1050MW 超超临界机组DEH 系统可靠性分析与优化措施

孙 通 吴炳辉 国能神福（石狮）发电有限公司 石狮 362700

数字电调称为纯电调或称全电调，简称DEH，DEH 控制器由微机系统组成， 执行器是由多个油动机组成的液压执行系统[1]。DEH 控制系统的主要目的是控制汽轮发电机组的转速和功率，从而满足电厂供电的要求。DEH 是汽轮机的数字化电液调节系统，是汽轮机组的心脏和大脑[2]。机组在启动和正常运行过程中，DEH 接收CCS 指令或操作人员通过人机接口所发出的增、减指令，采集汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈等信号，进行分析处理、综合运算，输出控制信号到电液伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。

近年来，已有多位学者对DEH 控制系统存在的问题进行研究，李思博、唐麟[3]等对百万超超临界机组 DEH 系统应用存在的问题进行研究分析；张世晟[4]对汽轮机DEH 系统参数优化及故障查询分析。百万机组DEH 控制方式不尽相同，但也都大同小异，机组在基建调试期以及日后的运行中，DEH 控制系统不可避免地会出现一些问题，例如操作迟缓、画面错误、逻辑设置不完善等，这些问题严重影响机组的正常调试和安全稳定运行[5]。而DEH 系统投运时间一长，也会出现各方面的问题，比如设备老化、硬件性能下降等，最终将会极容易出现故障[6]。故本文基于某1050MW 超超临界机组DEH 系统软硬件的构成进行可靠性分析，并提出相应的优化措施，为同类百万超超临界机组提供参考。

1 汽轮机DEH 系统

1.1 DEH 控制系统配置

DEH 控制系统硬件配置主要由标准机柜、主控制器模块、电源分配系统、 I/O 模板、OIS 操作员接口站、EWS 工程师站等组成。其中，本文介绍的主控制器模块采用和利时SM211 模块，并采用冗余控制机制，即日常运行中，一台设备处于工作状态，另一台设备处于待机状态，从而维持系统的运行可靠性。该机组DCS 汽机侧IO 柜与锅炉IO柜分开布置，DEH 系统在汽机IO 柜侧，与DCS 在同一网络，该系统为国内首次在1050MW 超超临界机组上采用了与DCS 同一个网络、同一个系统、数据库相同的系统，在架构及通信技术方面，真正实现了国产DCS 系统与DEH 系统的一体化控制。具体见图1 所示，汽机IO 柜#40-#57，其中#56、#57 为DEH 控制柜。

图1 DCS 网络拓补图

操作员接口站是一个重要的人机接口，通过它，操作人员可参与整个控制过程，可修改相应的控制策略，并可对控制过程和参数进行监视和记录。通过操作员站的应用软件，工程师可以对操作画面、数据库、趋势等进行组态。而EWS 则是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统的工具。通过工程师站的应用软件，工程师可以对控制逻辑、硬件配置等进行组态。

1.2 控制系统原理

DEH 控制系统功能主要包含以下几个方面：①具有阀门活动试验功能、阀位限制、汽机保护、一次调频等多种功能[7]；②设有CCS 协调控制、ATS自启动、自动控制、手动控制等运行方式。DEH控制系统原理详见图2。

图2 DEH 控制系统原理图

2 DEH 可靠性分析及优化

本文主要对该1050MW 超超临界百万机组（DCS 运行平台为和利时MACSV6.5.2）DEH 系统软硬件可靠性进行分析，并作出相应的优化方案，进而实施于实践。

2.1 硬件优化及升级

该1050MW 超超临界百万机组已运行5 年，DEH 系统发生过几次服务器通信“堵塞”、上位机画面短时卡顿、操作迟缓等现象；操作员站及工程师站出现死机、负荷率占用高等问题。造成上述原因多为服务器、操作员站、工程师站老化，遇到多数据处理的情况，以及运行在进行监盘时经常会调取几十条历史趋势，一方面这样会占用操作员站大量内存，致使操作员站CPU 负荷率高于正常工作范围；另一方面，过多调取历史趋势会使历史服务器CPU 负荷率升高，导致信息堵塞等现象。为提高系统可靠性，采取硬件升级进行改进，将原服务器升级为两台戴尔R740历史服务器(该服务器性能稳定)，并设立可靠的冗余服务器，同时，将操作员站、工程师站一并升级，进一步解决了硬件问题。硬件升级后运行一年，DEH 系统各画面显示、切换、操作等功能正常，基本未出现画面卡顿，操作迟缓等现象。

2.2 软件优化及升级

该机组先后经历多次技术改造，项目增加大量DCS 测点，IO 点数已达原本设计上限，导致机组正常运行时服务器负荷率上升，DCS 原有的运行平台MACSV6.5.2 已不能满足实际需求，导致DEH 系统操作迟缓等异常情况。将原有的运行平台MACSV6.5.2 升级到MACSV6.5.3，并将机组DEH 控制器全面升级为MACSV6.5.3 火电正式版。软件平台优化升级后，可容纳的IO 点数为原来2倍，并提高了信息传输速度及品质。升级前后对比：升级前，操作员站及历史服务器CPU 负荷率高达30%，一直维持较高负荷率；升级后，CPU 负荷率仅5%左右，历史服务器容量扩大一倍。软件升级后运行半年，DEH 系统各画面显示、切换、操作等功能正常，没有出现软件意外退出、卡死等现象。

2.3 阀门活动试验分析及优化

阀门活动试验包括高压主汽阀活动试验、中压主汽阀活动试验（带中压调节阀一起活动）、高压调节阀活动试验。分析发现，中压主汽阀活动试验设计逻辑存在缺陷，当机组正常运行时，做中压主汽阀全行程活动试验，如遇任一中主门或中调门全关反馈开关故障未消失时（行程开关故障），再进行另一个中联门活动试验时，只要此中主门或中调门全关反馈任意一个发出时，就会触发再热器保护动作引起跳机。逻辑框图见图3。

图3 逻辑框图

为进一步证明此设计缺陷，在仿真机上进行模拟试验，模拟结果显示分析无误。并在仿真机上做相应解决试验，主要通过两个方法，①通过优化逻辑实现逻辑闭锁试验条件，此方法涉及更改DEH系统逻辑，较难实现，风险较大；②通过对画面操作窗口进行闭锁更改，利用和利时组态软件操作使能特性的功能来实现，只要有一个中压主汽阀或中压调节阀全关存在，另一个就无法点击操作按钮进行全行程活动试验。通过仿真机多次模拟试验，第二种方法完全可以满足现场需求。利用仿真机进行仿真试验，强制2 号中主门或中调门全关信号发时操作闭锁窗口见图4，2 号中主门或中调门信号未发时见图5。

图4 满足闭锁条件操作窗口

图5 满足实验条件操作窗口

由图4 可以看出，当2 号中主门或中调门全关信号发时，投入按钮上鼠标为箭头，点击无法操作。由图5 可以看出，当2 号中主门或中调门全关信号未发时，投入按钮上鼠标为小手状态，点击可以操作。同理，进行强制1 号中主门或中调门全关信号时，结论相同，成功实现了闭锁功能，保障了操作可靠性。

3 结语

本文基于某1050MW 超超临界机组DEH 系统软硬件的构成进行可靠性分析，依托于现场实际情况进行分析，并提出相应的优化措施，不仅经过仿真机的模拟，同时也应用于实际，为同类百万超超临界机组提供参考。通过实践及机组一段时间的运行，证明所述的方法及措施可行，可提高同类型机组、同类型系统运行中的可靠性，确保该类机组的平稳运行。