摘 要：主汽輪機(jī)控制系統(tǒng)是通過自動調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量來控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的設(shè)備。它具有升速控制、閥門切換控制、關(guān)閉所有閥門、調(diào)節(jié)器控制以及快速減負(fù)荷等控制功能。

關(guān)鍵詞：主汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（MTC）；可視化操作平臺（VDU）；控制功能

1 概述

主汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（MTC）是通過自動調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，來控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的設(shè)備。MTC 通過位于主控室的可視化操作平臺（VDU）控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率。MTC 具有升速控制功能、閥門切換控制功能、關(guān)閉所有閥門功能、調(diào)節(jié)器控制功能、調(diào)節(jié)器自動跟蹤器功能、負(fù)荷限制器控制功能、超速保護(hù)（OPC）控制功能、自動負(fù)荷調(diào)節(jié)（ALR）功能以及快速減負(fù)荷（Runback）控制功能等。

2 操作對象

MTC的控制及操作對象是主汽閥（MSV），調(diào)節(jié)閥（GV），再熱主汽閥（RSV）和再熱調(diào)節(jié)閥（ICV）。如圖1所示。

3 控制功能

3.1 升速控制功能

升速控制是通過 MSV控制進(jìn)入高壓汽輪機(jī)的主蒸汽量，按照設(shè)定的升速率，使汽輪機(jī)升速的功能。MSV 的預(yù)啟閥用于升速控制。由于進(jìn)入高壓汽輪機(jī)的主蒸汽量在汽輪機(jī)升速過程中較低，因此，在控制機(jī)組從盤車轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速過程中，使用MSV 的小流量的預(yù)啟閥比使用大流量的GV進(jìn)行升速控制具有更好的效果。

根據(jù)規(guī)程HYG-MTS-GJP-101附件2（汽機(jī)啟動）：在 VDU 操作屏幕上選擇目標(biāo)轉(zhuǎn)速并選定升速率后，通過選擇程序運(yùn)行“GO”，使汽輪機(jī)以選定的升速率升速到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，將自動選擇程序中的“HOLD”，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變?？蛇x的升速率如圖2所示。

汽輪機(jī)是通過控制 MSV的閥位來升速的，MSV的閥位是通過比例反饋來控制的，以便使實(shí)際轉(zhuǎn)速與由目標(biāo)轉(zhuǎn)速和升速率確定的轉(zhuǎn)速參考值一致。由于升速控制是比例控制，會出現(xiàn)控制偏差。因此，在MSV 閥位指令上疊加了作為轉(zhuǎn)速參考值函數(shù)的偏差補(bǔ)償，以盡可能減小轉(zhuǎn)速參考值與實(shí)際轉(zhuǎn)速間的偏差。由于在升速控制期間，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速是由MSV 控制，GV 和ICV 必須全開。因此，在汽輪機(jī)升速前，GV和ICV 應(yīng)通過操作 EH AUTO 逐漸打開。轉(zhuǎn)速控制方式如圖3所示。

由于控制響應(yīng)在升速控制過程中很快，當(dāng)增加積分控制到比例控制中時(shí)，升速控制很容易造成振蕩。因此升速控制均采用比例控制。雖然轉(zhuǎn)速給定值與實(shí)際轉(zhuǎn)速間的控制偏差可通過增大比例控制增益值來降低，但這樣轉(zhuǎn)速控制很容易造成上述的振蕩。因此，作為轉(zhuǎn)速參考值函數(shù)的偏差補(bǔ)償被疊加到 MSV 閥位指令上，以盡可能的減小轉(zhuǎn)速參考值與實(shí)際轉(zhuǎn)速間的偏差。

3.2 關(guān)閉所有閥門的功能

汽輪機(jī)跳閘后，所有的 MSV，GV，RSV 和ICV 均通過打開卸荷閥而迅速關(guān)閉。然而，通過打開卸荷閥來迅速關(guān)閉 MSV，GV，RSV 和ICV 有可能損壞閥座密封面。因此，除了必須采用打開卸荷閥來快速關(guān)閉所有的 MSV，GV，RSV 和ICV 的情況之外，通常利用“關(guān)閉所有閥門”功能，采用降低伺服閥輸入指令的方法來逐漸關(guān)閉MSV，GV 和ICV 以保護(hù)閥座。（例如摩擦檢查或汽輪機(jī)正常停機(jī)操作）

在 VDU 操作屏上選定了“CLOSING ALL VALVES”時(shí)，通過給每個(gè)伺服閥加全關(guān)偏置信號來逐漸關(guān)閉所有的MSV，GV和ICV。由于關(guān)閉所有閥門功能的誤操作會造成嚴(yán)重影響，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)會屏蔽掉“CLOSING ALL VALVES”，防止誤操作。由于所有的 MSV，GV，RSV 和ICV 在汽輪機(jī)跳閘的時(shí)候被全部關(guān)閉，此時(shí)，關(guān)閉所有閥門功能也被自動選擇，以防止在汽輪機(jī)重新復(fù)位時(shí)，所有的MSV， GV 和ICV 被打開。選擇“CLOSING ALL VALVES”時(shí)，所有的 MSV，GV和ICV 全關(guān)，然后“EH AUTO”復(fù)位。當(dāng)選擇“EH AUTO”時(shí)，“CLOSING ALL VALVES”）復(fù)位，準(zhǔn)備進(jìn)行自動控制。

3.3 調(diào)節(jié)器控制功能

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在閥門切換結(jié)束后是由調(diào)節(jié)器控制的。調(diào)節(jié)器控制功能的目的是在并網(wǎng)過程中控制電網(wǎng)頻率（汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)定。GV 閥門位置是由調(diào)節(jié)器的控制功能控制的，以便根據(jù)電網(wǎng)頻率控制汽輪機(jī)輸出。電網(wǎng)頻率（汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速）可通過隨電網(wǎng)頻率改變汽輪機(jī)輸出而穩(wěn)定調(diào)節(jié)。解列期間的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由調(diào)節(jié)器控制功能來控制使其與電網(wǎng)同步。汽輪機(jī)輸出通過調(diào)節(jié)器控制額定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速間的差值按比例調(diào)節(jié)。如果運(yùn)行條件從額定轉(zhuǎn)速工況的 100%負(fù)荷變?yōu)榱阖?fù)荷工況，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速（頻率）將升高。以上所說的轉(zhuǎn)速（頻率）升高的量稱為轉(zhuǎn)速不等量或轉(zhuǎn)速不等率（此后稱為不等率）。不等率是反映調(diào)節(jié)器控制特性的指標(biāo)，如圖4所示。

轉(zhuǎn)速不等率信號是利用圖 8 中所示的不等量劃分的偏差值計(jì)算出的。調(diào)節(jié)器閥位指令是通過將轉(zhuǎn)速不等率信號加上調(diào)節(jié)器設(shè)置值以后的總和計(jì)算出來的。GV 的閥位指令（GVPD）是根據(jù)負(fù)荷限制器的閥位指令和調(diào)節(jié)器閥位指令二者低選來計(jì)算的。負(fù)荷限制器閥位指令以后說明。GV 閥位指令（0-100%）是用于設(shè)置GV 閥門位置以及ICV 閥門位置的參數(shù)，基本與汽輪機(jī)輸出力（0-100%）相對應(yīng)。

由于轉(zhuǎn)速設(shè)定值在并網(wǎng)運(yùn)行前必須能夠改變以利于同步（將發(fā)電機(jī)頻率相位調(diào)節(jié)為電網(wǎng)頻率相位），轉(zhuǎn)速設(shè)定值通過手動可在±6%（1410-1590rpm）范圍內(nèi)變化。1410rpm（-6%）是調(diào)節(jié)器控制低限，1590rpm（+6%）是調(diào)節(jié)器控制的上限。轉(zhuǎn)速變化率從可控制性的角度可在升速率（150，75，50rpm）中選擇。轉(zhuǎn)速設(shè)定值也可由自動同期系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)速設(shè)定值增加/降低脈沖來改變。在并網(wǎng)運(yùn)行期間，為了根據(jù)不等率特性控制負(fù)荷，轉(zhuǎn)速設(shè)定值轉(zhuǎn)換為額定轉(zhuǎn)速，并且汽輪機(jī)出力由調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。當(dāng)電網(wǎng)頻率比額定頻率高時(shí)，調(diào)節(jié)器控制GV閥位減小，這就使得調(diào)節(jié)器閥門有全關(guān)的可能性，汽輪發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱訝顟B(tài)。所謂電動狀態(tài)即：進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽量比發(fā)電所需的蒸汽量少，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)就變?yōu)殡娋W(wǎng)的一個(gè)同步電動機(jī)而處于逆功率運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 調(diào)節(jié)器自動跟蹤功能

調(diào)節(jié)器自動跟蹤功能是指負(fù)荷限制器在一定范圍內(nèi)工作期間， 調(diào)節(jié)器設(shè)定值自動跟蹤負(fù)荷限制器的設(shè)定值。該功能的設(shè)置是為了在電網(wǎng)頻率波動時(shí)通過調(diào)節(jié)器控制裝置關(guān)閉GV。根據(jù)規(guī)程HYG-MTS-GJP-101中附件2（汽機(jī)啟動）第4.2.19步：在汽機(jī)并網(wǎng)并帶上5%的初始負(fù)荷以后，在VDU操作屏上選擇調(diào)節(jié)器自動跟蹤功能后，調(diào)節(jié)器設(shè)定值自動跟蹤負(fù)荷限制器設(shè)定值和跟蹤寬度（10%）的和。當(dāng)電網(wǎng)頻率增加到 50.225Hz 后，由于頻率升高，GV關(guān)小，運(yùn)行模式變?yōu)檎{(diào)節(jié)器控制。（如圖6所示）通過運(yùn)行調(diào)節(jié)器自動跟蹤功能，運(yùn)行模式自動并立即轉(zhuǎn)換為負(fù)荷限制器運(yùn)行。利用調(diào)節(jié)器自動跟蹤功能，可以很容易地從調(diào)節(jié)器控制轉(zhuǎn)換為負(fù)荷限制器控制而不會出現(xiàn)負(fù)荷波動。（如圖7所示）

3.5 負(fù)荷限制控制功能

當(dāng)由于電網(wǎng)頻率波動等引起 GV 閥位指令大幅波動時(shí)，可以通過負(fù)荷限制控制功能限制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量。當(dāng)負(fù)荷限制器閥位指令小于調(diào)節(jié)器指令時(shí)，汽輪機(jī)運(yùn)行模式從調(diào)節(jié)器運(yùn)行模式切換為負(fù)荷限制器運(yùn)行模式。GV 和ICV 閥位由負(fù)荷限制器設(shè)定值予以保持，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，該設(shè)定值可根據(jù)需要更改，而無需考慮電網(wǎng)頻率。如果通過 VDU 操作屏降低負(fù)荷限制器設(shè)定值使得負(fù)荷限制器閥位指令小于調(diào)節(jié)器指令，汽輪機(jī)控制模式自動切換為負(fù)荷限制器運(yùn)行模式，GV 和ICV 閥門位置被保持。汽輪機(jī)運(yùn)行模式也可通過選擇調(diào)節(jié)器自動跟蹤功能很容易地從調(diào)節(jié)器控制切換為負(fù)荷限制器控制。電網(wǎng)頻率（汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速）與 GV 閥位指令間的關(guān)系如圖9所示。

在汽輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)（功能閉鎖）時(shí)，負(fù)荷限制器設(shè)定值自動設(shè)置為下限（-50%），以便徹底安全的關(guān)閉GV。在汽輪機(jī)啟動時(shí)，“CLOSING ALL VALVES”功能將通過“EH AUTO”運(yùn)行復(fù)位，然后通過全開偏置打開GV 和ICV，以便由MSV 執(zhí)行升速控制。同時(shí)，負(fù)荷限制器設(shè)定值設(shè)定為上限（130%），以使GV和ICV 能夠全開。由于解列時(shí)調(diào)節(jié)器設(shè)定值設(shè)定為 0%（等于無負(fù)荷），在解列時(shí)負(fù)荷限制器控制設(shè)定值自動設(shè)定為上限（130%），以便于通過調(diào)節(jié)器控制裝置控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速。（說明：除汽輪機(jī)啟動或解列以外，在選擇“EH AUTO”后，負(fù)荷限制器設(shè)定值可手動更改。目的是在電網(wǎng)低頻的情況下進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)，限制GV 閥位指令的增大。（見圖8）

3.6 超速保護(hù)控制器（OPC）功能

OPC 通過監(jiān)測超速預(yù)感器并快速關(guān)閉GV 和ICV，以防止汽輪機(jī)超速。OPC 根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升和負(fù)荷不平衡間的關(guān)系監(jiān)測汽輪機(jī)超速預(yù)感器。負(fù)荷不平衡根據(jù)汽輪機(jī)出力（低壓缸進(jìn)汽壓力）和發(fā)電機(jī)負(fù)荷之間的差來計(jì)算。OPC 監(jiān)測到汽輪機(jī)可能超速預(yù)時(shí)，兩個(gè)OPC 電磁閥通電，危急跳閘油排出。GV 和ICV 的卸荷閥打開， GV 和ICV 迅速關(guān)閉。

為了抑制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高，保護(hù)汽輪機(jī)，OPC 不僅能快速響應(yīng)而且還需在CPU 發(fā)生故障時(shí)保持工作。因此 OPC 功能不是配置在主汽輪機(jī)控制系統(tǒng)軟件中而是配置在單獨(dú)的硬件模塊中。根據(jù)轉(zhuǎn)速上升和負(fù)荷不平衡之間的關(guān)系，當(dāng) OPC 檢測到超速預(yù)報(bào)時(shí)，OPC動作，防止汽輪機(jī)超速跳閘。如果汽輪機(jī)在負(fù)荷不平衡較低的條件下（30%或以下）不是很快加速時(shí)，OPC 將在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到107.5%或以上時(shí)動作。如果汽輪機(jī)在負(fù)荷不平衡較大的情況下（30%或以上）迅速加速時(shí)，OPC 將在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速函數(shù)和負(fù)荷不平衡函數(shù)之和達(dá)到一個(gè)固定的設(shè)定值時(shí)動作。（參見圖9-（a））。在解列情況下，汽輪機(jī)負(fù)荷較小，汽輪機(jī)容易加速。因此除了上述情況外，OPC 還將在解列情況下如負(fù)荷不平衡超過30%時(shí)動作。（參見圖9-（b））。

3.7 自動負(fù)荷調(diào)解器（ALR）功能

ALR（自動負(fù)荷調(diào)解器）的用途是降低操縱員的操作壓力，ALR 的功能是自動以緩慢的變化率增加或降低負(fù)荷。負(fù)荷目標(biāo)值和負(fù)荷變化率可任意設(shè)置。ALR 增加或降低指令是根據(jù)實(shí)際負(fù)荷與ALR 指令間的差值來計(jì)算的。（參見圖10）通過將ALR 增加或降低指令加在負(fù)荷限制器設(shè)定值上來控制負(fù)荷。當(dāng)選擇 ALR OUT 模式時(shí)，ALR 指令跟蹤實(shí)際負(fù)荷，以便在ALR 模式從切除轉(zhuǎn)換為投入時(shí)不會產(chǎn)生負(fù)荷的波動。由于在選擇ALR 模式切除時(shí)，ALR 指令跟蹤實(shí)際負(fù)荷，實(shí)際負(fù)荷就相當(dāng)于ALR 指令，在ALR 模式從OUT（切除模式）轉(zhuǎn)換為IN（投入模式）時(shí)，ALR 增加或降低指令是從零開始的。因此 ALR 模式由切除轉(zhuǎn)換為投入模式時(shí)負(fù)荷不會有波動。

3.8 快速減負(fù)荷（Runback）控制功能

快速減負(fù)荷控制功能是使負(fù)荷限制器設(shè)定值和調(diào)節(jié)器設(shè)定值按照固定的負(fù)荷變化速率降低。

4 總結(jié)

設(shè)置主汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的目的是為確定汽輪機(jī)蒸汽閥門的開度，包括的功能有：提供汽輪發(fā)電機(jī)控制、試驗(yàn)、保護(hù)、定位汽輪機(jī)截止閥的開度、提供截?cái)嗾羝鞯氖侄?、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的手動及自動控制等。。此外，該系統(tǒng)還提供主汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)測和控制以及負(fù)荷的控制。最后，當(dāng)汽機(jī)發(fā)生超速時(shí)，通過OPC動作抑制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高，保護(hù)汽輪機(jī)。

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