505电子调速器

广州乙烯装置是由国外公司负责承包建设的150kt/a乙烯装置，它的三大压缩机组即裂解气，丙烯制冷，乙烯制冷压缩机及蒸汽驱动透平的控制使用的是先进的压缩机控制系统和透平转速控制系统，其中压缩机控制采用的是美国压缩机控制公司的3C系列防喘振控制器，而透平转速则采用美国伍德瓦特公司的505E电子调速器进行控制。1WOODWARD电子调速器1.1伍德瓦特505E电子调速器硬件介绍伍德瓦特505E电子调速器是一个以微处理器为基础的透平转速控制设备，用户可以通过编程使它用于对发动机，蒸汽透平，水力透平和燃气透平的转速控制。在505E电子调速器机箱内有电源卡、CPU卡、带输入/输出端子的I/O卡、继电器输出卡。在505E的盘面上有一个带26个双功能键的操作键盘和一个用来显示操作状态和信息的液晶显示屏。505E电子调速器上主要的输入/输出信号如下。1)两个转速输入信号。接收转速测量探头输入的频率信号，信号范围：500Hz～12．050kHz。2）4个4～20mA输入信号：抽汽压力信号(用于输入透平抽汽/进汽压力测量信号）、千瓦输入信号、串联输入信号和远程输入信号(用于控制转速参考值)。3）6个电流输出信号。有两个输出信号用于控制透平的调速阀（HP阀）和抽汽阀（LP阀）；其余4个电流输出信号可由用户根据需要在505E编程时选择其他输出显示：如转速测量值、转速参考值、抽汽压力输入值/参考值、高/低压阀斜面位置控制信号值等。4)16个状态输入信号。其中有6个是硬线直接触点输入信号：外部紧急停车信号；报警清除信号；发电机断路器/主断路器辅助触点信号；增加/降低转速参考值(升/降速)等。其他10个是用户编程触点输入信号，可由用户根据需要从以下15个信号中选择：外部停车信号、外部启动信号、打开/关闭HP阀信号、打开/关闭LP阀信号、增加/降低抽汽压力参考值、转速测量装置故障超驰、超速实验信号、空载/额定切换信号、投用串级控制、投用远程控制、增加/降低串级信号参考值。5)8个继电器输出信号。第1～3个用于调速器报警信号输出、电子超速跳闸信号、调速器停车信号输出；其余5个继电器输出信号可由用户根据具体需要在编程时选择其他触点输出如透平转速已达到最大控制转速、转速开关、远程过程控制、抽汽压力信号故障、HP/LP阀斜面开关及用户设定的与系统操作有关的手动设定值等。1.2伍德瓦特505E电子调速器控制软件介绍以微处理器为基础的505E电子调速器在控制系统软件组态上具有很大的灵活性。用户可以根据现场的实际情况灵活地选择合适的控制功能模块组成各种控制系统来满足不同的控制要求。505E电子调速器提供的控制功能程序模块共有17个，在这17个程序模块中，前6个程序模块必须进行组态编程；其余的11个程序模块根据具体的应用确定必须选用或不能选用。这17个程序模块和它们的基本功能介绍如下。必须选择的模块：透平启动模块(选择透平启动方式)；转速控制模块(选择与转速控制有关的信息)；转速参考模块(选择与转速参考设定点和超速跳闸点有关的数据)；抽汽控制模块(选择抽汽控制数据，包括取反抽汽输入信号的选择，透平的最大功率/最大HP流量，最大功率/最大HP流量下的最小抽汽量，最小功率/最小HP流量下的最大抽汽量，转速控制优先还是抽汽控制优先等)；触点输入模块和停车逻辑模块。根据需要可选或不能选的程序模块：阀斜面控制模块、Droop模块(选择控制阻尼数据)、临界转速模块、空载/额定转速控制模块、单位模块、远程控制模块、串级控制模块、继电器输出模块、手动设定值继电器输出模块(用执行机构输出值来控制继电器输出)、模拟读出模块、RS-232通讯模块。505E调速器的控制系统一旦选定后，除非透平的控制方案需要改变，否则用户不需要再使用编程方式，而选择运行方式去操作透平，启动和停止机组。2伍德瓦特505E电子调速器在广州乙烯装置中的应用505E调速器的设计使它可以通过控制透平的调速阀（HP阀）和抽汽阀（LP阀）来操作单级自动抽汽透平(505E也可以通过操作调速阀和多级抽汽透平的第一个抽汽阀来控制多级抽汽透平）。广州乙烯的裂解气压缩机和丙烯制冷压缩机的驱动透平是单级抽汽凝汽式透平，我们使用WOODWARD的505E调速器来控制这两台透平的转速。下面我们以裂解气压缩机透平和丙烯制冷压缩机透平为例介绍505E调速器使用情况。2.1裂解气透平的转速控制裂解气透平是以超高压蒸汽12MPa驱动，中间抽出3.5MPa的高压蒸汽的单级抽汽凝汽式透平，它有一个调速阀（HP阀）和一个抽汽阀（LP阀）。505E调速器根据测量到的透平转速信号和进汽压力信号，按照转速控制优先的原则调节透平转速满足压缩机对转速的需要。裂解气透平的转速控制系统如图1所示。[img=550,332]mhtml:file://E:\E_Book\Data\505E电子调速器.mht![/img]图1裂解气透平的转速控制系统由图1我们知道裂解气透平的转速控制主要由505E中的转速控制、抽汽控制、转速参考、比例/限制器、远程控制、阀斜面控制等控制模块组成的控制系统来控制。这些模块根据我们设定的控制参数来控制透平的转速。在裂解气透平的转速控制程序中，我们选择的控制系统是：1）透平启动：选择自动方式。打开T&T截止阀后，按调速器键盘上的RUN键，LP阀全开，HP阀将按慢慢打开，直到调速器开始控制透平转速。2）转速控制：选择两个MPU，转速齿轮齿数为60，MPU齿比1：1，执行机构接收信号为4～20mA。3）转速参考：设定最大转速参考7000r/min，超速跳闸转速6568r/min，最大控制转速6026r/min,最小转速参考4591r/min，升降速率10r.min-1／s。4）抽汽控制：设定抽汽输入取反（InvertExtraInput=yes），给出抽汽数据，选择转速控制优先，设定最小抽汽输入为3.447MPa(4mA)，最大抽汽输入为11.378MPa(20mA)。5）触点输入：选择外部运行，额定/空载，远程有效等触点输入信号。6）停车逻缉：选择超速停车及其他停车逻缉信号。7）选择阀斜面控制，临界转速，空载/额定，远程过程控制等功能。在裂解气透平转速控制图中，调速器中各控制模块的作用如下：1)转速控制器(反作用)模块：转速控制器将由MPU来的转速测量信号与转速参考模块来的转速参考信号相比较，经过PID运算产生一个输出信号给比例/限制器，经过比值/限制器模块作用在HP阀和LP阀上。如果测量转速比转速参考值低，则转速控制器的输出增加，通过比例/限制器模块开大HP阀和LP阀，增加透平进汽量，提高透平的转速。反之亦然。2)抽汽控制器(反作用)模块：在抽汽控制过程中，压力变送器将测量裂解气透平的进汽压力信号送入调速器内，在调速器中对此信号取反并送入抽汽控制器模块。抽汽控制器模块将经过取反的进汽压力信号与抽汽压力参考信号相比较，经过PID运算产生一个输出信号给比例/限制器，经过比例/限制器的控制后作用在HP阀和LP阀上。如果进汽压力降低，则经过取反的抽汽压力信号增大，当这个经过取反的抽汽压力信号大于抽汽压力参考值时，这时抽汽控制器输出降低，经过比例/限制器控制后将关小HP阀，开大LP阀，以保持进汽压力稳定，同时也保持透平转速的稳定。反之亦然。3)比例/限制器：在505E调速器内比例/限制器的作用是用来保持透平在规定的透平蒸汽平衡图内运行。比例/限制器接收从转速控制器和抽汽控制器来的输出信号，比例电路按希望的比例产生两个输出信号，一个控制HP阀，另一个控制LP阀；限制电路将使这两个输出信号保持在透平蒸汽平衡图的界线内。比例器电路通过控制HP阀和LP阀的相互作用，使透平的转速/负荷和抽汽压力/流量维持在正常的水平。对于一个在正常操作范围内运行的透平，当需要增加转速/负荷时，必须开大HP阀，允许更多的蒸汽进入透平。同时，LP阀也必须开大，维持恒定的抽汽量。在需要增加抽汽量时，可以关小LP阀，提供更多的抽汽流量，同时，要开大HP阀以维持转速/负荷不变。限制器电路限制透平的转速/负荷或抽汽，以使透平保持在它的正常范围内运行。如果转速/负荷和抽汽的需求使透平达到运行极限，则限制器电路根据预先选择优先性(转速优先或抽汽优先)，限制HP阀和LP阀的输出信号，以维持透平转速/负荷或抽汽压力的不变。4)转速参考模块：转速参考模块提供调速器所要控制的透平转速设定值以及调速器的升/降速的速率。在机组经过透平和压缩机的临界转速区时，转速参考模块将提供一个较快的升速速率使机组可以快速通过透平和压缩机的临界转速区，以防止透平和压缩机因振动过大而损坏。同时，转速参考模块还可以接收由远程控制模块来的转速参考信号，这样调速器就可以和压缩机一段入口压力性能控制器组成串级控制系统，由压缩机一段入口压力性能控制器根据压缩机一段入口的压力控制透平的转速，以满足压缩机正常运行的要求。5)HP阀和LP阀斜面控制模块：HP阀和LP阀斜面控制模块是在透平启动和调整抽汽过程中打开或关闭HP阀和LP阀。其中HP阀斜面控制模块的输出信号与比例/限制器的输出信号一起经过一个低信号选择器的选择后去控制HP阀的开度，这样HP阀斜面控制模块就可以对HP阀的最大开度起限制作用。LP阀斜面控制模块的输出与比例/限制器的输出经过一个高信号选择器选择后控制LP阀的开度，这样LP阀斜面控制模块可以限制LP阀的最小开度。6)转速/抽汽优先模块：转速/抽汽优先模块用来决定当透平达到蒸汽平衡图限制的界线时，转速和抽汽谁优先。当我们选择好裂解气透平的转速控制模块后，505E调速器根据选择的控制模块控制裂解气透平的转速和进汽压力。当裂解气透平达正常控制转速后，我们通过关闭LP阀斜面，使透平LP段进汽减少，则透平转速下降，转速控制器将开大HP阀以保持透平转速/负荷不变。随HP阀的开大进汽压力将降低，当进汽压力降到抽汽压力参考值以下时，抽汽控制器的输出将通过比例/限制器去关小HP阀，开大LP阀，来保持进汽压力的稳定。这时，转速控制器和抽汽控制器通过比例/限制器一起控制透平的HP阀和LP阀，保持透平转速和进汽压力的稳定。505E调速器还可以通过远程控制接收3C性能控制器来的输出信号，根据压缩机一段入口压力控制透平的转速。从而保证整个压缩机组的安全稳定运行。2.2丙烯机透平的转速控制丙烯制冷压缩机透平同样使用505E调速器进行转速控制。该透平是由3.5MPa的高压蒸汽驱动，中间抽出1．06MPa的中压蒸汽，它有1个HP阀和1个LP阀。它和裂解气透平在控制上的区别是：其抽汽压力信号是透平HP段出口的中压蒸汽压力，因而不需要对抽汽压力输入信号取反。丙烯压缩机透平的505E调速器的控制系统组成如下。1）透平启动：自动启动。打开T&T阀后，按RUN键，调速器自动全开LP阀，并逐渐打开HP阀直到调速器开始控制透平转速。2）转速控制：与裂解气透平转速控制模块选择一样。3）转速参考：设定最大转速参考5000r／min，超速跳闸转速4745r／min，最大控制转速4353r／min,最小转速参考3137r／min，升降速率10r.min－1/s。4）抽汽控制：设定抽汽输入不取反，给出抽汽数据，选择转速控制优先，设定最小抽汽压力输入值为1．021MPa(4mA)，最大抽汽压力输入值为1.117MPa(20mA)。5）触点输入：选择外部运行，额定/空载，远程有效等触点信号。6）停车逻缉：选择超速停车及其他停车逻缉信号。7）选择阀斜面控制，临界转速，空载/额定，远程过程控制等功能。丙烯压缩机透平转速控制系统简图见图2。[img=600,375]mhtml:file://E:\E_Book\Data\505E电子调速器.mht![/img]图2丙烯压缩机透平转速控制系统从丙烯压缩机透平的转速控制图，我们可以看出丙烯压缩机透平除具体的控制参数与裂解气透平不同外，其控制原理和裂解气压缩机透平的转速控制系统基本一样，都是由转速控制器和抽汽压力控制器根据测量的转速信号和抽汽压力信号经过与各自的参考值相比较，再经过PID运算产生输出信号给比例/限制器，通过比例/限制器按照