华能上安电厂　作者：陈　勇　
一、改造背景
上安电厂＃3、4机组小汽机控制系统是由杭州汽轮机厂配套的WOODWARD公司生产的505控制器及其辅助接口设备完成。505控制器安装在电子间，运行人员在OIS通过INFI-90硬接线与505控制器通讯，对505的全过程进行控制。原505控制系统基本分为四部分：505控制器固化所有小汽机基本控制及保护逻辑；DCS实现小汽机跳闸/复位及其他保护功能和一些接口逻辑；DCS产生小汽机远方转速控制指令；最后是现场设备接口部分，包括复位/跳闸电磁伐、启动伐、电液转换器、转速探头等。经过几年来的运行，发现存在不少问题，影响汽动给水泵的正常运行。
505控制系统存在的问题如下：上安电厂所用的505型号厂家已不生产，且备件价格昂贵，每套505控制器近20万元。由于505所有功能都集成在一块电路板上，组态不透明，无法修改。哪怕只有一个备用的通道发生故障，都会引起整个505无法自检通过，造成无法启动。同时，505本身一旦发生故障，即需返厂修理，修理费用昂贵。
二、改造的总体方案
软件及INFI-90硬件工作
1、取消先有505控制器，将505所有功能移植在DCS系统，新的组态设计应遵循505原系统的控制流程。在控制功能上，不局限于原有功能，充分发挥了DCS系统的优势，使得原有控制功能和诊断功能更加完善。改造后的小机控制系统连接在＃3机INFI-90环路PCU节点，新增1对MFP，占用原给水控制系统模件地址。
2、小汽机控制系统新增模件等控制及I/O电源均取自原给水控制系统机柜。
3、增加两套PEP，安装在原505柜内，为电液转换器提供24VDC工作电源
4、转速控制由双测量改为三取中控制，并提供相应的保护功能。
5、原DCS所有保护通过环路和硬接线进入新设计的逻辑参与保护，优先选用环路信号，环路故障自动切至硬接线信号
6、小机跳闸状态通过环路送至新设计的逻辑
7、本次改造所涉及的画面修改设计工作
三、控制系统设计
3．1从环路来信号和汽轮机运行信号的处理
（1）环路信号有来自CCS转速设定点、给水泵使汽轮机跳闸共两个信号。对于这两个信号，优先选用环路信号，假如环路信号故障，程序自动取用硬接线来的信号。
（2）汽轮机运行信号通过环路取两个主汽门开信号与速关油压信号三取二表示小机运行，当两个主汽门关信号与速关油压信号三取二存在时，复位小机运行信号。
3．2系统转速逻辑
（1）转速通过三个子模件输入，在程序中采用了三取中逻辑。
（2）出现如下情况时认为相应转速通道故障：
●转速坏质量
●本转速和系统转速偏差大于60rpm
●子模件失去通讯
注：前两项要在转速设定点大于200RPM后判定。
（3）假如设定点和系统转速偏差大于500rpm或三路转速中两路出现故障则认为系统转速故障，这时将控制切为手动，给出相应的报警并将小机跳闸。
（4）程序中设计了监视在挂闸后汽轮机给水泵组的最大转速的模拟量记忆器，该转速值在OIS上以趋势方式显示。当汽轮机刚挂闸时该记忆器自动复位。
（5）不进行机械超速试验时，当系统转速大于5900RPM时，控制系统送出超速跳闸信号使汽轮机跳闸，无论任何情况下，当系统转速大于6000RPM时，控制系统送出超速跳闸信号使汽轮机跳闸。
3.3运行方式
（1）三种运行方式
MEH共有三种运行方式：
●手动运行方式：整个运行过程中，调阀处于手动方式，其操作通过相应的增加或减小按钮操作。这是一种最低级的操作方式，小机刚复位时，控制系统即处于此种方式。
●本机自动方式：整个运行过程中，调阀处于自动方式，汽轮机泵组的转速设定由运行人员给定（运行人员必须给定目标转速和转速变化率）。
●远方给水自动方式：到达运行转速后，调阀处于自动方式，汽轮机泵组的转速设定由CCS来的转速给定信号确定。
三种运行方式切换时，从低级方式向高级方式只能逐级上升（手动方式—本机自动方式—远方给水自动方式）；从高级方式向低级方式可以越级切换（远方给水自动方式可以直接到手动方式。
三种控制方式切换时，阀位指令因跟踪而无扰。手动方式下，本机自动的控制输出随时跟踪手动方式的阀位基准(给定值)，使手动切换到自动过程中，阀位指令无扰。当系统处于本机自动方式时，CCS中锅炉给水调节系统所确定的转速给定值随时跟踪MEH控制系统中的转速基准点。这样，当控制方式由本机自动切换到远方自动方式时，保证了对调节系统的无扰。当MEH处于远方自动方式时，本机自动方式下的转速设定点跟踪远方自动方式下的转速设定点，保证由远方自动向本机自动的切换无扰。
四、改造后的MEH控制系统功能
4．1转速设定点的生成
（1）汽轮机跳闸时，系统转速设定为0。
（2）远方给水自动方式下，系统转速设定来自CCS
（3）手动方式时，系统转速设定跟踪系统转速，这样可以保证由手动方式向本机自动方式切换时的无扰。
（4）本机自动方式下，系统转速设定来自本机自动方式下的转速设定。该方式下，转速设定由目标转速和转速变化率确定，目标转速和转速变化率可以从OIS上设定。
在本机自动方式下，为了防止超速，程序对目标转速进行限制：正常情况下最高目标值为5800RPM；进行电超速保护试验（5900RPM）时最高目标值为5950RPM；机械超速试验时最高目标值为6050RPM。
在远方给水自动方式或者手动方式下，目标转速值跟踪转速设定，这样一来无论从手动方式还是远方给水自动方式向本机自动方式切换时目标转速不变，控制系统无扰动。
4.2远方给水自动控制
来自CCS锅炉给水调节系统给水量要求信号传送到给水泵汽轮机控制系统转换成对应的转速设定值。当无如下任意一个条件时，答应进入远方给水自动方式：
●手动方式
●按下本机自动方式按钮
●远方转速设定值和系统转速偏差大于25RPM
●CCS不答应投入远方给水自动
●远方转速设定值大于5800RPM
●远方转速设定值小于2900RPM
●远方转速设定值坏质量
4．3本机转速自动控制
从手动转速控制方式可以切换到本机转速自动控制方式(AUTO)。若AUTO方式答应,揿下AUTO按钮将切换到AUTO方式。为改变目标转速，操作设定目标转速和转速升速率。初始转速设定值就会以选定的当前速率向目标转速靠近。
4.4控制范围
小汽机调速系统在不同的控制方式下有不同的控制范围。在远方给水自动控制方式下其自动控制范围在2900-5800RPM之间；在本机自动控制方式下，控制范围在0-5800RPM之间；在手动控制方式下，控制范围在0-5800RPM之间。
不论在那一种控制方式下，控制对象都是小汽机的高压调门和低压调门，当低压调门开到95时高压调门才开始开启。
电气超速保护极限转速设定值为5950RPM，机械超速保护极限转速设定值为6050RPM。
4.5启动答应条件。
小汽机挂闸后，开速关阀，当调速系统接收到速关阀全开信号后，答应设定目标转速。
4.6超速保护试验
当进行电气超速试验或机械超速试验时，可在OIS操作画面进行选择，选择其中一个自动闭锁另一项超速选择。当小机跳闸后，自动复位超速选择。超速跳闸动作值可在OIS曲线中查询。
4.7转速控制器
（1）转速调节器采用PI调节器
（2）控制器参数可以选用转速偏差控制
（3）为了防止调节器频繁动作设30RPM死区
（4）转速调节器只有在本机自动或者远方给水自动方式时起作用，否则调节器输出跟踪流量指令。这也是为了保证方式切换时阀门指令不变。
4.8阀门流量指令的生成
●本机自动或远方自动时来自转速控制器输出
●跳闸时为0
●系统刚启动时参考阀门实际位置经过阀门曲线逆函数修正而得到的值
4.9阀门位置指令的生成
●正常时为阀门流量指令经过阀门曲线函数修正而得到的值
●跳闸设为-10，目的是为了增加负偏置。
●程序中设计了阀门维护功能，该情况下，热工人员可以通过EWS给出阀门指令，进行电液转换器校验和阀门校验。
五、结论
华能上安电厂三号机组小汽机控制系统（改造）已于2004年3月19日正式投入运行，并完成了小机超速等各项实验。该套小汽机控制系统设备完整、动作正确、转速控制平稳，达到了“技术协议”的各项要求。