汽轮机数字电液控制系统调试方案

边立平

摘 要：该文主要介绍了首钢京唐钢铁联合有限责任公司自备电站工程，建设2×300MW容量的煤—气混烧抽汽供热发电机组。DEH系统采用一个带冗余的控制处理器，挂在电厂DCS的双节点总线上，每个控制处理器通过冗余的现场总线与现场总线组件FBM相连，实现与现场设备之间的I/O接口。

关键词：供热机组 汽轮机 DEH 自动控制 超速保护

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（c）-0069-02

1 系统概述

机组DCS控制系统采用上海福克斯波罗公司I/A SERIES系统，其主要功能有数据采集和处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、汽轮机紧急跳闸系统（ETS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）、给水泵汽轮机控制系统（MEH）等。

2 DEH数字电液调节系统概述

首钢京唐钢铁联合有限责任公司2×300MW电站工程#1机组DEH数字电液调节系统采用与DCS系统一致的上海福克斯波罗公司提供的I/A'S系统。

DEH系统主要实现功能：

2.1 远方挂闸

允许挂闸的条件包括：机械打闸手柄退出、系统不在仿真工作方式。通过画面的汽机挂闸按钮，可以遥控挂闸汽轮机，建立安全油压。

2.2 控制方式选择

汽机的控制方式主要有：手动控制、自动控制、同期控制、CCS遥控控制等方式。

2.2.1 手动控制方式

机组未并网时，如果测速故障，系统将自动切入手动控制方式，或操作员选择切为手动控制方式。在手动方式下，操作员将直接控制高压主汽门/高压调门开度。同时手动控制方式设置了两挡阀门开/关速率：慢速为10%阀位/min，快速为30%阀位/min。当操作员按下相应阀门的开/关按钮不放，阀门将按照设定的速率开/关。

2.2.2 同期控制方式

当汽机转速在2 950～3 050之间、机组在自动控制方式、已完成TV/GV切换、同时电气同期装置就绪，系统将可以切入同期控制方式；系统每检测到电气同期装置的“同期增”、“同期减”脉冲，将自动将转速设定值相应增/减一转；当机组并网后、系统切手动、或实际转速超出同步控制转速范围，将自动切除同期控制方式。

2.2.3 遥控控制方式

当机组并网后，系统处于自动控制方式下，且满足以下条件：CCS系统就绪，发出允许DEH系统切遥控方式、DEH系统未投入功率控制回路、DEH系统未投入主蒸汽压力控制回路、CCS系统遥控阀位指令正常、CCS系统遥控阀位指令与DEH系统当前综合阀位指令偏差在允许范围内，操作员即可选择投入CCS遥控方式；

当投入CCS遥控方式后，DEH系统相当于CCS系统的执行器，在此方式下，DEH的目标值为CCS给定值。此时所有的控制（功率/主汽压力）均由协调系统完成。在CCS控制方式中可以设置目标负荷、负荷高限以及负荷升速率等。

2.3 控制设定值

2.3.1 转速控制

升速冲转：设定目标、设定升速率、自动过临界、3 000rpm定速。

在汽轮发电机组并网前，DEH处于自动运行方式，DEH为转速闭环无差调节系统。其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差，经PID调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。

在给定目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。当进入临界转速区时，自动将升速率改为300rpm快速冲过去。在升速过程中，通常需对汽轮机进行中速、高速暖机，以减少热应力

2.3.2 负荷控制

当同期条件满足，发电机并网，油开关闭合信号到来后，DEH立即增加给定值，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。

当机组刚并网是，此时系统为阀位控制方式（如：刚并网时未投入任何回路、DEH切入CCS系统系统控制方式等）。在阀位控制方式下，直接控制相关汽阀的开度来控制机组负荷。

机组并网带负荷后，可选择投入反馈方式功率回路、一次调频、主气压回路。

当选择功率回路时，在控制值设定中，可以设定需要控制到的功率和升速率，此时系统处于功率闭环控制系统下，通过控制汽机阀门开度达到所设定的功率。当以下情况发生时，系统自动切除功率控制回路：系统切手动、机组跳闸、机组解列、阀位限制动作、测功失效、投入协调遥控、主汽压力低限动作、RB动作、主汽压力控制投入。

当选择投入主蒸汽压力控制回路，可以设定需要的压力目标值和速率。此时系统将控制机前的主蒸汽压力保持在设定的目标值。当以下情况发生时，系统将切除主蒸汽压力控制回路：系统切手动、机组跳闸、机组解列、阀位限制动作、主蒸汽压力测量故障、投入协调遥控、主汽压力低限动作、RB动作、功率控制回路投入。在主汽压力限制方式投入期间，若主汽压力低于设置的限制值，则主汽压力限制动作。动作时，设定点在刚动作时的基础上。

2.4 阀门管理

在阀门方式选择中，可以选择：主汽门控制切换到调门控制方式，单阀/顺序阀切换。当汽轮机挂闸后，首先是高调门全开，用主汽门进行冲转，待转速达到2 900r/min后，可以将控制方式切换到高调门控制方式。此时，阀门处于单阀控制方式，当汽轮机运行半年以后，汽机转子应力比较均匀后，可以将阀门控制方式切换到顺序阀控制方式。

2.5 阀门试验

为确保阀门活动灵活，需定期对长期全开阀门进行活动试验，以防止阀门卡涩。点击主控画面中主汽门、高调门、中压主汽门下的按钮即可，所有的阀门均可进行部分行程及全行程活动试验。

对于高压主汽门活动试验，高主门将首先关闭到60%位置，此时将询问操作员是否继续进行试验，如果操作员点击CONTINUE确认继续试验，DEH将自动将相应高主门同侧的高调门关闭到0%，而后再关闭高主门到0%；当高主门关闭2s后，高主门将自动开启至100%，而后同侧高调门开启到试验前的位置。对于中主门活动性试验，将首先关闭同侧中调门到0%，而后发指令关闭中主门；当中主门关闭后，DEH自动发指令将中主门再次开启；当中主门全开后，中调门将再次开启到试验前的位置。endprint

为确保阀门关闭严密而不致漏汽，应通过阀门严密性试验来验证主汽门及调门关闭的严密性。主汽门严密性试验条件：阀门控制方式为主汽门控制、汽机转速>2 950rpm、未并网；调门严密性试验条件：阀门控制方式为调门控制、汽机转速>2 950rpm、未并网；当严密性试验结束后，机组必须打闸。

2.6 超速保护（OPC）

机组在运行过程中，汽轮机一旦出现超速情况，将对汽机的寿命产生很大的影响，因此DEH设计了汽轮机超速保护功能，同时，可对汽轮机进行超速试验，以验证其保护功能。

该机组设计汽机超速103%、110%保护。当汽机达到103%转速3 090rpm后，将动作OPC电磁阀，使高调门、中调门快速关闭，以保证汽轮机安全。当OPC动作7.5S后或者转速低于3 050rpm后，OPC动作消失，缓慢开启高调门和中调门，使转速稳定在3 000rpm。当汽机转速达到110%转速3 300rpm时，DEH将发出请求跳机指令到ETS。

在OPC保护方式选择面板上，可以选择“OPC试验”、“103禁止”、“110禁止” “OPC保护”方式。当选择某一功能时，其它功能自动切除。当机组并网后，OPC保护功能自动投入，操作员无法切除。“OPC试验”仅用于在机组启动前，模拟产生OPC信号，动作相应电磁阀，试验OPC保护是否能正常工作。“103禁止”投入后将在103%转速时不发出OPC动作信号，以试验110%超速功能。“103禁止”及“110禁止”均投入用于试验汽轮机的机械超速保护功能，投入后将切除DEH系统内的保护功能。

3 DEH系统硬件调试

（1）审查了设计图纸及所有软件组态。

（2）对DEH机柜CP卡件进行外观检查，确认没有损坏痕迹；在对DEH系统的电源、接地的接线及隔离检查完后，对DEH系统上电。

（3）检查各模件工作是否正常，编译下装组态，确认系统工作正常。对DEH系统的所有卡件施加相应的模拟信号进行了通道校验

（4）对所有执行器、变送器、测点、探头、开关等外围至DEH控制柜的线路进行了查对。

（5）确认所有电磁阀安装位置，电磁阀供电系统正常工作，所有电磁阀能够正确带电工作。检查LVDT、伺服安装及接线情况。

（6）检查有关设定值，如临界转速、临界升速率、阀位控制初值等。

4 DEH系统试验

为检验DEH系统和设备的性能、系统接线、系统内部逻辑等是否符合原设计要求和实际工艺要求，为DEH系统的实际投运提供必要的数据，在DEH控制逻辑及流程图画面装载完成后，确保没有蒸汽的前提下，利用DEH自带的强制仿真对DEH系统进行了全面的试验，主要试验内容有：挂闸功能、汽机转速控制、自动同期控制、负荷控制、遥控控制、调节汽阀管理功能、阀门试验功能、OPC保护等功能进行测试。各项测试均符合要求。

完成对DEH系统的仿真实验后，进行DEH系统电液联动调试。其主要目的是完成EH油动机与机柜伺服控制部分的联调和动态测试，使其符合设计要求。

（1）LVDT变送器静态调试、量程、零位调试。用1.5V电池到机柜后功放卡、高选卡线圈接线控制就地油动机全开或全关，调整其零点和满量程电压，反复多个形成，直至其反馈电压为0.3～10V。

（2）油动机最大行程调试。对伺服阀发信号，使阀门全开、全关，测量油动机的最大行程。

（3）配合机务完成阀门关闭时间测试以及模拟甩负荷试验。在静止无压状态下，挂闸打开所有阀门，然后打闸，用录波仪记录各阀门关闭时间；利用短接油开关信号模拟并网，取消短接信号，模拟汽机甩负荷试验，记录OPC信号及调门关闭及复位时间。

（4）2009年6月29日，进行机组首次冲转，完成了基本控制功能试验，升速、定速。

（5）2009年7月1日，完成调门严密性试验，主气门严密性试验。

（6）2009年7月14日，机组首次并网带负荷。

（7）2009年7月14日，切除DEH超速保护功能，完成机组TSI超速试验，110%转速TSI保护动作正常。切除TSI保护，将DEH保护动作值设定为3 100RPM，保护动作正常，完成实验后恢复保护动作值为3300RPM。

（8）2009年9月2日23时18分—9月9日23时18分，机组顺利完成168h满负荷运行。

5 调试结论

在机组真正投入运行之前，已经对DEH的各项功能进行了测试，消除了发现的缺陷，在第一次冲转及以后的各次冲转和运行中，DEH系统顺利完成了汽机升速、过临界、定速、自同期、并网发电、带负荷等任务；投入了转速控制、功率控制、一次调频、DEH遥控等控制回路；完成了OPC试验、阀门活动试验；各项功能都得到了实际运行检验，效果较好。

参考文献

[1] 电力建设施工及验收技术规范[S].第5部分：热工自动化.

[2] 江祺.热工测量和控制仪表的安装[M].2版.北京：中国电力出版社，1998.

[3] 上海福克斯波罗公司厂家资料.endprint