關于汽輪機控制系統的優化設計
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摘 要：火電廠作為電能生產的重要場所，對于具有大容量、高參數的火電機組，汽輪機是其關鍵動力設備，在實際運行中汽輪機表現出了轉速高、熱力參數以及轉速變化范圍大的特點。隨著熱控設備相關技術的不斷發展，汽輪機組在不斷進行自動化改造的過程中，DCS控制技術被廣泛的應用到汽輪機系統中，有效的提高了機組整體的可控性，從而保證機組能夠安全運行以及機爐的協調工作。文章對火電廠中汽輪機控制系統進行了介紹，并分析了汽輪機控制系統中DCS控制技術的應用，探討了DCS控制以及DCS與DEH.ETS間的控制關系。
關鍵詞：汽輪機;控制系統;DCS;DEH;優化設計
中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）17-0088-02
Abstract： As an important place of electric energy production， steam turbine is the key power equipment for thermal power units with large capacity and high parameters. In the actual operation， the steam turbine shows the characteristics of high speed， thermal parameters and wide range of speed variation. With the continuous development of related technology of thermal control equipment， in the process of automatic transformation of steam turbine unit， DCS control technology is widely used in steam turbine system， which effectively improves the controllability of the whole unit， in order to ensure the safe operation of the unit and the coordination of the machine and furnace. In this paper， the steam turbine control system in thermal power plant is introduced， the application of DCS control technology in steam turbine control system is analyzed， and the DCS control and the control relationship between DCS and DEH.ETS are discussed.
Keywords： steam turbine; control system; DCS; DEH; optimization design
引言
汽輪機在傳統的運行狀態下是根據相應的規程來進行的，監控汽輪機運行的狀態，還主要靠運行人員的工作經驗，傳統的控制系統存在一定的缺點，比如調節精度低和自動化程度低，汽輪機在運行的過程中，需要通過采用安全有效的措施進行保護。汽輪機在運行時，轉子轉動產生的負載做功會影響到轉速的變化，凝結水溫度以及真空的變化也會影響到轉速的變化，將DCS控制技術應用在汽輪機系統中，能夠有效的控制和管理汽輪機的運行。
1 DCS控制系統對汽輪機的控制和保護
設計汽輪機DCS控制系統，需要加強汽輪機運行參數的監視，完善相應工作的的記錄，并分析汽輪機組安全運行和在線狀態。在汽機熱工系統中，使用硬接線進行信息傳遞，能夠有效保護熱控系統的相關備件的安全，將計算機高級語言應用在傳感器與控制器的連線和檢測點的分布上，操作和管理DCS系統的相關數據。
1.1 自動控制系統
在汽輪機控制系統中，汽輪機DCS系統中調速系統是主要的功能，通過人機界面相關操作人員可以直接輸入轉速設定值，再經過模擬量輸入模塊的作用，將實際轉速值與轉速設置值進行比較，從而控制汽輪機的轉速。通過利用變頻器控制汽輪機的轉速，將控制水位調節好，并通過上位機對按鈕進行控制，從而使汽輪機設備停止運行。系統工程師通過與DEH系統的人機界面作用，當按下相應的按鈕時，能夠控制汽輪機的閥門控制指令到執行機構的輸出過程，通過操作員的其他控制指令來完成供油系統調節汽輪機各個蒸汽進氣閥的開度。
汽輪機DCS系統的數據采集是進行相應工作的主要依據，通過利用壓力、溫度傳感器和變送器將相應的信號輸入到輸入模塊，計算機會對數據進行相應的存儲和管理，并通過相應的軟件來完成設計工作，實現遠程控制系統的操作。
1.2 緊急跳閘保護系統
通過設置相應的保護措施，當DCS系統設備出現一些問題時，相應的保護措施可以有效的將過載電流導入大地，從而保障控制系統的安全。兩路電源供電相互獨立的，在開關量輸入卡件時，采用跳閘失電跳閘和兩路電源供電兩種動作方式，可以避免出現拒動和誤動的問題。采用失電跳閘的保護方式要對輸出卡件分布設置，各層供電裝置也要保持相互獨立，防止出現汽輪機跳閘保護的拒動和誤動的現象，保障系統的正常運行。
1.3 汽輪機控制算法以及策略組態
通過對控制算法的應用，工程師可以快速的查找到對應的變量位號和操作畫面，通過利用項目樹對程序進行作用，使其變成靈活統一的系統全局數據庫，從而完成策略組態。PC機上運行的生產數據可靠性也比較高，具有廣泛的用途。系統控制中的速度被作為主控參數和干擾因素，當對機械的輸出功率不能夠及時進行調節時，在空載或者滿載的額定轉速下可以保證汽輪機的穩定運行。通過驅動調節進氣調節汽閥的開度，可以對發動機的輸出功率進行調節，通過對功率反饋通道進行調整，可以對控制回路進行改造。 2 基于DCS汽輪機DEH控制系統的工作原理和特征以及結構組成
2.1 基于DCS汽輪機DEH控制系統的工作原理和特征
對汽輪機DEH控制系統而言，其可以說是DCS控制系統的組成部分，DEH控制系統使用電驅動油動機來控制閥門開度，專門被用于調節汽輪機的轉速，并讓汽輪機的轉速處于一種穩定的狀態。汽輪機DCS控制系統是通過使用自動數字調節系統，發出調節指令相關的電信號，電液轉換器在接收到相應的信號后，能夠將油動機的液壓缸和高壓油進行連通，從而驅動油動機運行并進行相應的調節，當調節的要求達到時，系統的反饋裝置會做出反應自動停止調節過程。
與汽輪機DCS控制系統相比，DEH控制系統具有一定的優越性，表現為數字系統的靈活性、模擬系統具有的快速性和液壓系統的可靠性。通過運用DEH控制系統，可以提高高、中壓調門的控制精度，并提高整個機組的控制水平，從而保障汽輪機能夠正常運行。
2.2 基于DCS控制系統的汽輪機DEH控制系統的結構
汽輪機DEH控制系統主要由計算機控制部分和EH液壓執行機構組成，其中又可以分為調節系統和保安系統兩個部分。
2.2.1 調節系統
調節系統能夠獲取系統所需的靜態特征，并保證汽輪機組能夠穩定運行。根據系統組成環節的功能的不同，調解系統又可以分為控制器和執行器，其中執行系統控制策略相關運算操作的是控制器，而執行器主要是根據控制器的運算結果，對相應的調節機構進行驅動和定位。
2.2.2 保安系統
在汽輪機組運行的過程中，如果發生相應的安全狀況時，保安系統可以維護機組的運行安全。在汽輪機DEH控制系統中，保安系統是至關重要的部件，在保安系統的組成中，主要包括急速保護系統、危急遮斷系統和各種試驗系統。
3 汽輪機DEH控制系統的優化
3.1 對閥門管理的優化
閥門管理在控制系統中具有重要的作用，相關操作人員通過相應的操作，可以將系統調節器輸出的相應控制信號，轉換成對應的閥門開度的請求值，并根據相應的要求實現單閥和順序閥控制方式之間的切換。對于閥門管理進行優化可以從以下幾個方面進行。
?。?）閥門控制的設計根據汽輪機實際運行的要求，可以設計為單閥控制和多閥控制等控制方式。單閥控制對高壓閥門進行節流管理，一般采用冷態啟動或者是帶基本負荷運行的方式;多閥控制方式采用機組帶部分負荷運行，并只要求部分進汽。
?。?）汽輪機在運行時是通過軟件系統來對閥門進行管
理，結合相應的控制方式，設計出單閥和多閥兩種控制程序。閥門管理程序接收的控制信號是流量，所以還要通過利用相應的程序計算，把汽輪機的蒸汽流量轉換成對應的閥門開度。在閥門管理中，還可以將相應的控制按鈕集中在操作臺，相關人員只需要通過控制相應的控制按鈕，就可以完成單、多閥控制方式的切換。
3.2 對電源系統進行優化
電源系統的優化可以采用更換質量相對可靠的新型電源和改進系統的供電方式兩種方法進行，更換新型電源能夠延長供電過程中的平均無故障時間，保證系統運行的可靠性;對系統的供電方式進行改進，對MPS卡使用其他更為可靠的電源進行供電，在一定程度上，不僅能夠減輕電源的負擔，也對提高MPS卡供電的可靠性和穩定性具有重要的作用。更換MPS卡并改用220V交流的供電方式，是進行電源優化的有效方式。
3.3 對掛閘系統進行優化
掛閘系統作為汽輪機控制系統中最基本的應用，其能否正常運行，對汽輪機運行的安全經濟性具有直接的影響。掛閘系統的優化可以從下面的方式來進行：通過加強掛閘系統中油系統的清洗工作，加強透平油體外循環，從而提高油質的清潔度，避免使掛閘系統出現異常的問題;對掛閘系統邏輯設計進行修改能夠適當的延長調整復位電磁閥的帶電復位時間，從而保證危急遮斷器滑閥能夠有充足的時間到達上止點。
3.4 對調節系統進行優化
對調節系統進行優化可以實現對汽輪機DEH控制系統功能的優化。調節系統的優化可以從以下幾個方面入手：使用純電調式的數字式控制器，對系統中的控制器進行相應的調節;對系統的供油進行優化可以利用低壓的透平油，這時只需使用系統機組的供油系統就可以完成;可以使用位移傳感器的反饋回路對于系統中油動機的位置進行調整，減少伺服系統的遲緩率，提高其定位精確度，同時也能夠提高汽輪機控制系統的穩定性。
4 結束語
綜上所述，隨著社會經濟和科學技術的快速發展，汽輪機DCS控制系統也得到相應的發展，而汽輪機DEH控制系統在社會領域中也得到了普遍的應用。結合汽輪機實際的應用情況，不斷優化汽輪機相應的控制系統，提高系統的安全性和穩定性，保證汽輪機機組的穩定運行，從而促進電力生產領域的不斷發展。
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