1    引言

江蘇宇星工貿(mào)有限公司是年產(chǎn)10萬噸氧化鐵顏料的生產(chǎn)企業(yè)。該企業(yè)工藝裝備生產(chǎn)采用江蘇國信協(xié)聯(lián)能源有限公司熱電聯(lián)產(chǎn)1.3MP蒸汽網(wǎng)50T/h熱源。由于其化工生產(chǎn)過程中，除了三車間干燥機使用少量的1.3MP蒸汽以外，其余車間均使用小于0.6MP的蒸汽，故采用蒸汽降壓措施存在能源的浪費。為此宇星公司自備進(jìn)汽壓力1.3MP、排氣壓力0.65MP的M70型背壓式磁翻板液位計+3000kW發(fā)電機成套差壓熱電項目，合理運用蒸汽熱能梯級利用，又采用蒸汽差壓發(fā)電而節(jié)省電費，節(jié)能降耗，一舉兩得。由此宇星公司還成為孤立電網(wǎng)的特殊用電企業(yè)。

 

2    單機孤網(wǎng)發(fā)電

2.1  孤網(wǎng)運行概念

孤網(wǎng)是孤立電網(wǎng)的簡稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。一般將zui大單機容量小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%的電網(wǎng)，可以稱為大電網(wǎng)；機網(wǎng)容量比大于8%的電網(wǎng)，統(tǒng)稱為小網(wǎng)；而孤立運行的小網(wǎng)，就稱為孤網(wǎng)。孤網(wǎng)可分為以下幾種情況：

（1）網(wǎng)中有幾臺機組并列運行，單機與電網(wǎng)容量之比超過8%，稱為小網(wǎng)。

（2）網(wǎng)中只有一臺機組供電，成為單機帶負(fù)荷。

（3）甩負(fù)荷帶廠用電，稱為孤島運行工況，是單機帶負(fù)荷的一種特例。

 

2.2  單機孤網(wǎng)運行

宇星公司在化工生產(chǎn)過程中，大量運行的空壓機是公司重要的用電負(fù)荷之一。而將這些空壓機分成三組、采用單刀雙擲的雙路電源供電方式，一路采用電網(wǎng)供電，另一路采用背壓汽輪發(fā)電機供電。由于是自備電廠，故采用背壓汽輪發(fā)電機與電網(wǎng)不同期并列的單機孤網(wǎng)運行方式（如圖1所示）。

如果空壓機長期以背壓汽輪發(fā)電機供電為主，這將為企業(yè)節(jié)省大量的電費。

 

2.3  單機孤網(wǎng)運行存在的難題

（1）孤網(wǎng)時汽輪發(fā)電機的電壓、頻率和磁翻板液位計轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，需要根據(jù)負(fù)荷的變化跟蹤變化，因此孤網(wǎng)發(fā)電機供電電源品質(zhì)差、安全系數(shù)低。

（2）在大負(fù)荷變動情況下，對磁翻板液位計轉(zhuǎn)速沖擊很大，如果磁翻板液位計調(diào)速器不能及時控制調(diào)門的開度來調(diào)整進(jìn)汽量，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，會沖垮磁翻板液位計正常工作狀態(tài)，甚至超速將導(dǎo)致磁翻板液位計停機，低速將導(dǎo)致發(fā)電機低周動作解列。

（3）由于宇星生產(chǎn)用汽量大，其分汽缸采用背壓磁翻板液位計抽汽、減溫減壓器和直通旁路三路管道同時供汽方式，因此影響磁翻板液位計轉(zhuǎn)速擾動因素多，除了電負(fù)荷功率的變化以外，還有用汽熱負(fù)荷的排氣壓力、進(jìn)汽源的主汽壓力變化等擾動。

 

當(dāng)電功率突然增加，則引起磁翻板液位計轉(zhuǎn)速突然下降，DEH促使高調(diào)門開大以增加進(jìn)汽量來平衡電功率的增加，維持磁翻板液位計轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分，反之亦然。當(dāng)電功率穩(wěn)定時熱負(fù)荷突然增加，排汽壓力突然降低，則引起磁翻板液位計轉(zhuǎn)速突然下降，DEH促使高調(diào)門開大以增加進(jìn)汽量來平衡熱負(fù)荷的增加，維持磁翻板液位計轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分，反之亦然。當(dāng)電功率穩(wěn)定時主汽壓力突然降低，則引起磁翻板液位計轉(zhuǎn)速突然下降，DEH促使高調(diào)門開大以增加進(jìn)汽量來平衡電功率的穩(wěn)定，維持磁翻板液位計轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分，反之亦然。

 

2.4  孤網(wǎng)運行的特點

孤網(wǎng)運行zui突出的特點，是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，選擇的調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，即一次調(diào)頻功能?？刂频年P(guān)鍵不再是負(fù)荷調(diào)整，而是調(diào)整孤網(wǎng)頻率，使之維持在額定頻率的附近，這種調(diào)整需通過操作調(diào)速系統(tǒng)的給定機構(gòu)來完成，即為二次調(diào)頻。

 

3    SY8100C透平機數(shù)字電液調(diào)節(jié)器的應(yīng)用

3.1  M70型背壓式磁翻板液位計

B1.5-1.3/0.65背壓式磁翻板液位計（M70電調(diào)系列）是淄博市邁特磁翻板液位計公司生產(chǎn)的單級背壓式磁翻板液位計，轉(zhuǎn)子采用一個復(fù)速級葉輪，噴嘴節(jié)圓直徑為1050毫米，該磁翻板液位計配套采用的調(diào)速系統(tǒng)是國際主流的Woodward505數(shù)字式控制器+ CPC電液轉(zhuǎn)換器的低壓透平調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)速為3000 r/min，是利用低溫低壓低壓差的蒸汽作為汽源拖動汽輪發(fā)電機來產(chǎn)生電能，其發(fā)電功率zui高可達(dá)到1500KW。其熱力系統(tǒng)圖如圖2所示。

 

3.2  Woodward505數(shù)字式控制器

（1）Woodward 505E 數(shù)字式調(diào)節(jié)器是美國Woodward公司生產(chǎn)的小機組DEH電調(diào)控制器，在全球應(yīng)用廣泛。505調(diào)節(jié)器接收轉(zhuǎn)速傳感器輸入的轉(zhuǎn)速信號，壓力傳感器輸入的抽汽壓力信號、功率傳感器輸入的電功率信號以及過程控制、輔助控制等回路輸入的控制信號，運算后輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號給電液轉(zhuǎn)換器。電液轉(zhuǎn)換器（CPC）接收調(diào)節(jié)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，輸出與電流信號相對應(yīng)的油壓信號。該油壓信號經(jīng)液壓伺服機構(gòu)放大后，控制油動機活塞移動，通過調(diào)節(jié)杠桿，改變調(diào)節(jié)汽閥的開度，來改變磁翻板液位計各段的進(jìn)汽量，以滿足電負(fù)荷和抽汽熱負(fù)荷的需要。

（2）由于505及其組態(tài)是磁翻板液位計廠家配套、預(yù)先設(shè)定好的，通常會給個書面的組態(tài)表作為文件交個用戶，供用戶通過菜單選擇啟用和關(guān)閉某些功能以完成組態(tài)。

（3）由于本項目采用DCS控制，而Woodward505數(shù)字式控制器為觸摸屏形式，因此不能將505控制器與DCS整合在一起；且505有一個美中不足是操作界面是全英文的，有很多縮寫，顯示屏只顯示兩行內(nèi)容，致使操作人員很難看懂里面的有用信息。

為此我們采用科遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的SY8000C（不帶觸摸屏）透平機數(shù)字電液調(diào)節(jié)器，來代替Woodward505數(shù)字式控制器，與科遠(yuǎn)NT6000系列DCS控制有機結(jié)合在一起，把操作員站與SY8100C通過以太網(wǎng)接口相連，實現(xiàn)了磁翻板液位計DEH的電腦操作員圖形界面的實時控制與操作。

 

3.3  SY8100電液調(diào)節(jié)器的概況

SY8100透平機數(shù)字電液調(diào)節(jié)器是南京科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的一種適應(yīng)于透平機械的一體化嵌入式控制設(shè)備。主要用于小型單抽、純凝、背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)或拖動型透平機械的控制。被控參數(shù)主要是機組轉(zhuǎn)速、功率、壓力等。小型智能透平控制器實時采集機組轉(zhuǎn)速等運行的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計算后，通過伺服信號輸出通道輸出閥位控制信號，改變調(diào)節(jié)閥開度，zui終維持機組被控參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。

 

3.4  SY8100調(diào)節(jié)器構(gòu)成磁翻板液位計控制系統(tǒng)

針對M70型背壓磁翻板液位計，采用SY8100C數(shù)字電液調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)由調(diào)節(jié)、保安油路系統(tǒng)、DEH控制系統(tǒng)組成（如圖3所示）。

 

（1）磁翻板液位計調(diào)節(jié)、保安油路系統(tǒng)：磁翻板液位計主油泵出口高壓油壓經(jīng)過一個三通逆止閥后，分成三路：一路去錯油門，提供油動機的動力油；一路去危急遮斷油門、AST磁力斷路油門、軸向位移遮斷器等保護(hù)裝置，形成保安油壓，控制自動主汽門、啟動閥的緊急關(guān)閉，安全停機；一路經(jīng)一個專用的節(jié)流孔形成脈沖調(diào)節(jié)油壓，脈沖油壓的變化由電液轉(zhuǎn)換器CPC控制壓力變換器來調(diào)節(jié)，變化的脈沖油壓促使錯油門的上下移動，從而控制油動機帶動高調(diào)門上下移動，控制進(jìn)汽量的變化，同時在油動機處有反饋油口，防止油動機過調(diào)。

（2）磁翻板液位計DEH控制系統(tǒng)：SY8100C數(shù)字電液調(diào)節(jié)器接受人機接口發(fā)出的增、減指令，采集磁翻板液位計的轉(zhuǎn)速、功率、壓力信號以及過程控制中的各種控制信號，與參數(shù)設(shè)定值比較，經(jīng)PID解算后輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號給電液轉(zhuǎn)換器CPC，從而改變調(diào)節(jié)閥開度，實現(xiàn)磁翻板液位計的DEH控制。

 

同時SY8100C數(shù)字電液調(diào)節(jié)器通過以太網(wǎng)與科遠(yuǎn)NT6000系列的DCS控制系統(tǒng)、操作員電腦進(jìn)行通訊連接，構(gòu)成對整個汽輪發(fā)電機組的DCS控制。

 

3.5  SY8100調(diào)節(jié)器的孤網(wǎng)控制策略

（1）對于并網(wǎng)機組，SY8100調(diào)節(jié)器通常采用功率控制或背壓控制方式。由于機組并網(wǎng)，則磁翻板液位計的轉(zhuǎn)速則穩(wěn)定不變，因此當(dāng)電功率可控時則熱負(fù)荷不可調(diào)整，當(dāng)熱負(fù)荷可控時則電功率不可調(diào)整，故被控參數(shù)單一就易于控制。

（2）對于孤網(wǎng)機組，由于機組不并網(wǎng)，則磁翻板液位計的轉(zhuǎn)速則不穩(wěn)定、變化，電功率、熱負(fù)荷排汽壓力也均不可調(diào)整，唯有轉(zhuǎn)速可控，因此SY8100調(diào)節(jié)器采用孤網(wǎng)控制方式，其實質(zhì)是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，采用基于頻率偏差的一次調(diào)頻運算和二次調(diào)頻運算單元，來維持磁翻板液位計轉(zhuǎn)速在3000r/min左右運行。SY8100調(diào)節(jié)器的孤網(wǎng)控制策略框圖如圖4所示。

 

（3）對實際測量轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行加法運算得到轉(zhuǎn)速（頻率）偏差信號，將轉(zhuǎn)速偏差信號進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI1調(diào)節(jié)器運算后得到一次調(diào)頻值。

（4）對實際測量轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行加法運算得到轉(zhuǎn)速（頻率）偏差信號，將頻率偏差信號與實際測量功率、給定功率進(jìn)行加法運算得到功率偏差信號，將功率偏差信號進(jìn)行孤網(wǎng)PI調(diào)節(jié)器運算后得到二次調(diào)頻值。

（5）將一次調(diào)頻值、二次調(diào)頻值進(jìn)行加法運算得到多回路閥位給定輸出信號，該閥位輸出信號與油動機LVDT行程信號進(jìn)行加法運算經(jīng)轉(zhuǎn)速PI2調(diào)節(jié)器運算處理，zui終輸出維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定所需要的閥位指令給伺服控制模塊，通過伺服控制模塊控制電液伺服閥驅(qū)動油動機，帶動高調(diào)閥運動，進(jìn)而控制磁翻板液位計進(jìn)汽量以維持汽輪發(fā)電機組出力和所接待負(fù)荷相平衡。

（6）為防止OPC反復(fù)動作而被迫停機的發(fā)生，取消103%超速OPC功能。