TRT保护控制技术的研究与应用

1 引言 高炉煤气余压发电（简称TRT）技术在我国已得到广泛的应用，但TRT控制方案侧重于对高炉的保护，和高炉相比，TRT系统始终处于从属地位，它的保护往往被人忽视。TRT保护技术不完善，必然造成了不必要的设备损坏，为了延长TRT 机组寿命，我们对TRT保护技术进行了研究，系统的稳定性和可靠性得到进一步提高。本文将以莱钢TRT为例，着重介绍TRT各种保护技术的研究与应用。 2 选择性控制保护技术的应用 2.1 TRT工艺简介 TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称（Blast-Furnace Top pressure Recovery Turbine Unit），是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。 高炉煤气经重力除尘、煤气净化除尘后，经过TRT的进口蝶阀，启动阀，进口眼睛阀，进口快切阀进入TRT透平机做功，带动发电机发电，做功后煤气经出口眼睛阀，出口蝶阀进入煤气管网。同时取代高炉减压阀组实现对高炉顶压的控制。当机组正常停机或者发生重故障停机的时候，进口快切阀动作，静叶关闭，旁通快开阀打开，经过一定时间后，旁通快开阀关闭，将顶压控制权交给减压阀组。 2.2 选择性控制保护技术控制方案 从上述工艺简介我们知道，旁通阀在TRT系统中作用是只有当机组正常停机或者发生重故障停机的时候打开，经过一定时间调节后，旁通快开阀关闭，将顶压控制权交给减压阀组。 从实际生产中看，TRT重故障停机率不到10%，高炉异常停机占到90%以上，频繁的高炉异常停机对TRT设备造成很大的破坏和经济损失。为避免TRT频繁的停机,我们对TRT控制方案进行优化：在TRT停机条件满足时，首先判断停机的原因，若高炉侧出现异常时做到TRT不停机，这时高炉顶压控制权由静叶交给旁通阀，在高炉异常消失时，高炉顶压控制权再由旁通阀交给静叶，系统恢复正常，避免了TRT频繁的停机；在优化的控制方案中，TRT停机判断具有优先选择性，避免系统的盲目停机，是一个软保护措施。 2.3 选择性控制保护技术的程序设计 基于西门子S7400开发的选择性控制的程序易于实现，编程语言采用梯形图，简单明了，大大提高开发调试的效率。 程序设计主要包括停机判断程序、静叶与旁通阀高炉顶压控制权的交接程序和TRT停机程序，其中停机判断程序是选择性控制程序的核心，见选择性控制程序流程图1。 2.4 选择性性控制保护技术的控制设备 TRT最重要的控制设备是快开旁通阀。它们都是液压伺服驱动的闭环系统。主要控制设备包括伺服控制器、伺服阀、LVDT反馈位置传感器、油动机、电磁阀。通过对电磁阀的得失电控制可以实现阀门和静叶的快速开关。TRT停机时，为了实现高炉顶压控制平稳过渡，快开旁通阀的控制尤为重要。在旁通阀参与调节时，旁通阀都会被赋予一定开度，并快速打开到指定位置，若开度给定不合适，经过旁通阀的流量就会过大或过小，必然造成高炉顶压大的波动，影响高炉生产。旁通阀的控制开度一般我们是根据它的流量特性曲线计算得到的 ，与停机前经过TRT高炉煤气流量是对应的。但在实际生产中，受测量介质和测量方式的影响，高炉煤气测量存在较大偏差， 作为TRT停机或控制的一个重要参数，势必影响系统稳定。我们在分析整个系统的运行数据时，发现经过TRT高炉煤气流量大小与透平机静叶开度是存在一定关系的，我们经过统计和测绘制定了静叶流量特性曲线。我们根据流量特性曲线，很容易计算出工况下，任何一静叶开度所对应的透过透平机的高炉煤气流量。在旁通阀流量特性曲线已知情况下，我们找到了静叶开度与旁通阀开度之间的关系，把停机时静叶开度作为计算旁通阀的实际开度的依据，提高了系统控制的可靠性 3 静叶锁定保护技术的应用 TRT并网后，受电网拖动，发电机转速恒定在3000r/m,发电机输出功率受通过透平机的煤气流量控制，也就是受静叶开度的控制。为防止炉顶压力过大的波动，并将静叶开度停留及静叶锁定在事先设定的任一位置上，以限制流过透平的煤气量，进而控制发电机的转速和输出功率。 调静叶开过头或关过头，起到阀位开度控制限幅及抗积分饱和作用。静叶锁定是TRT一项重要保护技术技术，它主要分上下限锁定和系统故障锁定。图为静叶锁定控制程序流程图2。 3.1液压锁工作原理 静叶伺服控制系统液压保护装置通过液压锁紧方式控制电液伺服阀的进出油路和负载油路。在透平机处于正常工作状态时，液压锁处于导通状态（即电磁阀处于失电状态），电液伺服控制系统随调节器信号及负载情况及时调节静叶角度达到适当风量。当静叶角度丢失或反馈丢失，电磁阀通电，使液压锁处于关闭状态，切断电液伺服阀进出油路和负载油路，及时将静叶锁定，此时可以启动电磁调节系统，以点动方式对静叶角度进行修正，即通过其中的两个电磁铁的通电，控制伺服油缸左、右移动，使静叶角度增大或减小，达到指定位置，继续维持透平机运转。 3.2 静叶上下限锁定技术 静叶上下限锁定就是在TRT并网后，通过限幅静叶的最大开度和最小开度，来控制发电机输出功率不超过额定制和最小值，从而避免对发电机组造成破坏，对电网造成大的冲击。静叶的限幅要根据机组特性和实际工况来决定，制定的是否科学，会制约TRT发电机组效能。 3.3 系统故障静叶锁定 TRT并网后，在系统切入自动后，这时高炉顶压控制权交给了静叶，PID调节的关键参数是顶压测量和设定信号，但这两个信号是从高炉侧传输而来，受高炉控制系统和通讯线路影响，故障发生机率较大，误信号会造成静叶误动作，这是必须对静叶进行锁定，系统择时退出自动，顶压控制权交给高炉侧，也可避免TRT机组停机。 3.4 液压锁保护技术 透平机静叶调节方式为电液调节，由于调节的关键设备电液伺服阀油精度要求高，若因油质问题造成电液伺服阀堵塞，导致静叶角度漂移，会严重威胁机组安全，影响高炉顺产。液压锁作为一种静叶保护装置，能结合伺服控制器的报警功能，自动将静叶锁定，同时配备电磁调节系统，可现场点动调节静叶角度，实现在线处理故障。 3.5 液压锁主要功能： 1、静叶伺服系统处于正常工作状态时，液压锁的电磁阀不带电，液压锁处于自动备用状态。 2、静叶角度丢失或反馈丢失时，给电磁阀通电，液压锁开始工作，将液压伺服回路关闭，使静叶处于锁定状态。 3、静叶处于锁定状态时，可采用手动方式对静叶进行点动调节。即根据静叶角度的大小对电磁阀的一侧电磁铁通电，使静叶正向运动，或对另一侧的电磁铁通电，使静叶反向运动。 4 结束语 TRT系统应完善各种保护措施尤其是各种软保护措施，我们通过各种保护技术的研究和推广，最大发挥了TRT机组的效能，保护了机组，稳定了高炉生产，创造了可观的经济效益。 W07.10-12 _______________________ 作者简介：焦守林，（男1972），毕业于山东烟台大学自动化系，工程师，现从事仪表维护、PLC工程设计工作。 E-mail:jsl100@sina.com