|
|
GE MARK V特殊功能在电厂中的应用 |
|
摘 要：本文目的在于介绍和认识MARKV控制系统的功能及应用。它继承了GE公司几代控制系统的成功控制部分。Mark-V控制系统是GE公司汽轮机组的专用控制系统，采用三冗余、软件容错等数字技术，MARKV与其安装在机组和辅机的设备与传感器共同完成汽轮机的控制与保护，在传感器，和设备的反馈，控制，重要功能的保护上使用冗余技术提高机组的可靠性。在大多数情况下，MARKV采用三冗余控制器进一步提高机组运行的可靠性。MARKV其特殊的控制功能包括：速度控制功能，自动同期，负荷控制功能，流量控制功能，保护功能。MARKV能够安全、可靠地完成汽轮机组的监视、控制及保护任务。
关键词：三冗余；软件容错；控制器。
Abstract：This article pupose is to introduce application and specific function of markv control system .,Its heritage consists of along list of successful control system.The mark-v control system is the technical control system of turbo-generator made in GE company ,with TRM and SIFT digital technic.Through technical software ,Unit control and protection is accomplished by using the markv in combination with sensor and device mount on the unit and its auxiliaries.Unit reliability is improved by using redundant sensor and devices for feedback control and protection of critical function. In its common configuration,the markv further improve unit reliability by using three redundant control processor.IMarkv specific control functions are: Speed control function ;Auto synchronizing;Load control function;Flow control function ;Protection function,the Markv control system can complete monitor control and protection of turbo-generator.
Keyword:TRM(triple module redundant); SIFT(solftware implemented fault tolerance);controller.
0 概述
MARKV控制系统是美国GE公司在九十年代末设计并生产的较为先进的控制系统。它继承并拓展了前几代产品的优良性能。并设计了自己独特的功能，使MARKV控制系统与GE公司的前几代产品比较更完善，更先进。同时在汽机在运行过程中，能够保证机组稳定，安全的运行。
在MARKV的设计过程中，GE公司采用了重要保护设备三取二设计，控制器采用了三冗余（TMR）的设计方案，软件采用了软件容错功能（SIFT）。GE公司的设计减少了机组误动的可能性，从而增加机组运行的可靠性。[参考文献 1]
MARKV控制系统从设计和运行方式来看和新华电站的DEH控制系统的功能有很多相似之处，但MARKV由于是GE的控制系统，所以MARKV控制系统针对GE公司的机组自行研制的。从南通电厂到七台河电厂的机组运行情况来看，GE的机组和其控制系统的设计有其独特性，是值得我们研究和借鉴的。
MARKV系统设计紧凑，对于大型汽轮机组，整个控制系统只有两个控制柜和一个工程师站，外加几个操作员站。这样设计方便了维护人员的维护工作，增加了检修的高效性。它的两个控制柜分别是主柜和辅助柜。主柜内安装有主控制器简称控制器、保护控制器、通信控制器、电源分配器、电源过滤器、I/O信号控制器以及I/O信号端子板，控制器简称控制器。辅助柜安装有电源转换器、电源选择器、控制器、控制器、旁路电源及端子板。操作员站是486电脑，具有触屏功能，安装在主控室内。工程师站配置与操作员站基本相同，但是工程师站安装在工程师站室内。
中型机组，控制系统有一个控制柜，包括主控制器、保护控制器、通信控制器、电源转换器、电源分配器、输入输出信号控制器以及I/O信号端子板。[参考文献 2]
控制系统能够完成对汽轮机组的监视、速度控制、汽轮机负荷控制、蒸汽流量控制、调阀阀位控制、#2主汽门—MSV2控制、跳闸逻辑、中压调阀快动—IV、早期阀门动作—EVA、功率负荷不平衡—PLU、甩负荷功能、汽机保护、保护试验、转子\腔室预暖、冲转准备、加速至额定转速、反流运行、阀门试验、旁路系统调节控制、与TSI的接口、转子应力计算和寿命管理、MarK-V与EX2000（励磁控制）通讯、实时趋势图、实时数据采集、系统自诊断、跳闸记录、MARK-V与CCS、SCS、SOE、DCS报警系统等的接口等。
1． 硬件的特殊功能及应用
1．1电源部分
MARK-V控制系统的电源采用两路交流电源和一路直流电源的设计。两路交流由UPS供电，电源电压等级为120V，直流电源由直流母线供电，电压等级为120V。两路交流各有两路分支，其中一路去（ACn）由交流变直流，另一路则去（ACS）然后供给MARK-V交流母线电源。两路交流是由（ACS）选择一路供给交流母线电源的。这样当一路交流失去时，就可以切换到另一路。保证交流母线的正常供电。而变为直流的两个支路则和直流母线电源汇成一路共同给MARK-V控制盘供直流电源。
MARK-V电源之所以如此设计就是为确保MARKV正常供电。交流流供电方式好处是：在任何一路电源失去时，都不会给MARK-V造成损失或波动。如果采用开关切换的形势虽然不会造成较大的损失，但一定会有波动。影响机组安全稳定运行。所以GE如此设计，无疑考虑很周全。
直流电源的设计是比较特殊的，从其设计来看，直流电源就是为保障交流UPS电源在机组正常运行过程中突然失电，由直流供电给MARKV控制系统，保证机组正常停机。这在国产机组的控制系统也是很少见的。但在实际运行过程中，如果出现直流母线接地，则对控制系统的安全运行有一定的危害，具体表现在控制系统出现直流接地报警﹑设备故障报警等,非常见报警。由于直流接地的原因是多方面的，所以这些报警对维护人员查找故障原因造成一定的困难。
MARKV控制系统供电电源如此设计，在七台河发电厂机组运行中体现了其优越性，在机组交流UPS电源失去时，MARKV控制系统仍然在直流电源供电，这样避免由于控制系统失电出现汽轮机超速或汽轮机进水的重大事故的发生。
1．2控制器部分
GE公司的MARKV控制系统的控制器之间的连接图如下所示：
由图可以看出，控制器〈Ｒ〉，〈Ｓ〉，〈Ｔ〉三个控制器（以下统称（Ｑ））是三冗余控制器，三个控制器基本是独立的，他们有各自的电源，独自供电各自的数字Ｉ／Ｏ处理器板。三个控制器之间通过ＤＥＮＥＴ（数据交换网）连接的。通过数据交换网〈Ｑ〉控制器之间互相交换数据，数字量数据进行三取二，模拟量数据三取中选择。数据交换网可以使〈Ｑ〉和通讯控制器〈Ｃ〉之间通讯，所以当一个控制器发生故障，〈Ｃ〉就很容易判断出来。另外，〈Ｃ〉控制器通过数据交换网可以把〈Ｑ〉的三个控制器的未经表决的原始数据提取出来，通过级连网STAGE LINK传递给操作员站〈I〉使操作员能够看到未经表决的原始数据，进行硬件故障分析。
从南通和七台河电厂的应用来看，主控器〈Q〉采用三冗余形式，增加了系统的可靠性，同时十分便于在线检修，如果MARKV控制系统在运行中出现一个主控器故障，不会对系统产生任何影响，因为〈R〉、〈S〉、〈T〉控制器是同时工作，不存在故障切换问题，也就不存在切换扰动问题，保证控制系统安全运行。在其他控制系统中，控制器都是有采用备用方式：主控制器和从控制器，平时运行时主控制器工作，一旦主控制器故障系统就切换至从控制器工作。这样在切换过程中就存在不稳定、不安全因素。所以MARKV控制系统的特殊设计提高系统运行的安全性和可靠性，保证了机组安全运行。
MARKV控制系统还有一个特殊备用操作盘〈BOI〉：当主控制器由于通讯故障无法与所有的操作员接口〈I〉通讯时，但操作员可以通过装设在MARKV控制柜上的〈BOI〉来进行控制操作保证机组安全稳定运行。由于〈BOI〉不是通过通讯控制器〈C〉与〈Q〉通讯的，而是通过单独的数据线与〈Q〉进行数据传送，在平时其命令的优先级高于操作员站〈I〉。
由于〈BOI〉的存在，保证控制系统的安全性，即使操作员站与MARKV控制系统通讯完全消失后，我们依然可以依靠〈BOI〉来简单控制机组运行或使机组安全停机，不会造成重大设备损坏事故发生。
2． MARKV控制系统软件特殊功能及应用
2．1控制器〈Q〉内可修改的软件部分
控制器〈Q〉内可修改的控制逻辑用大块语言（BBL）组成。中的高级语言计算程序只能在制造厂编制和修改，BBL和ATS计算中的常数可以在线修改，控制逻辑程序共有11段，每段有数十至几百级组成各段内容如下：
1. LST-Q1.SRC：汽轮机保护、速度控制、负荷命令、流量命令、CVs和
IVs控制。
2. LST-Q2.SRC：控制方式、AMS、VPL、负荷控制、转子和腔室予暖、汽缸温度保护。
3. LST-Q3.SRC：速度控制、保护试验、阀门试验。
4. LST-Q4.SRC：发电机自动同期。
5. LST-Q5.SRC：TSI、电磁阀控制、汽轮机旁路系统控制。
6. LST-REQ.SRC：监视、报警、继电器输出、汽轮机积水检测
7. LST-AUX.SRC：
(1)润滑油系统控制。
(2)轴封系统控制。
(3)定冷水系统控制。
(4)氢气系统:控制、监视、报警。
(5)电动门控制。
(6)用户输出
8. LST-VPO：变压运行。
9. LST-BYP：温度检测、旁路控制顺序、旁路高压蒸汽压力控制、旁路低压蒸汽压力控制、旁路高压蒸汽温度控制、旁路高压蒸汽温度控制、汽机旁路控制监视和报警。
10.LST-MON：发电机氢监视、氢系统报警、主再热汽温度改变、轴承温度监视、水检测温度监视、定冷水、密封油报警。
11.LST-C1.SRC、LST-C2.SRC：阀位、ATS等参数监视、报警。，MarK-V三个主控制器（[R][S][T]）中的控制逻辑及相应的数字式调节器产生输出至伺服阀的控制信号。其中包括如下汽轮机控制功能中最重要的六大功能。
这11程序段区别在于当控制系统命令或数据改变时，程序段执行的频率是不同，例如：LST-Q1.SRC由于是重要保护和重要负荷控制部分，所以程序段执行的频率要求高，而其他程序段不要求对命令响应迅速，所以执行频率相对低一些。由于执行频率可以根据用户要求设定，所以用户可以根据自己的机组情况来设定执行频率，这是MARKV控制系统软件的特殊功能
2．2控制器[PLU]控制器内不可修改的软件部分
[PLU]控制器内不可修改的软件指的是固化于[PLU]控制器内的EPROM中的PLU程序。
PLU程序具备的特殊功能是为了在机组甩负荷时，通过快关CV1～CV4和IV1&2，使汽轮机避免过度加速和超速跳闸。
汽轮机的功率由经修正后的再热汽压力表示，发电机的负荷由三相电流之和经修正后得到
PLU发生条件：
(1)汽轮机功率与发电机负荷之差＞40%（额定负荷）
(2)发电机负荷丢失速率＞额定负荷/35ms
显然，只有在负荷＞40%（额定负荷）时，PLU才有可能发生。PLU一发生，负荷命令立即设为零，目标负荷命令以2%/秒的速率RB至“无负荷流量”值，另外完成其它一些辅助功能。在条件（2）消失后，经过1秒钟，IVs重新开启恢复伺服作用，以控制汽轮机转速，而CV1～CV4只有在条件（1）（2）都消失后才能解除闭锁，重新打开恢复伺服作用。
如果PLU发生后又很快消失（条件（1）），PLU逻辑自动复位，此时目标负荷很接近PLU发生前的负荷值，CV1～CV4会重新打开至接近PLU发生前的开度。
如果PLU条件一直存在，负荷在45秒内不能恢复，则目标负荷命令RB结束。当再热汽压力下降到低于40%（额定值）时，PLU逻辑自动复位，此时可以将转速控制在接近额定值准备并网。
如果电流信号（2/3）或再热汽压力信号（2/3）丢失，不会引起PLU动作，但却使PLU功能无效并产生诊断报警，在此情况下，应适当降低机组负荷，以避免由于甩负荷而引起机组超速跳闸。另外来自DCS的快甩负荷（FCB）也能触发PLU。
3结束语
MARKV以其优秀的控制功能为电厂服务，MARKV的控制的设计思想也很完善。我们要利用其完善的设计思想更好的为我们国内的机组服务。
参考文献
1 Steam Turbine SPEEDTRONICTM Mark V Controls Trainning Manual
Author: GE company
2 Mark V功能介绍
作者：王小良
作者简介：
李世龙，1997年7月毕业于黑龙江省的哈尔滨工业大学，取得了工学学士学位，1997年参加工作，就职于七台河第一发电有限责任公司。于2002年，晋升为工程师，现为大唐七台河发电有限责任公司检修部热控专业主任工程师。
截稿日期：2003年4月10日
联系电话：0464-8822298
() |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
