基于DCS的汽轮机盘车控制系统分析

黄华煜，高秋海（深能合和电力（河源）有限公司,广东　河源　517000）

基于DCS的汽轮机盘车控制系统分析

黄华煜，高秋海
（深能合和电力（河源）有限公司,广东河源517000）

摘要：本文以某电厂600MW汽轮机的盘车为例，介绍了基于DCS的汽轮机盘车控制系统工作原理，详细分析了盘车的自动启动和停止过程、盘车啮合失败后的手动操作，以及盘车控制逻辑的设计要点。

关键词：汽轮机、盘车、控制

0　引言

广东某电厂汽轮机为哈汽生产的CLN600-25/600/600型超超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式汽轮机，DCS采用ABB北京贝利控制有限公司的Symphony系统。汽轮机盘车装置由日本三菱生产，属于低速盘车装置，盘车转速约3rpm。盘车控制逻辑全部在DCS中实现。

1　控制原理

1.1盘车自动启动过程

当汽轮机转速降至1700rpm时，汽轮机顶轴油泵自动启动，转速降至600rpm时，盘车供油电磁阀打开，向盘车的涡轮、蜗杆及减速齿轮提供润滑油，所有外部允许条件满足。转速降至1rpm以下，TSI来零转速信号，10s后盘车电机点动0.5s同时10s计时开始，计时完成后盘车啮合电磁阀带电，压缩空气进入气缸活塞右侧推动摆动板，试图使盘车啮合小齿轮与盘车大齿轮啮合。若两个齿轮装置完全啮合，啮合限位开关动作，程序发出盘车电机启动指令，盘车开始正常运行；若啮合指令发出10s后，程序未收到啮合限位开关的反馈信号，脱开电磁阀带电动作压缩空气进入气缸活塞左侧，推动摆动板向脱开方向运动，使啮合齿轮最终处于完全脱开位置，程序检测到脱开限位开关到位后，将重新进行啮合的尝试，这个啮合尝试过程在计时器的控制下最多重复三次，如果最终齿轮啮合不成功，程序将终止自动啮合程序，需要进行手动启动盘车的操作。

1.2盘车手动启动操作

当盘车啮合失败后，盘车自动启动程序无法继续进行，需要运行人员进行如下的操作来手动启动盘车装置。

（1）检查所有外部启动允许条件是否全部满足，零转速信号是否正常；

（2）在DCS画面上操作“闭锁”按钮，此操作可闭锁DCS中盘车的自动启动功能，防止运行人员在就地操作盘车啮合手柄时盘车突然启动给操作人员造成伤害。

（3）运行人员再就地操作“点动”按钮（0.5s-1s），盘车电机通过涡轮蜗杆以及减速齿轮带电摆动板上的啮合小齿轮旋转，使小齿轮转动一个角度，然后向上推动操作手柄使啮合小齿轮与盘车大齿轮尝试啮合，可重复点动和向上推手柄的操作直至啮合成功。

（4）啮合成功后，运行操作员在DCS画面上操作“复位”按钮取消闭锁，再操作“启动”按钮，程序检测到完全啮合的限位开关反馈信号，啮合电磁阀带电，同时发出盘车电机启动信号，盘车装置就进入正常运行状态。

1.3盘车自动停止过程

首先，机组冲转条件全部具备后，运行人员进行汽轮机冲转操作，汽轮机开始升速。当转速开始上升超过设定值（15rpm）时，DEH升速指令会导致啮合电磁阀失电，气缸的活塞处于自由状态，转速进一步升高，啮合小齿轮会受到向上的力矩而脱离啮合位置，啮合限位开关释放，程序检测到盘车“完全啮合”信号置零，啮合电磁阀立即失电，啮合气缸的活塞右侧失气，同时控制脱开电磁阀带电动作5s，气缸左侧进气，啮合气缸活塞杆往右侧运动，推动摆动板远离啮合位置，使啮合小齿轮完全脱开，并发出盘车停止指令，盘车电机立即停止运行。

2　控制逻辑设计要点

2.1盘车操作画面的逻辑实现

盘车相关控制设备工作正常的情况下，盘车都在自动状态下工作，无需进行任何手动操作。当盘车啮合失败或发生其它故障，就需要一些手动操作接口。盘车操作画面的逻辑共设计了5个操作按钮：启动、停止、闭锁、复位和确认。按照盘车生产厂家的图纸，闭锁和复位信号是由实体按键产生DI信号进入控制程序，用于盘车装置啮合失败时，用于就地手动啮合盘车装置，但厂家并未提供相关的设计图纸和操作设备。为了实现盘车控制程序的闭锁和复位功能，在盘车操作画面上设计了闭锁和复位按钮取代了实体按键，软按钮在操作的方便性上不如实体按键，但在控制功能上完全相同。为避免误操作，运行人员操作了启动、停止、闭锁或复位按钮后，还需点击确认按钮进行确认。此外，所有操作按键均为脉冲信号，不带自保持功能。为实现“闭锁”信号的保持功能，利用RS触发器保持“闭锁”按钮的操作，禁止盘车自动启动，同时激活就地盘车点动按钮。运行人员即可去就地进行点动盘车电机和手动啮合盘车装置的相关操作。

2.2DEH升速指令的设计

盘车装置运行过程中，盘车啮合电磁阀一直处于带电状态，这是由此盘车装置的独特机械结构所决定，若盘车工作时啮合电磁阀失电，摆动板在重力的作用下运动，带动啮合小齿轮脱离啮合位置，盘车电机停止运行。中DEH升速指令由“0”变“1”时，啮合电磁阀立即失电，程序控制盘车电机停止运行。在机组开始冲转时，操作员按下DEH画面的“RUN”按键，所有调门全开，直至操作员设定转速目标值并按下“GO”按键时，主汽门才逐步开启进行升速过程。若DEH升速指令直接采用DEH的“RUN”信号，盘车装置会过早脱开，汽轮机将在静止状态下冲转，可能因摩擦力过大造成汽轮机轴瓦的损伤。为避免上述情况出现，DEH升速指令采用DEH中的“RUN”信号逻辑“与”汽轮机转速超过设定值后形成最终的DEH升速指令，其中转速采用来自TSI的转速信号，可以保证低转速测量的准确度。高/低比较功能块的高限设定值为15rpm，此时TSI的转速探头能够稳定检测汽轮机转速，另外延时功能块的使用，可对TSI转速信号进行滤波，可增加此控制回路的可靠性。

3　结论

基于DCS的盘车控制系统取消了传统的盘车就地控制柜，整个控制回路结构简单，工作可靠。经过机组多次启停机的实践表明，此逻辑设计是成功的，盘车的投入和退出过程全部实现自动，完全满足机组控制要求。对于同类型机组的盘车控制功能的设计，具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]胡念苏.汽轮机设备与系统[S].北京：中国电力出版社,2006.

作者简介：黄华煜（1972-），男，湖北人，本科，工程师，主要负责汽轮机控制系统技术管理工作。