數字電液調節系統閥門管理和給定值邏輯優化

周 策，楊大哲

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

數字電液調節系統閥門管理和給定值邏輯優化

周 策1，2，楊大哲2

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

分析了汽輪機數字電液調節系統的基本控制功能，探討了汽輪機數字電液調節系統閥門管理和給定值部分控制邏輯，優化了轉速控制邏輯、給定值邏輯、閥門非線性補償及重疊度邏輯中存在的問題，提高了汽輪機數字電液調節系統控制的精確性和安全性。

汽輪機數字電液調節系統；閥門管理邏輯；給定值邏輯

0 引言

現代大中型汽輪機都在采用汽輪機數字電液調節系統DEH（Digital Electric Hydraulic Control System）。DEH系統是基于電子計算機的調節系統，具有多數據采集、復雜的數值計算和邏輯運算及多目標管理功能。汽輪機調節系統作為整個汽輪機組的一個子系統，其運行狀態直接關系到機組運行的安全性和經濟性。在正常運行中，由于調節系統故障造成的負荷突變，轉速波動無法并網，帶不滿負荷等非正常情況時有發生。目前，國內300MW及以上機組多采用數字電液調節系統，而國產200MW機組的調節系統也正逐步改造為數字電液調節系統。

1 DEH系統功能

DEH控制系統主要功能包括：掛閘，使汽輪機的保護系統處于警戒狀態；建立汽輪機安全油壓，打開汽輪機中壓主汽門；轉速控制，控制汽輪機各汽閥開度，使汽輪機轉速達到并穩定在3000r/min；同期；并網、自動帶初負荷；負荷控制，分為閥門控制、功率控制和調節級壓力控制；協調控制；一次調頻；閥位限制；高、低負荷限制；主汽壓力限制；單/順閥控制，單閥方式（節流調節），葉片加熱均勻，應力小；順序閥方式（噴嘴調節），節流損失小，機組運行經濟性好；超速保護，轉速大于3090r/min時，超速保護控制OPC（Over-speed Protection Control）電磁閥動作，甩負荷預感器，即中壓缸排汽壓力大于一定值或測點故障，發電機解列，OPC電磁閥動作，功率負荷不平衡，當電網輸電線路發生瞬間短路，使發電機功率突然降低（汽負荷大于電負荷30%）時，快關中調門1s，迅速降低汽輪機功率，防止超速；汽機試驗，系統仿真，閥門活動性試驗，主汽門嚴密性、調門嚴密性試驗，OPC試驗，噴油試驗，電超速、機械超速試驗，甩負荷試驗；汽機自啟停；轉子熱應力計算；啟動條件檢查；汽輪機狀態監測，等等。

2 轉速控制邏輯優化

某電廠300MW火力發電機組采用上海汽輪機有限公司生產的亞臨界、單軸、中間再熱、雙缸雙排汽、空冷抽汽凝汽式汽輪機，其沖轉控制方式為：沖轉前，各汽閥狀態為高壓主汽閥關，高壓調閥開，中壓主汽閥開，中壓調閥關；0r/min到600r/min由中壓調閥控制，升速到600r/min延時120s轉為高壓主汽閥和中壓調閥聯合控制，升速到2700r/min延時240s，控制邏輯記憶此時中壓調閥開度，2700r/min到2900r/min時控制方式為高壓主汽閥控制，此時中壓調閥閥位控制方式為保持記憶閥位，并用再熱壓力修正此閥位，升速到2900r/min，高壓主汽閥和高壓調閥切換，高壓主汽閥全開，轉為高壓調閥控制，升速到額定轉速3000r/min。

在實際沖轉過程中，存在2900r/min時，高壓主汽閥和高壓調閥切換不成功的現象。2900r/min開始閥切換，高壓調閥全關后，轉速不下降，切閥失敗。經過分析發現，轉速控制邏輯在汽輪機2700r/min前，由高壓主汽閥和中壓調閥聯合控制轉速，高壓主汽閥閥位和中壓調閥閥位各由1套調節器控制，當再熱器壓力較高時或者中壓調閥的流量特性曲線不是很準確時，沖轉過程中可能會發生高壓缸和中壓缸進汽流量不匹配的問題，中壓缸進汽量過多，高壓缸進汽量過少。即在沖轉過程中，主要是中壓缸在做功，高壓缸做功很少，所以當高壓主汽閥和高壓調閥切換時，即使高壓調閥全關，高壓缸不進汽，但因為高壓缸做功很少，主要是中壓缸在做功，轉速也不會下降，導致了高壓主汽閥和高壓調閥切換失敗。

分析原因后修改邏輯，當汽輪機轉速達到600r/min時，控制邏輯記憶此時的中壓調閥閥位，中壓調閥的調節器不再計算，汽輪機從600r/min升轉速到2700r/min的過程中，中壓調閥閥位的設定值為記憶閥位值再加上經過再熱壓力修正后的高壓主汽閥的閥位，這樣就能防止中壓調閥開得過大，而高壓主汽閥開得過小，保證了高壓缸和中壓缸進汽量的平衡。

3 并網給定值邏輯優化

沖轉及并網時，汽輪機控制邏輯的目標值和升降速率一般由運行人員在操作員站手動給出，目標值經過一系列高低值比較和速率限制后，得到邏輯的給定值。目標值速率變化的方法采用“循環增量法”的辦法，在每個運算周期中將經過速率選擇目標值的變化速率累加到給定值上。運算周期是此頁邏輯所在控制器的“頁掃描周期”，對于每一個“頁掃描周期”，此控制器中所有的邏輯頁都會執行一次計算。DEH系統的“頁掃描周期”一般取25～100ms，所以若轉速升速率為300r/min，頁掃描周期取100ms，即每秒此邏輯頁計算10次，則邏輯頁中累加值因為300/（60×10）=0.5r/min。負荷指令給定值和轉速指令給定值，都是由此種算法得出[1]。

某電廠300MW火力發電機組采用的是上海汽輪機有限公司生產的亞臨界、單軸、中間再熱、雙缸雙排汽、空冷抽汽凝汽式汽輪機。在實際并網過程中，出現剛并網時，閥位設定值很大導致高調門全開的現象，影響了機組的安全運行。經分析，機組并網后閥位指令的初始設定值為并網時的實際閥位值再加上一個由并網時的主汽壓力折算出的并網機組帶初始負荷值所需的閥位值。此初始負荷閥位值由一個并網脈沖疊加到并網時的實際閥位值上。原邏輯中，此脈沖時間過長，導致在并網時，初始負荷閥位值反復累加在實際閥位值上，導致閥位給定值變得很大，甚至會使高調門全開。如果此脈沖時間為1s，而頁掃描周期為100ms，則初始負荷閥位值會在此時的實際閥位值上累加10次。發現問題后，修改此脈沖時間，把此脈沖時間修改為大于一個頁面掃描周期，小于兩個頁面掃描周期，以保證初始負荷閥位值不會在實際閥位值上疊加多次，也不會因為脈沖時間太短，錯過邏輯頁的計算，使初始負荷閥位值無法加到實際閥位值上。此機組DEH頁掃描周期為100ms，修改脈沖時間為150ms，修改后，機組再并網時，閥位設定值正常，機組并網后的初始負荷值符合要求，問題得到了解決。

4 閥門非線性補償及重疊度邏輯優化

汽輪機調節閥的升程流量特性無例外的是非線性的，而信號與調節閥的升程關系是線性的，這樣必然導致機組調節系統的靜態特性是非線性的。非線性靜態特性不能保證機組良好的調節特性，因此，在汽輪機調節系統設計時，往往通過非線性補償的方式將調節閥特性線性化。然而，非線性補償后，有些機組由于補償特性不合理，導致系統擺動，機組的正常運行受到很大的影響[2]。

噴嘴調節式汽輪機一般有4個或更多個高壓調節閥分別控制各自的噴嘴組。調節閥按一定的順序和一定的相鄰閥門重疊度開啟，稱之為順序閥運行方式。重疊度是指兩個相鄰閥門開度的重疊程度，以相對開度表示。重疊度最小曲線的各閥重疊度為零，它的調節級效率最高，但流量特性最差，會引起機組在某些負荷不穩定。重疊度最大曲線的流量特性的線性度最好，但調節級效率最低。重疊度適中的曲線的流量特性線性度較好，調節級效率也較高[3]。

某廠600MW機組汽輪機采用的為東方汽輪機有限公司超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、空冷凝汽式汽輪機。其調節閥開啟順序為高壓調閥1和3—高壓調閥2—高壓調閥4。在汽輪機升負荷過程中發現，當閥位總指令達到8 7%左右時，機組負荷會突然向下波動，影響了機組投入協調控制時的控制精度。經檢查發現，當閥位總指令到達8 7%時，高壓調閥4的閥位指令會從9%變為0%，這導致了負荷的波動。高壓調閥4的閥位指令這樣設計是為了在機組的常用負荷段，盡可能減小調節閥門的重疊度，從而增加機組的調節級效率。同時，也是為了保證汽機的閥位指令和汽機調節閥流量之間的線性關系。但實際表明，機組的補償特性和重疊度設計得不合理。高壓調閥4在閥位指令87%左右時重疊度設計得過小，導致調節系統對機組調閥的整體補償特性不合理，造成機組的負荷擺動。

經過試驗，重新設計了高壓調閥4的流量特性曲線，當閥位總指令到達87%時，高壓調閥4的閥位指令設為9.9%，減小了高壓調閥4指令的突然波動，盡量使其平滑變化。此閥位指令值兼顧了機組的調節級效率和機組調閥的整體補償特性。修正后，在機組升降負荷過程中，汽輪機調節系統控制平穩，閥位總指令到達87%時負荷擺動情況得到解決。

5 結束語

汽輪機數字電液調節系統做為火力發電廠控制系統的一個關鍵子系統，其控制邏輯從汽輪機開始沖轉、并網，到機組帶負荷、升負荷的過程中都具有很強的針對性。汽輪機的調節閥特性曲線要與調節閥的實際流量特性相符合，調節閥控制方式要適應機組的實際運行情況，控制邏輯的掃描周期和計算時間也要匹配，這些方面控制邏輯設計正確，才能保證機組的安全穩定運行。

［1］ 周珂珂，谷俊杰.DEH給定值處理邏輯和閥門管理系統［J］.電力科學與工程，2006（3）:80-83.

［2］ 戴義平，馬慶中，趙婷，等.調節閥特性非線性補償對動態特性影響的仿真研究［J］.汽輪機技術，2006（2）:116-118.

［3］ 王曉峰，高春升.600MW汽輪機的閥門管理與調節級特性［J］.汽輪機技術，2003（2）:122-123.

Optimization of DEH Valve Management and Given Value Logic

ZHOU Ce1，2，YANG Da-zhe2
（1.Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi030024，China；
2.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi030001，China）

In this paper，the basic function of digital electric hydraulic control system is presented.The valve management logic and given value control logic of the digital electric hydraulic control system is explored.The problems of speed control logic，given value logic，valve non-linear compensation logic and overlap logic are solved so that the accuracy and security of the digital electric hydraulic control system are enhanced.

turbine digital electro-hydraulic control system （DEH）；valve management logic；given value logic

TK263.72

A

1671-0320（2012）05-0049-03

2012-06-12，

2012-07-11

周 策（1981-），男，山西太原人，2012年畢業于太原理工大學自動化專業，工程碩士，助理工程師，主要研究方向為電廠熱工自動化技術；

楊大哲（1983-），男，河南南陽人，2009年畢業于山東大學熱能工程專業，碩士，助理工程師，從事電力信息化工作。