1    引言

江蘇宇星工貿(mào)有限公司是年產(chǎn)10萬(wàn)噸氧化鐵顏料的生產(chǎn)企業(yè)。該企業(yè)工藝裝備生產(chǎn)采用江蘇國(guó)信協(xié)聯(lián)能源有限公司熱電聯(lián)產(chǎn)1.3MP蒸汽網(wǎng)50T/h熱源。由于其化工生產(chǎn)過(guò)程中，除了三車間干燥機(jī)使用少量的1.3MP蒸汽以外，其余車間均使用小于0.6MP的蒸汽，故采用蒸汽降壓措施存在能源的浪費(fèi)。為此宇星公司自備進(jìn)汽壓力1.3MP、排氣壓力0.65MP的M70型背壓式磁翻板液位計(jì)+3000kW發(fā)電機(jī)成套差壓熱電項(xiàng)目，合理運(yùn)用蒸汽熱能梯級(jí)利用，又采用蒸汽差壓發(fā)電而節(jié)省電費(fèi)，節(jié)能降耗，一舉兩得。由此宇星公司還成為孤立電網(wǎng)的特殊用電企業(yè)。

 

2    單機(jī)孤網(wǎng)發(fā)電

2.1  孤網(wǎng)運(yùn)行概念

孤網(wǎng)是孤立電網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。一般將zui大單機(jī)容量小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%的電網(wǎng)，可以稱為大電網(wǎng)；機(jī)網(wǎng)容量比大于8%的電網(wǎng)，統(tǒng)稱為小網(wǎng)；而孤立運(yùn)行的小網(wǎng)，就稱為孤網(wǎng)。孤網(wǎng)可分為以下幾種情況：

（1）網(wǎng)中有幾臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行，單機(jī)與電網(wǎng)容量之比超過(guò)8%，稱為小網(wǎng)。

（2）網(wǎng)中只有一臺(tái)機(jī)組供電，成為單機(jī)帶負(fù)荷。

（3）甩負(fù)荷帶廠用電，稱為孤島運(yùn)行工況，是單機(jī)帶負(fù)荷的一種特例。

 

2.2  單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行

宇星公司在化工生產(chǎn)過(guò)程中，大量運(yùn)行的空壓機(jī)是公司重要的用電負(fù)荷之一。而將這些空壓機(jī)分成三組、采用單刀雙擲的雙路電源供電方式，一路采用電網(wǎng)供電，另一路采用背壓汽輪發(fā)電機(jī)供電。由于是自備電廠，故采用背壓汽輪發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)不同期并列的單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行方式（如圖1所示）。

如果空壓機(jī)長(zhǎng)期以背壓汽輪發(fā)電機(jī)供電為主，這將為企業(yè)節(jié)省大量的電費(fèi)。

 

2.3  單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行存在的難題

（1）孤網(wǎng)時(shí)汽輪發(fā)電機(jī)的電壓、頻率和磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，需要根據(jù)負(fù)荷的變化跟蹤變化，因此孤網(wǎng)發(fā)電機(jī)供電電源品質(zhì)差、安全系數(shù)低。

（2）在大負(fù)荷變動(dòng)情況下，對(duì)磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速?zèng)_擊很大，如果磁翻板液位計(jì)調(diào)速器不能及時(shí)控制調(diào)門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)整進(jìn)汽量，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，會(huì)沖垮磁翻板液位計(jì)正常工作狀態(tài)，甚至超速將導(dǎo)致磁翻板液位計(jì)停機(jī)，低速將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)低周動(dòng)作解列。

（3）由于宇星生產(chǎn)用汽量大，其分汽缸采用背壓磁翻板液位計(jì)抽汽、減溫減壓器和直通旁路三路管道同時(shí)供汽方式，因此影響磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速擾動(dòng)因素多，除了電負(fù)荷功率的變化以外，還有用汽熱負(fù)荷的排氣壓力、進(jìn)汽源的主汽壓力變化等擾動(dòng)。

 

當(dāng)電功率突然增加，則引起磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速突然下降，DEH促使高調(diào)門(mén)開(kāi)大以增加進(jìn)汽量來(lái)平衡電功率的增加，維持磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分，反之亦然。當(dāng)電功率穩(wěn)定時(shí)熱負(fù)荷突然增加，排汽壓力突然降低，則引起磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速突然下降，DEH促使高調(diào)門(mén)開(kāi)大以增加進(jìn)汽量來(lái)平衡熱負(fù)荷的增加，維持磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分，反之亦然。當(dāng)電功率穩(wěn)定時(shí)主汽壓力突然降低，則引起磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速突然下降，DEH促使高調(diào)門(mén)開(kāi)大以增加進(jìn)汽量來(lái)平衡電功率的穩(wěn)定，維持磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分，反之亦然。

 

2.4  孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)

孤網(wǎng)運(yùn)行zui突出的特點(diǎn)，是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，選擇的調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動(dòng)保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，即一次調(diào)頻功能?？刂频年P(guān)鍵不再是負(fù)荷調(diào)整，而是調(diào)整孤網(wǎng)頻率，使之維持在額定頻率的附近，這種調(diào)整需通過(guò)操作調(diào)速系統(tǒng)的給定機(jī)構(gòu)來(lái)完成，即為二次調(diào)頻。

 

3    SY8100C透平機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)器的應(yīng)用

3.1  M70型背壓式磁翻板液位計(jì)

B1.5-1.3/0.65背壓式磁翻板液位計(jì)（M70電調(diào)系列）是淄博市邁特磁翻板液位計(jì)公司生產(chǎn)的單級(jí)背壓式磁翻板液位計(jì)，轉(zhuǎn)子采用一個(gè)復(fù)速級(jí)葉輪，噴嘴節(jié)圓直徑為1050毫米，該磁翻板液位計(jì)配套采用的調(diào)速系統(tǒng)是國(guó)際主流的Woodward505數(shù)字式控制器+ CPC電液轉(zhuǎn)換器的低壓透平調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)速為3000 r/min，是利用低溫低壓低壓差的蒸汽作為汽源拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生電能，其發(fā)電功率zui高可達(dá)到1500KW。其熱力系統(tǒng)圖如圖2所示。

 

3.2  Woodward505數(shù)字式控制器

（1）Woodward 505E 數(shù)字式調(diào)節(jié)器是美國(guó)Woodward公司生產(chǎn)的小機(jī)組DEH電調(diào)控制器，在全球應(yīng)用廣泛。505調(diào)節(jié)器接收轉(zhuǎn)速傳感器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，壓力傳感器輸入的抽汽壓力信號(hào)、功率傳感器輸入的電功率信號(hào)以及過(guò)程控制、輔助控制等回路輸入的控制信號(hào)，運(yùn)算后輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)給電液轉(zhuǎn)換器。電液轉(zhuǎn)換器（CPC）接收調(diào)節(jié)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，輸出與電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的油壓信號(hào)。該油壓信號(hào)經(jīng)液壓伺服機(jī)構(gòu)放大后，控制油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)杠桿，改變調(diào)節(jié)汽閥的開(kāi)度，來(lái)改變磁翻板液位計(jì)各段的進(jìn)汽量，以滿足電負(fù)荷和抽汽熱負(fù)荷的需要。

（2）由于505及其組態(tài)是磁翻板液位計(jì)廠家配套、預(yù)先設(shè)定好的，通常會(huì)給個(gè)書(shū)面的組態(tài)表作為文件交個(gè)用戶，供用戶通過(guò)菜單選擇啟用和關(guān)閉某些功能以完成組態(tài)。

（3）由于本項(xiàng)目采用DCS控制，而Woodward505數(shù)字式控制器為觸摸屏形式，因此不能將505控制器與DCS整合在一起；且505有一個(gè)美中不足是操作界面是全英文的，有很多縮寫(xiě)，顯示屏只顯示兩行內(nèi)容，致使操作人員很難看懂里面的有用信息。

為此我們采用科遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的SY8000C（不帶觸摸屏）透平機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)器，來(lái)代替Woodward505數(shù)字式控制器，與科遠(yuǎn)NT6000系列DCS控制有機(jī)結(jié)合在一起，把操作員站與SY8100C通過(guò)以太網(wǎng)接口相連，實(shí)現(xiàn)了磁翻板液位計(jì)DEH的電腦操作員圖形界面的實(shí)時(shí)控制與操作。

 

3.3  SY8100電液調(diào)節(jié)器的概況

SY8100透平機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)器是南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的一種適應(yīng)于透平機(jī)械的一體化嵌入式控制設(shè)備。主要用于小型單抽、純凝、背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)或拖動(dòng)型透平機(jī)械的控制。被控參數(shù)主要是機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率、壓力等。小型智能透平控制器實(shí)時(shí)采集機(jī)組轉(zhuǎn)速等運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計(jì)算后，通過(guò)伺服信號(hào)輸出通道輸出閥位控制信號(hào)，改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，zui終維持機(jī)組被控參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。

 

3.4  SY8100調(diào)節(jié)器構(gòu)成磁翻板液位計(jì)控制系統(tǒng)

針對(duì)M70型背壓磁翻板液位計(jì)，采用SY8100C數(shù)字電液調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)由調(diào)節(jié)、保安油路系統(tǒng)、DEH控制系統(tǒng)組成（如圖3所示）。

 

（1）磁翻板液位計(jì)調(diào)節(jié)、保安油路系統(tǒng)：磁翻板液位計(jì)主油泵出口高壓油壓經(jīng)過(guò)一個(gè)三通逆止閥后，分成三路：一路去錯(cuò)油門(mén)，提供油動(dòng)機(jī)的動(dòng)力油；一路去危急遮斷油門(mén)、AST磁力斷路油門(mén)、軸向位移遮斷器等保護(hù)裝置，形成保安油壓，控制自動(dòng)主汽門(mén)、啟動(dòng)閥的緊急關(guān)閉，安全停機(jī)；一路經(jīng)一個(gè)專用的節(jié)流孔形成脈沖調(diào)節(jié)油壓，脈沖油壓的變化由電液轉(zhuǎn)換器CPC控制壓力變換器來(lái)調(diào)節(jié)，變化的脈沖油壓促使錯(cuò)油門(mén)的上下移動(dòng)，從而控制油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高調(diào)門(mén)上下移動(dòng)，控制進(jìn)汽量的變化，同時(shí)在油動(dòng)機(jī)處有反饋油口，防止油動(dòng)機(jī)過(guò)調(diào)。

（2）磁翻板液位計(jì)DEH控制系統(tǒng)：SY8100C數(shù)字電液調(diào)節(jié)器接受人機(jī)接口發(fā)出的增、減指令，采集磁翻板液位計(jì)的轉(zhuǎn)速、功率、壓力信號(hào)以及過(guò)程控制中的各種控制信號(hào)，與參數(shù)設(shè)定值比較，經(jīng)PID解算后輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)給電液轉(zhuǎn)換器CPC，從而改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)磁翻板液位計(jì)的DEH控制。

 

同時(shí)SY8100C數(shù)字電液調(diào)節(jié)器通過(guò)以太網(wǎng)與科遠(yuǎn)NT6000系列的DCS控制系統(tǒng)、操作員電腦進(jìn)行通訊連接，構(gòu)成對(duì)整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組的DCS控制。

 

3.5  SY8100調(diào)節(jié)器的孤網(wǎng)控制策略

（1）對(duì)于并網(wǎng)機(jī)組，SY8100調(diào)節(jié)器通常采用功率控制或背壓控制方式。由于機(jī)組并網(wǎng)，則磁翻板液位計(jì)的轉(zhuǎn)速則穩(wěn)定不變，因此當(dāng)電功率可控時(shí)則熱負(fù)荷不可調(diào)整，當(dāng)熱負(fù)荷可控時(shí)則電功率不可調(diào)整，故被控參數(shù)單一就易于控制。

（2）對(duì)于孤網(wǎng)機(jī)組，由于機(jī)組不并網(wǎng)，則磁翻板液位計(jì)的轉(zhuǎn)速則不穩(wěn)定、變化，電功率、熱負(fù)荷排汽壓力也均不可調(diào)整，唯有轉(zhuǎn)速可控，因此SY8100調(diào)節(jié)器采用孤網(wǎng)控制方式，其實(shí)質(zhì)是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，采用基于頻率偏差的一次調(diào)頻運(yùn)算和二次調(diào)頻運(yùn)算單元，來(lái)維持磁翻板液位計(jì)轉(zhuǎn)速在3000r/min左右運(yùn)行。SY8100調(diào)節(jié)器的孤網(wǎng)控制策略框圖如圖4所示。

 

（3）對(duì)實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行加法運(yùn)算得到轉(zhuǎn)速（頻率）偏差信號(hào)，將轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI1調(diào)節(jié)器運(yùn)算后得到一次調(diào)頻值。

（4）對(duì)實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行加法運(yùn)算得到轉(zhuǎn)速（頻率）偏差信號(hào)，將頻率偏差信號(hào)與實(shí)際測(cè)量功率、給定功率進(jìn)行加法運(yùn)算得到功率偏差信號(hào)，將功率偏差信號(hào)進(jìn)行孤網(wǎng)PI調(diào)節(jié)器運(yùn)算后得到二次調(diào)頻值。

（5）將一次調(diào)頻值、二次調(diào)頻值進(jìn)行加法運(yùn)算得到多回路閥位給定輸出信號(hào)，該閥位輸出信號(hào)與油動(dòng)機(jī)LVDT行程信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算經(jīng)轉(zhuǎn)速PI2調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理，zui終輸出維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定所需要的閥位指令給伺服控制模塊，通過(guò)伺服控制模塊控制電液伺服閥驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)高調(diào)閥運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制磁翻板液位計(jì)進(jìn)汽量以維持汽輪發(fā)電機(jī)組出力和所接待負(fù)荷相平衡。

（6）為防止OPC反復(fù)動(dòng)作而被迫停機(jī)的發(fā)生，取消103%超速OPC功能。