转炉螺杆发电控制系统研究

马云鹏

摘 要：转炉炼钢会产生大量的低品位蒸汽，将这些蒸汽通入螺杆动力机进行发电，可以对这些蒸汽进行有效的利用，避免能源的浪费。本文以900kW发电机组为例对螺杆发电的控制系统进行了详细的说明。

关键词：螺杆机；发电机；控制系统；PLC；并网

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.152

1 螺杆发电工艺流程

从转炉蓄热器出来的饱和蒸汽通过蒸汽管道进入到螺杆动力机，推动动力机做功，带动发电机进行发电。发出的低压电经并网柜并入到生产低压网络。蒸汽管道上装有切断阀和调节阀，用于控制蒸汽管道的通断和调节进入到螺杆动力机的蒸汽量的大小，从而实现发电机的恒功率控制。

2 螺杆发电控制系统组成

螺杆发电的控制系统主要由以下几个部分组成：

（1）电气仪表柜：柜内主要装有断路器、继电器、西门子300PLC、总线桥、隔离器等，柜子的前端装有WEINVIEW触摸屏和控制按钮、指示灯等。西门子300PLC主要负责整套设备电气系统的逻辑控制，触摸屏负责实现人机对话，实现对现场设备的控制、参数的修改以及历史趋势的查询等。控制按钮，负责对现场设备的手动控制。

（2）现场仪表：主要有气动切断阀、电动调节阀、热电阻、流量计、压力表等。

（3）并网柜：主要由ABB调压板、国电南自PSM694U、电压表、频率表、同步表等组成，连接发电机与低压电网，用于发电机的电压调整和自动同步检测，发电机故障报警，并网的手自动控制。

3 螺杆发电控制方式

3.1 开机操作

开机操作前需要进行暖机操作，暖机操作时的阀门设定值为17%，将控制柜面板上“手动/自动”开关切换到“手动方式”，按下“开阀门”按钮，这时调节阀会缓慢的打开，当达到预设值时停止，发电机组的转速接近200r/min左右，运行15min。在此期间内，电动机若无振动过大、声音异常等故障，则可以进行开机操作。

开机操作分为手动和自动两种模式。手动模式是通过电气仪表柜前面板上的控制按钮实现的，持续按下“开阀门”按钮，控制电动调节阀缓慢的打开，使转炉蒸汽通过管道进入到螺杆机，推动螺杆机转子转动，当转速达到750r/min后，稳定运行10min。然后再次按下“开阀门”，控制调节阀继续打开，使螺杆机转速达到1500r/min左右，运行10min。期间需要密切关注螺杆机与发电机是否运行正常，如发现异常需立即进行停机操作。系统一切正常后，加大调节阀开度，使的动力机转速到达额定转速2272r/min，并持续运行。

在自动模式下，将开机操作分为三个阶段：一段开机操作、二段开机操作和额定状态操作。首先需要在控制面板上将开机操作选为“自动模式”，然后按下电气仪表柜前面板上的“开机”按钮，进入一段开机操作阶段。设定一段开機阶段的目标转速为750r/min，当达到此转速后不需要人为干预只需等待10分钟系统可自动进入二段开机阶段。另外，为了满足一些特殊情况的需要，控制系统也做出了一些妥协，当转速达到一段开机的目标转速无故障运行10s后，也可以人为再次按下“开机”按钮，提前进入二段开机阶段。设定二段开机阶段的转速控制目标值是1500 r/min。当达到此设定转速后等待10min系统会自动进入额定状态阶段；同样也可以当转速达到二段开机的目标转速无故障运行10s后，也可以人为再次按下“开机”按钮，提前进入额定状态阶段。额定状态阶段的转速控制目标值是2272转/分。

3.2 合闸并网操作

合闸并网需满足以下条件：

（1）发电机转速的变化范围为2272±20 r/min；

（2）综保及多功能电量器上的频率值为50±0.5Hz；

（3）发电电压达到400V左右。

当同时满足以上三个条件后，可以将并网控制柜前端的“单机/并网”转换开关打到“并网”位。

合闸操作也有两种模式：手动、自动。手动模式下进行并网操作，需仔细观察并网柜上的同步表，同步表的状态指示灯会顺时针缓慢旋转，当旋转到顶部绿灯区且且最中间的绿色指示灯（同步位置）亮起时，需要迅速的按下并网柜上的“合闸”按钮，速度一定要快，否则可能并网不成功。若出现故障，如因逆功率.过电流等原因分闸，系统自动回归到额定状态运行阶段，操作员可以择机再次合闸并网。自动模式下，合闸并网不需要人为手动干预，当满足并网条件后系统会自动的需要合适的并网点并进行合闸并网，若一次并网不成功，还会自动进行第二次并网，直至并网成功。合闸并网成功后，PLC采用PID算法按照事先选定的控制方式自动控制调节阀的开度，保证控制目标值的输出，满足实际生产的需要。

3.3 停机操作

当设备出现异常或需要正常停机操作时，需要按下电气仪表控制柜前端的“停机”按钮，这时系统会进行停机操作。首先控制系统会逐渐减小调节阀的开度值，使得进入动力机的蒸汽量不断减小，发电机转速慢慢降低，当发电转速降至0r/min或功率降至0 kW时，PLC会向并网柜发出“分闸”信号，断开发电机与并网柜的连接，最终使发电机与电网解裂。PLC会向并网柜发出“分闸”信号的同时，调节阀的开度设定值为零，控制调节阀关闭。如果需要长时间停机时需要关闭管道上的气动切断阀和手阀。当调节阀完全关闭后，系统自动计时，60min后自动关闭油泵。当油泵关闭后，切断所有用电设备电源，停机完毕。

3.4 系统运行控制方式

系统正常运行后，其控制方法有两种：恒转速控制、恒功率控制。

（1）恒转速控制：调速控制系统主要通过PLC的PID运算，输出的4～20mA的电流信号控制阀门开度，从而进行调节控制，通过调节阀门开度，调整进汽量的大小，从而达到控制调节动力机的转速的目的，减少或增加动力机做功能力。

（2）恒功率控制：并网后，控制系统采用PID控制方式，通过控制调节阀开度的大小，从而控制进入动力机做功的蒸汽量的大小，保证发电机的数据功率的一定的。

4 结语

改造后，不仅实现了更为合理的阶段控制，节省了电能，而且启动电流小，较少了风机启动时对电网的冲击，并且由于在变频器出现故障后可以手动的切换到工频运行，是系统运行的稳定性更加可靠。

参考文献：

[1]霍天军.浅析螺杆发电机在邯钢自备电厂的应用[J].中国科技纵横，2014（15）：155，157.

[2]帅博.济钢球团螺杆蒸汽发电优化增效措施[J].科技与企业，2013（09）：321.