摘要：本文重点介绍了T80透平控制器的特点和控制功能，以及采用“变压运行”控制技术对提高垃圾焚烧电站机组运行经济性和稳定性的作用。

    关键词：透平控制器；变压运行；垃圾焚烧电站

    1 引言

    垃圾焚烧电站汽轮发电机组一般配套的都是中小型汽轮机，而选择大型的数字式电液调节系统（DEH）投资相对较高，针对中小型汽轮机开发的T80透平控制器就成为理想的选择。

    2 T80透平控制器的特点

    T80透平控制器（Turbine Control Module）是杭州和利时自动化有限公司开发的一种适应于小型透平旋转机械的一体化嵌入式控制设备。主要用于小型单抽、纯凝及背压式，热电联产或拖动型透平机械的控制。被控参数主要是机组转速、功率、压力等。透平控制器实时采集机组转速等运行的相关参数，经过适当的反馈调节计算后，通过模出通道输出阀位控制信号，改变调节阀开度，最终维持机组被控参数在规定的范围内。T80配置了多种I/O信号处理电路，包括伺服输出通道和频率信号通道，采用现场可编程控制器实时处理各种I/O信号，CPU可在一个控制周期内通过现场可编程控制器直接并行读写一遍所有I/O信号，控制周期小于30ms，完全满足汽轮机实时控制的要求。

    3 控制对象

    目前垃圾焚烧电站主要采用12MW及以下机组。因垃圾焚烧热值低、供料不稳定、主汽压力、主汽温度控制较难。控制对象内扰较多，这就要求控制系统具有信号综合能力强，能处理复杂控制策略的优点，且具有动态响应快，可靠性高等特点。在机炉协调控制方式的选择上，采用“机跟炉”的方式，以保证主汽压力和主汽温度的稳定。

                        
                                    图1 垃圾焚烧发电12MW汽轮机组 

    4 控制原理

    经T80透平控制器计算出来的阀位给定值与执行机构行程的反馈值经过快速比较运算后，通过伺服控制输出通道送到伺服阀去控制执行机构的行程，最终使执行机构的行程定位在阀位给定值规定的位置上，从改变汽轮机的蒸汽进汽量。其控制原理如图2所示。
 
           
                                      图2 阀位控制原理框图  

    5 系统配置

    5.1 系统组成
                
                                       图3 T80控制原理图   

    • 操作员站：主要完成的是人机接口，运行人员通过操作员站完成正常操作。

    • 控制器：主要实现对所需要的控制信号的采集转换及控制工作。

    • 电液转换器：是伺服控制里最为重要的环节，主要完成的是将电信号转换为可控制的液压信号。

    • 油动机：最终液压的执行机构。通过机械杠杆、提板、弹簧等机械连接实现对汽轮机进入蒸汽的流量控制。从而实现对汽轮机的转速、功率、汽压等最终目标的控制。

    • LVDT（位移传感器）：是油动机行程的实时反馈系统，透平控制器通过它的反馈信号和给定的指令进行比较从而调整输出信号，实现对油动机的稳定快速控制。

    5.2系统配置特点

    • 电液转换器采用直接驱动式电液伺服阀，抗污染能力强、无卡涩，运行稳定。

    • 测速信号采用三选二冗余方式。

    • LVDT采用双冗。

    • 透平控制器为通用化设计。

    6 T80透平控制器应用于垃圾焚烧电站实现的主要功能

    6.1 自动升速控制

    对垃圾焚烧电站的汽轮发电机组，可以控制机组按经验曲线完成升速率设置、暖机、过临界转速区，直到3000r/min定速。操作员可通过修改目标转速、升速率或按转速保持按钮，对升速过程进行控制。

    6.2 自动同期并网

    T80可与自动准同期装置ASS配合，将机组转速调整到电网同步转速，以便迅速完成并网操作。并网时，自动使发电机带上初负荷。

    6.3 压力控制/阀位控制/功率控制

    T80系列透平控制器可以在垃圾焚烧发电站实现压力控制/阀位控制(压控/阀控)二种控制方式。在压控方式下，汽轮机可以根据主蒸汽压力设定值的要求来保证汽轮机入口的机前压力的稳定。在阀控方式下，司机通过主控画面可按增、减按钮改变总阀位给定值，来调整机组负荷。

    实际上，T80系列透平控制器还可以实现功率控制。而在功控方式下，司机通过主控画面可设置目标功率和负荷率，由PID调节器自动控制机组负荷。但是由于垃圾焚烧电站通常都采用“汽机跟踪”运行方式，因此就很少采用功率控制方式。

    6.4 “变压运行”控制

    在垃圾焚烧电站，一般根据垃圾焚烧炉的产汽量，能发多少电就输多少电，这就是垃圾焚烧电站汽轮机一般采用“机跟炉”的“压控”运行方式的原因。

    一般情况下，汽轮机有四个调节阀，为了获得较高的运行效率，最好使调节阀不要工作在节流状态，也就是在油动机控制下，全开前三个阀（第四个阀为超负荷阀，处于关闭状态），以避免产生节流；这时汽机效率最高。垃圾焚烧炉供汽量减少时，如果主汽压仍保持额定值 （主汽压一次给定值），油动机就会关小，第三个调节阀关下来，就会形成节流，产生节流损失。若主汽压力给定值这时也减小，减小到一个适当值 （二次给定值），则第三调门仍可维持在全开位置。此外 降到 需要有个过程，不能太快，否则过热蒸汽到汽轮机末级叶片处，有可能变为饱和蒸汽，造成两相流，危及汽轮机的安全。

    综上所述，T80透平控制器在垃圾焚烧发电厂“变压运行”方式时，主汽压一次给定值 是供汽量的函数，与供汽量成正比关系，由试验获得具体数值，试验标准为在某一定汽量下，所设定的汽压给定值 正好能使三个调节阀全开，第四个阀关闭。  

              

                                      图4 与 关系图  

    6.5试验系统功能

    对于垃圾焚烧电站来说，由于主蒸汽压力、温度会发生大幅度波动，因此为了保护汽轮机的安全，必须设置该功能：

    • 103%超速限制试验：用于检验103%超速限制的动作转速。

    • 超速保护试验：用于检验各超速保护的动作转速。

    • 主汽门严密性试验：检查主汽门严密性。 

    • 高压调节阀严密性试验：检查调门严密性。

    6.6 阀门维修

    阀门维修方式主要用于伺服系统调试。机组在停机状态下，操作员可设置阀位给定值和给定速率，以便调整反馈零位幅值以及动态响应特性。要求油动机控制平稳，动态响应迅速。

    6.7 仿真试验

    培训新运行人员可以在机组投运之前进行仿真培训。而在机组已跳闸时，也可进入仿真方式。在仿真方式下，算法组态中的仿真程序可根据控制系统来的调门开度信号及操作员设置的初始条件，计算出相关的转速、功率、压力等信号，因此可仿真模拟完成上述调节、保护、试验等大部分功能。所以利用此功能，可方便地调试组态软件、培训现场人员。

    7 小结

    （1）因垃圾焚烧热值低、供料不稳定、主汽压力、主汽温度变化大，一般采用“机跟炉”的“压控”运行方式。

    （2）在垃圾焚烧电站，采用“变压运行”控制技术，可以大大提高机组运行的经济性和稳定性。而目前国外有的小型汽轮机控制器，由于开发年代太早而难以实现这种“变压运行”控制技术。

    （3）凭借T80透平控制器的优异控制性能和灵活的控制方案，在垃圾焚烧发电站、生物质发电站、太阳能热发电站以及各种余热利用电站汽轮机控制有着广阔的应用前景。

    作者简介：

    安瑜(1973-),女,河北石家庄人，现就职于江苏龙腾工程设计有限公司，主要从事过程自动化控制及楼宇自控方面的研究。 

    摘自《自动化博览》2011年第五期