汽輪機數字電液控制系統調試方案

邊立平

摘 要：該文主要介紹了首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司自備電站工程，建設2×300MW容量的煤—氣混燒抽汽供熱發電機組。DEH系統采用一個帶冗余的控制處理器，掛在電廠DCS的雙節點總線上，每個控制處理器通過冗余的現場總線與現場總線組件FBM相連，實現與現場設備之間的I/O接口。

關鍵詞：供熱機組 汽輪機 DEH 自動控制 超速保護

中圖分類號：TM922 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0069-02

1 系統概述

機組DCS控制系統采用上海福克斯波羅公司I/A SERIES系統，其主要功能有數據采集和處理系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、汽輪機緊急跳閘系統（ETS）、汽輪機數字電液控制系統（DEH）、給水泵汽輪機控制系統（MEH）等。

2 DEH數字電液調節系統概述

首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司2×300MW電站工程#1機組DEH數字電液調節系統采用與DCS系統一致的上海福克斯波羅公司提供的I/A'S系統。

DEH系統主要實現功能：

2.1 遠方掛閘

允許掛閘的條件包括：機械打閘手柄退出、系統不在仿真工作方式。通過畫面的汽機掛閘按鈕，可以遙控掛閘汽輪機，建立安全油壓。

2.2 控制方式選擇

汽機的控制方式主要有：手動控制、自動控制、同期控制、CCS遙控控制等方式。

2.2.1 手動控制方式

機組未并網時，如果測速故障，系統將自動切入手動控制方式，或操作員選擇切為手動控制方式。在手動方式下，操作員將直接控制高壓主汽門/高壓調門開度。同時手動控制方式設置了兩擋閥門開/關速率：慢速為10%閥位/min，快速為30%閥位/min。當操作員按下相應閥門的開/關按鈕不放，閥門將按照設定的速率開/關。

2.2.2 同期控制方式

當汽機轉速在2 950～3 050之間、機組在自動控制方式、已完成TV/GV切換、同時電氣同期裝置就緒，系統將可以切入同期控制方式；系統每檢測到電氣同期裝置的“同期增”、“同期減”脈沖，將自動將轉速設定值相應增/減一轉；當機組并網后、系統切手動、或實際轉速超出同步控制轉速范圍，將自動切除同期控制方式。

2.2.3 遙控控制方式

當機組并網后，系統處于自動控制方式下，且滿足以下條件：CCS系統就緒，發出允許DEH系統切遙控方式、DEH系統未投入功率控制回路、DEH系統未投入主蒸汽壓力控制回路、CCS系統遙控閥位指令正常、CCS系統遙控閥位指令與DEH系統當前綜合閥位指令偏差在允許范圍內，操作員即可選擇投入CCS遙控方式；

當投入CCS遙控方式后，DEH系統相當于CCS系統的執行器，在此方式下，DEH的目標值為CCS給定值。此時所有的控制（功率/主汽壓力）均由協調系統完成。在CCS控制方式中可以設置目標負荷、負荷高限以及負荷升速率等。

2.3 控制設定值

2.3.1 轉速控制

升速沖轉：設定目標、設定升速率、自動過臨界、3 000rpm定速。

在汽輪發電機組并網前，DEH處于自動運行方式，DEH為轉速閉環無差調節系統。其設定點為給定轉速。給定轉速與實際轉速之差，經PID調節器運算后，通過伺服系統控制油動機開度，使實際轉速跟隨給定轉速變化。

在給定目標轉速后，給定轉速自動以設定的升速率向目標轉速逼近。當進入臨界轉速區時，自動將升速率改為300rpm快速沖過去。在升速過程中，通常需對汽輪機進行中速、高速暖機，以減少熱應力

2.3.2 負荷控制

當同期條件滿足，發電機并網，油開關閉合信號到來后，DEH立即增加給定值，使發電機帶上初負荷避免出現逆功率。

當機組剛并網是，此時系統為閥位控制方式（如：剛并網時未投入任何回路、DEH切入CCS系統系統控制方式等）。在閥位控制方式下，直接控制相關汽閥的開度來控制機組負荷。

機組并網帶負荷后，可選擇投入反饋方式功率回路、一次調頻、主氣壓回路。

當選擇功率回路時，在控制值設定中，可以設定需要控制到的功率和升速率，此時系統處于功率閉環控制系統下，通過控制汽機閥門開度達到所設定的功率。當以下情況發生時，系統自動切除功率控制回路：系統切手動、機組跳閘、機組解列、閥位限制動作、測功失效、投入協調遙控、主汽壓力低限動作、RB動作、主汽壓力控制投入。

當選擇投入主蒸汽壓力控制回路，可以設定需要的壓力目標值和速率。此時系統將控制機前的主蒸汽壓力保持在設定的目標值。當以下情況發生時，系統將切除主蒸汽壓力控制回路：系統切手動、機組跳閘、機組解列、閥位限制動作、主蒸汽壓力測量故障、投入協調遙控、主汽壓力低限動作、RB動作、功率控制回路投入。在主汽壓力限制方式投入期間，若主汽壓力低于設置的限制值，則主汽壓力限制動作。動作時，設定點在剛動作時的基礎上。

2.4 閥門管理

在閥門方式選擇中，可以選擇：主汽門控制切換到調門控制方式，單閥/順序閥切換。當汽輪機掛閘后，首先是高調門全開，用主汽門進行沖轉，待轉速達到2 900r/min后，可以將控制方式切換到高調門控制方式。此時，閥門處于單閥控制方式，當汽輪機運行半年以后，汽機轉子應力比較均勻后，可以將閥門控制方式切換到順序閥控制方式。

2.5 閥門試驗

為確保閥門活動靈活，需定期對長期全開閥門進行活動試驗，以防止閥門卡澀。點擊主控畫面中主汽門、高調門、中壓主汽門下的按鈕即可，所有的閥門均可進行部分行程及全行程活動試驗。

對于高壓主汽門活動試驗，高主門將首先關閉到60%位置，此時將詢問操作員是否繼續進行試驗，如果操作員點擊CONTINUE確認繼續試驗，DEH將自動將相應高主門同側的高調門關閉到0%，而后再關閉高主門到0%；當高主門關閉2s后，高主門將自動開啟至100%，而后同側高調門開啟到試驗前的位置。對于中主門活動性試驗，將首先關閉同側中調門到0%，而后發指令關閉中主門；當中主門關閉后，DEH自動發指令將中主門再次開啟；當中主門全開后，中調門將再次開啟到試驗前的位置。endprint

為確保閥門關閉嚴密而不致漏汽，應通過閥門嚴密性試驗來驗證主汽門及調門關閉的嚴密性。主汽門嚴密性試驗條件：閥門控制方式為主汽門控制、汽機轉速>2 950rpm、未并網；調門嚴密性試驗條件：閥門控制方式為調門控制、汽機轉速>2 950rpm、未并網；當嚴密性試驗結束后，機組必須打閘。

2.6 超速保護（OPC）

機組在運行過程中，汽輪機一旦出現超速情況，將對汽機的壽命產生很大的影響，因此DEH設計了汽輪機超速保護功能，同時，可對汽輪機進行超速試驗，以驗證其保護功能。

該機組設計汽機超速103%、110%保護。當汽機達到103%轉速3 090rpm后，將動作OPC電磁閥，使高調門、中調門快速關閉，以保證汽輪機安全。當OPC動作7.5S后或者轉速低于3 050rpm后，OPC動作消失，緩慢開啟高調門和中調門，使轉速穩定在3 000rpm。當汽機轉速達到110%轉速3 300rpm時，DEH將發出請求跳機指令到ETS。

在OPC保護方式選擇面板上，可以選擇“OPC試驗”、“103禁止”、“110禁止” “OPC保護”方式。當選擇某一功能時，其它功能自動切除。當機組并網后，OPC保護功能自動投入，操作員無法切除。“OPC試驗”僅用于在機組啟動前，模擬產生OPC信號，動作相應電磁閥，試驗OPC保護是否能正常工作。“103禁止”投入后將在103%轉速時不發出OPC動作信號，以試驗110%超速功能。“103禁止”及“110禁止”均投入用于試驗汽輪機的機械超速保護功能，投入后將切除DEH系統內的保護功能。

3 DEH系統硬件調試

（1）審查了設計圖紙及所有軟件組態。

（2）對DEH機柜CP卡件進行外觀檢查，確認沒有損壞痕跡；在對DEH系統的電源、接地的接線及隔離檢查完后，對DEH系統上電。

（3）檢查各模件工作是否正常，編譯下裝組態，確認系統工作正常。對DEH系統的所有卡件施加相應的模擬信號進行了通道校驗

（4）對所有執行器、變送器、測點、探頭、開關等外圍至DEH控制柜的線路進行了查對。

（5）確認所有電磁閥安裝位置，電磁閥供電系統正常工作，所有電磁閥能夠正確帶電工作。檢查LVDT、伺服安裝及接線情況。

（6）檢查有關設定值，如臨界轉速、臨界升速率、閥位控制初值等。

4 DEH系統試驗

為檢驗DEH系統和設備的性能、系統接線、系統內部邏輯等是否符合原設計要求和實際工藝要求，為DEH系統的實際投運提供必要的數據，在DEH控制邏輯及流程圖畫面裝載完成后，確保沒有蒸汽的前提下，利用DEH自帶的強制仿真對DEH系統進行了全面的試驗，主要試驗內容有：掛閘功能、汽機轉速控制、自動同期控制、負荷控制、遙控控制、調節汽閥管理功能、閥門試驗功能、OPC保護等功能進行測試。各項測試均符合要求。

完成對DEH系統的仿真實驗后，進行DEH系統電液聯動調試。其主要目的是完成EH油動機與機柜伺服控制部分的聯調和動態測試，使其符合設計要求。

（1）LVDT變送器靜態調試、量程、零位調試。用1.5V電池到機柜后功放卡、高選卡線圈接線控制就地油動機全開或全關，調整其零點和滿量程電壓，反復多個形成，直至其反饋電壓為0.3～10V。

（2）油動機最大行程調試。對伺服閥發信號，使閥門全開、全關，測量油動機的最大行程。

（3）配合機務完成閥門關閉時間測試以及模擬甩負荷試驗。在靜止無壓狀態下，掛閘打開所有閥門，然后打閘，用錄波儀記錄各閥門關閉時間；利用短接油開關信號模擬并網，取消短接信號，模擬汽機甩負荷試驗，記錄OPC信號及調門關閉及復位時間。

（4）2009年6月29日，進行機組首次沖轉，完成了基本控制功能試驗，升速、定速。

（5）2009年7月1日，完成調門嚴密性試驗，主氣門嚴密性試驗。

（6）2009年7月14日，機組首次并網帶負荷。

（7）2009年7月14日，切除DEH超速保護功能，完成機組TSI超速試驗，110%轉速TSI保護動作正常。切除TSI保護，將DEH保護動作值設定為3 100RPM，保護動作正常，完成實驗后恢復保護動作值為3300RPM。

（8）2009年9月2日23時18分—9月9日23時18分，機組順利完成168h滿負荷運行。

5 調試結論

在機組真正投入運行之前，已經對DEH的各項功能進行了測試，消除了發現的缺陷，在第一次沖轉及以后的各次沖轉和運行中，DEH系統順利完成了汽機升速、過臨界、定速、自同期、并網發電、帶負荷等任務；投入了轉速控制、功率控制、一次調頻、DEH遙控等控制回路；完成了OPC試驗、閥門活動試驗；各項功能都得到了實際運行檢驗，效果較好。

參考文獻

[1] 電力建設施工及驗收技術規范[S].第5部分：熱工自動化.

[2] 江祺.熱工測量和控制儀表的安裝[M].2版.北京：中國電力出版社，1998.

[3] 上海福克斯波羅公司廠家資料.endprint