DEH控制系統在200MW機組的應用

摘 要：下花園發電廠#3機組是由東汽輪機廠生產的200 MW冷凝式汽輪機，DEH控制系統的設計借鑒了引進型300/600 MW汽輪機的控制策略和運行經驗，并吸收了國產200 MW機組的結構與運行要求，其在應用中不僅具有豐富的控制功能和優良的控制性能，而且還具有很高的可靠性和可用性。

關鍵詞：DEH控系統制 汽輪機 功能

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0120-02

1 下花園發電廠#3機組DEH系統概述

下花園發電廠#3機組數字電液調節系統（DEH）液壓部分采用了高壓抗燃油裝置，工作壓力為12～14 MPa，主要由MOOG閥、卸荷閥、進油閥和油動機等組成；電子部分采用日立HIACS-5000控制系統，主要由上位機、DCM板、功放板、MOOG閥、LVDT反饋裝置及手操板組成。

#3機組數字電液調節系統DEH的控制策略是從引進型300/600 MW機組移植過來的，它采取一對一的方式來實現對機組的控制，即DEH發出的閥位控制指令通過8塊DCM卡分別送到8個功放板然后送到8個調節汽門（4個高壓調節閥、4個中壓調節閥）的電液伺服閥（MOOG閥）上；MOOG閥將電氣信號轉換成液壓信號，由安裝在油動機上的高壓抗燃油執行機構直接帶動調節汽門的蒸汽閥頭開啟和關閉，不僅從根本上解決了機械液壓調節部分固有的弊病，提高了閉環閥位控制精度，而且實現了閥門管理，使機組運行的安全性和經濟性得到有效的改善。

2 DEH控制系統的功能

DEH控制系統的主要目的是控制汽輪發電機組的功率和轉速，從而滿足電廠供電的要求，其功能主要有汽機掛閘/開主汽門，升速控制，同期與并網，超速試驗/超速保護，協調控制，一次調頻限制，汽壓保護，閥門切換，閥門試驗。其控I5iQYR27Cbutc+mA+GFDLQ==制原理如圖1所示

2.1 汽機掛閘/開主汽門

當汽機保安系統動作后，保安油壓消失，與薄膜閥相通的高壓抗燃油亦排泄，汽機所有閥門全部關閉。再次啟動時，必須首先恢復保安油壓。保安油路上有掛閘電磁閥，當運行人員發出掛閘指令時，該電磁閥帶電，關閉危急遮斷器滑閥排油；滑閥在壓力油的作用下復位。

掛閘后，AST油壓建立，具備了開啟主汽門條件。當運行人員發出開啟主汽門指令后，控制高/中壓自動關閉器的4個開啟電磁閥失電動作，自動關閉器打開。此時，汽機具備了沖轉條件。

2.2 升速控制

轉速閉環控制是DEH的基本控制功能。升速過程中，DEH將轉速給定與測速模件采集到的實際轉速進行比較，如果有偏差，轉速PI調節器便產生一個閥位指令，經MOOG閥轉換，控制調節汽門開度發生改變，使汽機實際轉速逐漸與給定值相等，消除轉速偏差。

轉速信號是十分重要的，因此安裝了三個測速探頭；三路轉速測量信號分別送到三塊測速模件中，經過三取中邏輯處理后，得到DEH所需的轉速反饋信號。

2.3 同期與并網

DEH設有自動同期和手動同期兩種方式。自動同期是指DEH接受自動準同期裝置發出的轉速增減脈沖信號，自動改變汽機轉速，控制機組并網。自動同期方式下，不需要運行人員干預。手動同期是指運行人員通過DEH操作站手動改變機組轉速，實現并網。

2.4 超速試驗/超速保護

#3機DEH設計了四道防止汽機超速的措施，即103%超速保護（OPC）、DEH110%電氣超速跳閘（AST）、ETS110%超速跳閘和機械超速跳閘。

2.5 協調控制

機組運行時，汽機運行人員要應根據運行規程從負荷控制、主汽壓控制和閥位控制三個回路中進行選擇；當機爐協調運行時，協調控制系統會自動選擇DEH閥位控制回路，DEH接受CCS來的閥位給定來控制閥門的開度，不需要汽機運行人員干預。

2.6 一次調頻限制

為了使電網頻率趨于穩定，在功率給定不變的情況下，機組功率隨電網頻率的變化而變化，參加一次調頻。考慮到機組運行的穩定性，有時要求機組在頻率變化范圍不大時不參加一次調頻，即機組的功率不隨電網頻率的波動而變化，這就是一次調頻限制。

#3機組DEH的轉速不等率設定為4.5%，用戶可根據需要在3%～6%內調整。一次調頻限制范圍在±0.5 Hz之間。

2.7 汽壓保護

汽壓保護不同于汽壓控制，它實際上是一種單向的汽壓限制功能，并不對汽壓進行調節，正常運行過程中當機前主蒸汽壓力由于某種原因降低到汽壓保護限值以下時，DEH將強迫高壓調節閥關小，使汽壓得以恢復；當汽壓恢復到保護限值之上時，調節閥便不再關小，DEH繼續原先的調節控制。

2.8 閥門切換

閥門切換的實質是閥門噴嘴配汽和節流配汽方式，也就是全周進汽和部分進汽的轉換，其目的是為了兼顧機組的經濟性和快速性，解決變負荷過程中均勻加熱與部分負荷經濟性的矛盾。閥門控制方式包括單閥和順序閥。冷態啟動或低參數下變負荷運行期間，采用單閥方式能夠加快機組的熱膨脹，減小熱應力，延長機組壽命；額定參數下變負荷運行時，機組的熱經濟性是電廠運行水平的考核目標，采用順序閥方式能有效地減小節流損失，提高汽機熱效率。

#3機組DEH高調門開啟順序為GV#1/GV#2→GV#3→GV#4，即GV#1和GV#2同時開啟，然后是GV#3和GV#4。根據300/600MW引進型汽輪機DEH設計經驗和我廠#3機組的熱力計算數據，GV#1/GV2與GV#3的閥門重疊度為68.6%，這樣既能保證減小閥門開啟過程中節流損失，又可避免因重疊度過小導致閥位震蕩。單閥方式時4個高調門同時動作，不存在重疊度的問題。

2.9 閥門試驗

閥門試驗分為嚴密性試驗和在線活動試驗兩部分。閥門嚴密性試驗的目的是檢驗各個閥門的嚴密程度，在線活動試驗在于檢驗閥門及執行機構的靈活程度，防止卡澀。

主汽門嚴密性試驗除沖轉前靜態檢查外，還必須進行在線嚴密性試驗。當機組正常升速至3000RPM定速后，運行人員通過發出主汽門嚴密性試驗指令，DEH使相應的主汽門開啟電磁閥帶電，主汽門關閉。此時，由于轉速反饋的作用，各個調節閥處于全開狀態。運行人員監視機組轉速惰走情況，并根據相應規程評價主汽門的嚴密性。試驗結束后，主汽門恢復開啟，轉速維持3000RPM。調節閥嚴密性試驗與此類似，其操作過程與執行“停機”命令相同，即高/中壓主汽門保持打開狀態，所有調節閥關閉，轉速惰走。調節閥嚴密性試驗結束后，需要恢復“啟機”狀態，重新進行升速操作。

閥門試驗分為高壓調節閥試驗、中壓調節閥試驗。高壓調節閥的試驗是逐個進行的，而中壓調節閥則是同時進行試驗的，各種閥門的試驗不得同時進行，即試驗高壓調節閥時禁止對中壓調節閥試驗；反之亦然。

3 DEH控制系統在應用中的故障分析

在機組運行過程中，DEH控制系統的常見故障有很多，其中調門擺動的主要現象為當綜合閥位在73%左右，負荷在170 MW時，工況無變化的情況下，負荷及調門出現等幅震蕩現象，當越過這一區間后，震蕩現象又自動消失。異常震蕩影響了機組的安全運行，若再有擾動發生則可能引起震蕩發散，將嚴重威脅機組的安全，震蕩趨勢如圖2所示。

通過大量歷史趨勢分析，可以看出調門震蕩將直接引起負荷波動，伺服閥控制回路中任一環節的設備出現問題，都會引起調門震蕩，原因主要有閥門特性曲線在蒸汽流量靈敏區的線性度不好，當協調控制系統升降負荷時，同樣的負荷指令會有不同的調門流量來響應。對于重疊度而言，重疊度大對機組控制的穩定性有益、但影響經濟性。重疊度過小則會造成閥位與總蒸汽流量曲線不平滑，在后續調節閥門開啟的瞬時出現負荷波動現象，從而引起調節閥門的波動，主要出現在順序閥方式下后續調節閥門即將開啟時刻。流量特性曲線如圖3所示

從圖3可以明顯看到，當綜合閥位在0%～67.9%范圍內變化時，GV1、GV2特性曲線呈較好的線性，GV3特性曲線基本保持穩定在預啟閥位12%左右；而當綜合閥位從69%上升到74%時，由于特性參數導致的調門流量的配置非線性，GV1、GV2特性曲線變化劇烈，且此時由于重疊度設置與實際流量不匹配，當GV1、GV2開至71%已接近有效行程的上限時，GV3只開大了5%，對于動態變負荷時，同樣的負荷指令會有不同的調門流量來響應，往往負荷不能快速跟蹤指令，或者負荷在一定時間后嚴重超出指令，協調控制系統糾正偏差造成欠調和過調成對出現。靜態時，由于調門特性參數的不合理十分容易引起負荷的自擺動。而且在AGC調節中，調門特性參數不合理的機組往往表現為不是負荷響應過快和超調就是負荷響應過慢欠調，同時負荷控制精度亦難以保證。而AGC指令的快速反向變化，加劇了機組反復拉鋸調節，最終導致機組震蕩調節。

對于以上故障經高調門流量特性曲線優化后，得到了很大的改善，消除了威脅機組穩定運行的隱患，提高了機組運行的可靠性。

4 結語

在電廠的控制系統中，DEH控制系統作為整個電廠的一個子系統，直接控制汽輪機裝置，直接與電廠的負荷和汽輪機保護回路相關，DEH控制系統作為一個已經得到普遍應用的汽輪機控制系統，在引進、消化、發展的過程中曾經出現過多種形式，將其應用在200 MW機組中極大提高了發電機組運行的安全可靠性。

參考文獻

[1]瞿九七.600 MW汽輪機DEH故障分析及處理[J].電力安全技術.2012，10：46-49.

[2]陳延波，葛春光.華能汕頭電廠300 MW機組DEH改造[J].黑龍江科技信息.2012，28：51-51.

[3]何志剛，孫磊.國產300MW汽輪發電機DEH負荷控制系統運行與分析[J].華東電力.2012，9：1634-1635.