PK150调速系统的变负荷控制和保护

摘要：文章介绍了基于PK150调速器的汽轮机组在变负荷场合中调速系统与保护系统的设计原理、方法和调试过程，解决了汽轮机在各种负荷下的调速和保护的问题。

关键词：PK150 DEH调速系统ETS危急遮断系统 变负荷

1. 概述

PK150数字式调速器是美国WOODWARD公司推出的505简化版。与505相比,它既有505优越的调速性能和灵活的组态设置，又具有经济实用的特点。因此，它广泛应用于制糖业的甘蔗撕解机控制系统。

甘蔗撕解机在运行过程中，由于进料（甘蔗）的不均匀，拖动撕解机的汽轮机的负荷波动比较频繁。虽然汽轮机DEH系统经过PK150的PID调整能很好的响应小范围的负荷波动，但是对于极端工况（如进料堵塞），PK150调速器不能很快的控制汽轮机的速度，有可能造成冲坏汽轮机叶片或者飞车的危险。因此，对于极端工况下的保护必须由DEH系统和ETS系统共同作用来保护机组的安全运行。

2. 设计原理和判断方法

拖动撕解机的汽轮机在运行过程中，有三种状态：一、负荷随进料量的而小范围波动。二、在进料突然消失情况下处于甩负荷状态，该状态下汽轮机的转速不应高于额定转速的103%。三、在进料堵塞情况下处于过负荷状态，该状态只能持续较短时间，否则应停机。

第一种状态可以通过调整PK150的PI值，使转速在负荷小范围波动时仍能满足稳定的转速，一般要求在额定转速波动正负10转以内；第二种状态通过组态PK150的输出继电器在转速到达额定转速的103%时动作，使汽轮机的电气加速器动作，泄去电液转换器的二次油压，从而使调节阀关闭，达到快速降低汽轮机转速的目的。当转速低于额定的103%以下时，重新恢复PK150的PID控制；第三种状态下，判断汽轮机过载的方法：当汽轮机调节阀开度达到100%，而此时的实际速度却由额定速度大幅度降低，即可认为汽轮机过载。当汽轮机处于过载状态10~20秒后，过载信号仍保持，ETS危急遮断系统应发出跳闸信号。

3. DEH系统和ETS系统原理及设置

DEH调速系统原理

PK150转速器接收从2个MPU的转速信号,进行高选处理后，将转速频率信号变换为电压信号。PID控制放大器将该电压信号与转速基准给定值进行比较并输出4~20mA信号至电液转换器，电液转换器输出与输入电流信号相对应的调节信号油压，液压信号经过放大，分别通过二次脉冲油控制高压油动机活塞移动，通过调节杠杆改变调节汽阀的开度，调整汽轮机进汽量，满足拖动负荷的需要。控制原理图如图1所示。

图1 控制原理图

PK150的设置

甩负荷保护的设置：PK150组态模式下，可编程继电器必须采用选项10（或11）--转速开关或手动阀#1（或#2），并且“使用转速开关功能”必须组态为TURE，才能在运行菜单下设置继电器接通/断开的转速数值。

过负荷保护的设置：由于甩负荷保护中，可编程继电器设置为转速开关功能，而PK150不能同时选用手动阀和转速开关功能。如果手动阀功能和转速开关功能都组态为TURE，那么在继电器选项中选取了选项10或11时，选取的将是手动阀功能。因此，转速大幅度下降的信号使用PK150的可编程继电器的转速开关功能。而过负荷逻辑和调节阀开度信号由ETS危急遮断系统判断。

ETS危急遮断系统原理

汽轮机紧急跳闸保护系统（Emergency Trip System），是汽轮发电机在紧急情况下的安全保护系统。ETS根据汽轮机安全运行的要求，接受就地一次仪表或TSI二次仪表的停机信号，当发生跳闸条件之一时，将使危急遮断电磁阀动作，迫使DEH的控制油泄压而停机。ETS系统与DEH系统是互相联系、相互作用的，共同完成机组控制、监测、安全运行的任务。

ETS系统过负荷逻辑设置

由于电液转换器输出电流信号对应调节阀的开度，因此当ETS系统检测到电液转换器的输出电流达到最大值（即调节阀开度达到100%），同时接收到PK150的实际转速降低信号时判定汽轮机处于过负荷状态。如果该状态持续10~20秒，ETS系统发出停机信号。

调试方法和步骤

PID值的整定

为了獲得过渡过程的快速响应，缓慢地增大比例直到执行机构输出开始摆动，然后，如必要的话调整积分参数使输出稳定。在调整积分时如不能达到稳定，则减小比例设定值。如此反复试凑,直到找到满意的比例设定值和积分设定值。

甩负荷保护的整定

在运行方式下，设定上限转速等于额定值。当汽轮机的速度达到额定值时，同时按下“超速”和“上升”按键，当速度升至103%且电气加速器动作时，同时松开“超速”和“上升”两个按键，观察并整定PK150的继电器接通/断开的转速数值，直至电气加速器动作1到2次就能稳定在额定转速。

过负荷保护的测试

根据过负荷判断方法，可以在现场调试中进行模拟测试。具体方法和步骤如下：

在汽轮机达到额定转速并完成相关的联动调试后，关闭进汽阀门及其旁通阀，此时汽轮机转速会快速下降，PK150的转速开关动作，而调节阀则会打开至全开状态，ETS判断此时为过负荷状态，并输出跳闸信号。

4. 结语

本文介绍了在甘蔗撕解机控制系统中，PK150调速器在各种负荷下的调速和保护的应用。该系统实际应用于泰国友农糖厂的5.5MW汽轮机—甘蔗撕解机组中，经过一年的运行，各项指标均达到设计、使用要求。

5.参考文献

[1]胡念苏．汽轮机设备及系统【M】．中华人民共和国电力出版社．2006.12．

[2]张克肮，沈惠坊．汽轮机技术问答【M】．中华人民共和国石化出版社．2006.6．

[3]吴季兰 汽轮机设备及系统【M】．中华人民共和国电力出版社．1998

6.作者简介

潘梁鹏（1987－），男，广东省电白县人，广州广重企业集团有限公司，主要从事热能动力设备电气设计方面的工作。