化工自动化及仪表 第４Ｏ卷 加氢循环氢压缩机透平调速器的升级改造 朱桂霞 （中海油（青岛）重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东青岛２６６５００） 摘要介绍加氢循环氢压缩机透平调速系统由ＷＯＯＤＷＡＲＤ ２３０１改造为ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５的具体方 案及方法。调速系统升级改造后运行平稳，消除了前一周期转速波动的现象，并且提高了控制精度。 关键词加氢循环氢压缩机调速器 系统升级 中围分类号ＴＱ０５１．２１ 文献标识码 Ｂ 文章编号 １０００—３９３２（２０１３）０２－０２６２－０４ 胜利炼油厂＿－ｊｊｎ氢循环压缩机Ｋ一１０２是２０ 个分立式模块（磁性传感器、速度变送器、斜波发 世纪８０年代初从日本引进的透平压缩机，其调速 生器、２４Ｖ放大器、电源、ＭＯＰ马达操作电位计和 系统为伍德瓦德公司的ＷＯＯＤＷＡＲＤ ２３０１型电 负荷器）组成的控制盘、检测透平转速的磁 动调速器，已运行二十多年，经检测由于调速器主 性探头和执行机构（接收２３０１控制盘输出信号并 放大板工作不稳定导致该机组的转速出现无规律 将其转换成蒸汽阀的位置）。该调速系统控制功 大幅波动。因此，将该机组的调速系统由ＷＯＯＤ— 能简图如图１所示。 ＷＡＲＤ ２３０１升级为ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５，投用至今， 该系统的磁性传感器产生一个与传动齿轮转 运行良好。笔者对两种系统做了简单介绍，并对 速成正比的脉冲信号，此信号由速度放大器放大 升级方案的制定和难点进行了分析。 后送给速度变送器，转换成与输入信号频率成正 １ ＷＯＯＤＷＡＲＤ ２３０１调速系统 比的直流电压信号，该电压送到２４Ｖ放大器的求 ＷＯＯＤＷＡＲＤ２３０ １调速系统包括一个由７ 和点，作为负信号输入。ＭＯＰ马达操作电位计用 图１ ２３０１调速系统控制功能简图 收稿日期：２ｏ１２－ｏ９・１１ 第２期 朱桂霞．加氢循环氢压缩机透平调速器的升级改造 来选择给定转速信号（正常时３０％一１０５％，超速 试验时３Ｏ％～１２０％）。给定值可通过调速开关 进行调节，如果给定某个速度信号作为正的输入 行模式下可以通过显示屏观察实际转速和设定转 速的数值，并在线修改某些参数，显示屏还可以显 示故障和诊断信息。５０５调速器具有程序模式和 运行模式，程序模式是对透平操作进行参数设置； 运行模式就是透平的正常控制过程，用来显示操 作参数并控制透平的转速。 ３升级方案的制定和难点分析 电压信号加到２４Ｖ放大器的求和点，与速度变送 器的检测信号相比较。２４Ｖ放大器为一个微分放 大器，增大或者减小输出信号取决于求和点的电 压代数和。当给定信号大于检测信号时，放大器 输出增大，驱动执行机构，阀操作器增大蒸汽阀开 此次改造的原则是现场的磁性传感器及执行 度，提高透平转速，探头检测信号增大，传至放大 机构均不变更，整个调速系统的输入、输出信号基 器的求和点，从而使实际转速与给定转速相吻合。 本不变。在原有调速系统功能的基础上，由 ２ ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５数字调速器 ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５替代原来的ＷＯＯＤＷ ＡＲＤ ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５数字调速器用来控制蒸汽 ２３０１。因此改造的难点有：输入、输出信号的匹 透平的转速，采用菜单方式编程操作。它将透平 配；合理、正确的接线；通过正确的组态和编程实 控制器和操作面板集中成一个综合的操作、控制 现原来的功能。 面板，包括一个双行显示屏（每行２４个字节）和 根据原调速器的接线和功能以及机组的自身 一组功能键盘（３０个键）。这个面板用于设置 特性，结合５０５调速器的特点得出其实际应用功 ５０５内部参数、编制在线程序并操作透平。在运 能图（图２）。基本控制功能可简单概述为速度 ６可编程读出 Ｉ竺 竺卜－ （４￣２０ｍＡ） 紧急脱扣－－Ｉ ｌ 脱扣２ 卜 关机 Ｋ ）关机中继器 脱扣３ 跳闸 逻辑 报警 脱扣４ 卜 程序报警 Ｋ ）报警中继器 脱扣５ Ｐ Ｉ 中继器 程 重置—＿＿１卜＿ 选择 报警逻辑 羹失效／ ＿－＿］ｌ 腱速度 ＼—－．Ｊ Ｌ一－＿ｊ Ｉ临界速ｇｔ 速度传感器ｌ Ｉ避开逻辑 速度设定值增加——＿＿１ ｝＿ 速度设定值降低—— 卜－ 过速实验——Ｉ 速度 —’ 、 可用Ｐ 。］竺兰兰兰厂 设定点 ＰＩＤ 受控关机．＿１ ＋ ／ —空载额定 卜＿＿ 运行 ．＿１ ｒ『Ｉ Ｐ — 卜一 逻辑］ 卜］ ＬＳＳ（－ｆ￣号低选总线） 自动许可 懈 渐 Ｃ Ｉ输出去执行器 阀门器关闭Ｐ－ 卜—＿＿Ｊ 器 图２ ５０５实际应用功能图 化工自动化及仪表 第４Ｏ卷 ＰＩＤ接收现场采集来的透平速度信号，并将此信 号和速度设置值比较后产生一个输出信号，该信 号和阀门器的输出通过低信号选择总线后输 转换成机械传动，以控制蒸汽调节阀的开度，从而 控制进入透平的蒸汽量，并稳定透平的转速。 ｅ．模拟量读出。选取ＡＮＡＬＯＧ ＲＥＡＤＯＵＴ 出给执行机构。依照该功能图，可进行相应的接 线和编程，图中Ｐ表示可编程。 ３．１信号的匹配 改造过程中，需要匹配的信号包括：转速信 （模拟量读出１）作为阀位输出连接到记录仪上， 记录高压阀的开度趋势，以便在转速出现波动的 情况下分析高压阀的开关情况。４—２０ｍＡ分别 对应高压阀开度Ｏ％～１００％，这有利于工艺人员 号、输出信号、开关量输入和输出信号、模拟量输 入和输出信号，以下对这些信号加以简单介绍： ａ．转速信号。与２３０１配套的转速信号的频 率最大不超过１２ｋＨｚ，电压幅值最小１．５Ｖ；５０５所 需的信号为频率最大不超过１２ｋＨｚ，电压幅值最 小１．５Ｖ，因此频率、电压相符。 ｂ．输出信号。５０５和２３０１均具有２０— １６０ｍＡ的标准输出。 ｃ．开关量输入和输出信号。开关量的输入 的操作，尤其是开机时，可以随时监测高压阀的开 度。 ｆ．继电器输出。５０５共有８个中继器输出可 用。其中有两个是专用的，一个从５０５发出系统 关机命令（ＳＨＵＴＤＯＷＮ），另一个报警显示（Ａ－ ＬＡＲＭ），另外６个中继器可以被编程用于各种显 示和系统功能。关机命令和报警显示接到ＰＬＣ 的ＤＩ输入，ＰＬＣ的输出接到报警盘上报警。 ３．３ ５０５的参数配置 在使用５０５操作透平前必须进行程序组态。 控制器加电、ＣＰＵ自检完成后，控制器显示待机状 态。操作过程被分为程序模式和运行模式两部 分。程序模式用来设置操作参数，运行模式用来 检查操作参数和运行透平。５０５的程序经过配 置，在透平没有运行时，是可以被改变的。一旦透 平开始运行，程序将不能改变也不能选择，但是可 以被访问，所有编程的数值可以被监测。５０５的 参数配置清单如下： 和输出信号均兼容。 ｄ．模拟量输入和输出信号。模拟量的输入 和输出信号均为４—２０ｍＡ的标准信号。 ３．２调速系统接线 要保证调速系统合理、正确地接线，需要做到 以下几点： ａ．转速信号。转速信号从２３０１的速度放大 器的ＯＵＴＰＵＴ端子接出，连到５０５的ＳＰＥＥＤ ＳＮＳＲ１（速度传感器１）端子。 ｂ．允许启动。选取可编程输入点的１号作 ａ．透平启动。５０５有３种可供选择的启动 方式（手动、半自动和自动）。一旦“ＲＵＮ”命令发 出，根据所选择的运行模式，速度点和阀门限 为５０５的启动许可输入信号，此信号从机组仪表 盘上的启动信号接出，在盘后加一继电器。开机 时，按下“启动”按钮，信号送入继电器，继电器输 出一组常开接点，连到５０５的１号接点端子作为 其启动信号。 ｃ．紧急停机。紧急停机是５０５的专用接点， 是不可编程的。此信号从机组仪表盘上的停机信 号接出，在盘后加一继电器。停机时，按下“停 制器会由５０５控制仪自动操作或者操作者进行手 动操作。鉴于Ｋ．１０２机组的具体情况，采用手动 启动模式。由于透平和离心式压缩机均存在固有 特性——危险转速，因此开机过程必须避开危险 速度范围，或者尽快通过这个速度范围，以免造成 机组振动过大或者机械损坏；另外，在透平冷启动 时，必须执行暖机，然后才能升速。因此空载／额 定功能必须被编程以执行临界速度避开程序。速 度设置点也不能停止在临界速度带内。根据这个 要求，参数设置包括到最小速度的速率４００ｒ／ｒａｉｎ； 机”按钮，信号送人继电器，继电器输出一组常开 接点，连到５０５的ＥＭＥＲＧＥＮＣＹ ＳＨＵＴＤＯＷＮ（紧 急停机）接点端子。 ｄ．执行器输出。Ｋ－１０２现场执行器接收的 是２０～１６０ｍＡ信号，通过编程选择执行器的输出 信号为２０—１６０ｍＡ。由５０５的ＡＣＴＵＡＴＯＲ１号端 使用空载／额定设置，空载设置值２ ０００ｒ／ｒａｉｎ，额 定设置值为８ ０００ｒ／ｍｉｎ；空载／额定速率５０ｒ／ｒａｉｎ； 子接到原２３０１输出去执行器的端子上。现场蒸 汽调节阀由电动阀操作系统和蒸汽调节阀组成， 阀门器速率２％。阀门器可用来执 行器输出信号（调节阀位置），以帮助透平启动和 关机，阀门器的输出、速度ＰＩＤ输出二者中低 电动阀操作系统接收５０５输出的电流信号并将其 第２期 朱桂霞．加氢循环氢压缩机透平调速器的升级改造 ２６５ 选值控制透平阀门。阀门器也可以用于对系 统动态特性问题进行故障寻找。如果确定５０５是 系统不稳定的根源，可以手动控制阀门器来 速度速率５０ｒ／ｍｉｎ；最大临界速度７ Ｏ００ｒ／ｍｉｎ；最 小临界速度４ ５００ｒ／ｍｉｎ。各种速度之间的关系如 图３所示。 控制蒸汽调节阀的位置。但是，在这种情况下必 须小心操作阀门器，以避免系统达到危险的 操作点。 ｂ．速度控制。ＭＰＵ探测的齿轮齿数３０；齿 ｄ．驱动器配置。５０５有两个执行器输出，都 可以编程来和ＷＯＯＤＷ ＡＲＤ ＧＯＶＥＲＮＯＲ公司的 执行器（２０～１６０ｍＡ或４—２０ｍＡ）相连接。Ｋ一１０２ 执行器接收的是２０—１６０ｍＡ信号，因此将５０５输 轮比例为１：１；在线比例增益１７．４６４；在线积分增 出去执行器１号设置为２０～１６０ｍＡ。 益１．５５２。５０５的ＰＩＤ设置，对整个系统的调节质 ｅ．接点输入。５０５共有ｌ２个可编程输入 量起着举足轻重的作用。在５０５初次启动时，所 点，选取节点输入１功能为外部启动，接点输入使 有ＰＩＤ动态增益项都需要调整，使之得到最优的 用功能必须被编程才能被执行。 控制结果。上述ＰＩ参数是在试机过程中反复试 ｆ．功能键。功能键Ｆ３、Ｆ４在５０５的前面板 验才得出的。当透平在操作状态时，ＰＩ参数可以 上，可以被编程为一个功能键。这些功能键 在运行模式下改变。 可以通过５０５的前面板来设置各种功能为可用或 ｃ．速度设置点的数值。速度设置点的范围 者不可用，而无需要求使用外部接点开关。Ｆ３键 必须在编程模式下设定，程序通过设置最小调速 功能为ＩＤＬＥ／ＲＡＴＥＤ（空载／额定），这个功能主 器速度和最大调速器速度来确定透平正常的操作 要被用于开／停机。按下Ｆ３键，屏幕上显示： 范围。除非是执行超速实验，速度设置点不超过 “ＰｕｓｈＹｅｓ＝Ｒａｔｅ，Ｎｏ＝Ｉｄｌｅ’’“Ｉｄｌｅ／Ｒｔｄ Ｓｔｏｐｐｅｄ”， 最大调速器速度的设置。根据Ｋ一１０２具体情况， 按下ＹＥＳ键，“Ｆ３”灯亮后，转速则会自动越过临 设定过速实验极限为１４ ０００ｒ／ｒａｉｎ；最大调速器速 界转速升至８ Ｏ００ｒ／ｍｉｎ（最小控制转速）后停止升 度１３ ５００ｒ／ｒａｉｎ，最小调速器速度８ ０００ｒ／ｍｉｎ；速 速。按下ＮＯ键，转速则自动降至２ ０００ｒ／ｍｉｎ（空 度设定值的低速率２０ｒ／ｍｉｎ；使用临界速度；临界 载设置值）。 ｌ ｌ ｌ Ｉ ｌ ｌ Ｉ Ｉ 额定速度 ｌ Ｉ 空载速度 临界速度 临界速度 操作范围 脱扣 范围１ 范围２ 过速 县，Ｊ、墙堵： ｛雷： 驰县＋ ：击 限 图３各种速度之间的关系 ４ ５０５的试运行 在每个速度段都运行平稳。整个调速系统试运行 调速系统改造完后，正式投运之前需进行试 完成后，正式投入运行。 运行（包括单机试运和整机试运），以便根据试运 ５结束语 行过程中出现的问题对参数配置进行调整。 调速器作为汽轮机控制系统的核心，其运行 单机试运是在调速系统改为５０５后，由５０５ 质量直接关系到设备和装置的平稳运行。 来控制透平的运行，透平单机运行时，转速平稳。 ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５调速器是一种非常好的电液调 根据出现的问题，对程序做出了相应修改，如：把 速控制系统，它组态方便、可靠性强、功能强大。 执行器０．１％的高频脉动去掉，越过临界转速的 改造后的调速系统彻底消除了前一周期转速无规 速率由３００ｒ／ｍｉｎ改为５０ｒ／ｍｉｎ等。 律波动的情况，而且调速精度高、系统工作稳定， 整机带负荷运行遵循单机试运的开机步骤， 实现了发行目的。整个改造过程可作为ＷＯＯＤ— 在转速升至８ ０００ｒ／ｒａｉｎ以后，转速出现了波动，高 ＷＡＲＤ ２３０１升级为ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５的典范，也 压阀上下振动，经判断是ＰＩＤ参数的配置不合适， 可为其他ＷＯＯＤＷＡＲＤ ５０５系统用户提供一定的 调整ＰＩＤ参数，从记录仪上观察高压阀曲线，直至 参考价值。
