熱電廠汽輪機DEH控制系統改造分析

(山西兆豐鋁電有限責任公司，山西 陽泉 045000)

0 引 言

氧化鋁熱電廠1#機組為南汽生產的背壓式汽輪機，額定功率25 MW，配置一個高壓調節油動機，高壓調節油動機帶動配汽機構控制閥門改變機組的進汽量。DEH采用505系統，電子部分為505E、液壓部分具有一套獨立油源，控制油壓為4 MPa，電液轉換器為SV9。ETS采用505的報警停機信號輸出到DCS，在輸出到AST電磁閥，TSI采用上海安偌電子科技有限公司生產的VB-Z500，EH系統采用南汽的SVA9調節系統。

1 原調節保安系統的特點與不足之處

1.1 原電液轉換器和油動機示意圖

1.2 原調節保安系統運行中存在的主要問題

(1)運行中出現油管破裂，墊片漏油造成Px下降，因設計為油動機、脈沖油壓力Px降低時為開汽門方向，導致汽門向更加開啟更大，后緊急停機才沒有造成事故擴大。

(2)產生過拒動及突然動作現象，導致負荷波動最大達到600 kW。分析為：有時彈簧力不足以克服滑閥的摩擦力、電液轉換器為動圈式、電液轉換器的環節多(包括線圈帶動小閥，小閥帶動大閥，大閥帶動杠桿，杠桿帶動滑閥等)、電液轉換器的動態響應時間長、電液轉換器與錯油門滑閥的對中性不好等原因。

(3)系統存有滑負荷現象，表明油動機的輸出剛度差。

(4)控制系統沒有實時顯示畫面，用505無法對各種參數進行集中顯示、時時監示報警，仍需要就地儀表盤顯示。505面板的顯示屏上只有二行顯示條而且是英文資料，英文操作界面，運行人員監視、查詢困難。

(5)控制系統電調沒有有仿真功能，沒有報表、操作記錄、趨勢管理功能；無法提供OPC接口及與管理網連接。

2 控制系統改造方案

2.1 采用數字式抗燃油電液控制系統(DEH)

改造后的數字式電液控制系統(DEH)，采用和利時KM系列模件，配以DEH專用模塊伺服模塊、測速模塊，及CAN總線的快速通訊，構成DEH控制系統。DEH可與現有的DCS方便地進行數字通訊。

采用DEH控制系統后，利用計算機強大的信息采集處理能力和方便、靈活地通過軟件設計實現各種控制回路的組態，因而大大地擴展了汽輪機調節保安系統的功能，尤其是可以方便地完成機組的自動啟?？刂?、機爐協調控制(CCS)、自動發電控制(AGC)和功率控制。此外，還實現了在相應各種條件下的負荷限制和快速減負荷(RB)控制，還有多重防超速保護措施。而且DEH作為電廠DCS系統網上的一個節點，可以實現與DCS的有機聯系，達到電廠內部信息資源共享。

DEH裝置由三大部份組成：電子控制柜、軟件系統和液壓伺服系統:采用和利時電子控制系統及FM系列模件，配以DEH專用模塊伺服模塊、測速模塊，及CAN總線的快速通訊,保證轉速反饋和加速度反饋周期小于50 ms來構成DEH控制系統;汽輪機調速系統液壓部分采用高壓油系統油動機取代原低壓透平油動機系統。

2.2 DEH系統控制裝置

改造后的DEH電子控制柜由MACS—DCS系統中的一個現場控制站構成，詳述如下：

2.2.1 DEH電子控制柜

參看下圖為HOLLiAS MACS系統結構示意圖、DEH現場控制站控制柜系統結構圖；

DEH是以微處理器DPU為核心的，具備LCD顯示、控制操作、打印記錄、系統控制與試驗等功能的獨立完整的控制系統。機組的啟停運行操作和監控、系統的自診斷信息等集中在操作員站的LCD畫面上和鍵盤上，通過鍵盤和LCD畫面能完成所有控制操作，及獲得系統運行的各種信息。

DEH電子控制柜由現場控制站、操作員站、工程師站、通訊網絡、打印機、繼電器盤、操作回路和硬接線手操盤等組成。

2.3 控制系統軟件及控制回路：

DEH控制裝置的控制功能，主要由軟件來完成。軟件由兩大部分構成，即系統軟件平臺及應用系統軟件。前者決定了DEH控制系統的適時性，靈活性和先進性；后者決定了DEH系統的控制功能。

2.3.1 控制系統軟件

DEH采用HOLLiAS MACS系統的Windows作為功能碼進行系統組態的軟件平臺，主控單元采用專用的多任務實時軟件、I/O板級軟件。采用這些系統軟件，可按控制系統圖組態出DEH控制所需要的實用控制回路。

2.3.2 基本控制回路

控制回路由功能碼組態構成，實現DEH各種控制功能的要求?？刂苹芈钒ǎ恨D速控制、功率控制、閥門開度控制、主汽壓力控制、升負荷過程中的自動定—滑—定控制、汽壓及真空保護、防超速保護、快速減負荷等等。

3 實現的控制功能

由控制回路分別或聯合實現汽機的程控啟動、自動調節、參數限制、保護、監視及試驗等功能。

(1)自動調節控制功能，包括：掛閘、升速、自動同期、并網帶初負荷、升負荷、閥控方式、功控方式、壓控方式、背壓控制方式、CCS方式、一次調頻、負荷及閥位限制、功率反饋限制

(2)限制控制功能，限制值由人工給定，DEH可自動將負荷限制在高低限以內，以及將閥位限制在給定值以下。當實測功率與功率定值差值過大時，自動切除功率反饋回路，變為開環控制方式，同時降低功率給定值。包括：主汽壓力低限制、快卸負荷、OPC控制。

(3)試驗控制功能，包括假并網試驗、超速試驗、閥門嚴密性試驗、OPC快關調門試驗、停機可以進行仿真試驗。

(4)保護控制功能，包括系統狀態監視、超速保護。

(5)提高自動化水平功能，即實現自動抄報表。

4 控制策略及運行方式

4.1 各種工況下的控制策略

4.1.1 啟動工況

按機組的熱狀態(冷態、溫態、熱態)給出預定的升速曲線，閉環自動升至定速；接受同期裝置來的頻差信號，自動調整機組轉速，完成頻率同期；并網后機組自動帶初負荷；按給定目標負荷和升負荷率自動升至目標負荷；參與一次調頻或不參與一次調頻(不調頻死區可調)；功率控制，由操作員給出功率定值進行功率閉環控制；參與協調控制(CCS)，按協調控制信號來控制機組功率。

4.1.2 甩負荷工況

甩負荷是汽輪機最惡劣的工況之一,控制系統的一個主要任務就是防止機組甩負荷后超速,所以對防超速問題應特別加以重視。采用DEH控制系統后，超速保護(OPC)信號直接取自油開關跳閘或103%n0轉速信號，通過硬接線接通防超速保護電磁閥，使調節汽閥迅速關閉，隨著甩負荷后汽輪機的進汽量減少，這樣更有利于抑制機組的轉速飛升。通過這些防超速措施，可以使機組在甩全負荷后轉速飛升小于額定轉速的8%。

4.2 運行方式

DEH系統具有操作員自動控制、遙控等三種運行方式，各種運行方式間能無擾切換。手動控制為后備操作手段，一旦控制系統故障時可以進行人工控制。

4.2.1 操作員自動控制方式

4.2.2 遙控方式

5 安裝和調試出現的幾個問題

(1)由于汽輪機機頭較小，安裝時將OPC電磁閥和主汽門關閉閥布置在機頭附近，快關轉換閥和AST模塊以及EH油管巧妙利用了原地板下的狹小空間。這個設計既滿足了設備需要，也充分利用了有限空間，方便操作，同時達到美觀效果。

(2)調試發現主汽門電動機構和原有主汽門配合不好，無法建立安全油壓。針對本次EH油路改造特點，采用排除法確定安全油從主汽門處泄出。經過拆開主汽門后檢查，發現主要是由于主汽門新裝的電動機構桿件和原有主汽門內閥套桿件頂死，破壞主汽門內閥套和外閥套之間的密封，使安全油泄出。通過重新調整桿件的間隙，建立主汽門內閥套和外閥套之間的密封，重新掛閘，安全油壓順利建

(3)主汽門電動機構運行時間過長。在帶負荷前的調試中，發現主汽門電動機構能以2.6 mm/s的速度移動，移動的過程比較平穩。當主汽門由于甩負荷或者誤操作而關閉，必須要等主汽門電動機構行動到最低點才能再進行掛閘，致使無法迅速開啟主汽門。該問題通過改變主汽門電動機構的內在程序，加快主汽電動機構的下降速度，盡可能的縮短主汽門的再開啟時間間隔得以解決。

6 結束語

電調系統的改造，增加了自動化程度，給機組的運行和安全穩定性帶來了方便，使運行人員降低了勞動強度。經過運行考驗，改造后的電調系統穩定，沒有再出現負荷不穩和甩負荷的情況。