基于DCS热电厂汽轮机的运行和试验操作方法

刘媛杰 李霞 曾如意

摘 要：数字电液控制系统（DEH）是现代分散控制系统（DCS）应用在汽轮机控制的典型形式，其在热电联产电厂中的使用，使运行调控更准确、平稳，有效提高了设备的平均无故障时间，从而提高了电厂运行的可靠性与经济性。

关键词：热电厂；自动调节；汽轮机试验

该2×125MW“热电联产”工程DCS系统采用国电南自提供的TCS-3000系统。本系统为两炉两机一公用系统，为单元制设计，公用系统采用母管切换制。每台炉设两个操作员站，每台机设一个操作员站，公用系统设一个操作站，每台机组电气各设一个操作员站，两个工程师站，两台服务器、两个值长站，共15个上位站。下位控制器共设21对，每對控制器互为冗余，包括（DPU、通讯模块、电源模块）。通讯网络为双以太网冗余结构，每台机组有独立的交换机柜并通过级联连接成整体网络，通过服务器进行数据交换。各控制柜之间各自独立，但其数据可以互相共享。DCS系统对两台机组划分不同网段，对不同用户授予不同操作权限，因此操作员站能进行的操作是有所限制的，即两台机组之间不能互相操作，但都能对公用系统进行操作。

1 DCS在汽轮机自动调节中的应用

热工调节对象的特性：热工调节对象是指各种具体的与被调量有关的设备，例如汽包及各种热交换器等，根据设备的具体结构及工艺要求，可分为具有一个被调量和几个被调量的对象。

（1）具有一个被调量的对象。这类调节对象具有一个输出信号，即被调量，但具有几个输入信号。在几个输入信号中，常选取一个可控性良好的输人信号作为调节作用，而其余的输入信号就都是扰动作用。例如汽包水位调节中的给水流量和蒸汽流量就被当做扰动信号处理。

（2）具有几个被调量的调节对象。调节对象被划分为若干个独立的调节区域，每一个调节机构只对一个被调量起作用。例如汽包锅炉的调节，通常将其划分为给水、汽温、汽压等几个调节区域，每个区域可按一个被调量的调节对象来处理。具有多个被调量的调节对象有相应个数的调节作用，这些被调量或者根据生产工艺过程的要求，互相之间必须保持一定的关系；或者通过共同的调节对象相互影响，但不能独立调节，因而要采用所谓“综合调节”。

2 DEH重点调控环节操作方式

主汽压力及抽汽供热控制：

（1）主汽压力调节系统。本系统为串级双冲量调节系统。主调节器和副调节器分别接受主汽压力和汽包压力两个冲量信号，形成两个闭合回路。由汽包压力信号局部反馈形成内回路，包括副调节器、多功能组件、操作器、同操器和汽包压力变送器等环节。由被调量主汽压力信号大回路反馈形成外回路，即主回路，包括主调节器、整个内回路及主汽压力变送器等环节。内回路解决快速动作，当汽包压力因扰动而升高时，副调采用PI调节，调节作用为反作用，当汽包压力因扰动而升高时，副调输出减小使给煤机转速下降，反之，则上升。故汽包压力信号的作用主要是消除内扰，稳定主汽压力，相对于外回路来说，内回路是一个快速随动系统。主回路的作用是校正主汽压力，使其稳定在额定值。主调采用PI调节，调节作用为反作用。当主汽压力升高（降低）时，主调输出减小（增加），相对来说，副调的输入增加（减小），则副调输出减小（增加），使得给煤机转速下降（上升），这样就使主汽压力最终稳定在给定值。

（2）汽包水位调节系统。本系统为串级三冲量调节系统。调节器接受汽包水位、给水流量、蒸汽流量三个信号，形成两个闭合回路。由给水流量信号局部反馈成内回路，包括副调节器、执行器、调节阀、给水流量变送器等环节。由被调量汽包水位信号大回路反馈形成外回路，即主回路，包括主调节器、整个内回路及汽包水位变送器等环节。蒸汽流量信号是闭环以外的参数，它不影响以上两个闭环的稳定性，是前馈调节信号，只能形成开环，其在系统中的作用有两个：一是改善负荷扰动下的调节品质，克服因虚假水位而引起的调节器的误动作；二是和给水流量信号配合，消除信号的静差。内回路解决快速动作，当发生给水流量扰动时，在水位还来不及变化的情况下，内扰就被内回路消除。副调节器采用PI调节，调节作用为反作用，当给水流量因扰动而升高（降低）时，副调输出减小（增加），使调节门关小（开大），故给水流量降低（升高）。总之，给水流量信号的主要作用是消除内扰，稳定给水流量，内回路是一个快速随动系统，因内回路积分时间很短，相当于外回路中的一个比例环节。主回路的作用是校正汽包水位，使其稳定在额定值。主调采用PI调节，调节作用为正作用（忽略电气补偿），当汽包水位升高（降低）时，主调输入减小（增加），输出也减小（增加），相对来说，副调的输入增加（减小），输出则减小（增加），使调节门关小（开大），这样就使汽包水位最终稳定在给定值。

（3）减温水调节系统。一级减温水调节系统为串级双冲量调节系统，调节器接受屏过汽温、I级减温器后汽温，形成两个闭合回路。由I级减温器后汽温局部反馈形成内回路，包括副调节器、执行器、I级减温器后汽温一次元件和温度变送器等环节。由被调量屏过汽温信号大回路反馈信号形成外回路，即主回路。内回路采用PI调节，调节作用为反作用，外回路采用PI调节器为正作用。二级减温水调节系统为串级双冲量调节系统，由II级减温器后汽温组成内回路，由主汽温度反馈组成外回路，其工作原理与一级减温水相同。

3 试验说明

3.1 阀门活动试验

在机组并网后，带低负荷时，可进行阀门活动试验。阀门在线活动试验包括主汽门活动试验和调门在线活动试验。如图1所示。打开画面先检查上部的三个指示灯，当窗口图中“主门活动试验允许”“主气门开”“调门活动试验允许”黄色指示灯亮时，执行窗口图中“主门活动试验”命令，此时窗口图中“主门开”黄色指示灯灭，试验过程中各个主汽门的阀位变化可以从阀位棒图反应出来，显示为90%左右。试验结束时，执行窗口图中的“取消阀门试验”命令，恢复正常。停机试验步骤：首先由运行人员对机组进行挂闸，开启主气门；然后由热控人员在工程师站强制R20DM031（油开关合闸）、R20DM040（停机）、R20DM169（主气门试验允许）。

图1 主气门活动试验窗口图

3.2 AST电磁阀活动试验

执行主画面中的“AST试验”命令，弹出窗口，如图5所示。执行画面中的“AST#1电磁阀试验”，则1号AST电磁阀带电，63/ASP-1压力开关动作，指示灯变红。执行“AST#3电磁阀试验”命令，则3号AST电磁阀带电，63/ASP-1压力开关动作，指示灯变红。执行“AST#2电磁阀试验”命令，则2号AST电磁阀带电，63/ASP-2压力开关动作，指示灯变红。点击画面中的“AST#4电磁阀试验”则4号AST电磁阀带电，63/ASP-2压力开关动作，指示灯变红。

4 结束语

由于电能不能大量储存，电厂的生产特点是“产供销”一体完成，没有产品库存，但热、电用户则要根据自己对能源的需求，随时改变对热、电的用量，这就造成了数量供需间的不平衡；另外，热能和电能作为商品，必须要有一定的质量保证，具体体现在供电频率、电压以及供热的压力和温度等。其中，供电频率就必须取决于汽轮发电机的转速，且成正比关系。从工程实际应用的角度来说，汽轮机是在配备了自动调节系统后才真正实现了自动化。目前，汽轮机数字式电液控制系统已成为汽轮发电机组不可或缺的组成部分，确保机组能够长期安全、可靠运行，并且提高了相关电网的电能质量和运行经济性。

参考文献

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作者简介：刘媛杰（1982-），女，陕西府谷县人，塔里木大学机电学院，讲师，硕士，主要从事电力系统及其自动化方面的教学与研究工作。