宜城生物质热电厂15MW汽轮机调节保安系统
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摘 要：本文介绍了宜城生物质热电厂15mw小型汽轮机组调节和保护系统，包括数字电液调速系统 (Woodward 505E)，汽轮机参数监视系统(TSI)和危急遮断系统(ETS) 以及它们对汽轮机超速的保护控制，旨在说明三者之间的协调工作，对汽轮机安全运行和效率提高的重要性。同时也介绍了505E控制系统与其他类型的DEH系统的区别，为小型汽轮机组控制系统的设计工作提供更多的参考和借鉴。
关键词：汽轮机调节和保护系统；505E；TSI；ETS
中图分类号:TK269文献标识码： A
概述
宜城生物质热电厂是我公司设计的第一个生物质发电厂，对以后承接生物质发电方面的工程具有重要意义。生物质发电厂以秸秆为燃料进行发电，具有节能环保的效果，是国家提倡的节能环保项目之一。
宜城生物质热电厂新建2x15MW高温高压抽汽凝汽式汽轮发电机组，配2台75t/h燃秸秆水冷振动炉排，主要燃料为宜城当地的农业生产过程中废弃的水稻秆和麦秆等。
汽轮机控制系统介绍
2.1 汽轮机简介
本机组是由青岛捷能汽轮机股份有限公司提供的C15-8.83/0.98型汽轮机，高压、单抽冷凝式。额定功率15MW，额定进汽压力8.83MPa，额定进汽温度535℃，额定抽汽压力0.98MPa，额定转速3000r/min。
2.2 汽轮机控制系统
本机组汽轮机控制系统采用南京科远公司提供的NT6000集散控制系统(DCS)，实现各参数的监视和控制，并与其他子系统进行通讯。汽轮机调节和保护系统采用成熟、先进的数字电液调节系统DEH（Woodward 505E）、TSI(8000B)和ETS等系统，各系统互相协调配合，各参量信号传递准确、可靠，机组才能正常工作。
3 汽轮机调节和保护系统
3.1汽轮机调速系统
3.1.1 505E控制原理
宜城生物质热电厂汽轮机控制系统是以美国WOODWARD公司生产的Woodward 505E微处理器为核心，电液转换机构和油动机为执行器的系统。转速信号与调节阀开度信号进入505E控制系统，通过放大器、PID调节器等输出4-20mA电流至电液转换器，电液转换器通过调节泄油口的大小来输出不同的二次油压，二次油压的变化使错油门上移或下移，使油动机进泄油，驱动活塞杆上下移动，调节了调速汽门的大小，从而调节进汽量及负荷，自带楔型反馈板使错油门复位，而新的转速与调节阀开度及各新参数重新进入505E控制器处理，直到调节稳定。
3.1.2 505E数字电液控制系统与其他类型DEH系统的比较
汽轮机数字电液控制系统DEH分为电子控制部分和液压调节保安部分。透平油数字电液型控制系统以数字电子控制系统为核心，控制信号通过电液转换器转换为液压信号去控制油动机。其基本设计思想为采用美国MOOG公司生产的DDV型电液伺服阀，流经电液伺服阀的透平油经过两套过滤装置，使油质满足要求。电液伺服阀接受DEH指令，通过改变控制油口的开度来改变油动机脉动油压，进而改变油动机的开度；在油动机活塞杆上增设双冗余LVDT作为反馈定位，以取代原来的滑阀反馈；增设可调节流阀，用以调整油动机零位。
宜城生物质热电厂汽轮机为小型汽轮机，选用不带独立油源的透平油数字电液控制方式，既节省成本，也满足了控制要求。由于MOOG DDV伺服阀，虽然调节灵敏、精确度很好，但抗污染度相对较差，清洗后调节线性发生变化，控制点易产生漂移，后期维护费用较大。而德国VOITH公司生产的VOITH阀虽动作较迟缓，但抗污染度极强，适合在中国使用。本工程选择使用VOITH阀，将电子式调速器的4-20mA信号转换成液压信号提供给油动机，从而控制汽轮机的调节汽阀，进行汽轮机的速度控制、开机和速关等，其运行良好，具有一定的优越性。
汽轮机危急遮断系统
汽轮机紧急跳闸系统(ETS)是汽轮发电机组实现安全保护功能的重要设备，该系统监视汽轮机的一些重要参数，当其中的任何1个参数越限时，ETS系统将关闭汽轮机的所有主汽阀和调节汽阀，使汽轮机紧急跳闸停机，以保护设备和人身安全。ETS是确保机组安全运行的最后一道自动保护装置，因此，对系统的可靠性和快速性有非常高的要求。ETS系统留有所有跳机信号的输出接口(SOE)及相应的与DCS联络使用的输出接口等。
本机组ETS采用PLC作为主机，采用双电源双CPU冗余设计。可以方便地设计首出信号，以供电厂分析引起机组跳闸的真正原因。同时，它可以将跳闸信号传送给其它监控系统。跳闸系统是这样设计的：将所有需要汽轮机跳闸的信号进行汇总，如汽机轴向位移大、轴振动大、TSI超速、凝汽器真空低等信号进行汇总到ETS，然后统一出口到跳闸电磁阀。
图1 ETS跳闸原理图
该跳闸逻辑是双通道的设计方法，1、3为通道一；2、4为通道二。只有当通道一和通道二中至少有一个电磁阀动作，压力油才能泄入回油，达到机组跳闸的目的，因此在系统运行过程中，可以通过对第一或第二通道进行在线试验，随时检测每个通道能否正常工作。同时在跳闸块中设计了联锁压力开关SWI、SW2，使通道一和通道二能相互闭锁，不能同时进行在线试验，防止两个通道因为误操作而造成误跳闸。也可以使每个通道进行在线维修。
3.3 汽轮机超速保护
汽轮机控制和保护系统协调运作，使汽轮机更好的运行。在汽轮机控制和保护的各个功能中，汽轮机超速保护是一个非常重要的环节。其控制的好坏，直接影响发电厂的效率和安全。下面以汽轮机超速保护来说明汽轮机调节和保护系统之间的协调工作。
如果转速高（在3090rpm以下），505E就会发信号给伺服阀，让伺服阀泄少量油，油动机运动，调速汽门关小，降低转速，这时TSI不会发信号。当汽轮机由于甩负荷或其它原因使转速超过103%额定转速（即3090rpm）时，TSI就会发信号给超速保护控制器(OPC)，发出指令使OPC电磁阀通电打开，泄去OPC油并通过相应的阀门伺服系统迅速关闭调节汽门，防止汽轮机转速继续上升引起危急遮断系统动作而停机。如果发电机甩负荷时所带的负荷很大，转速达到3300rmp，此时TSI超速信号送到ETS，引起ETS跳闸，跳闸回路的继电器动作闭合从而切断AST电磁阀组的供电，跳闸电磁阀失去电，AST母管油释放，打开泄油造成主汽阀关闭。同时，通过逆止门，OPC油压也随之释放，并且关闭汽轮机调速汽门，使汽轮机停机。
4 总结
本工程小汽轮机组调节和保护系统在设计和选型上有一定的特色，特别是505E控制系统的选择和各子系统协调运行的合理设计，有助于机组的安全运行，提高了机组的经济性和利用率。为我们以后设计同类型项目提供了很好的参考价值，也有利于我们不断提高所设计系统的安全性、可靠性和自动化水平。
参考文献
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[2]王亮,孙雪松.50MW汽轮机控制系统改造技术案例分析.上海电力学院学报,2008,24(1)
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[4]余立腾.300MW机组汽轮机保护逻辑优化与改进.电力建设,2002,23(6)