汽轮机旁路系统控制

第十二章锅炉给水泵汽轮机BFPT控制系统
淮北二厂的锅炉给水泵汽轮机BFPT由西屋公司的BFPT控制系统（又称MEH系统），控制运行。

小汽轮机的汽源有两路，一路为低压汽，来自四级抽汽，正常运行时，它是主要汽源；另一路来自新蒸汽，若由于某种原因，例如负荷较低，四抽蒸汽压力较低时，导致低压汽源不好用或不够用时，可以利用新蒸汽，供小汽轮机。

BFPT控制器的任务就是控制小汽轮机的低压进汽调门以及高压进汽调门的开度，继而将小汽轮机的转速控制在希望的值上（目标值）。

目标值可以由运行人员在BFPT控制系统的操作画面上来设定，也可以由锅炉给水控制系统来给定（参见CCS部分），如图12－1。

图12－1 遥控目标值形成原理
一、BFPT控制系统的组成
（1）电子控制柜：即DPU。

包括功能控制器卡以及用于调门控制的QSD卡。

QSD可与伺服阀（电液转换器）以及LVDT（线性可变差动变压压器）相接口。

功能处理器将执行PID运算以及各种逻辑运算，由它完成转速的自动控制以及保护、方式切换等功能。

（2）执行机构：即电液转换机构及油动机。

（3）操作员接口
A：操作图形界面
通过CRT操作画面，可进行方式选择、速度目标设定以及进行阀门试验。

B：手动面板，任何时候都可以通过手动面板控制阀门位置，继而控制小汽轮机转速。

二、BFPT的自动控制原理
1．转速基准（转速设定值）的形成：
转速设定值（即转速基准）有两个来源，如图12－2：
一是运行人员在CRT上，通过“控制设定值”窗口画面设定。

二是由锅炉给水控制系统来的遥控指令（4～20）mA（对应3000～6000rpm）。

图12－2 基准变化速率的形成原理
首先看一下转速基准变化速率的形成过程。

（1）不在遥控方式时速率的形成
运行人员将通过CRT修改转速基准。

运行人员首先输入一个目标值并确认，T1将记录下这个新的目标值；根据当时的情况，运行人员可从CRT画面上设定一个转速变化速率，并确认，T2将记录下这个新的速率值，速率值始终为正值，不管是要增加转速还是要减小转速。

因不在遥控方式，T3将选择这个新的速率。

新的目标值与当前基准值REFA（对于B泵则记为REFB）将在在减法器4中进行比较，其后由一个高、低值监视器5判断新的目标值是比以前的基准值大还是小，如果基准值小于新的目标值，则说明应该增加基准值，这样切换开关T7将选择运行人员输入的速率（正值）；反之，若是要求降低转速，运行人员输入的是一个比当前基准小的目标值，这样，T7将选择负的速率（K＝－1）。

当运行人员从CRT画面按下GO按钮后，T8将选中这个速率（RATE）。

此后，基准值每经过一次程序循环，将增加一个RA TE（当基准小于目标时RATE为正，否则为负），基准值开始以一定速率向目标靠近，参见图12－3。

运行人员在CRT上按下HOLD按钮，则取消GO信号，T8选择0作为RATE。

基准不再变化。

大选9的作用是取目标与基准的偏差的绝对值，因为小选6的输入总是要求正值。

随着基准值的变化，基准与目标的偏差越来越小，大选9输出的偏差绝对值越来越小，当该绝对值小于运行人员输入的速率值时，小选6将取这个偏差绝对值作为速率。

因为程序执行时，是在每次循环（LOOP）时，将在基准值加上一个速率值作为新的基准值，这样，在经过这一次循环后，基准值将正好等于目标值。

（2）若遥控方式时速率RATE的形成
这时T3将选择一个固定的遥控速率。

遥控目标值来自给水控制系统，当遥控目标值大于当前基准值时，T7将选择正的速率，否则选择负值。

在遥控方式下只要基准值与遥控目标值有偏差，无须运行人员按GO按钮，T8将选择T7的输出。

基准值将按照T8选定的速率，跟随遥控目标值。

同样，当基准与遥控目标值很接近时，小选6将选择大选9输出的偏差绝对值。

在最后一次循环时，使基准值与遥控目标相等。

此时T8将选择0，基准值不再变化。

当遥控目标值再次变化后，将重复上述过程。

下面看基准值的变化过程。

如图12－3，
在加法器1中，RA TE被加到前一循环的转速基准上（每经过一个LOOP，转速基准就要加上一个RATE），这样转速基准将随遥控目标或运行人员给定的目标上升或下降，一直到转速基准与目标值非常接近时，RA TE＝0，转速基准将不变。

转速基准一般不能超过额定转速6000rpm，除非在做超速试验时，转速基准可达6350rpm。

（3）当处于手动控制方式时，T3选择T4的输出，即转速基准跟踪实际转速，这样，以便在投入自动方式时，实现无扰动切换。

当小机跳闸时，T5选择0，转速基准清零。

图12－3 小机转速基准的形成原理
因为遥控目标值是运行人员较关心的一个值，运行人员在投遥控之前，需根据目标来修改速度基准，继而改变实际转速。

所以希望将遥控目标值显示在CRT上，不管是什么控制方式，都可以显示（参见下面对操作界面的说明）。

2．自动控制：
共有两个速度通道，用双测量选择获得转速信号，如图12－3所示。

选择出的速度信号然后与速度基准求偏差，进行PI运算，去控制小机调门开度，如图12－4 所示。

最终实现转速＝速度基准。

当在手动方式时，自动控制器1将跟踪手动阀位指令。

当小机跳闸后，阀位指令清零。

F(x)4说明，当指令信号达到70％时，低压调门全开；F(x)5说明在开度指令信号达61
％之前，高压调门保持关闭，当指令信号大于61后，高压调门开启。

图12－4 转速自动控制原理图
三、BFPT控制系统的控制方式
小机控制分手动方式和自动方式。

手动方式是指只需QSD卡可用，就可从手动面板上去改变阀门的开度。

而自动方式则要求DPU正常（对于冗余DPU，则至少有一只正常）。

手动、自动方式之间的切换是无扰动的。

手动方式是自动方式的后备方式，在自动控制器不能工作时，运行人员通过手动操作面板上的“阀位增”或“阀位减”按钮，直接控制高、低压调门的开度，来控制小机的转速。

在手动操作面板上的显示表上可以看到调门的开度，一块数字表上显示有实际转速。

此时是开环控制。

如图12－5 所示。

图12－5 手动控制与自动控制之间的关系
何时会进入手动方式呢？运行人员可以通过操作面板上的按钮选择手动方式，也可能由于a：DPU故障；b：速度控制器输出越限时等原因，而自动地进入手动方式。

跟踪电路能保证从自动切向手动时是无扰动的。

在上述故障消除后，可以切回速度自动遥控失效方式。

自动方式又分为三种：
（1）速度自动遥控允许方式
在这种方式下，操作员通过CRT画面，增减转速设定值，从而可以自动地控制转速。

（2）遥控方式
这时将由给水自动控制系统控制小机转速，给水控制系统的转速指令就是遥控目标值，这是一个直流模拟量信号（4～20mA），它可直接与BFPF控制器接口。

（有些机组通过增/减脉冲与BFPT控制器接口）。

若当前处于速度自动遥控允许方式，当操作人员将小机转速基准升至遥控目标值时（误差不大于60。

编者注：最好改为实际转速与遥控目标误差小于一定的值），就会无扰动地切换到遥控方式。

遥控目标值、转速基准（即设定值）和实际转速均显示在CRT上，供操作员观察。

参见图12－
（3）速度自动遥控失效方式（又称超弛方式）
在这种方式下，将由操作人员接替给水控制系统，对小机转速进行全范围（例如0～6000rpm）控制。

速度设定值可用增减键进行调整。

如果BFPT控制器确认给水控制系统的控制信号是无效的（无遥控允许、或遥控信号不在3000～6000之间、或遥控信号质量坏），或实际转速小于最小遥控目标（3000rpm）、或进行超速试验、或汽轮机跳闸时，将进入该方式。

下面谈一下方式的切换：
1)遥控失效方式
在切手动信号不存在时，操作人员选择遥控失效方式（选中DISABLE、按下CHANGE MODE按钮）将进入遥控失效方式。

这时不可能投入遥控方式；若原来在遥控方式，则退出遥控方式。

选择逻辑如图12－6。

图12－6 遥控失效方式选择逻辑
当下列任一信号出现时，也将进入遥控失效方式：
（a）原先在遥控方式下，若当小机转速跌到允许的最小遥控转速(3000rpm)以下或进行超速试验。

（b）若原来在遥控方式，在出现“退遥控方式信号”（见下面遥控方式说明）后，退出遥控方式，并进入遥控失效方式。

若投遥控允许条件满足，按下投自动遥控允许方式按钮，则进入转速自动遥控允许方式，同时退出遥控失效方式。

当切到手动方式后，会发出一脉冲，退出遥控失效方式。

2)速度自动遥控允许方式
进入速度自动遥控允许方式的目的是为了进入遥控方式。

所以投该方式时首先必须满足下列遥控允许条件：
(a)至少一个速度测量信号质量好。

(b)不在进行超速试验
(c)遥控允许（来自给水控制系统的遥控允许触点闭合。

它说明锅炉给水控制系统送出
的遥控目标指令与BFPT控制系统的速度基准偏差不大，。

注意，应把“遥控允许”
和“速度自动遥控允许方式”这两个术语区分开来。

）
(d)遥控目标信号质量好且在正常范围内（3000～6000rpm）。

当上述条件都满足后，按下投速度自动遥控允许按钮，则进入速度自动遥控允许方式。

图12－7 速度自动遥控允许方式及遥控方式选择逻辑
当出现下列任一信号时，则退出速度自动遥控允许方式：
（a）按下投遥控失效方式按钮（注：可改为切遥控失效方式信号）。

（b）切手动方式（脉冲信号）。

（c）已经进入了遥控方式。

3) 遥控方式
如图12－7所示，当下列条件都满足时，则自动进入遥控方式。

这时转速基准根据遥控目标变化，转速将按照遥控目标的要求自动调节。

(a) 当前方式是“自动遥控允许方式”
(b) 遥控目标值与速度基准值偏差不大（小于60rpm）
(c)不在遥控失效方式。

此外，下列任何信号存在时不能进入遥控方式；若原先在遥控方式，则将导致退出遥控方式（进入遥控失效方式）。

下列信号称为“退出遥控方式信号”。

(a)切向了手动方式。

(b)按下投遥控失效方式按钮。

(c)两个速度测量信号质量都不好。

(d)失去给水控制系统的遥控允许触点信号。

(e)遥控目标信号质量不好，或者不在正常范围内（3000～6000rpm）。

(f)出现超速试验信号。

(g)缺少或失去REMOTE READY信号。

REMOTE READY信号是指：汽机挂闸；高
压主汽门和低压主汽门至少有一个打开；当前不在遥控失效方式；遥控允许触点闭
合。

(d)实际转速小于最小遥控值（3000rpm）
以上说明是根据西屋公司SAMA图和其说明书整理的，应该说是比较复杂的。

可以简单归纳如下：
1．BFPT运行方式有：手动、自动两种。

2．手动时，通过操作面板上的增、减阀位按钮，可控制调门开度，继而控制转速。

3．自动方式下，实际转速与转速基准经过PID运算，得到调门自动控制指令，自动地控制小机转速，转速将根据转速基准变化。

这里又分为转速自动遥控失效方式、转速自动遥控允许方式、和遥控方式三种情况。

前两种方式下，转速基准都是由运行人员从CRT上手动给定的，与给水控制系统无直接关系。

遥控方式则是更高一级的自动控制方式，此时转速基准是由给水控制系统决定的。

应该说只要没有切手动的信号，任何时候都可以投入转速自动遥控失效方式，在该方式下可以在0到跳闸转速值范围内控制转速，但该方式下，BFPT控制器与给水控制系统无直接关系，为了实现水位自动控制，则必须投入遥控方式。

在转速自动遥控失效方式下是不可能进入遥控方式的。

若要进入遥控方式，则应先进入速度自动遥控允许方式。

速度自动遥控允许方式与速度自动遥控失效方式在控制原理上并无太大的区别，即，无论是速度自动遥控允许方式还是速度自动遥控失效方式，都是自动方式，都由PI调节器自动控制调门。

但不同的是，在速度自动遥控允许方式下，一旦满足条件（遥控允许、小汽机已经挂闸、遥控目标值在（3000～6000 rpm）上下限之间、实际转速在（3000～6000 rpm）上下限之间），当实际转速基准与遥控目标接近时，则会自动地进入遥控方式，这种切换是自动和无扰的。

进入遥控方式后，将退出速度自动遥控允许方式。

四、手动控制面板与CRT控制画面
操作员可以通过手动面板和控制画面实现下列功能：
1．选择控制方式
2．调整小汽机转速
3．远方挂闸
4．主汽门控制和试验
5．超速试验
（一）手动控制面板
图12－8 BFPT控制系统手动控制面板
BFPT控制系统手动操作面板如图12－8（注：淮北电厂小机手动盘与图12－8所示的手动盘略有不同），该面板将提供：
（1）小机速度指示
（2）控制系统的状态指示
（3）超速试验开关钥匙
（4）手动控制按钮
（5）调门位置指示。

具体说明如下：
（1）转速指示：数字显示，显示转速。

（2）高压调门和低压调门位置指示（CONTROL V ALVE POSITION）：模拟表头，指示开度百分数。

（3）切手动带灯按钮（MANUAL CONTROL）。

该按钮用来选择手动方式。

当为手动方式
时，该灯点亮。

而当具备了投自动的条件后，CRT图上的自动方式选择块将变为绿色，
运行人员可以投自动方式。

（4）开HP主汽门带灯按钮（OPEN HP STOP V ALVE）。

（5）开LP主汽门带灯按钮（OPEN LP STOP V ALVE）。

（6）阀位增按钮（V ALVE POSITION INC），用于增加LP调门和HP调门的开度。

按住该按钮，低压调门先开，然后才会开高压调门。

在高压调门开足以后，再按该按钮无效，松开按钮调门保持在原位。

（7）阀位减按钮（V ALVE POSITION DECR）。

（8）跳闸按钮（带安全罩，TURBINE TRIP）。

（9）小机挂闸按钮（TURBINE LATCH）。

（10）超速试验钥匙：用于电超速、机械超速试验。

这是一个三位置的钥匙（NORMAL、ELECT、MECH），通过它，可以进行电超速试验和机械超速试验。

若原来处于自动方式，当钥匙打到任一测试位置时，将选择遥控失效方式。

此外，这时速度限制不再是额定速度，这时可以用增加设定值按钮，将转速增加到额定值的6350，以便进行超速试验。

当将钥匙打向“电气超速”试验位置时，机械飞锤跳闸机构将被闭锁，运行人员按住增加设定值按钮，将转速升到跳闸定值后，BFPT控制器将使超速触点闭合，使小机跳闸。

当将钥匙打向“机械超速”试验位置时，电气超速跳闸功能将被禁止。

运行人员可以按住增加设定值按钮，将转速升高，以测试机械跳闸机构。

（11）跳闸状态灯（TURBINE TRIP）：当液压油油压降到低限值以下时，该灯点亮。

（12）阀门监视灯（V ALVE MONITOR）：当伺服机构故障时，灯亮。

（13）速度监视灯（SPEED MONITOR）：当一个速度通道报警时，将点亮。

可能是速度传感器的信号不好，也可能是速度通道卡故障。

（14）电源监控（POWER SUPPL Y MONITOR）：13VDC故障，往往是由于120VDC未供电。

（二）CRT控制画面
1．OVERVIEW画面
如图12－9，运行人员可以用它来选择控制方式，设定目标值。

在总貌OVERVIEW上，有下列显示：
1）方式：（1）自动遥控允许；（2）自动遥控允许失效；（3）遥控方式；（4）手动
2）速度设定值。

设定值是当前控制回路中正在使用的转速定值
3）目标值：即最终要达到的转速值。

4）遥控目标值
5）实际转速。

在右侧还以柱状图形式形式低压调门和高压调门的开度，此外还显示有高压主汽门、低压主汽门、高压调门、低压调门的开关状态。

图12－9 BFPT控制CRT画面
2．控制方式窗口
在总貌画面上，按下CONTROL MODE按钮，则弹出控制方式窗口。

通过这个画面，可以选择两种控制方式：（1）速度自动遥控允许方式；（2）速度自动遥控失效方式。

来反映运行人员是否想投遥控。

如前所述，这两种方式都是速度自动控制方式，此时速度反馈信号，在PI控制器自动控制下，自动地跟随设定值。

3．设定值窗口
在总貌画面上，按下CONTROL SP按钮，则弹出设定值窗口。

在遥控失效方式或遥控允许方式下，运行人员可用该画面输入转速目标值、速率，进行GO或HOLD操作。

4．阀门试验画面
该画面供操作人员进行阀门试验与监视用。

试验规则：
A．只有在高压调门关闭以后，才能试验高压主汽门。

B．对于高压主汽门，将走完全行程，（全开到全关）。

C．对于低于主汽门，从全开关到25％，当到达这个位置后，将再次自动打开。

D．试验时，随时都可重新打开主汽门。

其它信息，例如：
速度通道故障；
阀门故障；
正在进行阀门试验；
正在进行超速试验；
电源发生故障；
不能投遥控。

五、自动控制信号接口
1 遥控信号（DC信号），由给水控制系统送给BFPT控制器。

2 遥控允许信号。

这是一触点信号，由给水控制系统提供给BFPT控制器。

它表示遥控信号与实际转速偏差不大。

关于遥控信号：不管BFPT控制器是否处于遥控方式，这个信号总是存在的，所以在所有的运行方式下，遥控目标值都可以显示出来（在图形界面上）。

该信号的正常范围规定在（4～20）mA，对应于（3000～6000）rpm。

3000 rpm又被称为转换速度。

因为在转速自动遥控允许方式下，当转速升至3000 rpm之前，是不可能进入遥控方式的。

6000 rpm称之为额定转速。

而遥控允许触点信号，被BFPT控制系统用作进入遥控方式的必要条件。

六、BFPT控制系统的输入输出
1．开关量输入输出
1）开关量输出
A．超速遮断触点。

提供2个常开触点，闭合时将遮断系统。

B．挂闸触点。

当按下挂闸按钮时，常开触点闭合。

C．高压主汽门和低压主汽门试验触点。

常开触点，闭合时使试验电磁阀通电。

D．手动控制触点。

提供两副触点，当处于手动方式时，常开触点闭合。

E．遥控方式触点。

提供两副常开触点，投入遥控方式时闭合。

F．操作员自动方式触点。

两副，自动方式时，常开触点闭合。

G．超速试验触点。

H．速度通道触点。

任何一个速度通道信号故障（例如输入卡坏），常开触点闭合。

I．转速基准达到了最大值触点。

转速基准达到了最大值时，常开触点闭合。

J．转速基准达到了最小值触点。

转速基准达到了最小值时，常开触点闭合。

K．小机已遮断触点。

L．主电源故障触点。

M．辅电源故障触点。

N．13VDC电源故障触点。

O．开主汽门（高压、低压）触点。

2）开关量输入
A．高压主汽门开、关，低压主汽门开、关。

B．高、低压调门开、关。

C．低压主汽门试验用的1/4行程开关。

D．遥控增，遥控减。

这里所说的是另一种情形。

此时给水控制系统送出的不是4～20mA信号，而是增、减脉冲。

增、减脉冲由QPA卡产生，当遥控目标大于速度基准时，产生增脉冲（INC），“增加”触点闭合，当遥控目标小于速度基准时，产生减脉冲（DEC），“减小”触点闭合，。

图12－10 遥控增、减信号
正常方式时，即用4～20mAdc输入时，遥控增/减触点无用。

E．来自给水系统的遥控允许。

F．汽机已跳闸（压力开关检测）。

G．遥控挂闸。

H．已经挂闸。

I．遥控手动增、减阀位开度，它们分别与手动增、减按钮并联。

2 模拟量输入/输出：
1）输入：遥控转速目标。

2）输出：转速基准、转速信号。

七、运行
（一）启动
1．启动前必须具备下列条件：
（1）高压油系统已准备好。

（2）高、低压调门是关闭的。

（3）高、低压主汽门是关闭的。

2．CRT上应指示：
（1）控制方式与设定值画面上
※遥控失效方式
※转速显示盘车转速50rpm
※目标转速为0
（2）阀门试验/显示画面上
※高、低压主汽门关
※高、低压调门关
※高、低压调门位置为0
3．手动面板
※汽机处于遮断状态
※阀位指示为0
4．在手动面板上用LATCH按钮（复置按钮）使小机挂闸，建立起遮断油压，一直等到在左上角的“TURBINE TRIP（汽机跳闸）”灯灭掉为止。

5．手动做遮断试验
6．再重新挂闸，按下“TURBINE TRIP”按钮，再次遮断。

7．阀门试验。

打开低压主汽门，再打开高压主汽门，再关掉。

（用CRT试验画面）。

8．打开低压主汽门，打开高压主汽门。

9．用控制方式和设定值画面，增加转速定值，汽机开始升速。

当达到临界转速时应快速通过。

10．将控制方式改为遥控允许方式。

当实际转速与目标显示区中显示的遥控目标接近时，系统自动进入遥控方式，（当然其它条件必须满足）。

（二）停机
1．随着给水系统遥控指令的降低，给水泵、汽轮机转速下降。

当达到遥控低限时，运行人员可以遮断小汽轮机；也可以先切到遥控失效方式，或切到手动方式，降低小机转速，待转速降到一定程度以后，遮断小机。

2．停机后的现象
遮断，主汽门和调节阀将全部关闭。

可以在手动面板以及阀门试验画面上进行验证。

此外，在手动面板上的“跳闸”灯亮。

目标值将设置到零，为机组重新启动作准备。

(三) 系统试验：
1．通常启动前或大修后，超速遮断设定点会有变化，均应该进行超速试验。

作试验时，小机不应与给水泵相连；试验时应有人在小机旁，一旦发生紧急情况，应手拍遮断。

试验顺序：
（1）插入钥匙，并打到机械超速试验位置，系统将从遥控转到遥控失效，CRT上显示
出“正在进行超速试验”，此时，转速可一直上升到机械超速（电超速不动作）。

（2）再重新挂闸，将钥匙打到电气超速试验位置，进行电超速试验。

试验成功后，将钥匙打到正常位置，并拔出。

2．阀门试验
包括低压主汽门和高压主汽门试验，可在阀门试验图象上进行。

阀门试验逻辑如图12－10。

高压主汽门试验或低压主汽门试验都必须满足下列条件：
（1）低压主汽门是打开的
（2）不在手动方式
（3）高压调门关闭（注：试验低压主汽门不一定要有此条件）
（4）高压主汽门已经打开（注：试验低压主汽门不一定要有此条件）
按下低压主汽门试验按钮，低压主汽门将关小，当低压主汽门在关到1/4行程时，会重新打开，并在CRT显示“低压主汽门试验完成”。

按下试验按钮3秒钟后，若未关到25％，则认为试验失败，在CRT上显示失败信息。

在CRT上按下试验按钮，则发出信号关高压主汽门。

若关闭，则会在CRT上显示“测试成功”的信息；并发出指令重新打开高压主汽门。

若3秒内未能关闭，则显示“高压主汽门试验失败”信息。

图12－10 小机高压、低压主汽门试验逻辑。