汽輪機(jī)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)DEH問(wèn)題分析及對(duì)策

李昌海，馮慧山，田金海，林鶴，許文(中石化股份有限公司 天津分公司，天津 300270)

汽輪機(jī)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)DEH問(wèn)題分析及對(duì)策

李昌海，馮慧山，田金海，林鶴，許文
(中石化股份有限公司 天津分公司，天津 300270)

針對(duì)50 MW機(jī)組汽輪機(jī)在冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中無(wú)法維持500 r/min暖機(jī)轉(zhuǎn)速，起動(dòng)數(shù)次均因?qū)嶋H轉(zhuǎn)速與給定值偏差大于500 r/min而導(dǎo)致數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)打閘的問(wèn)題，進(jìn)行了伺服閥和FM146模塊的檢查、程序分析以及轉(zhuǎn)速仿真分析，采取了相應(yīng)的處理措施，解決了汽輪機(jī)在起動(dòng)冷態(tài)暖機(jī)沖轉(zhuǎn)無(wú)法控制轉(zhuǎn)速的問(wèn)題，保證了汽輪機(jī)的正常起動(dòng)。

汽輪機(jī) 冷態(tài)暖機(jī) 沖轉(zhuǎn) 分析 對(duì)策

汽輪機(jī)是運(yùn)轉(zhuǎn)的大型原動(dòng)機(jī)，通常在高溫高壓下工作，它是電廠及熱電廠中最主要的設(shè)備之一[1-3]，其動(dòng)態(tài)特性直接影響著機(jī)組的正常運(yùn)行和安全保障。因此，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)冷態(tài)起動(dòng)沖轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行分析、辨識(shí)與仿真，從而了解和掌握調(diào)速系統(tǒng)的硬件、程序及現(xiàn)場(chǎng)組件的特點(diǎn)，保證機(jī)組正常起動(dòng)[4-5]是十分必要的。某廠電站汽輪機(jī)(50 MW)為高壓、雙抽、單軸、單缸、凝汽式汽輪機(jī)，其進(jìn)汽壓力為8.83 MPa，進(jìn)汽溫度為535 ℃；一段抽汽為4.12 MPa，抽汽溫度為439.9 ℃；三段抽汽為1.27 MPa，抽汽溫度為315 ℃。其控制系統(tǒng)采用電調(diào)型汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)，上位控制邏輯采用專(zhuān)用的MACS軟件編制，以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的DEH控制。在汽輪機(jī)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，調(diào)速控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速的變化，控制調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥。

1 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)概述

1.1汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)工藝

該汽輪機(jī)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程采用主門(mén)控制方式： 在汽輪機(jī)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，DEH自動(dòng)將4個(gè)高調(diào)門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)主汽門(mén)開(kāi)度控制進(jìn)汽量使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)摹?”升至暖機(jī)轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)從冷態(tài)起動(dòng)至暖機(jī)時(shí)各閥門(mén)的狀態(tài)見(jiàn)表1所列。

表1 冷態(tài)起動(dòng)至暖機(jī)閥門(mén)狀態(tài)

升速過(guò)程中若出現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速給定值偏差大于500 r/min現(xiàn)象，則導(dǎo)致DEH打閘。

1.2汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)步驟

根據(jù)該汽輪機(jī)DEH操作方法，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)主要按照以下幾個(gè)步驟：

1) 汽輪機(jī)掛閘。在機(jī)組滿(mǎn)足起動(dòng)條件下，點(diǎn)擊“掛閘”按鈕，使汽輪機(jī)掛閘。

2) 控制調(diào)速的方式。選擇“主門(mén)控制”調(diào)節(jié)方式。

3) 開(kāi)調(diào)整門(mén)。點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，完成汽輪機(jī)4個(gè)調(diào)整門(mén)的全開(kāi)動(dòng)作。

4) 選擇手/自動(dòng)控制方式。點(diǎn)擊“自動(dòng)”按鈕，選擇自動(dòng)控制。

5) 設(shè)定目標(biāo)值和升速率。設(shè)置目標(biāo)值為500 r/min，并保證每分鐘轉(zhuǎn)速升高200 r/min。

6) 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)。點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，使汽輪機(jī)開(kāi)始按照步驟5)中的目標(biāo)值和升速率，逐漸向目標(biāo)值靠近，完成沖轉(zhuǎn)操作。

7) 維持500 r/min。由轉(zhuǎn)速控制器調(diào)節(jié)主汽門(mén)開(kāi)度，將實(shí)際轉(zhuǎn)速維持在目標(biāo)值500 r/min，運(yùn)行15 min，以完成暖機(jī)。

1.3沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制

冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，由MSV閥門(mén)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速給定值存在偏差時(shí)，PID控制器按照計(jì)算的調(diào)節(jié)規(guī)律給出MSV閥門(mén)指令信號(hào)，閥位指令信號(hào)與實(shí)際閥位的信號(hào)存在偏差，經(jīng)伺服放大器放大，送電液伺服閥轉(zhuǎn)換成高壓油油壓信號(hào)，控制MSV閥油動(dòng)機(jī)移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)MSV閥的實(shí)際開(kāi)度，改變蒸汽進(jìn)汽量，控制機(jī)組冷態(tài)沖轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。

2 冷態(tài)起動(dòng)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題

2013年3月5日，冷態(tài)起動(dòng)該汽輪機(jī)，根據(jù)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)步驟進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)無(wú)法控制在500 r/min，起動(dòng)兩次均因沖轉(zhuǎn)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速差值大于500 r/min而使DEH打閘，其沖轉(zhuǎn)過(guò)程如下：

1) 15:29:40 開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，閥門(mén)給定值-35%，實(shí)際反饋值0；給定轉(zhuǎn)速0，實(shí)際轉(zhuǎn)速0。

2) 15:30:16 閥門(mén)給定值0.28%，實(shí)際反饋值0；給定轉(zhuǎn)速120 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速0。

3) 15:30:19 閥門(mén)給定值3.30%，實(shí)際反饋值0；給定轉(zhuǎn)速145 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速0。

4) 15:30:27 給定轉(zhuǎn)速212 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速0。

5) 15:30:29 閥門(mén)給定值13.31%，實(shí)際反饋值10.62%，給定轉(zhuǎn)速229 r/min。

6) 15:30:36 閥門(mén)給定值6.31%，實(shí)際反饋值4.37%，給定轉(zhuǎn)速356 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速857 r/min；實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速偏差大于500 r/min使DEH打閘，冷態(tài)沖轉(zhuǎn)閥位曲線(xiàn)和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)如圖1～圖2所示。而后又起動(dòng)一次，由于超速使DEH再次打閘。

圖1 未修改參數(shù)前冷態(tài)沖轉(zhuǎn)閥位曲線(xiàn)

圖2 未修改參數(shù)前冷態(tài)沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)

3 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)邏輯控制流程

根據(jù)DEH邏輯與MSV沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制有關(guān)的邏輯，其控制流程如圖3所示。

圖3 DEH邏輯中MSV沖轉(zhuǎn)控制流程示意

由圖3可以看出，MSV閥位給定值(AOMSVDMD)，由“條件指定輸出”賦予初始值為-35%，再將該值賦給HSPID中的初始值，即HSPID模塊的PID控制器初始值為-35%。當(dāng)投入自動(dòng)后，AMPIDPANG從-35%開(kāi)始計(jì)算輸出值，經(jīng)過(guò)升速模塊的OUT輸出(升速模塊主要控制上升和下降的限制速率)，再通過(guò)“二選一”模塊賦給MSV閥位給定值，而達(dá)到主門(mén)閥門(mén)對(duì)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制。其主門(mén)轉(zhuǎn)速PID控制邏輯中，比例度為40，積分時(shí)間為10 s，微分增益為1.5，微分時(shí)間為0，計(jì)算周期為0.2 s；RAMP_CTRD的參數(shù)設(shè)置為ASCEND=60;DESCEND=60;TIMEBASE=60s;RESET=DOTRIPTUR(開(kāi)出打閘信號(hào))。

4 沖轉(zhuǎn)超速問(wèn)題分析

4.1問(wèn)題類(lèi)型

根據(jù)圖1所示的冷態(tài)沖轉(zhuǎn)運(yùn)行曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)有以下問(wèn)題：

1) 閥門(mén)的響應(yīng)速度較慢，存在3.5 s的延遲。

2) 在沖轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速控制中，MSV閥門(mén)的回調(diào)峰值較大，最高達(dá)到了13.31%。

3) 閥門(mén)指令由-35%升至0的時(shí)間達(dá)36 s。

4) 閥門(mén)指令與給定開(kāi)度存在3%左右的偏差。

4.2原因分析

造成沖轉(zhuǎn)超速可能有以下幾個(gè)方面原因：

1) 抗燃油油壓偏低?？谷加陀蛪浩蜁?huì)使油動(dòng)機(jī)出力變緩，在伺服閥調(diào)解過(guò)程中，使得閥門(mén)動(dòng)作緩慢，反應(yīng)不靈敏。

2) 油動(dòng)機(jī)行程反饋(LVDT)信號(hào)存在問(wèn)題。FM161伺服板存在問(wèn)題，轉(zhuǎn)速控制的主門(mén)指令與實(shí)際主門(mén)反饋存在幾秒的延時(shí)，反映不靈敏(主門(mén)指令值為3.31%的時(shí)候反饋值才開(kāi)始由0上升)，而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速偏差較大。

3) 伺服閥門(mén)卡塞問(wèn)題。主門(mén)的伺服閥門(mén)卡塞，使高壓油流量減緩，而導(dǎo)致閥門(mén)主門(mén)指令與實(shí)際主門(mén)開(kāi)度存在較大偏差，反應(yīng)緩慢。

4) 零點(diǎn)設(shè)置過(guò)低。圖1中沖轉(zhuǎn)時(shí)PID設(shè)置的初始值為-35%，RAMP_CTRD(升速控制)模塊的作用，1 s內(nèi)使閥門(mén)給定的升速率和降速率最高不超過(guò)1%，由于PID中存在積分作用，初始值-35%上升到零點(diǎn)需要36 s，會(huì)使PID積分量有較大的累積數(shù)值；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速后，閥位不會(huì)立即減小，會(huì)繼續(xù)上升幾秒后才開(kāi)始下降，這樣會(huì)導(dǎo)致閥位過(guò)調(diào)，無(wú)法及時(shí)關(guān)閉主門(mén)，使其超速。

5) HSPID模塊的比例、微分、積分不合適。在主門(mén)實(shí)際開(kāi)度0以下的積分量較大，PID設(shè)置的積分時(shí)間較小，使積分作用較強(qiáng)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)延遲，致使超速。

6) 主門(mén)流量特性發(fā)生變化。主門(mén)流量特性變化較大，當(dāng)流量在0～10%內(nèi)增大，使汽機(jī)進(jìn)汽量增加，轉(zhuǎn)速升速率加快，導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)速高出給定轉(zhuǎn)速500 r/min以上，控制器原設(shè)定參數(shù)已不能滿(mǎn)足現(xiàn)在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)暖機(jī)的需要。

5 沖轉(zhuǎn)調(diào)速仿真分析

MACS軟件中HSPID算法公式為

按照上述PID控制算法以及RAMP_CTRD模塊算法要求，對(duì)該汽輪機(jī)主門(mén)自動(dòng)控制PID的算法、閥門(mén)開(kāi)度/流量、流量與轉(zhuǎn)速進(jìn)行辨識(shí)[6]，并建立模型[7-8]，采用Matlab軟件進(jìn)行仿真[9-10]，以分析各參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。經(jīng)仿真，令采樣周期為0.2 s，比較MSV主門(mén)給定與實(shí)際動(dòng)作相應(yīng)延遲時(shí)間分別為1 s和3.5 s，MSV主門(mén)初始給定值分別為-20%和-35%，兩組參數(shù)比較發(fā)現(xiàn)： 閥門(mén)響應(yīng)時(shí)間越短、初始值越接近零，積分飽和量越小，其轉(zhuǎn)速的超調(diào)量也就越小，控制效果越好。其冷態(tài)轉(zhuǎn)速仿真曲線(xiàn)如圖4所示；其MSV主門(mén)閥門(mén)開(kāi)度也會(huì)小于未修改前的閥門(mén)開(kāi)度，如圖5所示。

圖4 冷態(tài)沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速仿真比較

圖5 冷態(tài)沖轉(zhuǎn)MSV閥門(mén)開(kāi)度仿真比較

6 實(shí)施措施

1) 檢查抗燃油油壓，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表和就地儀表進(jìn)行比對(duì)，油壓為13.1 MPa(高于油壓低限12.0 MPa)，滿(mǎn)足閥門(mén)調(diào)節(jié)對(duì)高壓油的要求。

2) 檢查油動(dòng)機(jī)全關(guān)位時(shí)LVDT的輸出電壓在0.2～1.5 V；油動(dòng)機(jī)全開(kāi)位時(shí)LVDT的輸出電壓在3.5～4.8 V(而實(shí)際檢查該狀態(tài)下LVDT的輸出電壓僅為3.2 V左右)，因而判斷伺服模塊存在問(wèn)題，需更換該模塊。

3) 更換控制主門(mén)的伺服閥，并對(duì)LVDT信號(hào)重新整定，并與現(xiàn)場(chǎng)位置相對(duì)應(yīng)，保證整定的準(zhǔn)確性。

4) 將MACSV軟件中控制主門(mén)邏輯的HSPID初始由-35%調(diào)整至-20%，減小積分累計(jì)時(shí)間，避免調(diào)節(jié)的滯后及過(guò)調(diào)(為保證打閘停機(jī)時(shí)主門(mén)關(guān)閉足夠嚴(yán)密，保留了-20%的初始值)。

5) 由于HSPID模塊參數(shù)是由廠家通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)而得，用戶(hù)不再對(duì)參數(shù)進(jìn)行更改，以避免對(duì)后續(xù)的起機(jī)過(guò)程控制造成影響。

7 參數(shù)修改后沖轉(zhuǎn)效果

通過(guò)采取以上措施后，按照汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)步驟再次進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制在(500±100)r/min以?xún)?nèi)，沖轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)速最高值為593 r/min，起動(dòng)沖轉(zhuǎn)實(shí)際轉(zhuǎn)速與升轉(zhuǎn)速度差值遠(yuǎn)小于500 r/min的聯(lián)鎖跳機(jī)值，其沖轉(zhuǎn)過(guò)程曲線(xiàn)如圖6～圖7所示。

圖6 修改參數(shù)后汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)正常起動(dòng)閥位曲線(xiàn)

圖7 修改參數(shù)后汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)正常起動(dòng)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)

由此可知，其閥門(mén)實(shí)際開(kāi)度與閥門(mén)給定延遲時(shí)間縮短為1 s，零點(diǎn)積分時(shí)間縮短為20 s(減小了15 s 的偏差積分時(shí)間)，主門(mén)閥位調(diào)節(jié)峰值下降至8.67%(遠(yuǎn)小于原13.31%的開(kāi)度)，控制效果良好。

為驗(yàn)證HSPID初始值對(duì)主門(mén)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)的影響，2013-04-04 T 11:04汽機(jī)開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，其初始值設(shè)為-50%，觀察曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)汽機(jī)還是由于實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速偏差大于500 r/min使汽輪機(jī)DEH打閘；2013-04-04 T 11:08恢復(fù)上次修改的初始參數(shù)-20%，汽機(jī)正常起動(dòng)，運(yùn)行良好。

8 結(jié) 論

MSV主門(mén)流量特性變化、LVDT信號(hào)、控制閥位PID參數(shù)積分過(guò)飽和等問(wèn)題，確實(shí)會(huì)影響冷態(tài)起動(dòng)沖轉(zhuǎn)暖機(jī)的轉(zhuǎn)速控制效果，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致DEH打閘(偏差大于500 r/min)。發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，須在現(xiàn)場(chǎng)、機(jī)柜間和DEH控制邏輯中進(jìn)行綜合分析，查找問(wèn)題根源，徹底解決問(wèn)題，保證機(jī)組的正常起動(dòng)和“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運(yùn)行。

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臺(tái)達(dá)DOP-B10E515人機(jī)新品上市

臺(tái)達(dá)人機(jī)DOP-B10E515新品進(jìn)入上市，充分滿(mǎn)足了多元化的HMI市場(chǎng)發(fā)展需求。該系列人機(jī)作為新一款大尺寸經(jīng)濟(jì)型機(jī)種，是AE10系列的全新升級(jí)版本，10.4寸65536彩色TFT面板，可流暢的給用戶(hù)呈現(xiàn)更加真實(shí)清晰豐富的畫(huà)面和更精彩的視覺(jué)體驗(yàn)。其無(wú)輔助鍵，兼具獨(dú)特的音效播放功能，操作設(shè)計(jì)更加人性化；以太網(wǎng)接口可快速連接各項(xiàng)設(shè)備，且支持RS-232/485/422，兼容各品牌PLC通信功能。另外，還具有32位中央處理器，宏指令精靈，特配增添了SD和USB兩種插槽，擴(kuò)展應(yīng)用更豐富。該系列人機(jī)已通過(guò)CE/UL安規(guī)認(rèn)證，可適用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境。

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AnalysisandCountermeasuresonDEHProblemofColdRunningupofSteamTurbine

Li Changhai, Feng Huishan, Tian Jinhai, Lin He, Xu Wen

(Sinopec Tianjin Branch, Tianjin,300270, China)

One 50 MW steam turbine unitcan’t maintain 500 r/min warm engine speed in the cold rolling process. The DEH valve interlock is activated because the gap between actual speed and the set point is greater than 500 r/min after trying with many times. Aim to this phenomenon, the checking for servo valve and FM146 module, program analysis and speed simulation analysis are conducted. Corresponding measures are taken with solving the problems of speed out of control for steam turbine at the startup of cold warm turbine running up. The normal startup is guaranteed.

steam turbine; cold warm turbine; running up; analysis; countermeasure

稿件收到日期：2013-04-10，修改稿收到日期2013-06-14。

李昌海(1982—)，男，遼寧撫順人，現(xiàn)就職于中石化股份公司天津分公司熱電部，主要從事電廠自動(dòng)化、控制方面的研究以及電廠儀表設(shè)備的管理工作，任工程師。

TP206+.3

B

1007-7324(2013)05-0036-04