数字电液调节系统阀门管理和给定值逻辑优化

周 策，杨大哲

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

数字电液调节系统阀门管理和给定值逻辑优化

周 策1，2，杨大哲2

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

分析了汽轮机数字电液调节系统的基本控制功能，探讨了汽轮机数字电液调节系统阀门管理和给定值部分控制逻辑，优化了转速控制逻辑、给定值逻辑、阀门非线性补偿及重叠度逻辑中存在的问题，提高了汽轮机数字电液调节系统控制的精确性和安全性。

汽轮机数字电液调节系统；阀门管理逻辑；给定值逻辑

0 引言

现代大中型汽轮机都在采用汽轮机数字电液调节系统DEH（Digital Electric Hydraulic Control System）。DEH系统是基于电子计算机的调节系统，具有多数据采集、复杂的数值计算和逻辑运算及多目标管理功能。汽轮机调节系统作为整个汽轮机组的一个子系统，其运行状态直接关系到机组运行的安全性和经济性。在正常运行中，由于调节系统故障造成的负荷突变，转速波动无法并网，带不满负荷等非正常情况时有发生。目前，国内300MW及以上机组多采用数字电液调节系统，而国产200MW机组的调节系统也正逐步改造为数字电液调节系统。

1 DEH系统功能

DEH控制系统主要功能包括：挂闸，使汽轮机的保护系统处于警戒状态；建立汽轮机安全油压，打开汽轮机中压主汽门；转速控制，控制汽轮机各汽阀开度，使汽轮机转速达到并稳定在3000r/min；同期；并网、自动带初负荷；负荷控制，分为阀门控制、功率控制和调节级压力控制；协调控制；一次调频；阀位限制；高、低负荷限制；主汽压力限制；单/顺阀控制，单阀方式（节流调节），叶片加热均匀，应力小；顺序阀方式（喷嘴调节），节流损失小，机组运行经济性好；超速保护，转速大于3090r/min时，超速保护控制OPC（Over-speed Protection Control）电磁阀动作，甩负荷预感器，即中压缸排汽压力大于一定值或测点故障，发电机解列，OPC电磁阀动作，功率负荷不平衡，当电网输电线路发生瞬间短路，使发电机功率突然降低（汽负荷大于电负荷30%）时，快关中调门1s，迅速降低汽轮机功率，防止超速；汽机试验，系统仿真，阀门活动性试验，主汽门严密性、调门严密性试验，OPC试验，喷油试验，电超速、机械超速试验，甩负荷试验；汽机自启停；转子热应力计算；启动条件检查；汽轮机状态监测，等等。

2 转速控制逻辑优化

某电厂300MW火力发电机组采用上海汽轮机有限公司生产的亚临界、单轴、中间再热、双缸双排汽、空冷抽汽凝汽式汽轮机，其冲转控制方式为：冲转前，各汽阀状态为高压主汽阀关，高压调阀开，中压主汽阀开，中压调阀关；0r/min到600r/min由中压调阀控制，升速到600r/min延时120s转为高压主汽阀和中压调阀联合控制，升速到2700r/min延时240s，控制逻辑记忆此时中压调阀开度，2700r/min到2900r/min时控制方式为高压主汽阀控制，此时中压调阀阀位控制方式为保持记忆阀位，并用再热压力修正此阀位，升速到2900r/min，高压主汽阀和高压调阀切换，高压主汽阀全开，转为高压调阀控制，升速到额定转速3000r/min。

在实际冲转过程中，存在2900r/min时，高压主汽阀和高压调阀切换不成功的现象。2900r/min开始阀切换，高压调阀全关后，转速不下降，切阀失败。经过分析发现，转速控制逻辑在汽轮机2700r/min前，由高压主汽阀和中压调阀联合控制转速，高压主汽阀阀位和中压调阀阀位各由1套调节器控制，当再热器压力较高时或者中压调阀的流量特性曲线不是很准确时，冲转过程中可能会发生高压缸和中压缸进汽流量不匹配的问题，中压缸进汽量过多，高压缸进汽量过少。即在冲转过程中，主要是中压缸在做功，高压缸做功很少，所以当高压主汽阀和高压调阀切换时，即使高压调阀全关，高压缸不进汽，但因为高压缸做功很少，主要是中压缸在做功，转速也不会下降，导致了高压主汽阀和高压调阀切换失败。

分析原因后修改逻辑，当汽轮机转速达到600r/min时，控制逻辑记忆此时的中压调阀阀位，中压调阀的调节器不再计算，汽轮机从600r/min升转速到2700r/min的过程中，中压调阀阀位的设定值为记忆阀位值再加上经过再热压力修正后的高压主汽阀的阀位，这样就能防止中压调阀开得过大，而高压主汽阀开得过小，保证了高压缸和中压缸进汽量的平衡。

3 并网给定值逻辑优化

冲转及并网时，汽轮机控制逻辑的目标值和升降速率一般由运行人员在操作员站手动给出，目标值经过一系列高低值比较和速率限制后，得到逻辑的给定值。目标值速率变化的方法采用“循环增量法”的办法，在每个运算周期中将经过速率选择目标值的变化速率累加到给定值上。运算周期是此页逻辑所在控制器的“页扫描周期”，对于每一个“页扫描周期”，此控制器中所有的逻辑页都会执行一次计算。DEH系统的“页扫描周期”一般取25～100ms，所以若转速升速率为300r/min，页扫描周期取100ms，即每秒此逻辑页计算10次，则逻辑页中累加值因为300/（60×10）=0.5r/min。负荷指令给定值和转速指令给定值，都是由此种算法得出[1]。

某电厂300MW火力发电机组采用的是上海汽轮机有限公司生产的亚临界、单轴、中间再热、双缸双排汽、空冷抽汽凝汽式汽轮机。在实际并网过程中，出现刚并网时，阀位设定值很大导致高调门全开的现象，影响了机组的安全运行。经分析，机组并网后阀位指令的初始设定值为并网时的实际阀位值再加上一个由并网时的主汽压力折算出的并网机组带初始负荷值所需的阀位值。此初始负荷阀位值由一个并网脉冲叠加到并网时的实际阀位值上。原逻辑中，此脉冲时间过长，导致在并网时，初始负荷阀位值反复累加在实际阀位值上，导致阀位给定值变得很大，甚至会使高调门全开。如果此脉冲时间为1s，而页扫描周期为100ms，则初始负荷阀位值会在此时的实际阀位值上累加10次。发现问题后，修改此脉冲时间，把此脉冲时间修改为大于一个页面扫描周期，小于两个页面扫描周期，以保证初始负荷阀位值不会在实际阀位值上叠加多次，也不会因为脉冲时间太短，错过逻辑页的计算，使初始负荷阀位值无法加到实际阀位值上。此机组DEH页扫描周期为100ms，修改脉冲时间为150ms，修改后，机组再并网时，阀位设定值正常，机组并网后的初始负荷值符合要求，问题得到了解决。

4 阀门非线性补偿及重叠度逻辑优化

汽轮机调节阀的升程流量特性无例外的是非线性的，而信号与调节阀的升程关系是线性的，这样必然导致机组调节系统的静态特性是非线性的。非线性静态特性不能保证机组良好的调节特性，因此，在汽轮机调节系统设计时，往往通过非线性补偿的方式将调节阀特性线性化。然而，非线性补偿后，有些机组由于补偿特性不合理，导致系统摆动，机组的正常运行受到很大的影响[2]。

喷嘴调节式汽轮机一般有4个或更多个高压调节阀分别控制各自的喷嘴组。调节阀按一定的顺序和一定的相邻阀门重叠度开启，称之为顺序阀运行方式。重叠度是指两个相邻阀门开度的重叠程度，以相对开度表示。重叠度最小曲线的各阀重叠度为零，它的调节级效率最高，但流量特性最差，会引起机组在某些负荷不稳定。重叠度最大曲线的流量特性的线性度最好，但调节级效率最低。重叠度适中的曲线的流量特性线性度较好，调节级效率也较高[3]。

某厂600MW机组汽轮机采用的为东方汽轮机有限公司超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、空冷凝汽式汽轮机。其调节阀开启顺序为高压调阀1和3—高压调阀2—高压调阀4。在汽轮机升负荷过程中发现，当阀位总指令达到8 7%左右时，机组负荷会突然向下波动，影响了机组投入协调控制时的控制精度。经检查发现，当阀位总指令到达8 7%时，高压调阀4的阀位指令会从9%变为0%，这导致了负荷的波动。高压调阀4的阀位指令这样设计是为了在机组的常用负荷段，尽可能减小调节阀门的重叠度，从而增加机组的调节级效率。同时，也是为了保证汽机的阀位指令和汽机调节阀流量之间的线性关系。但实际表明，机组的补偿特性和重叠度设计得不合理。高压调阀4在阀位指令87%左右时重叠度设计得过小，导致调节系统对机组调阀的整体补偿特性不合理，造成机组的负荷摆动。

经过试验，重新设计了高压调阀4的流量特性曲线，当阀位总指令到达87%时，高压调阀4的阀位指令设为9.9%，减小了高压调阀4指令的突然波动，尽量使其平滑变化。此阀位指令值兼顾了机组的调节级效率和机组调阀的整体补偿特性。修正后，在机组升降负荷过程中，汽轮机调节系统控制平稳，阀位总指令到达87%时负荷摆动情况得到解决。

5 结束语

汽轮机数字电液调节系统做为火力发电厂控制系统的一个关键子系统，其控制逻辑从汽轮机开始冲转、并网，到机组带负荷、升负荷的过程中都具有很强的针对性。汽轮机的调节阀特性曲线要与调节阀的实际流量特性相符合，调节阀控制方式要适应机组的实际运行情况，控制逻辑的扫描周期和计算时间也要匹配，这些方面控制逻辑设计正确，才能保证机组的安全稳定运行。

［1］ 周珂珂，谷俊杰.DEH给定值处理逻辑和阀门管理系统［J］.电力科学与工程，2006（3）:80-83.

［2］ 戴义平，马庆中，赵婷，等.调节阀特性非线性补偿对动态特性影响的仿真研究［J］.汽轮机技术，2006（2）:116-118.

［3］ 王晓峰，高春升.600MW汽轮机的阀门管理与调节级特性［J］.汽轮机技术，2003（2）:122-123.

Optimization of DEH Valve Management and Given Value Logic

ZHOU Ce1，2，YANG Da-zhe2
（1.Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi030024，China；
2.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi030001，China）

In this paper，the basic function of digital electric hydraulic control system is presented.The valve management logic and given value control logic of the digital electric hydraulic control system is explored.The problems of speed control logic，given value logic，valve non-linear compensation logic and overlap logic are solved so that the accuracy and security of the digital electric hydraulic control system are enhanced.

turbine digital electro-hydraulic control system （DEH）；valve management logic；given value logic

TK263.72

A

1671-0320（2012）05-0049-03

2012-06-12，

2012-07-11

周 策（1981-），男，山西太原人，2012年毕业于太原理工大学自动化专业，工程硕士，助理工程师，主要研究方向为电厂热工自动化技术；

杨大哲（1983-），男，河南南阳人，2009年毕业于山东大学热能工程专业，硕士，助理工程师，从事电力信息化工作。