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透平机用505调速器应用浅析

作者：郭伟

来源：《市场周刊·市场版》2017年第20期

摘要：505透平调速器在我厂应用已有一段时间，在实际操作和运行过程中，大家仍对505的功能和原理存在多多少少的疑惑和不解，本文通过查找资料对505调速器的功能进行消化吸收和浅析。

关键词：505调速器；转速控制；透平机 一、概述

505调速器是一种现场可组态且与操作人员控制屏为一体式的汽轮机调速器。505调速器是以微处理器为基础的，适用于单执行机构或双执行机构（分程控制）的汽轮机控制，专用于汽轮机数字电液调节控制的主机。其配套产品还有CPC（电液转换器）、DSLC（数字同步控制器）、LVDT（调节阀开度线性测量装置）等。

505的操作方式分为以下三种：一是编程方式，用于为指定的使用场合进行505的组态并设置所有的运行参数； 二是运行方式，只是正常的汽轮机运行方式，用于观察运行参数和操纵汽轮机；三是服务方式，主要用来监视汽轮机运行中部分参数和运行方式下查看部分程序。 二、505控制器I/O

（一）触点输入：4个专用触点输入：外部紧急停机、外部清除/复位、升转速、降转速；另有12个可编程接点输入。

（二）触点输出：2个专用触点输出：停机继电器，当停机条件出现时，该继电器失电；报警继电器，当报警条件出现时，该继电器得电。其余的6个可编程触点输出，为可组态继电器，能设置成当状态量改变或模拟量达到某个数值时得电。所使用的可编程继电器输出必须设定所需的切换条件或给它们设置指定的模拟量。

（三）模拟量输入：6个模拟量（4-20毫安）输入，1-5#模拟量输入通道是不带隔离的通道，只有通道6是带隔离的通道，所以为了505的安全使用，建议模拟量输入接入1-5#通道时加隔离器。

（四）模拟量输出：具有两个专用阀位模拟输出（控制调节阀开度）和六个可组态的模拟输出。

三、汽轮机控制

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汽轮机的控制主要为汽轮机提供动力，使汽轮机硬件达到热态要求，并且使之转速提高。其中整个过程可分为以下两个部分：启动过程和升速过程。

（一）汽轮机从零转速达到汽轮机的低暖机转速称为启动过程，汽轮机低暖机转速到达到汽轮机的额定转速过程称之为升速过程。505 调速器具三种可供选择的汽轮机启动方式：手动启动、半自动启动、自动启动，三者选其一。

（二）汽轮机由低暖机转速至额定转速的升速过程，称之为升速。505提供给操作员两种方式完成暖机和升速过程，这两种方式根据用户在505控制器中的组态来实现，组态时必须并且只能选其一，这两种方式为：暖机/额定和顺序自动启动。 四、505控制器的应用

在505内部只有两个直接驱动进气阀门的调节器，一个是转速PID，另一个是辅助PID，还有一个不是PID调节器，是阀位限制器。

转速调节器是用来控制转速稳定在给定转速值上。其实在汽轮机开机和冲转阶段，505的转速调节器就处于工作模式。在汽轮机应用中，转速调节器也是汽轮机转速的一个基本功能。辅助控制器既可以作为控制器使用，也可以作为限制器使用。阀位限制器就是给一个限制开度指令，不论你上面两个调节器输出多大的指令，实际输出不允许高于阀位限制器的值。转速调节器有四种典型的自动控制方式。 （一）转速自动控制方式

最简单的转速自动控制就是在风机系统的应用，它没有辅助PID，就是一个简单的转速PID调节，根据转速设定值、实际转速和阀位限制器低选信号来控制风机转速。在转速自动控制模式下，汽轮机的转速始终与给定转速保持一致。在运行模式下任何时候均是默认为505进行自动转速PID调节，人工无法干预。 （二）负荷自动控制方式

当汽轮机组态为发电机应用时，才能投入负荷（功率）控制，505进入负荷自动控制方式是受外部条件控制的，这个外部条件就是发电机断路器开关和电网断路器开关，当这两个开关都处于闭合状态时，也就是我们所说的“并网”后，505则自动进入功率自动控制方式。 当给定值与反馈值有偏差时，调节器会一直增大或减小输出直至偏差为“0”，如果直接用上面的转速调节PID回路来控制负荷，显然是行不通的，即使给定值只给了3005转，由于发电机挂在网上，实际转速只有3000转，开大调门转速也不得提高，那么调门就会一直开下去，一直开到阀位限制器的上限，功率就到满负荷了，这样负荷显然是不受控的，也不是我们能接收的方式。当发电机断路器开关和电网断路器开关同时闭合时，505内部的SW1开关会

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自动闭合，此时505就进入了功率自动控制方式，SW2是双通道切换开关，此时在转速PID的给定值输入端引入了另外一路信号--DROOP信号（不等率）。

转速不等率的折算的反馈给定值 = 汽轮机额定转速×不等率×功率量程比例

转速PID调节器的动作过程：当并网后运行人员给出3030的转速指令时，调节阀会开大，但由于发电机挂在网上，转速不再升高，但随着调节阀的开大，发电机功率会逐步增大，通过功率不等率的比例设定，505内部计算出一个对应的转速偏差值（30）与给定转速3030综合，而作用到PID输入端的转速给定指令仍逐渐给定在3000转，此时PID无偏差，调节阀不再动作，汽轮机在一个新平衡状态下运行。如果功率有扰动，系统会自动调节稳定功率。这就是给定值与实际转速有偏差时调节器也能稳定的原因，如果调节器没有这个偏差校正，功率是不得稳定的。这是505调节器内部SW2开关接收功率反馈信号的调节过程当SW2接收发电机输出功率反馈信号时，我们称这种负荷自动控制为“功控”方式；当SW2接收阀位输出反馈信号时，我们称这种负荷自动控制方式为“阀控”方式。 （三）频率自动控制方式

频率控制的实质还就是转速控制，控制的参数和对象完全一致，唯一的区别就是并网前叫转速控制，带负荷后（这里不叫并网后，是我们常说的孤岛运行，其特点是发电机断路器开关闭合、电网断路器开关断开）就叫频率控制。 （四）串级自动控制

串级背压自动控制方式就是在转速PID控制器前面串联排气压力调节器，排气压力PID调节器的输出指令最终也变为转速给定指令从而控制阀门的开大和关小，背压自动投入的条件是必须在负荷自动控制方式下才能投背压自动，也就是说必须在发电机并网后才能投入串级背压自动。串级背压自动控制必须得到运行人员的手动干预才能投入自动。 五、结束语

通过对505调速器学习和应用，结合风机和发电机工艺，对505调速器理论上有一个较为清晰的认识和实际应用中的掌握，有助于对透平机控制的设计应用、维护排故工作。 参考文献：

[1]袁国利.Woodward505控制器结合DCS在催化主风机组的应用[J].石油化工自动化，2010（6）. 作者简介：

郭伟，新余钢铁集团有限公司。