劉升

（云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司 云南 昆明 650217）

1 前言

隨著我國電力自動化程度的提高和用電形勢的變化，對電網(wǎng)調(diào)度和機(jī)組調(diào)峰的要求越來越高，在機(jī)組協(xié)調(diào)控制(CCS)和自動發(fā)電控制(AGC)的要求下，一種簡易可行的DEH系統(tǒng)被開發(fā)并成功應(yīng)用于電廠，以下進(jìn)行介紹。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH-Digital Elecric-Hydraulic Control System）是以汽輪機(jī)為控制對象，通過計算機(jī)技術(shù)、自動控制及液壓控制理論的運用，完成汽輪機(jī)的控制和保護(hù)，是電廠自動化系統(tǒng)最重要的組成部分之一。

2 DEH 系統(tǒng)的組成與特點

DEH 主要由計算機(jī)控制部分與EH 液壓部分組成。計算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括操作員站、工程師站、HCU、通信接口站、各種I/O 卡件及冗余電源等，完成控制邏輯、算法及人機(jī)接口。根據(jù)對汽輪發(fā)電機(jī)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，通過一定的控制策略，最終輸出到閥門的控制指令通過EH 系統(tǒng)驅(qū)動閥門，完成對機(jī)組的控制。人機(jī)接口是操作人員或系統(tǒng)工程師與DEH 系統(tǒng)的人機(jī)界面，系統(tǒng)工程師通過工程師站對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及控制策略組態(tài)。DEH 承擔(dān)著整個汽輪機(jī)－發(fā)電機(jī)組的主要控制任務(wù)，如啟動、轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、運行狀態(tài)及參數(shù)監(jiān)視、超速保護(hù)、自動危急遮斷及手動打閘等。與常規(guī)的機(jī)械液壓調(diào)節(jié)器(MHG)相比較，電液調(diào)節(jié)器（DHG）有其獨立的閥門驅(qū)動單元，因此使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，加之DEH 使用了高壓油，其動態(tài)特性大大地得到了改善，此外，采用了先進(jìn)的微處理計算機(jī)技術(shù)，所構(gòu)成的數(shù)字電液控制系統(tǒng)，除了能完成各種復(fù)雜的控制與操作功能以外，還擁有下述優(yōu)越性：(1)可靠性高；（2）控制功能靈活；（3）調(diào)節(jié)品質(zhì)好；（4）易于維修測試和參數(shù)調(diào)整。

3 DEH 系統(tǒng)的控制功能

完善的DEH 應(yīng)該完成從預(yù)啟動、啟動、升速、并網(wǎng)、升負(fù)荷、變負(fù)荷、額定負(fù)荷運行和停機(jī)的全過程自動控制，實現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制、自動同期控制、負(fù)荷控制、一次調(diào)頻、協(xié)調(diào)控制、快速減負(fù)荷、主汽壓控制、單多閥控制、閥門試驗、OPC 控制、汽輪機(jī)程序啟動、甩負(fù)荷工況控制等。也就是說，作為運行人員控制汽輪發(fā)電機(jī)組的工作平臺，DEH 系統(tǒng)應(yīng)具有下述功能特征。

3.1 啟動前的準(zhǔn)備控制

根據(jù)機(jī)組啟動前的狀態(tài)，選擇啟動方式，以及進(jìn)行自動預(yù)暖缸控制。

3.2 DEH的運行方式選擇及切換

DEH 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計兩種基本運行方式：手動方式和自動方式。其中自動方式又可分為汽輪機(jī)操作員自動方式（OA）、自動汽輪機(jī)控制方（ATC-AUTOMATIC TURBINE CONTROL）和汽輪機(jī)鍋爐協(xié)調(diào)控制方式（CCS）。

DEH 剛上電是，系統(tǒng)首先進(jìn)入的是基本運行方式--手動方式。在手動方式下，許多自動功能均不能投入。若條件允許，操作員通過輸入指令，可將機(jī)組切換到自動方式，此時許多功能才能投入。根據(jù)機(jī)組狀態(tài)和外部要求，操作員可將機(jī)組分別切換到機(jī)爐協(xié)調(diào)方式或自動汽輪機(jī)程序控制方式。無論何種方式的切換都應(yīng)保證系統(tǒng)平穩(wěn)過渡，因此必須預(yù)先實現(xiàn)準(zhǔn)確的跟蹤。

3.2.1 實現(xiàn)機(jī)組的在線整定

機(jī)組的在線整定包括整定伺服系統(tǒng)靜態(tài)關(guān)系，以及控制器參數(shù)。

3.2.2 實現(xiàn)機(jī)組的掛閘

通過按操作員站上的掛閘按鈕，DEH 應(yīng)建立保護(hù)油壓，使汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)投入運行。

3.2.3 啟動方式選擇

機(jī)組的啟動方式可分為中壓缸啟動和高、中壓缸聯(lián)合啟動；額定參數(shù)啟動和滑參數(shù)啟動；冷態(tài)啟動和熱態(tài)啟動等等。實際運行時往往是多種方式的組合。

3.2.4 實現(xiàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制

機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制包括：設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速、設(shè)定升速率、升速、摩擦檢查、自動過臨界、中速暖機(jī)、3000r/min 定速運行、試驗和并網(wǎng)。

升速過程中，目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定后，給定轉(zhuǎn)速將按啟動曲線或操作員輸入的命令逐步增加。DEH 把實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相比較，經(jīng)過PI 校正并經(jīng)閥門線性程序修正后，得到閥位值，從而控制各個閥門開度，使機(jī)組平穩(wěn)升速。需要暖機(jī)時，給定轉(zhuǎn)速保持不變；過臨界轉(zhuǎn)速時，提高升速率；并網(wǎng)時由自動同期裝置ASS 控制并網(wǎng)。

3.2.5 實現(xiàn)機(jī)組的負(fù)荷控制

機(jī)組的負(fù)荷控制包括并網(wǎng)，帶初始負(fù)荷，升負(fù)荷（設(shè)定目標(biāo)負(fù)荷及負(fù)荷變化率），自動暖機(jī)，閥切換，定壓-滑壓-定壓變負(fù)荷運行，調(diào)節(jié)級壓力反饋控制，負(fù)荷反饋控制，一次調(diào)頻，CCS 控制，高低負(fù)荷限制，閥位限制，主汽壓力限制和快速卸負(fù)荷。

升負(fù)荷過程中，目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定后，給定功率將按啟動曲線或操作員輸入的命令逐步增加，DEH 將實際功率與給定功率相比較，經(jīng)過PI 校正并經(jīng)閥門線性程序修正后，得到閥位指令，從而控制各閥門開度，使機(jī)組平穩(wěn)升負(fù)荷。機(jī)組甩負(fù)荷時，由于功率回來的切除可以克服反調(diào)，而且DEH的遲緩率很?。ú淮笥?.06%），所以其動態(tài)振蕩少，飛升轉(zhuǎn)速低，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速能迅速穩(wěn)定在3000r/min，系統(tǒng)的動態(tài)特性很好；同時，DEH 為多回路、多變量的調(diào)劑系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)外界負(fù)荷變化和抗內(nèi)擾能力，可方便的實現(xiàn)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

3.2.6 閥門管理程序

閥門管理程序主要用于單閥和順利閥的切換。機(jī)組穩(wěn)定運行時，宜用噴嘴調(diào)節(jié)方式，盡量減少節(jié)流狀態(tài)下的閥門損失；當(dāng)變負(fù)荷運行時，或在啟動過程中，為保證機(jī)組全周進(jìn)汽，縮短啟動時間，宜采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即所有閥門同步開關(guān)。DEH 可接受操作員指令，在任意功率下和設(shè)定的時間內(nèi)完成上述轉(zhuǎn)換。

3.2.7 實現(xiàn)機(jī)組的疏水控制

根據(jù)機(jī)組的運行方式，啟動或停機(jī)，以及運行的狀態(tài)，自動開啟或關(guān)閉疏水閥門。

3.2.8 實現(xiàn)機(jī)組的自動保護(hù)

機(jī)組的保護(hù)由低負(fù)荷運行保護(hù)、甩負(fù)荷保護(hù)、超速保護(hù)和危急遮斷系統(tǒng)等功能組成。

3.2.9 提供高壓抗燃油并完成電/液轉(zhuǎn)換功能

EH 系統(tǒng)向機(jī)組提供一定溫度、壓力、流量和質(zhì)量的抗燃油，并完成電/液轉(zhuǎn)換、閥門正?？刂婆c危急遮斷的功能。

3.2.10 實現(xiàn)機(jī)組的在線試驗

試驗的內(nèi)容包括：（1）閥門活動試驗，包括全行程試驗和部分行程試驗；（2）閥門嚴(yán)密性試驗，包括主蒸汽閥嚴(yán)密性試驗和調(diào)門嚴(yán)密性試驗；（3）超速試驗，包括電超速試驗和機(jī)械超速的噴油試驗。目前的電超速試驗保護(hù)回路均由硬件實現(xiàn)，三取二邏輯。噴油試驗的目的是為了在不停機(jī)的情況下檢驗機(jī)組的飛錘動作是否可靠，確保機(jī)組的安全運行。

4 DEH的故障分析及維護(hù)

DEH 裝置在進(jìn)行控制時，系統(tǒng)內(nèi)部同時進(jìn)行在線診斷。對發(fā)生故障的單元將進(jìn)行報警，指示并打印。危險人員可根據(jù)操作員站OIS 及模板前面板上的報警內(nèi)容，進(jìn)行有針對性的在線或離線維修，以使DEH 盡快回復(fù)正常工作。

DEH 裝置內(nèi)的所有模板都應(yīng)提供現(xiàn)場診斷，維修資料，以指導(dǎo)現(xiàn)場維修。常見的DEH 故障診斷方法有：

4.1 轉(zhuǎn)速通道故障

短暫的單通道故障將不會影響系統(tǒng)的正常運行，但若長時間故障或轉(zhuǎn)速系統(tǒng)故障，則應(yīng)由熱工人員進(jìn)行維修處理：首先用示波器檢查故障通道轉(zhuǎn)速是否正常，若不正常則應(yīng)檢查測速發(fā)信頭接線是否正確，安裝是否符合要求。若轉(zhuǎn)速信號正常而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速通道故障，則有可能是測試板(FCS)本身有故障。

4.2 功率、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力等參數(shù)與實際情況不符

出現(xiàn)功率、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力等參數(shù)與實際情況不符的情況時，應(yīng)做如下三方面的檢查：(1)檢查相應(yīng)變送器信號是否正常，輸出信號范圍中是否與設(shè)計值相符，如條件允許，對變送器可重新檢驗。(2)檢驗變送器接線是否正確、可靠。(3)檢驗?zāi)Ｈ胩幚戆濉?/p>

4.3 控制器與現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接口卡件（HSS）

控制器與現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口卡件（HSS）之間的故障時毀滅性的，因此，其可靠性對系統(tǒng)取決定性的作用。HSS 卡出現(xiàn)的故障可分離線故障與在線故障：

(1)HSS 模板校驗、調(diào)整、啟動時出現(xiàn)的故障稱作離線故障。產(chǎn)生的原因多為模板安裝校驗時不正確或不完全。例如接口卡件HSS與LVDT的信號之間的故障：

現(xiàn)象1：伺服放大器沒有伺服驅(qū)動信號；檢查1：如果HSS 卡的驅(qū)動電流信號正確，檢查輸出至伺服閥的電纜；如果電纜沒有問題，則需要更換伺服閥。

現(xiàn)象2：LVDT 初級沒有激勵信號；

檢查2：如果HSS 卡的激勵信號正確，檢查輸出至LVDT的電纜；如果電纜沒有問題，則需要更換LVDT。

現(xiàn)象3：LVDT 次級沒有響應(yīng)輸出；

檢查3：改變HSS 卡的輸出電流，LVDT兩個次級間的電壓差應(yīng)該變化，如果沒有變化，檢查電纜連接；如果電纜沒有問題，則需要更換LVDT。

(2)HSS 在運行中出現(xiàn)故障時，稱作在線故障。運行中由連線引起的故障應(yīng)該是很少的（定期檢查條件下），通常是機(jī)柜內(nèi)部或子模板有故障，這些可通過模板是的指示燈的狀態(tài)顯示。

診斷閥門位置反饋（線性差動變送器LVDT）是否有故障的具體規(guī)則如下

(a)如果出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移報警信號，請檢查LVDT的初級或次級。(b)如果初級激勵電壓小于1.0VRMS 請檢查LVDT 初級故障。(c)如果該值大于1.0VRMS，請檢查LVDT 次級電壓。(d)如果次級沒有正弦波輸出，請檢查次級線圈有無故障。(e)如果兩個次級輸出正確，請檢查其他部件。

5 結(jié)論

汽輪發(fā)電機(jī)組是一個高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)組向達(dá)功率方向發(fā)展，相應(yīng)地對自動控制系統(tǒng)提出了更高的要求。自動檢測、自動保護(hù)、自動調(diào)節(jié)、自動啟停這些特征構(gòu)成了DEH 中的自動汽輪機(jī)程序控制功能（ATC）；目前，大功率機(jī)組多采用機(jī)組壽命管理法，根據(jù)轉(zhuǎn)子應(yīng)力確定升速率，由計算實現(xiàn)自動啟停，由此充分發(fā)揮了計算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力來計算轉(zhuǎn)子應(yīng)力，利用計算機(jī)的邏輯判斷能力，識別機(jī)組的狀態(tài)，根據(jù)進(jìn)程選擇控制策略，保證機(jī)組啟停中的安全性、經(jīng)濟(jì)性，使得生產(chǎn)過程監(jiān)控的自動水平程度更高，DEH 已經(jīng)成為當(dāng)今汽輪機(jī)特別是大型汽輪機(jī)必不可少的控制系統(tǒng)。

[1]控制設(shè)備及系統(tǒng)/肖大雛主編.－北京：中國電力出版社，2006 （國產(chǎn)600MW 超臨界火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)叢書）

[2]火電工程調(diào)試技術(shù)手冊 熱工卷/河南省電力公司編.－北京：中國電力出版社，2003

[3]謝健育 .700MW 機(jī)組自啟停系統(tǒng)（APS）設(shè)計特點及應(yīng)用 .內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2001年第19 卷第2期