试析汽轮机系统中DCS控制技术的应用

【摘要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的机械制造业取得了较大程度上的进步，为我国工业水平以及人民生活水平的提高做出重要贡献。本文主要针对发电机组锅炉和汽轮机的集散型控制系统(dcs) 设计进行一定程度的介绍。目前状况下，我国的汽轮系统应经取得了一定的进步，但仍然存在着一系列的问题，需要将系统进行进一步完善。问题存在于多个方面，主要有对煤气燃料控制、送风量控制、引风控制、给水控制、除氧器控制、过热蒸汽温度控制、高压加热器出水温度调节、凝汽器热井水位调节等。而DSC控制技术蛀牙为存在于这些方面的问题提出相应的解决方法。并在此基础之上，对系统进行了一定程度上的安全设置，对其进行了连锁保护。这样一来，就可以对相应的系统进行有效的保障，使其能够正常、安全的运行。

【关键词】汽轮机系统；DCS；集散型控制系统

1.设计思路

在汽轮机系统之中，汽轮发电机作为负载，对蒸汽的温度以及压力提出了较高的要求。如果无法对其进行有效的控制，则很有可能会造成汽轮发电机出现损坏现象或者促使其工作效率出现一定程度上的降低。为了对这一问题进行合理有效的解决，通常在设计之中进行对于燃烧自动调节系统的设置，主要情况如下：

①对进炉煤气量进行自动调节控制,维持蒸汽压力在额定要求的90%～104% 范围之内。

②系统根据炉内含氧量测量仪表测量到的烟气含氧量对送风机、引风机(变频调速)进行自动调节,确保在负荷变化时,烟气含氧量在2%～4%、炉膛负压在10～20Pa(煤气压力低于3000Pa时,炉膛负压控制值为20～30Pa)。

1.1汽轮机发电系统

高压加热器出水温度调节系统:根据高压加热器出口水的温度,调节加热蒸汽量的大小,使进锅炉汽包的水温恒为160℃。凝汽器热井水水位调节系统:根据凝汽器上的水位,调节排水量的大小,使凝汽器上的水位保持稳定。如果工艺设备(需相关的控制阀门)能满足相应要求,则能完成轴封压力、高加和低加水位、减温减压装置出口压力和出口温度的控制要求。

1.2系统联锁保护功能设置

①引风机断电时,自动切断送风机电源和燃气供应。

②送风机断电时,自动切断燃气供应。

③压力低于1 500Pa时,自动切断燃气供应。

④蒸汽压力大于3.7MPa时,则启动联锁停炉程序。

⑤锅筒水位低于中间位置50mm时,发出低水位报警, 低于中间位置150mm时,且供水泵已全速运转(或进水阀已全开)了,则启动联锁停炉程序。

⑥在煤气管路水封处,增加2个电磁阀,当煤气压力低于安全值,或突然停电等原因,则自动开启煤气管路上的水封进水电磁阀,而压力正常后,自动打开排水电磁阀,恢复煤气通路,确保安全生产。

2.发电机组锅炉和汽轮机系统的控制配置

2.1 DCS控制配置设计思路

①DCS的I/O模块都选用DC24V供电,而且I/O模块的各通道都通过继电器隔离后才去控制受控制设备(如电磁阀、接触器的线圈),以保证系统安全可靠。

②DCS的I/O模块都按带电热拔插设计,每个I/O模块都安装在SM热插拔底板模块(6ES7195-7HB00-0XA0)上,更换任一个I/O模块时都不会影响其他模块的正常工作。

③I/O模块的每一个通道都采用光电隔离。

④每个AI信号的开路和短路故障都能被检测出来并给出报警信号至人机界面。

⑤对热电阻输入信号,通过四线制连接,模板可以通过端子IC+和IC-提供恒定电流以补偿测量电缆中产生的电压降。

2.2配电系统设计思路

①控制回路的电源采用长延时的UPS供电,保证在外部突然停电时重要的电磁阀及监控仪表都能正常工作且保护计算机硬盘不损坏。

②控制回路的电源按子系统设置小型空气开关及熔断器, 将短路故障控制在小范围, 既降低了短路故障的直接损失, 也减少了短路故障的查找时间, 增强了生产的安全性。

③控制主站(AS)2个冗余CPU套件的AC220V供电来自不同的回路,不会同时失电。各DCS子系统都有一套冗余的直流稳压电源装置,2个同型号的DC24V稳压电源的AC220V进线来自不同回路,2个稳压电源并联工作,互为备用。

3.DCS控制系统配置示意图

本配置方案是一个高可靠性方案,突出表现在冗余配置方面。

操作站冗余:每个操作站(OS)都挂在100M工业光纤以太网上,任一个OS都可与控制主站(AS)通信,因此每个OS间都是互为冗余的,任一个OS都可替代其他操作站的功能。

供电电源冗余:AS的CPU套件的AC220V供电来自不同的回路,不会同时失电,各DCS子系统都有一套冗余的直流稳压电源装置。

输入信号冗余:冗余输入的热电偶、热电阻、变送器信号接入不同的AI模块。

AS 控制站作为生产工艺区的一个现场控制站,对本区内的生产过程数据采集和控制,并完成对于上层网络的数据传输。

完善的冗余配置,保障了DCS系统的可靠运行,基本可以消除影响生产的故障, 对常规仪表只保留了手操器及几块关键参数的显示表,所有控制、显示、联锁功能全部由DCS控制系统完成。

4.结束语

本文主要针对汽轮机系统中DCS控制技术的应用进行研究与分析。首先，从汽轮机发电系统以及系统联锁保护功能设置两个方面介绍了设计思路。然后在此基础之上阐述了发电机组锅炉和汽轮机系统的控制配置。最后重点分析了DCS控制系统配置示意。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。　[科]

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