淺析DEH 系統(tǒng)的控制功能及特點(diǎn)

劉升

（云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司 云南 昆明 650217）

1 前言

隨著我國電力自動(dòng)化程度的提高和用電形勢(shì)的變化，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度和機(jī)組調(diào)峰的要求越來越高，在機(jī)組協(xié)調(diào)控制(CCS)和自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)的要求下，一種簡易可行的DEH系統(tǒng)被開發(fā)并成功應(yīng)用于電廠，以下進(jìn)行介紹。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH-Digital Elecric-Hydraulic Control System）是以汽輪機(jī)為控制對(duì)象，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制及液壓控制理論的運(yùn)用，完成汽輪機(jī)的控制和保護(hù)，是電廠自動(dòng)化系統(tǒng)最重要的組成部分之一。

2 DEH 系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

DEH 主要由計(jì)算機(jī)控制部分與EH 液壓部分組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括操作員站、工程師站、HCU、通信接口站、各種I/O 卡件及冗余電源等，完成控制邏輯、算法及人機(jī)接口。根據(jù)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，通過一定的控制策略，最終輸出到閥門的控制指令通過EH 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)閥門，完成對(duì)機(jī)組的控制。人機(jī)接口是操作人員或系統(tǒng)工程師與DEH 系統(tǒng)的人機(jī)界面，系統(tǒng)工程師通過工程師站對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及控制策略組態(tài)。DEH 承擔(dān)著整個(gè)汽輪機(jī)－發(fā)電機(jī)組的主要控制任務(wù)，如啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)監(jiān)視、超速保護(hù)、自動(dòng)危急遮斷及手動(dòng)打閘等。與常規(guī)的機(jī)械液壓調(diào)節(jié)器(MHG)相比較，電液調(diào)節(jié)器（DHG）有其獨(dú)立的閥門驅(qū)動(dòng)單元，因此使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，加之DEH 使用了高壓油，其動(dòng)態(tài)特性大大地得到了改善，此外，采用了先進(jìn)的微處理計(jì)算機(jī)技術(shù)，所構(gòu)成的數(shù)字電液控制系統(tǒng)，除了能完成各種復(fù)雜的控制與操作功能以外，還擁有下述優(yōu)越性：(1)可靠性高；（2）控制功能靈活；（3）調(diào)節(jié)品質(zhì)好；（4）易于維修測(cè)試和參數(shù)調(diào)整。

3 DEH 系統(tǒng)的控制功能

完善的DEH 應(yīng)該完成從預(yù)啟動(dòng)、啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)、升負(fù)荷、變負(fù)荷、額定負(fù)荷運(yùn)行和停機(jī)的全過程自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制、自動(dòng)同期控制、負(fù)荷控制、一次調(diào)頻、協(xié)調(diào)控制、快速減負(fù)荷、主汽壓控制、單多閥控制、閥門試驗(yàn)、OPC 控制、汽輪機(jī)程序啟動(dòng)、甩負(fù)荷工況控制等。也就是說，作為運(yùn)行人員控制汽輪發(fā)電機(jī)組的工作平臺(tái)，DEH 系統(tǒng)應(yīng)具有下述功能特征。

3.1 啟動(dòng)前的準(zhǔn)備控制

根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)前的狀態(tài)，選擇啟動(dòng)方式，以及進(jìn)行自動(dòng)預(yù)暖缸控制。

3.2 DEH的運(yùn)行方式選擇及切換

DEH 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)兩種基本運(yùn)行方式：手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。其中自動(dòng)方式又可分為汽輪機(jī)操作員自動(dòng)方式（OA）、自動(dòng)汽輪機(jī)控制方（ATC-AUTOMATIC TURBINE CONTROL）和汽輪機(jī)鍋爐協(xié)調(diào)控制方式（CCS）。

DEH 剛上電是，系統(tǒng)首先進(jìn)入的是基本運(yùn)行方式--手動(dòng)方式。在手動(dòng)方式下，許多自動(dòng)功能均不能投入。若條件允許，操作員通過輸入指令，可將機(jī)組切換到自動(dòng)方式，此時(shí)許多功能才能投入。根據(jù)機(jī)組狀態(tài)和外部要求，操作員可將機(jī)組分別切換到機(jī)爐協(xié)調(diào)方式或自動(dòng)汽輪機(jī)程序控制方式。無論何種方式的切換都應(yīng)保證系統(tǒng)平穩(wěn)過渡，因此必須預(yù)先實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的跟蹤。

3.2.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的在線整定

機(jī)組的在線整定包括整定伺服系統(tǒng)靜態(tài)關(guān)系，以及控制器參數(shù)。

3.2.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的掛閘

通過按操作員站上的掛閘按鈕，DEH 應(yīng)建立保護(hù)油壓，使汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)投入運(yùn)行。

3.2.3 啟動(dòng)方式選擇

機(jī)組的啟動(dòng)方式可分為中壓缸啟動(dòng)和高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)；額定參數(shù)啟動(dòng)和滑參數(shù)啟動(dòng)；冷態(tài)啟動(dòng)和熱態(tài)啟動(dòng)等等。實(shí)際運(yùn)行時(shí)往往是多種方式的組合。

3.2.4 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制

機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制包括：設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速、設(shè)定升速率、升速、摩擦檢查、自動(dòng)過臨界、中速暖機(jī)、3000r/min 定速運(yùn)行、試驗(yàn)和并網(wǎng)。

升速過程中，目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定后，給定轉(zhuǎn)速將按啟動(dòng)曲線或操作員輸入的命令逐步增加。DEH 把實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相比較，經(jīng)過PI 校正并經(jīng)閥門線性程序修正后，得到閥位值，從而控制各個(gè)閥門開度，使機(jī)組平穩(wěn)升速。需要暖機(jī)時(shí)，給定轉(zhuǎn)速保持不變；過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，提高升速率；并網(wǎng)時(shí)由自動(dòng)同期裝置ASS 控制并網(wǎng)。

3.2.5 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的負(fù)荷控制

機(jī)組的負(fù)荷控制包括并網(wǎng)，帶初始負(fù)荷，升負(fù)荷（設(shè)定目標(biāo)負(fù)荷及負(fù)荷變化率），自動(dòng)暖機(jī)，閥切換，定壓-滑壓-定壓變負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)節(jié)級(jí)壓力反饋控制，負(fù)荷反饋控制，一次調(diào)頻，CCS 控制，高低負(fù)荷限制，閥位限制，主汽壓力限制和快速卸負(fù)荷。

升負(fù)荷過程中，目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定后，給定功率將按啟動(dòng)曲線或操作員輸入的命令逐步增加，DEH 將實(shí)際功率與給定功率相比較，經(jīng)過PI 校正并經(jīng)閥門線性程序修正后，得到閥位指令，從而控制各閥門開度，使機(jī)組平穩(wěn)升負(fù)荷。機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，由于功率回來的切除可以克服反調(diào)，而且DEH的遲緩率很?。ú淮笥?.06%），所以其動(dòng)態(tài)振蕩少，飛升轉(zhuǎn)速低，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速能迅速穩(wěn)定在3000r/min，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性很好；同時(shí)，DEH 為多回路、多變量的調(diào)劑系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)外界負(fù)荷變化和抗內(nèi)擾能力，可方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.6 閥門管理程序

閥門管理程序主要用于單閥和順利閥的切換。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，宜用噴嘴調(diào)節(jié)方式，盡量減少節(jié)流狀態(tài)下的閥門損失；當(dāng)變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，或在啟動(dòng)過程中，為保證機(jī)組全周進(jìn)汽，縮短啟動(dòng)時(shí)間，宜采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即所有閥門同步開關(guān)。DEH 可接受操作員指令，在任意功率下和設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成上述轉(zhuǎn)換。

3.2.7 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的疏水控制

根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行方式，啟動(dòng)或停機(jī)，以及運(yùn)行的狀態(tài)，自動(dòng)開啟或關(guān)閉疏水閥門。

3.2.8 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)保護(hù)

機(jī)組的保護(hù)由低負(fù)荷運(yùn)行保護(hù)、甩負(fù)荷保護(hù)、超速保護(hù)和危急遮斷系統(tǒng)等功能組成。

3.2.9 提供高壓抗燃油并完成電/液轉(zhuǎn)換功能

EH 系統(tǒng)向機(jī)組提供一定溫度、壓力、流量和質(zhì)量的抗燃油，并完成電/液轉(zhuǎn)換、閥門正?？刂婆c危急遮斷的功能。

3.2.10 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的在線試驗(yàn)

試驗(yàn)的內(nèi)容包括：（1）閥門活動(dòng)試驗(yàn)，包括全行程試驗(yàn)和部分行程試驗(yàn)；（2）閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)，包括主蒸汽閥嚴(yán)密性試驗(yàn)和調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)；（3）超速試驗(yàn)，包括電超速試驗(yàn)和機(jī)械超速的噴油試驗(yàn)。目前的電超速試驗(yàn)保護(hù)回路均由硬件實(shí)現(xiàn)，三取二邏輯。噴油試驗(yàn)的目的是為了在不停機(jī)的情況下檢驗(yàn)機(jī)組的飛錘動(dòng)作是否可靠，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

4 DEH的故障分析及維護(hù)

DEH 裝置在進(jìn)行控制時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行在線診斷。對(duì)發(fā)生故障的單元將進(jìn)行報(bào)警，指示并打印。危險(xiǎn)人員可根據(jù)操作員站OIS 及模板前面板上的報(bào)警內(nèi)容，進(jìn)行有針對(duì)性的在線或離線維修，以使DEH 盡快回復(fù)正常工作。

DEH 裝置內(nèi)的所有模板都應(yīng)提供現(xiàn)場(chǎng)診斷，維修資料，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修。常見的DEH 故障診斷方法有：

4.1 轉(zhuǎn)速通道故障

短暫的單通道故障將不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但若長時(shí)間故障或轉(zhuǎn)速系統(tǒng)故障，則應(yīng)由熱工人員進(jìn)行維修處理：首先用示波器檢查故障通道轉(zhuǎn)速是否正常，若不正常則應(yīng)檢查測(cè)速發(fā)信頭接線是否正確，安裝是否符合要求。若轉(zhuǎn)速信號(hào)正常而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速通道故障，則有可能是測(cè)試板(FCS)本身有故障。

4.2 功率、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力等參數(shù)與實(shí)際情況不符

出現(xiàn)功率、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力等參數(shù)與實(shí)際情況不符的情況時(shí)，應(yīng)做如下三方面的檢查：(1)檢查相應(yīng)變送器信號(hào)是否正常，輸出信號(hào)范圍中是否與設(shè)計(jì)值相符，如條件允許，對(duì)變送器可重新檢驗(yàn)。(2)檢驗(yàn)變送器接線是否正確、可靠。(3)檢驗(yàn)?zāi)Ｈ胩幚戆濉?/p>

4.3 控制器與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接口卡件（HSS）

控制器與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口卡件（HSS）之間的故障時(shí)毀滅性的，因此，其可靠性對(duì)系統(tǒng)取決定性的作用。HSS 卡出現(xiàn)的故障可分離線故障與在線故障：

(1)HSS 模板校驗(yàn)、調(diào)整、啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的故障稱作離線故障。產(chǎn)生的原因多為模板安裝校驗(yàn)時(shí)不正確或不完全。例如接口卡件HSS與LVDT的信號(hào)之間的故障：

現(xiàn)象1：伺服放大器沒有伺服驅(qū)動(dòng)信號(hào)；檢查1：如果HSS 卡的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)正確，檢查輸出至伺服閥的電纜；如果電纜沒有問題，則需要更換伺服閥。

現(xiàn)象2：LVDT 初級(jí)沒有激勵(lì)信號(hào)；

檢查2：如果HSS 卡的激勵(lì)信號(hào)正確，檢查輸出至LVDT的電纜；如果電纜沒有問題，則需要更換LVDT。

現(xiàn)象3：LVDT 次級(jí)沒有響應(yīng)輸出；

檢查3：改變HSS 卡的輸出電流，LVDT兩個(gè)次級(jí)間的電壓差應(yīng)該變化，如果沒有變化，檢查電纜連接；如果電纜沒有問題，則需要更換LVDT。

(2)HSS 在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，稱作在線故障。運(yùn)行中由連線引起的故障應(yīng)該是很少的（定期檢查條件下），通常是機(jī)柜內(nèi)部或子模板有故障，這些可通過模板是的指示燈的狀態(tài)顯示。

診斷閥門位置反饋（線性差動(dòng)變送器LVDT）是否有故障的具體規(guī)則如下

(a)如果出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移報(bào)警信號(hào)，請(qǐng)檢查LVDT的初級(jí)或次級(jí)。(b)如果初級(jí)激勵(lì)電壓小于1.0VRMS 請(qǐng)檢查LVDT 初級(jí)故障。(c)如果該值大于1.0VRMS，請(qǐng)檢查LVDT 次級(jí)電壓。(d)如果次級(jí)沒有正弦波輸出，請(qǐng)檢查次級(jí)線圈有無故障。(e)如果兩個(gè)次級(jí)輸出正確，請(qǐng)檢查其他部件。

5 結(jié)論

汽輪發(fā)電機(jī)組是一個(gè)高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)組向達(dá)功率方向發(fā)展，相應(yīng)地對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)啟停這些特征構(gòu)成了DEH 中的自動(dòng)汽輪機(jī)程序控制功能（ATC）；目前，大功率機(jī)組多采用機(jī)組壽命管理法，根據(jù)轉(zhuǎn)子應(yīng)力確定升速率，由計(jì)算實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停，由此充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力來計(jì)算轉(zhuǎn)子應(yīng)力，利用計(jì)算機(jī)的邏輯判斷能力，識(shí)別機(jī)組的狀態(tài)，根據(jù)進(jìn)程選擇控制策略，保證機(jī)組啟停中的安全性、經(jīng)濟(jì)性，使得生產(chǎn)過程監(jiān)控的自動(dòng)水平程度更高，DEH 已經(jīng)成為當(dāng)今汽輪機(jī)特別是大型汽輪機(jī)必不可少的控制系統(tǒng)。

[1]控制設(shè)備及系統(tǒng)/肖大雛主編.－北京：中國電力出版社，2006 （國產(chǎn)600MW 超臨界火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)叢書）

[2]火電工程調(diào)試技術(shù)手冊(cè) 熱工卷/河南省電力公司編.－北京：中國電力出版社，2003

[3]謝健育 .700MW 機(jī)組自啟停系統(tǒng)（APS）設(shè)計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)用 .內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2001年第19 卷第2期