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(shù)在#4機組汽動給水泵改造中取得了成功，為同類技術(shù)改造在電廠的應(yīng)用提供參考。
       關(guān)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(shè)計、設(shè)備的選型、自動化水平、保護配置將決定著設(shè)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(chǔ)上設(shè)計應(yīng)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(xiàn)對小汽機進行轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換器，執(zhí)行機構(gòu)選用進口智能一體化的ROTORK（英國）產(chǎn)品，MEH不設(shè)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(shè)計，從而使系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。電液調(diào)節(jié)采用純電調(diào)，供油系統(tǒng)應(yīng)采用具有良好穩(wěn)定性的透平油作為工作介質(zhì)，對調(diào)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(shù)據(jù)公路上，其控制器（DPU）模件按1:1冗余配置， 并設(shè)有SOE功能，系統(tǒng)配置足夠數(shù)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(zhuǎn)換器及單通道隔離；轉(zhuǎn)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(shù)字式電液控制系統(tǒng)（MEH）按協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（MCS）的給水控制信號改變驅(qū)動汽輪機的蒸汽流量，通過控制給水泵汽輪機的轉(zhuǎn)速，使被驅(qū)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(zhuǎn)速從0升至3000轉(zhuǎn)/分。超過3000轉(zhuǎn)/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(jù)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(zhuǎn)速。控制精度為±1‰。
       2.4 MEH系統(tǒng)內(nèi)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(dǎo)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(zhuǎn)速控制范圍：不小于10%NH～120%NH(NH為給水泵最高工作轉(zhuǎn)速)
          •轉(zhuǎn)速控制精度： ＜0.1%NH
          •轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(yù)先設(shè)定的升速率自動地將汽輪機轉(zhuǎn)速自最低轉(zhuǎn)速一直提升到目標轉(zhuǎn)速。
     （2）給水泵轉(zhuǎn)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(xiàn)給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速的自動控制。
     （3）聯(lián)鎖保護：MEH系統(tǒng)設(shè)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(guān)閉，MEH系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(yù)期動作的系統(tǒng)內(nèi)部故障（如電源、通訊、控制器、模塊故障等）。
     （7）在遙控轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速自動控制。
     （8）系統(tǒng)在手動操作進行切換、兩個轉(zhuǎn)速通道均故障、汽輪機跳閘、調(diào)節(jié)閥通訊出錯、主汽門未打開的情況下將進入手動轉(zhuǎn)速控制方式（軟手操），在手動轉(zhuǎn)速控制方式下，由操作員通過操作員站，轉(zhuǎn)速增、減操作，控制調(diào)速閥的開關(guān)位置。
     （9）MEH系統(tǒng)設(shè)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(yīng)采用具有良好穩(wěn)定性的透平油作為工作介質(zhì)，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(yīng)影響整個系統(tǒng)的工作，單一故障不應(yīng)導(dǎo)致保護系統(tǒng)誤動作或拒動作，單一故障不應(yīng)造成運行給水泵的停運，同時不應(yīng)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(yīng)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(shè)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(guān)量報警信號，監(jiān)測項目包括汽機軸振動、轉(zhuǎn)速、軸向位移。TSI測量裝置采用MMS6000 系列產(chǎn)品。
3.2用于小汽機就地轉(zhuǎn)速顯示、控制室轉(zhuǎn)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(shè)置，其中超速保護的傳感器按三重冗余設(shè)置，
3.3 小汽機軸向位移傳感器系統(tǒng)設(shè)置二套，以滿足重要參數(shù)二取一的選擇原則。
       3.4 小汽機保護和跳閘系統(tǒng)（ETS）設(shè)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(shù)采取了三取二的原則。
       3.5 潤滑油壓低時設(shè)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(shè)置了壓力、溫度、振動等測點，轉(zhuǎn)機的啟停、電動門的開關(guān)均實現(xiàn)遠程/就地切換控制。
       2 汽動給水泵組保護配置：泵組保護設(shè)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(shè)置：主機主保護動作、AST動作、OPC動作均設(shè)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(shè)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(guān)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(guān)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(fù)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(shè)定”按鈕，在弾出窗口圖中通過點擊閥位增減按鈕進行調(diào)速汽門開大或關(guān)小，從而控制小機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速和升速率進行設(shè)定操作，然后點擊“轉(zhuǎn)速目標設(shè)定”按鈕，在弾出窗口圖中通過點擊目標轉(zhuǎn)速和升速率增減按鈕進行目標轉(zhuǎn)速和升速率選擇，然后點擊窗口圖中對應(yīng)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(zhuǎn)速，當小機轉(zhuǎn)速達到1800轉(zhuǎn)/分時進入臨界區(qū)，“沖臨界”指示燈亮，MEH自動將升速率設(shè)定為1200轉(zhuǎn)/分，當小機轉(zhuǎn)速達到3000轉(zhuǎn)/分后，“沖臨界”指示燈滅，沖臨界結(jié)束，MEH自動將升速率設(shè)定到原來給定的升速率。
      C.遙控方式：當小機轉(zhuǎn)速達到3000轉(zhuǎn)/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(cè)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(zhuǎn)速，小機轉(zhuǎn)速自動以300轉(zhuǎn)/分速率進行升降轉(zhuǎn)速到遙控目標轉(zhuǎn)速。 
      遙控目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速偏差大于500轉(zhuǎn)/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(zhuǎn)速保持/取消保持
      在小機升速過程中，點擊“轉(zhuǎn)速保持”按鈕，小機轉(zhuǎn)速立即就保持到當前轉(zhuǎn)速下，點擊“取消保持”按鈕，小機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)/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(zhuǎn)速設(shè)定在5460轉(zhuǎn)/分，自動以100轉(zhuǎn)/分的升速率進行升速，當小機轉(zhuǎn)速達到5450轉(zhuǎn)/分時，電氣超速保護動作，主汽門、調(diào)速汽門關(guān)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(zhuǎn)速設(shè)定在5600轉(zhuǎn)/分，自動以100轉(zhuǎn)/分的升速率進行升速，當小機轉(zhuǎn)速達到5450-5550轉(zhuǎn)/分時，機械超速保護動作，主汽門、調(diào)速汽門關(guān)閉，小機跳閘。
      在超速試驗過程中，可根據(jù)小機運行情況進行人為干預(yù)，點擊“取消”按鈕，MEH自動將目標轉(zhuǎn)速設(shè)定在當前轉(zhuǎn)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(guān)試驗”按鈕，主汽門開始關(guān)小，當主汽門關(guān)小到一半后，自動恢復(fù)到主汽門全開。
      在試驗過程中，可進行人為干預(yù)，點擊“取消”按鈕，“主汽門半關(guān)試驗”結(jié)束，自動恢復(fù)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。“啟動允許”光字不亮，下一步的升速操作將無效。當主汽門全關(guān)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(xiàn)了自動升速的控制的控制功能，當轉(zhuǎn)速超過3000轉(zhuǎn)/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(xiàn)對給水泵汽輪機轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)速、振動及串軸提供了準確可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
3 汽輪機危急保護系統(tǒng)（ETS）
    （1）可以實現(xiàn)小汽輪機設(shè)置的所有保護功能。
    （2）實現(xiàn)了汽動給水泵跳后聯(lián)啟電動泵的聯(lián)鎖
    （3）實現(xiàn)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(jīng)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(diào)門的閥位指令，以實現(xiàn)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(xiàn)當調(diào)門開度在70%左右時，調(diào)門開度再開大，轉(zhuǎn)速也不變化，可以認為此時調(diào)門已經(jīng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

      作者簡介：
      張雪珺：男，內(nèi)蒙古人，工程師，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)。從事熱控專業(yè)管理及自動程控
      通訊地址：內(nèi)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(xué)歷：本科
      畢業(yè)學(xué)校：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)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(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市豐鎮(zhèn)發(fā)電廠熱工檢修隊