300 MW机组DEH功能试验研究

乔 璐

（华电能源股份有限公司，黑龙江哈尔滨150001）

0 引言

华电不连沟电厂汽轮机为东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷、抽汽凝汽式CZK300/259-16.67/0.40/538/538（合缸）汽轮机，设置有2个高压主蒸汽阀门、4个高压调节进汽阀门、2个中压主蒸汽阀门、2个中压调节进汽阀门和1个低压调节进汽阀门。汽轮机控制系统由数字式电液控制系统（Digital Electro-Hydraulic Control System，DEH）调节控制，采用南自美卓maxDNA控制系统，是DCS一体化的重要组成部分。汽轮机数字式电液控制系统DEH的主要功能是精确控制汽轮发电机组的启动过程、汽轮机转速、并网后发电机功率，确保发电机组能安全稳定地向输配电网供电。

1 试验依据

试验依据主要包括：《火力发电厂汽轮机控制及保护系统验收测试规程》（DL/T 656—2016）；《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》（DL/T 657—2015）；《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全〔2014〕161号）；国电南自maxDNA控制系统技术资料。

2 试验目的

火力发电厂汽轮机控制系统测试对汽轮机的安全、经济运行具有重要意义，因此，对汽轮机数字式电液控制系统（DEH）进行功能测试尤为必要。运行人员通过功能测试，可以检查并确认DEH系统各项功能是否齐备与正确。

3 试验条件

（1）接入汽轮机控制系统（DEH）中的所有现场设备都必须按照相关规程与标准完成现场安装、机务和热工专业调试、设备试验运行，并且满足合格验收要求；（2）DEH系统可以进行仿真运行；（3）控制系统的工作环境符合技术规范的要求；（4）系统具有可靠的两套电源供电，供电品质符合要求；（5）机组处于停机状态。

4 试验内容及方法

4.1 机组运行监视功能

（1）查看汽轮机控制系统对汽轮机运行工况参数的安全监视功能，DEH系统操作员站DAS画面必须能表明机组运行工况、重要测点参数及其趋势图，以便能指导运行人员如何监控和操作，实现监视功能。

（2）查看每个操作画面和操作窗口的显示和操作功能，如功率、转速、主汽压力、调节级压力、CCS遥调指令等，其数据显示都正常；主汽压力保护、功率-负荷不平衡保护、快速卸负荷保护等设置有投退按钮，一次调频动作状态，操作员站权限和工程师站权限的区分，挂闸、启动、运行、自动同期、阀切换、进行、保持等按钮能够正常操作。

4.2 DEH仿真功能

汽轮机控制系统设置有两种仿真方式：纯仿和混仿。其中，纯仿真方式下，汽轮机进汽阀门不实际动作；混合仿真方式下，汽轮机进汽阀门根据仿真各项功能进行开关动作。

（1）机组汽轮机控制系统设置有试验、调整用的仿真系统，通过该仿真系统能够方便地实现DEH各项功能的混合仿真或纯仿真试验、测试及静态调整。（2）DEH仿真系统能够对DEH各种控制、保护、试验等功能进行仿真试验，以验证这些功能的正确性，并且在机组正常运行时可靠屏蔽。（3）仿真试验结束后，必须退出仿真试验状态。

4.3 转速控制功能

在发电机并网完成之前，DEH控制系统始终处于汽轮机转速闭环无差控制模式，该转速控制模式的设定值为汽轮机目标设定转速。汽轮机目标转速和实际转速的差值，经过汽轮机转速比例积分调节器运算后[1]，通过伺服放大系统控制汽轮机阀门油动机开度指令，使得汽轮机实际转速值增大或者变小为汽机转速目标值。运行人员设置汽机目标转速后，手动点击“进行”，汽轮机转速指令自动按照设置输入的速度变化率逐步向目标转速靠近，直到相等。在汽轮机转速进入1 350～1 450 r/min和1 550～1 800 r/min临界转速区时，汽轮机控制系统DEH会自动将速断变化率增大设定为400 r/min，以便汽轮机能迅速地增大转速。在汽轮机升速过程中，必须对汽轮机中速区、汽轮机高转速区间进行暖机，以便降低汽轮机转子的热应力。

汽轮机控制系统DEH在转速控制模式时，必须遵循厂家要求，汽轮机在中速区、汽轮机高转速区增大转速，汽轮机增大转速的过程应该安全稳定在可控范围内。当汽轮机升到目标转速时，机组实际稳定转速与目标转速的差值应该小于一比例定值。

检查汽轮机控制系统DEH在临界转速区间的自动迅速增速功能，汽轮机组处于临界转速区间时，汽轮机转速变化率自动增大到某一固定值，不受运行人员设定转速变化率限制。

4.4 负荷控制功能

发电机组并网后DEH控制逻辑中负荷调节方式有3种：功率闭环、主汽压力闭环和CCS遥调控制。发电机功率闭环控制是一个比例积分无差控制器，将功率目标值与实际功率值相减，经过差值PID运算后形成阀门的开度指令[2]。该阀门开度指令作为高压调节阀和中压调节阀的总阀位给定值，在功率闭环被选定后，DEH综合阀位目标值以功率值（MW）形式表征。DEH采用PID控制器比例积分无差调节，系统稳定后发电机功率等于设定功率值；机前主蒸汽压力闭环控制是一个比例积分无差控制器，将主蒸汽压力目标值与实际主蒸汽压力值相减，经过差值PID运算后，输出阀位信号控制高压调节阀和中压调节阀的总阀位给定值，在机前主蒸汽压力闭环被选定后，DEH综合阀位目标值以主蒸汽目标压力值（MPa）形式表征。DEH采用PID控制器比例积分无差调节，系统稳定后汽轮机机前主蒸汽压力实际值等于设定目标压力值。主汽压力闭环与功率闭环不能同时投入；CCS协调控制时，DEH只是一个执行器，CCS给定信号代表DEH总的阀位给定。

4.5 阀门管理和阀门试验功能

发电机组负荷小于90 MW时，建议采用高压进汽阀门单阀同步开启模式；汽轮机处于极热态或者热态工况时，金属热应力小并且主蒸汽压力和蒸汽温度比较高，建议采用高压进汽阀顺序阀启动模式。高压调节阀门开度指令=单阀给定值×单阀模式系数+顺序阀给定值×（1-单阀模式系数）。顺序阀模式时，单阀模式系数为0。机组运行人员发出汽轮机进汽阀门由顺序阀模式切换到单阀模式切换指令后，经过10 min，单阀模式系数由0逐步变大到1，最后保持为1，机组切换为单阀调节模式。汽轮机挂闸启动完成定速之后发电并网之前，必须开展完成汽轮机主汽阀严密性试验、调节阀严密性试验。汽轮机系统达到额定真空值，高压主汽阀和中压主汽阀都处于关闭状态，或者高压调节阀和中压调节阀都处于关闭状态，DEH系统按照控制逻辑算法得出严密性达标的转速下降值，系统自动判定从试验开始时刻转速下降到严密性达标转速值所需要的时间。运行人员依据汽轮机转速值能否在规定时间内达到严密性达标转速下降值来判定汽轮机进汽主汽阀或者进汽调节阀是否处于严密关闭状态、是否存在漏气情况。

2020-05-29T15：54：58，机组负荷为35.7 MW，DEH系统投入功率闭环，高压调节阀由单阀方式切换为顺序阀方式，阀门切换过程中机组负荷波动4.6 MW，阀门切换过程引起的机组负荷扰动满足要求。

4.6 汽轮机自启停功能

DEH控制逻辑设计有汽轮机自启停ATC控制模式，运行人员选择汽轮机自启停ATC控制模式后，DEH控制系统自动根据汽轮机转子热应力、机组振动、胀差等重要安全监视参数进行复杂运算，汽轮机自启停ATC控制系统完成各个阶段的转速设定值、转速变化率值、机组目标负荷设定值、机组负荷变化速率值等参数的最优选定，DEH系统完成机组全自动控制。

（1）DEH控制系统置于汽轮机自启停ATC运行模式，运行人员选择操作ATC“启动”键，机组能够自动进行启动状态判定和各种参数最优控制，汽轮机转速上升到3 000 r/min额定转速，启动自动同期装置完成发电机并网带初始负荷。升速和升负荷全工况下，汽轮机目标转速设定值、汽轮机转速变化率、转速临界区的变化率自动切换，暖机时间参数控制，汽轮机进汽阀门切换过程等都由自启停控制系统ATC自主最优完成。（2）检查机组并网带负荷后，自启停控制系统ATC程序能够根据汽轮机热应力值进行系统计算，从而得出最佳的机组负荷变化速率值，可靠安全地精确控制发电负荷。

4.7 参与CCS遥调控制功能

汽轮机控制系统投入机组协调控制CCS遥调方式下，DEH只是一个执行器，DEH总阀位指令等于CCS指令信号，且切除功率闭环和主汽压力闭环方式。（1）检查DEH系统与协调控制系统的接口是否可靠，DEH系统能够接受协调控制系统的控制指令进行负荷调节。（2）确保DEH系统从本地控制切换到远方协调控制方式是无扰的，并且将DEH系统切换到遥控阀位控制回路。（3）在机组运行的情况下，DEH能从本地控制方式切换到CCS遥控方式，DEH综合阀位指令信号传输正确。

4.8 汽轮机超速保护限制功能

为了防止汽轮机由于转速太高、转子离心应力太大而采取的热工控制方法称为超速限制。超速限制主要包括3种控制方法：汽机甩负荷、OPC动作、功率负荷不平衡保护。

OPC超速保护是汽轮机转速值超过3 090 r/min时，DEH系统将立即使得超速限制电磁阀带电，关闭高压进汽调节阀和中压进汽调节阀，等待汽轮机转速达到DEH系统中OPC预定恢复条件后，超速限制电磁阀失电，汽轮机进汽调节阀恢复由伺服阀精确控制，维持正常额定转速3 000 r/min。

4.9 汽轮机保护跳闸功能

（1）检查超速保护跳闸（OPT）功能。汽轮机转速升高到发电机组超速遮断保护动作值后，汽轮机控制系统DEH必须立即安全可靠地发出跳闸指令，并迅速关闭主汽门和调节汽门，使机组安全停机。（2）检查DEH系统电源故障、双控制器故障、系统转速故障等保护跳闸功能。模拟DEH系统电源故障、双控制器故障和系统转速故障，控制系统能够可靠地发出跳闸指令，并迅速关闭主汽门和调节汽门，使机组安全停机。（3）机组危急保安装置具有机组运行时在线试验功能，在对危急跳闸电磁阀进行通道在线试验时，不会影响机组的正常与安全运行，在线试验时不会引起保护误动与拒动。

5 结语

经功能试验证明，不连沟电厂1号机组汽轮机控制系统各项功能齐全、正确。机组启动过程中，DEH能够实现汽轮机转速的准确控制。发电机并网后，DEH系统能够稳定投入DEH本地功率闭环、主汽压力闭环、CCS遥调，从而实现机组AGC自动发电控制方式。汽轮机超速、汽轮机轴温高保护、DEH系统电源故障、DEH双控制器故障、系统转速故障等各项保护跳闸功能正常，能够保证机组安全、稳定运行。