DEH系统组成及被控对象的数学模型

2016-06-29张亚凯大唐黄岛发电有限公司山东青岛266000

山东工业技术 2016年13期

关键词：组成数学模型功能

张亚凯（大唐黄岛发电有限公司，山东青岛 266000）

DEH系统组成及被控对象的数学模型

张亚凯
（大唐黄岛发电有限公司，山东青岛 266000）

摘要：为了提高电厂工作人员对DEH系统的组成、运行机理及系统故障的认识水平，本文对DEH系统的主要结构组成、系统功能进行了介绍，并推导出电液伺服阀、油动机、汽轮发电机组的数学模型，为相似的工程提供了借鉴。

关键词：DEH系统；组成；功能；数学模型

0　引言

电厂DEH系统主要包括系统控制器、操作系统、油系统、执行机构、保护系统，主要功能包括汽轮机自动保护、机组和DEH系统的监控、汽轮机自动控制、汽轮机自动程序控制，在此基础上提出了DEH系统主要控制对象的数学模型。

1　 DEH系统的主要组成

DEH系统利用计算机控制将系统的逻辑判断、控制运算、软件组态等优势发挥出来，将系统的调节与保护、运行监测、顺序控制等融为一体。采用高压抗燃油EH液压系统替代先前的液压系统大大提高了系统的稳定性和经济性。根据DEH系统结构可将系统分为控制器、操作系统、油系统、执行机构和保护系统。（1）控制器。控制器主要包括控制柜内的DPU、I/O卡件、电源、网络等设备。主要用于给定接收系统控制信号，利用逻辑运行对系统进行控制，系统采用控制器、网络、电源冗余控制，以以太网实现系统通讯，开关量和模拟量信号发出和接收通过I/O卡件通道，调节汽阀和主汽阀的阀门控制伺服调节回路由VCC卡实现。（2）操作系统。由工程师站和操作员站组成，为运行人员提供系统运行的信息监测，系统操作，人机对话等功能，通过冗余的以太网络实现操作员和DPU的系统通讯。（3）油系统。油系统由润滑油系统和高压控制油系统。润滑油系统由主机拖动的润滑油泵提供，高压控制油系统为DEH控制系统提供控制与动力用油，接受调节器或操作盘的信号指令驱动控制油泵。（4）执行机构。DEH的执行机构主要由高压调节电液伺服机构、高压主汽电液伺服机构、中压调节电液伺服机构、中压主汽电液伺服机构组成。执行机构包括电液伺服阀、伺服阀放大器、快速卸载阀、线性位移变换器（LVDT）、油动机，负责驱动DEH系统的执行机构。（5）保护系统。保护系统是指在汽轮机超速运行时，系统通过电磁阀关闭高、中压调节汽阀，在汽轮机严重超速（110%）、EH油压低、轴承油压低等情况下危机遮断和手动停机。

2　DEH系统主要功能

从根据机组的运行要求和DEH系统结构特性，DEH系统主要有汽轮机自动保护、机组和DEH系统的监控、汽轮机自动控制、汽轮机自动程序控制功能（ATC）。（1）汽轮机自动保护功能。汽轮机的自动保护功能主要是避免机组因超速、振动、差胀等原因受到破坏。包括超速保护系统（OPC）、危急遮断系统（ETS）、机械超速保护和手动脱扣。1）超速保护系统（OPC）。此项保护是在汽轮机转速达到额定转速的103%～110%时，系统通过OPC电磁阀，快速关闭高、中压调门，对机组进行超速保护。2）危急遮断系统（ETS）。此项保护措施是在汽轮机转速达到额定转速的110%时，系统通过高压遮断电磁阀泄去高压油，将系统主汽阀和调节汽阀关闭，从而实现机组安全停机，达到保护机组的目的。（2）机组和DEH系统的监控功能。监控系统主要包括CRT画面、操作状态指示、状态按钮指示，对DEH系统的信号通道、程序运行情况和系统硬件等进行监控，通过CRT画面显示机组运行的主要参数、报警数据、故障信息等等。（3）汽轮机自动控制功能。汽轮机自动控制包括机组并网前的转速自动控制和机组并网后的负荷自动控制。在转速控制时，系统的高压调门、中压调门和主汽门的控制回路反馈信号为汽轮机的转速。在汽轮机处于负荷控制时，以汽轮机的转速为电网负荷扰动的前馈信号，反馈信号则是发电机的功率和调节级压力的折算功率，组成的串级控制回路实现汽轮机自动控制功能。（4）汽轮机自动程序控制功能（ATC）。此项控制功能可实现在机组允许的应力范围内，对机组启动程序进行适当优化，实现机组最短时间、最高效率的启动。ATC控制可实现机组在启动阶段的升速速率的调整、自动升速和高速暖机控制，在机组并网后可限制机组的升负荷速率，对负荷实现保持功能。

3　DEH系统被控对象的数学模型

数学模型是利用数学公式的方式表现出系统的输入输出关系，将DEH系统这样一个复杂的模型进行假设和简化，通过专家经验公式和其他数学形式表现DEH系统的各种状态参数的关系。

（1）电液伺服阀数学模型。电液转换器在工作时涉及到的信号转换过程可以分为如下几个子过程：电液伺服阀的工作时信号转换过程可分为：通过控制器发出差动信号U（s），使线圈的电流变化，这样使电磁力矩T 发生变化，这样引起使阀门挡板位移Xf变化，从而实现滑阀位移置Xv变化。由此可已得到电液伺服阀的传递函数为：，对上述数学公式进行无量纲化处理，得到电液伺服阀的数学模型为：，其中T0为电液伺服阀的时间常数。

（2）油动机数学模型。为提升调节汽阀的可靠性，则油动机的最小提升力要大于调节汽阀开启的所需力。当油动机到最小位置时，需要弹簧作用力将汽阀关闭至阀芯紧压在阀座上。又因在滑阀移动时，进油流量公式为：，油动机的排油量公式为：，其中∆p1为进油压力和油动机活塞底部的压力之差，则∆p0为活塞底部的压力与排油压力之差。

忽略液体流动的惯性和阀门的提升力，则∆p0等于0，经推导得到油动机的传递函数为：，得到：，其中TM为油动机时间常数。

（3）汽轮机发电机组。汽轮机的动态过程的数学模型主要有蒸汽容积、中间再热器、汽轮机转子模型，经过无量纲化处理后得到相应的数学模型为：

其中Tρ表示蒸汽容积时间常数，