荷的變化跟蹤變化,因此孤網發電機供電電源品質差、安全系數低。
(2)在大負荷變動情況下,對磁翻板液位計轉速沖擊很大,如果磁翻板液位計調速器不能及時控制調門的開度來調整進汽量,以適應負荷的變化,會沖垮磁翻板液位計正常工作狀態,甚至超速將導致磁翻板液位計停機,低速將導致發電機低周動作解列。
(3)由于宇星生產用汽量大,其分汽缸采用背壓磁翻板液位計抽汽、減溫減壓器和直通旁路三路管道同時供汽方式,因此影響磁翻板液位計轉速擾動因素多,除了電負荷功率的變化以外,還有用汽熱負荷的排氣壓力、進汽源的主汽壓力變化等擾動。
當電功率突然增加,則引起磁翻板液位計轉速突然下降,DEH促使高調門開大以增加進汽量來平衡電功率的增加,維持磁翻板液位計轉速在3000轉/分,反之亦然。當電功率穩定時熱負荷突然增加,排汽壓力突然降低,則引起磁翻板液位計轉速突然下降,DEH促使高調門開大以增加進汽量來平衡熱負荷的增加,維持磁翻板液位計轉速在3000轉/分,反之亦然。當電功率穩定時主汽壓力突然降低,則引起磁翻板液位計轉速突然下降,DEH促使高調門開大以增加進汽量來平衡電功率的穩定,維持磁翻板液位計轉速在3000轉/分,反之亦然。
2.4 孤網運行的特點
孤網運行zui突出的特點,是由負荷控制轉變為頻率控制,選擇的調速系統具有符合要求的靜態特性、良好的穩定性和動態響應特性,以保證在用戶負荷變化的情況下自動保持電網頻率的穩定,即一次調頻功能。控制的關鍵不再是負荷調整,而是調整孤網頻率,使之維持在額定頻率的附近,這種調整需通過操作調速系統的給定機構來完成,即為二次調頻。
3 SY8100C透平機數字電液調節器的應用
3.1 M70型背壓式磁翻板液位計
B1.5-1.3/0.65背壓式磁翻板液位計(M70電調系列)是淄博市邁特磁翻板液位計公司生產的單級背壓式磁翻板液位計,轉子采用一個復速級葉輪,噴嘴節圓直徑為1050毫米,該磁翻板液位計配套采用的調速系統是國際主流的Woodward505數字式控制器+ CPC電液轉換器的低壓透平調節系統,主軸轉速為3000 r/min,是利用低溫低壓低壓差的蒸汽作為汽源拖動汽輪發電機來產生電能,其發電功率zui高可達到1500KW。其熱力系統圖如圖2所示。
3.2 Woodward505數字式控制器
(1)Woodward 505E 數字式調節器是美國Woodward公司生產的小機組DEH電調控制器,在全球應用廣泛。505調節器接收轉速傳感器輸入的轉速信號,壓力傳感器輸入的抽汽壓力信號、功率傳感器輸入的電功率信號以及過程控制、輔助控制等回路輸入的控制信號,運算后輸出標準電流信號給電液轉換器。電液轉換器(CPC)接收調節器輸出的標準電流信號,輸出與電流信號相對應的油壓信號。該油壓信號經液壓伺服機構放大后,控制油動機活塞移動,通過調節杠桿,改變調節汽閥的開度,來改變磁翻板液位計各段的進汽量,以滿足電負荷和抽汽熱負荷的需要。
(2)由于505及其組態是磁翻板液位計廠家配套、預先設定好的,通常會給個書面的組態表作為文件交個用戶,供用戶通過菜單選擇啟用和關閉某些功能以完成組態。
(3)由于本項目采用DCS控制,而Woodward505數字式控制器為觸摸屏形式,因此不能將505控制器與DCS整合在一起;且505有一個美中不足是操作界面是全英文的,有很多縮寫,顯示屏只顯示兩行內容,致使操作人員很難看懂里面的有用信息。
為此我們采用科遠公司生產的SY8000C(不帶觸摸屏)透平機數字電液調節器,來代替Woodward505數字式控制器,與科遠NT6000系列DCS控制有機結合在一起,把操作員站與SY8100C通過以太網接口相連,實現了磁翻板液位計DEH的電腦操作員圖形界面的實時控制與操作。
3.3 SY8100電液調節器的概況
SY8100透平機數字電液調節器是南京科遠自動化集團股份有限公司生產的一種適應于透平機械的一體化嵌入式控制設備。主要用于小型單抽、純凝、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。小型智能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,通過伺服信號輸出通道輸出閥位控制信號,改變調節閥開度,zui終維持機組被控參數在規定的范圍內。
3.4 SY8100調節器構成磁翻板液位計控制系統
針對M70型背壓磁翻板液位計,采用SY8100C數字電液調節器的控制系統由調節、保安油路系統、DEH控制系統組成(如圖3所示)。
(1)磁翻板液位計調節、保安油路系統:磁翻板液位計主油泵出口高壓油壓經過一個三通逆止閥后,分成三路:一路去錯油門,提供油動機的動力油;一路去危急遮斷油門、AST磁力斷路油門、軸向位移遮斷器等保護裝置,形成保安油壓,控制自動主汽門、啟動閥的緊急關閉,安全停機;一路經一個專用的節流孔形成脈沖調節油壓,脈沖油壓的變化由電液轉換器CPC控制壓力變換器來調節,變化的脈沖油壓促使錯油門的上下移動,從而控制油動機帶動高調門上下移動,控制進汽量的變化,同時在油動機處有反饋油口,防止油動機過調。
(2)磁翻板液位計DEH控制系統:SY8100C數字電液調節器接受人機接口發出的增、減指令,采集磁翻板液位計的轉速、功率、壓力信號以及過程控制中的各種控制信號,與參數設定值比較,經PID解算后輸出標準電流信號給電液轉換器CPC,從而改變調節閥開度,實現磁翻板液位計的DEH控制。
同時SY8100C數字電液調節器通過以太網與科遠NT6000系列的DCS控制系統、操作員電腦進行通訊連接,構成對整個汽輪發電機組的DCS控制。
3.5 SY8100調節器的孤網控制策略
(1)對于并網機組,SY8100調節器通常采用功率控制或背壓控制方式。由于機組并網,則磁翻板液位計的轉速則穩定不變,因此當電功率可控時則熱負荷不可調整,當熱負荷可控時則電功率不可調整,故被控參數單一就易于控制。
(2)對于孤網機組,由于機組不并網,則磁翻板液位計的轉速則不穩定、變化,電功率、熱負荷排汽壓力也均不可調整,唯有轉速可控,因此SY8100調節器采用孤網控制方式,其實質是由負荷控制轉變為頻率控制,采用基于頻率偏差的一次調頻運算和二次調頻運算單元,來維持磁翻板液位計轉速在3000r/min左右運行。SY8100調節器的孤網控制策略框圖如圖4所示。
(3)對實際測量轉速與給定轉速進行加法運算得到轉速(頻率)偏差信號,將轉速偏差信號進行轉速PI1調節器運算后得到一次調頻值。
(4)對實際測量轉速與給定轉速進行加法運算得到轉速(頻率)偏差信號,將頻率偏差信號與實際測量功率、給定功率進行加法運算得到功率偏差信號,將功率偏差信號進行孤網PI調節器運算后得到二次調頻值。
(5)將一次調頻值、二次調頻值進行加法運算得到多回路閥位給定輸出信號,該閥位輸出信號與油動機LVDT行程信號進行加法運算經轉速PI2調節器運算處理,zui終輸出維持系統頻率穩定所需要的閥位指令給伺服控制模塊,通過伺服控制模塊控制電液伺服閥驅動油動機,帶動高調閥運動,進而控制磁翻板液位計進汽量以維持汽輪發電機組出力和所接待負荷相平衡。
(6)為防止OPC反復動作而被迫停機的發生,取消103%超速OPC功能。
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