浅析汽轮机数字电液调节系统及常见故障处理

杨进升

（山西神头第二发电厂，山西 朔州 036011）

1 概述

数字电液调节系统DEH(digital electric hydraulic control)是以计算机作为控制装置，执行部分应用液压执行机构。它结合了计算机控制技术和液压执行机构的优点,而这种技术的结合更加适合火电厂汽轮机的控制,在火电厂汽轮机控制系统中得到了广泛的应用。

2 DEH调节系统原理及方框图

DEH调节系统的主要目的是控制汽轮发电机组的转速和功率，机组在并网前，DEH调节系统通过转速控制回路来控制机组的转速，在并网后，DEH调节系统通过功率控制回路来控制机组的功率，其中转速作为一次调频信号参与控制。DEH系统通过指令选择回路形成指令，采集汽轮发电机组的转速、功率、阀位等信号进行分析处理，综合运算输出阀门指令信号，通过HSS03模件与LVDT检测的阀位信号比较运算处理，输出控制信号到电液伺服阀，通过改变高压、中压调节阀的开度来实现对汽轮机在启动、运行、停机过程中的转速和功率的控制。DEH调节系统方框图见图1。

图1 DEH调节系统方框图

3 DEH调节系统的构成

DEH调节系统主要由五大部分构成。

3.1 电子控制器部分

主要包括控制计算机、I/O摸件、电源设备、通讯接口部分等，主要用于接收现场发回的信号、逻辑运算、发出指令等。

3.2 计算机软件部分和硬件部分

计算机软件部分包括工程师站和操作员站的控制系统软件和一些应用软件等，计算机硬件部分包括工程师站和操作员站的主机、显示器、键盘、鼠标等。主要是为热控工程师提供逻辑组态、故障分析等和为运行人员提供对控制机组运行状态、信息、监视、操作等功能。

3.3 执行机构部分

主要由电液伺服阀、油动机等部分组成，负责完成对控制指令的执行。

3.4 保护系统

包括2个OPC电磁阀和4个AST电磁阀，完成超速等故障紧急情况下对汽轮发电机组的停机保护功能。

3.5 高压抗燃油系统

负责为执行机构部分提供动力油，一般设有两台抗燃油泵，正常情况下1台工作，1台备用。

4 DEH调节系统的功能

DEH系统的功能主要有以下几方面：

4.1 挂闸功能

通过司机在操作员站操作完成远方自动挂闸功能。

4.2 应力计算功能

由转子的应力监控系统实现高、中压转子的应力计算和控制。在投入应力控制方式时，暖机时间由高压转子中心温度值和中压转子中心温度值的最小值所对应的暖机时间确定。

4.3 转速检测及控制功能

完成对机组的转速功能，控制系统从现场接收三路转速信号，在逻辑中经过三取中逻辑得到系统转速，用于转速控制逻辑中。在并网前机组，运行人员设定目标转速后，机组可以自动根据当前的热状态（冷态、温态、热态）完成升速、暖机、过临界，3000rpm定速。

4.4 自动同期功能

DEH调节系统可以与自动同期装置配合，自动将机组转速带到同期转速，投入自动同期功能后机组将接受自动同期装置来的转速指令。

4.5 并网带初负荷功能

发电机并网后，DEH系统自动增加给定指令，使发电机自动带上初负荷以避免发电机逆功率保护动作。

4.6 负荷控制功能

负荷控制回路完成对机组负荷的闭环控制，根据运行人员设定的目标负荷和负荷变化速率并综合其他限制条件形成负荷给定值，以发电机组实际电功率作为反馈，对机组负荷进行闭环控制。

4.7 主汽压力控制功能

主汽压力控制回路完成对机组主汽压力的闭环控制，运行人员设定目标压力，以机组实际主汽压力作为反馈，对机组压力进行闭环控制。

4.8 阀门手动控制功能

运行人员通过设定目标阀位指令，直接控制调门开度来控制机组的负荷。

4.9 一次调频功能

DEH调节系统具有一次调频功能，调频特性根据不同的机组而不同，可以修改。神头二电厂#1机组的一次调频特性是转速偏差在±2转之内，一次调频输出值为0，转速偏差超过±10.1转，一次调频输出±30 MW（最大）的负荷量。

4.10 超速保护OPC功能及超速试验功能

由两个OPC电磁阀并联组成，目的是防止拒动。神头二电厂#1机组由原来的电液并存调节系统改造为高压抗燃油纯电调系统，其中保留了原来的机械超速保安系统，其超速系统设计有OPC超速、电超速、WOODWARD超速、机械超速共4级超速控制功能。

4.11 危急遮断控制功能（ETS）

由4个AST电磁法组成，采用2串2并，目的是既防误动又防拒动。为保护汽轮机的安全，神头二电厂#1机组的ETS系统触发条件有：DEH转速大于3 180 RPM，PIS汽机保护，主机WOODWARD保护，抗燃油压力低，主机AST油压低，主机台盘紧挺，主机就地紧停，DEH转速系统故障，当以上任一条件达到该系统动作，应关闭汽轮机各进汽阀门，实现紧急停机。

4.12 与CCS接口功能

具有与CCS接口功能，由CCS进行控制时，DEH系统直接根据CCS系统给出的指令进行控制。

4.13 与旁路站的接口功能

具有与旁路站的接口功能，旁路站在机组启停和故障情况下的协同控制功能。

4.14 阀门管理功能

DEH调节系统可以根据机组需要，实现对汽轮机调门的单阀、顺阀无扰切换和控制。

4.15 阀门在线试验功能

在机组正常运行中，为防止主汽门和调汽门卡涩，可以分别对主汽门和调汽门进行活动试验。

4.16 ATC功能

ATC即汽轮机自启停控制功能，完成汽轮机从启动开始至带满负荷的全部自动控制。但现阶段各个厂家由于其机组的不同和电调控制系统的不同，其控制功能和范围都有较大的差别。

4.17 其他功能

可以实现比较完善的自诊断功能、参数的趋势记录、历史数据记录、SOE记录等功能。

除上述功能外，还可以根据不同的机组情况进行特殊功能的实现。

5 DEH调节系统在火电机组应用中的常见问题及解决方案

5.1 电液伺服阀堵塞

某电厂在2007年3月18日晚9点30分左右，#1机组正常运行中，抗燃油压力突然有明显降低，联启另一台抗燃油泵后抗燃油压力恢复正常，发现#3高调门在指令为98%的情况下，位返显示全关。首先就地检查#3高调门确认是否已全关，检查位返正常，检查指令正常，而调门全关，经检查发现是伺服阀故障所致，由汽机部更换#3高调伺服阀后恢复正常运行。

在机组电调系统改造投产前5个月的时间内，有两个高调门，1个中调门的电液伺服阀发生了4次堵塞。分析问题后发现，主要是抗燃油系统运行初期，高压抗燃油清洁度没有达到较高标准，运行一段时间后便出现了电液伺服阀堵塞，滤网堵塞的问题，通过清理滤网，更换不合格滤网，运行一段时间后，没有再出现过电液伺服阀堵塞现象。在更换电液伺服阀时需要注意以下方面：①将需要更换电液伺服阀的调门指令给定为0，小心拔下更换电液伺服阀的航空插头。②将去油动机的截止阀关严。③确认截止阀关严并确认调门全关后，拆下堵塞的电液伺服阀，在拆下电液伺服阀时要注意安全问题。④拆下堵塞的电液伺服阀后，将安装的底座清洁干净。⑤将新的电液伺服阀安好O形密封圈后安装在底座上，紧固好固定螺钉。⑥插好电液伺服阀的航空插头并拧紧。⑦运行人员给电液伺服阀指令信号，要逐渐开大，不要突然全开，同时观察电液伺服阀及阀门动作情况，恢复正常工作。

5.2 LVDT故障

LVDT故障的主要原因是连接LVDT铁芯与LVDT线圈内壁产生摩擦，将铁芯或线圈磨坏，另外是LVDT铁芯折断。这种情况比较复杂，原因很多。调门震动，调门与LVDT的固定支架膨胀不均，固定支架与LVDT的连接问题，LVDT铁芯与线圈固定不正等都会导致这个问题，一开始采取的措施是注意将LVDT铁芯与线圈固定同心，将固定支架与LVDT连接好，做了这些措施后有一定效果，但不明显，主要是调门震动较大，后采取的措施是用弹簧连接LVDT的铁芯，另外加强机组运行中的巡检，效果比较明显。

5.3 电缆问题

由于高调门附近温度很高，而普通电缆无法长时间在这样的高温环境下使用，有的电厂曾经出现过由于高温原因导致电缆线短路故障，采取耐高温电缆效果很好，另外要有对调门附近的电缆采取保护措施，比如使用耐高温电缆槽等。

5.4 接线问题

控制回路指令线接线松动、航空插头松动、LVDT接线松动等都会导致信号异常而引起调门摆动，需要对这些环节认真检查处理。

5.5 干扰问题

以下几项都会导致信号干扰而引发DEH控制系统异常或故障问题：

（1）在机组运行中在调门附近使用强电磁设备。

（2）电液伺服阀指令线屏蔽线没有接好或接触不好。

（3）LVDT屏蔽线没有接好或接触不好。

（4）两个LVDT共用一根电缆。

要对信号干扰而引发DEH控制系统异常或故障的问题逐项检查处理。

6 结束语

从DEH系统在火电厂应用的成功经验表明，其控制功能完善，控制系统成熟、可靠，因而在国内火电机组上得到了广泛的应用，同时我们也看到DEH系统在应用中遇到的一些问题，这就需要广大热控人员不断学习、总结经验、深入研究，进一步完善DEH控制系统，努力提高热控系统的可靠性。