摘要：本文介紹豐鎮(zhèn)發(fā)電廠#4機組汽動給水泵熱控系統(tǒng)改造，MEH系統(tǒng)采用了與主機DCS系統(tǒng)相同的硬件，與DCS共享操作員站和工程師站，控制系統(tǒng)具有自動化程度高、測量準確、保護配置齊全動作可靠、穩(wěn)定性高等特點。該控制技術在#4機組汽動給水泵改造中取得了成功，為同類技術改造在電廠的應用提供參考。
       關鍵詞：MEH系統(tǒng) 自動化 保護配置  穩(wěn)定性

       一、前言：
       隨著我國電力市場的迅猛發(fā)展，發(fā)電企業(yè)競爭日趨激烈，發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定、高效的運行是提高發(fā)電企業(yè)市場競爭力的可靠保證，而機組的長周期安全穩(wěn)定運行又需要有一個穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的設計、設備的選型、自動化水平、保護配置將決定著設備運行的安全性、穩(wěn)定性。豐鎮(zhèn)發(fā)電廠#4機汽動給水泵控制系統(tǒng)（MEH）就是基于這種控制理念的基礎上設計應用的。
       二、 給水泵汽輪機控制系統(tǒng)改造
       1、 控制系統(tǒng)簡介
       MEH（給水泵汽輪機電液控制系統(tǒng)）是指小汽輪機電液控制系統(tǒng).其主要功能是實現對小汽機進行轉速控制、負荷控制、閥門管理、小汽機自動控制以及小汽機超速保護等功能控制。MEH的電子設備采用與DCS相同的硬件，硬件包括基于微處理器的控制機柜、操作員控制板、I/O模件等。 MEH的液壓部分采用美國進口的MOOG電/液轉換器，執(zhí)行機構選用進口智能一體化的ROTORK（英國）產品，MEH不設單獨的操作員站和工程師站，與DCS共享操作員站和工程師站（ETS含在MEH系統(tǒng)中）。TSI系統(tǒng)包括汽輪機安全運行必須的監(jiān)視項目、監(jiān)測裝置。為提高系統(tǒng)的的可靠性，系統(tǒng)中主要部件均采用冗余設計，從而使系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。電液調節(jié)采用純電調，供油系統(tǒng)應采用具有良好穩(wěn)定性的透平油作為工作介質，對調門、主汽門進行管理控制。
       2、MEH功能特點
       2.1 MEH的控制器將作為DCS的節(jié)點掛在DCS的高速數據公路上，其控制器（DPU）模件按1:1冗余配置， 并設有SOE功能，系統(tǒng)配置足夠數量的控制器，負荷率<40%。每個I/O模擬通道具有單獨的A/D、D/A轉換器及單通道隔離；轉速卡件、伺服卡件及位反卡件按一對一單獨配置；每種I/O點和插槽要有15%的備用量。
       2.2 數字式電液控制系統(tǒng)（MEH）按協(xié)調控制系統(tǒng)（MCS）的給水控制信號改變驅動汽輪機的蒸汽流量，通過控制給水泵汽輪機的轉速，使被驅動給水泵的輸出給水流量和鍋爐負荷相匹配。
       2.3 MEH能以自動方式或手動方式進行啟動汽動給水泵，使轉速從0升至3000轉/分。超過3000轉/分，給水泵的控制可切換至DCS的給水控制系統(tǒng)進行控制。根據鍋爐給水控制系統(tǒng)的控制信號(4～20mA)控制給水泵汽輪機轉速?？刂凭葹椤?‰。
       2.4 MEH系統(tǒng)內個別部件故障不會影響整個系統(tǒng)的工作，單一故障不會導致保護系統(tǒng)誤動作或拒動，也不會造成運行給水泵的停運。
       2.5 MEH系統(tǒng)在機組的下列運行方式下具有良好的性能：
          •機組啟/停機
          •機組正常運行
          •滑壓運行
          •定壓運行
          •快速降負荷（RB）

      2.6控制系統(tǒng)性能指標要求：
          •閉環(huán)轉速控制范圍：不小于10%NH～120%NH(NH為給水泵最高工作轉速)
          •轉速控制精度： ＜0.1%NH
          •轉速定值精度： ＜0.1%NH
          •靜態(tài)特性：  死區(qū)＜0.1%NH
          •動態(tài)特性：  汽輪機轉速跟蹤滯后＜0.1%NH
          •控制系統(tǒng)執(zhí)行速度：主汽門跳閘全行程時間不大于0.5秒
       2.7 MEH系統(tǒng)具有手動、自動、遙控控制三種方式?？刂葡到y(tǒng)設計了“失效保護”和“安全自鎖”的功能，系統(tǒng)具備以下功能：
     （1）自動升速的控制：MEH系統(tǒng)以操作人員預先設定的升速率自動地將汽輪機轉速自最低轉速一直提升到目標轉速。
     （2）給水泵轉速控制：MEH系統(tǒng)接受來自鍋爐閉環(huán)控制系統(tǒng)的給水流量需求信號，實現給水泵汽輪機轉速的自動控制。
     （3）聯(lián)鎖保護：MEH系統(tǒng)設置了油壓聯(lián)鎖，給水泵汽輪機的超速保護、溫度保護等功能。
     （4）閥門試驗：為保證發(fā)生事故時閥門能可靠關閉，MEH系統(tǒng)設計了對主汽門的在線試驗功能，試驗時，給水泵汽輪機的運行應不受影響。
     （5）跳閘試驗：MEH系統(tǒng)具有分別進行在線電超速跳閘試驗和機械超速跳閘試驗的功能，以判斷超速保護系統(tǒng)功能是否正常。而且兩種功能在試驗期間相互閉鎖，當進行電超速跳閘試驗時，機械超速保護被隔離；當進行機械超速跳閘試驗時，電超速保護不引起跳閘動作。
     （6）自診斷功能：MEH系統(tǒng)具有自診斷功能，檢出可能造成非預期動作的系統(tǒng)內部故障（如電源、通訊、控制器、模塊故障等）。
     （7）在遙控轉速自動控制方式（接受給水控制系統(tǒng)指令）下，MEH系統(tǒng)接受來自給水自動控制系統(tǒng)的指令進行轉速自動控制。
     （8）系統(tǒng)在手動操作進行切換、兩個轉速通道均故障、汽輪機跳閘、調節(jié)閥通訊出錯、主汽門未打開的情況下將進入手動轉速控制方式（軟手操），在手動轉速控制方式下，由操作員通過操作員站，轉速增、減操作，控制調速閥的開關位置。
     （9）MEH系統(tǒng)設置了軟手操停機、硬手操打閘及就地打閘的緊急停機功能。
       2.8 液壓系統(tǒng)采用獨立的油源，供油系統(tǒng)應采用具有良好穩(wěn)定性的透平油作為工作介質，當系統(tǒng)電源故障或油源失壓時，能保證給水泵汽輪機安全地停機。
       2.9 MEH系統(tǒng)的任何個別部件故障不應影響整個系統(tǒng)的工作，單一故障不應導致保護系統(tǒng)誤動作或拒動作，單一故障不應造成運行給水泵的停運，同時不應妨礙備用給水泵的投入。
       3 、小汽機安全監(jiān)測系統(tǒng)（TSI）和汽輪機危急保護系統(tǒng)（ETS）的功能特點：
       3.1 TSI系統(tǒng)應包括汽機安全運行必須的監(jiān)視項目、監(jiān)測裝置，每個通道均設有與TDM故障診斷系統(tǒng)連接的緩沖輸出端子及通訊接口、與DCS的4～20mA直流標準信號及兩對開關量報警信號，監(jiān)測項目包括汽機軸振動、轉速、軸向位移。TSI測量裝置采用MMS6000 系列產品。
3.2用于小汽機就地轉速顯示、控制室轉速顯示及汽機超速保護的傳感器監(jiān)測系統(tǒng)采用分開獨立設置，其中超速保護的傳感器按三重冗余設置，
3.3 小汽機軸向位移傳感器系統(tǒng)設置二套，以滿足重要參數二取一的選擇原則。
       3.4 小汽機保護和跳閘系統(tǒng)（ETS）設置了電超速、機械超速、潤滑油壓低、真空低、軸向位移大、振動大、軸承溫度高、手動跳閘及泵組保護的跳機功能。其中電超速、潤滑油壓低、真空低等重要停機保護參數采取了三取二的原則。
       3.5 潤滑油壓低時設置了聯(lián)鎖啟動交直流潤滑油泵的聯(lián)鎖功能。

       三、 汽動給水泵組控制系統(tǒng)功能特點
       1 汽動給水泵組包括主泵、前置泵及泵組的監(jiān)測、控制系統(tǒng)，設置了壓力、溫度、振動等測點，轉機的啟停、電動門的開關均實現遠程/就地切換控制。
       2 汽動給水泵組保護配置：泵組保護設置了前置泵跳閘、軸承溫度及回油溫度、機械密封水溫、前置泵電機定子溫度高等跳小汽輪機的保護。
       3主機聯(lián)跳小機保護設置：主機主保護動作、AST動作、OPC動作均設置了延時5秒跳小機的保護。
       4泵間聯(lián)鎖：汽動泵與電泵之間設置了聯(lián)鎖功能，汽泵跳聯(lián)#1電泵（#1、2電泵之間互聯(lián)）。小機跳聯(lián)關汽泵出口電動門及四抽進汽門。

       四、系統(tǒng)操作及功能
       1、掛閘
       正常運行啟動小機時在MEH畫面上點擊“小機掛閘”按鈕，在弾出窗口圖中點擊“掛閘確認”按鈕，“小機掛閘”光字亮，掛閘線圈帶電，關閉打閘電磁閥泄油口，建立安全油壓，同時主汽門開啟。當安全油壓達到1.2MPa時或者小機掛閘指令發(fā)出5秒鐘后或者操作員按下取消掛閘按鈕時，掛閘線圈失電，“小機掛閘”光字滅，表示掛閘完成，掛閘線圈失電后保持在原位不動。當主汽門全開后，“啟動允許”光字亮。
       “啟動允許”光字不亮，下一步的升速操作將無效。發(fā)“啟動允許”光字條件：主汽門全開；無跳閘條件；安全油壓正常（大于1.2MPa）。

 
圖一  掛閘原理圖

       2、取消掛閘
       在掛閘過程中，掛閘指令發(fā)出5秒鐘后自動復位掛閘指令，也可以通過點擊“取消掛閘”按鈕，掛閘線圈失電，避免掛閘線圈長時間帶電燒毀。
      3、手動/自動
      點擊“手動/自動”按鈕，在弾出窗口圖中有手動方式、自動方式和遙控方式三種方式選擇：
       a.手動方式：點擊“手動方式”按鈕，“手動方式”光字亮，在該方式下只能進行閥位操作，然后點擊“手動閥位設定”按鈕，在弾出窗口圖中通過點擊閥位增減按鈕進行調速汽門開大或關小，從而控制小機轉速；
       b.自動方式：點擊“自動方式”按鈕，“自動方式”光字亮，在該方式下只能對目標轉速和升速率進行設定操作，然后點擊“轉速目標設定”按鈕，在弾出窗口圖中通過點擊目標轉速和升速率增減按鈕進行目標轉速和升速率選擇，然后點擊窗口圖中對應的“確認”按鈕，此時MEH將按照給定的升速率自動升速到給定的目標轉速，當小機轉速達到1800轉/分時進入臨界區(qū)，“沖臨界”指示燈亮，MEH自動將升速率設定為1200轉/分，當小機轉速達到3000轉/分后，“沖臨界”指示燈滅，沖臨界結束，MEH自動將升速率設定到原來給定的升速率。
      C.遙控方式：當小機轉速達到3000轉/分以上時，“遙控請求”光字亮，方可允許選擇該方式，否則選擇無效。爐側點擊“遙控允許”按鈕后，“遙控滿足”光字亮，點擊“遙控方式”按鈕，“遙控方式”光字亮，遙控方式投入，在該方式下只能由爐進行操作給定遙控目標轉速，小機轉速自動以300轉/分速率進行升降轉速到遙控目標轉速。 
      遙控目標轉速和實際轉速偏差大于500轉/分時，自動跳到“自動方式”，在“遙控方式”下不能直接切換到“手動方式”，必須先切換到“自動方式”下，然后才能切換到“手動方式”。
      掛閘完成后，不進行“手動\自動”方式選擇， MEH默認“手動方式”。

 
圖二   控制方式

      4、轉速保持/取消保持
      在小機升速過程中，點擊“轉速保持”按鈕，小機轉速立即就保持到當前轉速下，點擊“取消保持”按鈕，小機轉速自動開始升速。
      5、超速試驗
      必須在“自動方式”下，升速率自動給定為100轉/分。
點擊“超速試驗”按鈕，在弾出窗口圖中有電氣超速、機械超速和取消三種選擇：
      5．1.點擊“電氣超速”按鈕，MEH自動將目標轉速設定在5460轉/分，自動以100轉/分的升速率進行升速，當小機轉速達到5450轉/分時，電氣超速保護動作，主汽門、調速汽門關閉，小機跳閘。
      5．2.點擊“機械超速”按鈕，同時閉鎖“電氣超速”試驗，MEH自動將目標轉速設定在5600轉/分，自動以100轉/分的升速率進行升速，當小機轉速達到5450-5550轉/分時，機械超速保護動作，主汽門、調速汽門關閉，小機跳閘。
      在超速試驗過程中，可根據小機運行情況進行人為干預，點擊“取消”按鈕，MEH自動將目標轉速設定在當前轉速，速率為試驗前的速率。

 
圖三   控制原理

      6、主汽門活動試驗
      點擊“主汽門活動試驗”按鈕，在彈出窗口圖中點擊“主汽門半關試驗”按鈕，主汽門開始關小，當主汽門關小到一半后，自動恢復到主汽門全開。
      在試驗過程中，可進行人為干預，點擊“取消”按鈕，“主汽門半關試驗”結束，自動恢復開啟。
      7、仿真試驗
      點擊“仿真試驗”按鈕，在彈出窗口圖中點擊“投入“按鈕，“仿真試驗”光字亮，小機MEH進入仿真功能，可模擬進行小機啟動、升速以及各項試驗。
     “仿真試驗”投入條件：小機未掛閘當仿真試驗投入時，操作員在MEH畫面上點擊“小機掛閘”按鈕，在弾出窗口圖中點擊“掛閘確認”按鈕，“小機掛閘”光字亮，掛閘線圈帶電，建立安全油壓，同時主汽門開啟后，“啟動允許”光字亮?！皢釉试S”光字不亮，下一步的升速操作將無效。當主汽門全關或者存在小機跳閘的條件或者安全油壓低任一條件具備時，“啟動允許”光字變暗，即不允許啟動小機。

 
圖四  仿真投入條件

      五、改造后的效果 
      1 MEH系統(tǒng)
      汽動給水泵啟動時MEH系統(tǒng)實現了自動升速的控制的控制功能，當轉速超過3000轉/分時，MEH系統(tǒng)接受來自鍋爐給水自動控制系統(tǒng)的指令，實現對給水泵汽輪機轉速的自動控制。
      2 小汽機安全監(jiān)測系統(tǒng)（TSI）
     小汽機安全監(jiān)測系統(tǒng)為小汽輪機安全啟停及穩(wěn)定運行過程中對重要監(jiān)視參數轉速、振動及串軸提供了準確可靠的監(jiān)測數據。
3 汽輪機危急保護系統(tǒng)（ETS）
    （1）可以實現小汽輪機設置的所有保護功能。
    （2）實現了汽動給水泵跳后聯(lián)啟電動泵的聯(lián)鎖
    （3）實現了主機聯(lián)跳小機的保護功能。
      六、 效益分析
      #4機組汽動給水泵投運以來，自動投入率100%，保護投入率100%，提高了汽動給水泵的自動化水平，保證了汽動泵的長周期穩(wěn)定運行。經投運前后分別在負荷140MW和180MW做了指標分析對比，單機降低廠用電2.45%-2.07%，煤耗總體下降值為1.06-1.56 g/kwh，年節(jié)約燃煤約1226-1577噸,全年節(jié)電約2968.7 -3220.6萬KWH,降低成本約954.625-1041.98萬元。（燃煤按280元/噸、電價按0.31元/KWH 計算）
      七、 建議
    （1）在事故工況下，建議鍋爐運行人員可以將MEH切到手動，直接增減調門的閥位指令，以實現快速增減鍋爐給水量的目的。
    （2）我廠汽泵供汽汽源取自四抽，在運行中發(fā)現當調門開度在70%左右時，調門開度再開大，轉速也不變化，可以認為此時調門已經沒有節(jié)流，處于全通流狀態(tài)。建議
      對汽泵供汽汽源改用母管制以滿足系統(tǒng)出力要求，同時也會提高調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

      作者簡介：
      張雪珺：男，內蒙古人，工程師，畢業(yè)于內蒙古工業(yè)大學。從事熱控專業(yè)管理及自動程控
      通訊地址：內蒙古豐鎮(zhèn)發(fā)電廠熱工檢修隊
      聯(lián)系人：張雪珺
      出生年月：1970年6月
      學歷：本科
      畢業(yè)學校：內蒙古工業(yè)大學電力學院
      專業(yè)：電力系統(tǒng)自動化
      研究方向：發(fā)電廠熱工程控、自動化及電廠PLC控制
      電話：13500648069    工作地址：內蒙古豐鎮(zhèn)市豐鎮(zhèn)發(fā)電廠熱工檢修隊