300 MW機(jī)組DEH功能試驗(yàn)研究

喬 璐

（華電能源股份有限公司，黑龍江哈爾濱150001）

0 引言

華電不連溝電廠汽輪機(jī)為東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式CZK300/259-16.67/0.40/538/538（合缸）汽輪機(jī)，設(shè)置有2個(gè)高壓主蒸汽閥門、4個(gè)高壓調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥門、2個(gè)中壓主蒸汽閥門、2個(gè)中壓調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥門和1個(gè)低壓調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥門。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)由數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（Digital Electro-Hydraulic Control System，DEH）調(diào)節(jié)控制，采用南自美卓maxDNA控制系統(tǒng)，是DCS一體化的重要組成部分。汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)DEH的主要功能是精確控制汽輪發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)過程、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)功率，確保發(fā)電機(jī)組能安全穩(wěn)定地向輸配電網(wǎng)供電。

1 試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)依據(jù)主要包括：《火力發(fā)電廠汽輪機(jī)控制及保護(hù)系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》（DL/T 656—2016）；《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》（DL/T 657—2015）；《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（國(guó)能安全〔2014〕161號(hào)）；國(guó)電南自maxDNA控制系統(tǒng)技術(shù)資料。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

火力發(fā)電廠汽輪機(jī)控制系統(tǒng)測(cè)試對(duì)汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義，因此，對(duì)汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）進(jìn)行功能測(cè)試尤為必要。運(yùn)行人員通過功能測(cè)試，可以檢查并確認(rèn)DEH系統(tǒng)各項(xiàng)功能是否齊備與正確。

3 試驗(yàn)條件

（1）接入汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）中的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都必須按照相關(guān)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)完成現(xiàn)場(chǎng)安裝、機(jī)務(wù)和熱工專業(yè)調(diào)試、設(shè)備試驗(yàn)運(yùn)行，并且滿足合格驗(yàn)收要求；（2）DEH系統(tǒng)可以進(jìn)行仿真運(yùn)行；（3）控制系統(tǒng)的工作環(huán)境符合技術(shù)規(guī)范的要求；（4）系統(tǒng)具有可靠的兩套電源供電，供電品質(zhì)符合要求；（5）機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)。

4 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

4.1 機(jī)組運(yùn)行監(jiān)視功能

（1）查看汽輪機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)的安全監(jiān)視功能，DEH系統(tǒng)操作員站DAS畫面必須能表明機(jī)組運(yùn)行工況、重要測(cè)點(diǎn)參數(shù)及其趨勢(shì)圖，以便能指導(dǎo)運(yùn)行人員如何監(jiān)控和操作，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能。

（2）查看每個(gè)操作畫面和操作窗口的顯示和操作功能，如功率、轉(zhuǎn)速、主汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、CCS遙調(diào)指令等，其數(shù)據(jù)顯示都正常；主汽壓力保護(hù)、功率-負(fù)荷不平衡保護(hù)、快速卸負(fù)荷保護(hù)等設(shè)置有投退按鈕，一次調(diào)頻動(dòng)作狀態(tài)，操作員站權(quán)限和工程師站權(quán)限的區(qū)分，掛閘、啟動(dòng)、運(yùn)行、自動(dòng)同期、閥切換、進(jìn)行、保持等按鈕能夠正常操作。

4.2 DEH仿真功能

汽輪機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置有兩種仿真方式：純仿和混仿。其中，純仿真方式下，汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門不實(shí)際動(dòng)作；混合仿真方式下，汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門根據(jù)仿真各項(xiàng)功能進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。

（1）機(jī)組汽輪機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置有試驗(yàn)、調(diào)整用的仿真系統(tǒng)，通過該仿真系統(tǒng)能夠方便地實(shí)現(xiàn)DEH各項(xiàng)功能的混合仿真或純仿真試驗(yàn)、測(cè)試及靜態(tài)調(diào)整。（2）DEH仿真系統(tǒng)能夠?qū)EH各種控制、保護(hù)、試驗(yàn)等功能進(jìn)行仿真試驗(yàn)，以驗(yàn)證這些功能的正確性，并且在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)可靠屏蔽。（3）仿真試驗(yàn)結(jié)束后，必須退出仿真試驗(yàn)狀態(tài)。

4.3 轉(zhuǎn)速控制功能

在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)完成之前，DEH控制系統(tǒng)始終處于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)無(wú)差控制模式，該轉(zhuǎn)速控制模式的設(shè)定值為汽輪機(jī)目標(biāo)設(shè)定轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速比例積分調(diào)節(jié)器運(yùn)算后[1]，通過伺服放大系統(tǒng)控制汽輪機(jī)閥門油動(dòng)機(jī)開度指令，使得汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值增大或者變小為汽機(jī)轉(zhuǎn)速目標(biāo)值。運(yùn)行人員設(shè)置汽機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，手動(dòng)點(diǎn)擊“進(jìn)行”，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速指令自動(dòng)按照設(shè)置輸入的速度變化率逐步向目標(biāo)轉(zhuǎn)速靠近，直到相等。在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入1 350～1 450 r/min和1 550～1 800 r/min臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)DEH會(huì)自動(dòng)將速斷變化率增大設(shè)定為400 r/min，以便汽輪機(jī)能迅速地增大轉(zhuǎn)速。在汽輪機(jī)升速過程中，必須對(duì)汽輪機(jī)中速區(qū)、汽輪機(jī)高轉(zhuǎn)速區(qū)間進(jìn)行暖機(jī)，以便降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。

汽輪機(jī)控制系統(tǒng)DEH在轉(zhuǎn)速控制模式時(shí)，必須遵循廠家要求，汽輪機(jī)在中速區(qū)、汽輪機(jī)高轉(zhuǎn)速區(qū)增大轉(zhuǎn)速，汽輪機(jī)增大轉(zhuǎn)速的過程應(yīng)該安全穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)。當(dāng)汽輪機(jī)升到目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組實(shí)際穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值應(yīng)該小于一比例定值。

檢查汽輪機(jī)控制系統(tǒng)DEH在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間的自動(dòng)迅速增速功能，汽輪機(jī)組處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化率自動(dòng)增大到某一固定值，不受運(yùn)行人員設(shè)定轉(zhuǎn)速變化率限制。

4.4 負(fù)荷控制功能

發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后DEH控制邏輯中負(fù)荷調(diào)節(jié)方式有3種：功率閉環(huán)、主汽壓力閉環(huán)和CCS遙調(diào)控制。發(fā)電機(jī)功率閉環(huán)控制是一個(gè)比例積分無(wú)差控制器，將功率目標(biāo)值與實(shí)際功率值相減，經(jīng)過差值PID運(yùn)算后形成閥門的開度指令[2]。該閥門開度指令作為高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥的總閥位給定值，在功率閉環(huán)被選定后，DEH綜合閥位目標(biāo)值以功率值（MW）形式表征。DEH采用PID控制器比例積分無(wú)差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定后發(fā)電機(jī)功率等于設(shè)定功率值；機(jī)前主蒸汽壓力閉環(huán)控制是一個(gè)比例積分無(wú)差控制器，將主蒸汽壓力目標(biāo)值與實(shí)際主蒸汽壓力值相減，經(jīng)過差值PID運(yùn)算后，輸出閥位信號(hào)控制高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥的總閥位給定值，在機(jī)前主蒸汽壓力閉環(huán)被選定后，DEH綜合閥位目標(biāo)值以主蒸汽目標(biāo)壓力值（MPa）形式表征。DEH采用PID控制器比例積分無(wú)差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定后汽輪機(jī)機(jī)前主蒸汽壓力實(shí)際值等于設(shè)定目標(biāo)壓力值。主汽壓力閉環(huán)與功率閉環(huán)不能同時(shí)投入；CCS協(xié)調(diào)控制時(shí)，DEH只是一個(gè)執(zhí)行器，CCS給定信號(hào)代表DEH總的閥位給定。

4.5 閥門管理和閥門試驗(yàn)功能

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷小于90 MW時(shí)，建議采用高壓進(jìn)汽閥門單閥同步開啟模式；汽輪機(jī)處于極熱態(tài)或者熱態(tài)工況時(shí)，金屬熱應(yīng)力小并且主蒸汽壓力和蒸汽溫度比較高，建議采用高壓進(jìn)汽閥順序閥啟動(dòng)模式。高壓調(diào)節(jié)閥門開度指令=單閥給定值×單閥模式系數(shù)+順序閥給定值×（1-單閥模式系數(shù)）。順序閥模式時(shí)，單閥模式系數(shù)為0。機(jī)組運(yùn)行人員發(fā)出汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門由順序閥模式切換到單閥模式切換指令后，經(jīng)過10 min，單閥模式系數(shù)由0逐步變大到1，最后保持為1，機(jī)組切換為單閥調(diào)節(jié)模式。汽輪機(jī)掛閘啟動(dòng)完成定速之后發(fā)電并網(wǎng)之前，必須開展完成汽輪機(jī)主汽閥嚴(yán)密性試驗(yàn)、調(diào)節(jié)閥嚴(yán)密性試驗(yàn)。汽輪機(jī)系統(tǒng)達(dá)到額定真空值，高壓主汽閥和中壓主汽閥都處于關(guān)閉狀態(tài)，或者高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥都處于關(guān)閉狀態(tài)，DEH系統(tǒng)按照控制邏輯算法得出嚴(yán)密性達(dá)標(biāo)的轉(zhuǎn)速下降值，系統(tǒng)自動(dòng)判定從試驗(yàn)開始時(shí)刻轉(zhuǎn)速下降到嚴(yán)密性達(dá)標(biāo)轉(zhuǎn)速值所需要的時(shí)間。運(yùn)行人員依據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速值能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到嚴(yán)密性達(dá)標(biāo)轉(zhuǎn)速下降值來(lái)判定汽輪機(jī)進(jìn)汽主汽閥或者進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥是否處于嚴(yán)密關(guān)閉狀態(tài)、是否存在漏氣情況。

2020-05-29T15：54：58，機(jī)組負(fù)荷為35.7 MW，DEH系統(tǒng)投入功率閉環(huán)，高壓調(diào)節(jié)閥由單閥方式切換為順序閥方式，閥門切換過程中機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)4.6 MW，閥門切換過程引起的機(jī)組負(fù)荷擾動(dòng)滿足要求。

4.6 汽輪機(jī)自啟停功能

DEH控制邏輯設(shè)計(jì)有汽輪機(jī)自啟停ATC控制模式，運(yùn)行人員選擇汽輪機(jī)自啟停ATC控制模式后，DEH控制系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力、機(jī)組振動(dòng)、脹差等重要安全監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，汽輪機(jī)自啟停ATC控制系統(tǒng)完成各個(gè)階段的轉(zhuǎn)速設(shè)定值、轉(zhuǎn)速變化率值、機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)組負(fù)荷變化速率值等參數(shù)的最優(yōu)選定，DEH系統(tǒng)完成機(jī)組全自動(dòng)控制。

（1）DEH控制系統(tǒng)置于汽輪機(jī)自啟停ATC運(yùn)行模式，運(yùn)行人員選擇操作ATC“啟動(dòng)”鍵，機(jī)組能夠自動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)狀態(tài)判定和各種參數(shù)最優(yōu)控制，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升到3 000 r/min額定轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)自動(dòng)同期裝置完成發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶初始負(fù)荷。升速和升負(fù)荷全工況下，汽輪機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定值、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化率、轉(zhuǎn)速臨界區(qū)的變化率自動(dòng)切換，暖機(jī)時(shí)間參數(shù)控制，汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門切換過程等都由自啟停控制系統(tǒng)ATC自主最優(yōu)完成。（2）檢查機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后，自啟停控制系統(tǒng)ATC程序能夠根據(jù)汽輪機(jī)熱應(yīng)力值進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，從而得出最佳的機(jī)組負(fù)荷變化速率值，可靠安全地精確控制發(fā)電負(fù)荷。

4.7 參與CCS遙調(diào)控制功能

汽輪機(jī)控制系統(tǒng)投入機(jī)組協(xié)調(diào)控制CCS遙調(diào)方式下，DEH只是一個(gè)執(zhí)行器，DEH總閥位指令等于CCS指令信號(hào)，且切除功率閉環(huán)和主汽壓力閉環(huán)方式。（1）檢查DEH系統(tǒng)與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的接口是否可靠，DEH系統(tǒng)能夠接受協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制指令進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。（2）確保DEH系統(tǒng)從本地控制切換到遠(yuǎn)方協(xié)調(diào)控制方式是無(wú)擾的，并且將DEH系統(tǒng)切換到遙控閥位控制回路。（3）在機(jī)組運(yùn)行的情況下，DEH能從本地控制方式切換到CCS遙控方式，DEH綜合閥位指令信號(hào)傳輸正確。

4.8 汽輪機(jī)超速保護(hù)限制功能

為了防止汽輪機(jī)由于轉(zhuǎn)速太高、轉(zhuǎn)子離心應(yīng)力太大而采取的熱工控制方法稱為超速限制。超速限制主要包括3種控制方法：汽機(jī)甩負(fù)荷、OPC動(dòng)作、功率負(fù)荷不平衡保護(hù)。

OPC超速保護(hù)是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速值超過3 090 r/min時(shí)，DEH系統(tǒng)將立即使得超速限制電磁閥帶電，關(guān)閉高壓進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥和中壓進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥，等待汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到DEH系統(tǒng)中OPC預(yù)定恢復(fù)條件后，超速限制電磁閥失電，汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥恢復(fù)由伺服閥精確控制，維持正常額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。

4.9 汽輪機(jī)保護(hù)跳閘功能

（1）檢查超速保護(hù)跳閘（OPT）功能。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高到發(fā)電機(jī)組超速遮斷保護(hù)動(dòng)作值后，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)DEH必須立即安全可靠地發(fā)出跳閘指令，并迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門，使機(jī)組安全停機(jī)。（2）檢查DEH系統(tǒng)電源故障、雙控制器故障、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障等保護(hù)跳閘功能。模擬DEH系統(tǒng)電源故障、雙控制器故障和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障，控制系統(tǒng)能夠可靠地發(fā)出跳閘指令，并迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門，使機(jī)組安全停機(jī)。（3）機(jī)組危急保安裝置具有機(jī)組運(yùn)行時(shí)在線試驗(yàn)功能，在對(duì)危急跳閘電磁閥進(jìn)行通道在線試驗(yàn)時(shí)，不會(huì)影響機(jī)組的正常與安全運(yùn)行，在線試驗(yàn)時(shí)不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)與拒動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)功能試驗(yàn)證明，不連溝電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能齊全、正確。機(jī)組啟動(dòng)過程中，DEH能夠?qū)崿F(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確控制。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，DEH系統(tǒng)能夠穩(wěn)定投入DEH本地功率閉環(huán)、主汽壓力閉環(huán)、CCS遙調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組AGC自動(dòng)發(fā)電控制方式。汽輪機(jī)超速、汽輪機(jī)軸溫高保護(hù)、DEH系統(tǒng)電源故障、DEH雙控制器故障、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障等各項(xiàng)保護(hù)跳閘功能正常，能夠保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。