李海軍

摘 要：汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）是大型火電機(jī)組重要的控制和保護(hù)系統(tǒng)。DEH運(yùn)行中出現(xiàn)的問題直接關(guān)系到大型火電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。東汽600MW汽輪機(jī)在運(yùn)行中曾出現(xiàn)并網(wǎng)時(shí)逆功率動(dòng)作、升速時(shí)轉(zhuǎn)速飛升和電源切換OPC動(dòng)作的問題。本文針對這三項(xiàng)問題進(jìn)行具體分析，提出優(yōu)化方案。能夠解決機(jī)組由于負(fù)荷抖動(dòng)引起逆功率動(dòng)作造成并網(wǎng)延時(shí)的問題，能夠避免由于轉(zhuǎn)速飛升造成汽輪機(jī)損壞的事故，也能夠解決ETS直流電源故障導(dǎo)致OPC動(dòng)作的隱患。

關(guān)鍵詞：DEH 逆功率 轉(zhuǎn)速控制

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）09-0-01

引言

汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)DEH 是大型火電機(jī)組不可或缺的組成部分，是汽輪機(jī)啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行和事故工況下的調(diào)節(jié)控制器。DEH 系統(tǒng)通過控制汽輪機(jī)主汽門和調(diào)門的開度，實(shí)現(xiàn)對汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、壓力等的控制。如果DEH 安全可靠性不高，將可能造成汽輪機(jī)控制不穩(wěn)，主保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，甚至損壞汽輪機(jī)部件。目前投運(yùn)的大型火電機(jī)組DEH 系統(tǒng)多由汽輪機(jī)廠家配套提供，由于安全理念和設(shè)計(jì)思路的不同，部分DEH 存在一定的安全隱患，也曾多次出現(xiàn)功能異常的情況。

一、信息簡介

大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“托克托電廠”）三四期發(fā)電機(jī)組均為600MW直接空冷機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠制造的亞臨界、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。鍋爐設(shè)計(jì)壓力為19.1MPa，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2070t/h（ECR為1876t/h），額定蒸汽溫度為541℃。汽輪發(fā)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)（DEH）由東方汽輪機(jī)廠制造，DCS系統(tǒng)為美國西屋公司OVATION系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集過程控制及企業(yè)管理信息技術(shù)為一體的融合了當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)于一身的典范。其采用了高速度、高可靠性、高開放性的通訊網(wǎng)絡(luò)，具有多任務(wù)、多數(shù)據(jù)采集及潛在的控制能力。

二、運(yùn)行中DEH系統(tǒng)出現(xiàn)的問題

1.機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)發(fā)生一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組逆功率跳閘的問題

原因分析：

機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)，負(fù)荷測點(diǎn)發(fā)生突變，負(fù)荷數(shù)值值由0MW瞬時(shí)擺動(dòng)至123MW，DEH側(cè)一次調(diào)頻投入條件為負(fù)荷大于60MW，一次調(diào)頻自動(dòng)投入運(yùn)行，由于在同期并網(wǎng)過程中，機(jī)組負(fù)荷處于上下擺動(dòng)過程，機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率存在偏差，造成一次調(diào)頻動(dòng)作，汽輪機(jī)綜合閥位指令減小，在運(yùn)行人員未能采取措施前，機(jī)組逆功率動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

2.汽輪機(jī)在惰走過程中重新掛閘沖車，發(fā)生轉(zhuǎn)速飛升的問題

原因分析：

當(dāng)汽機(jī)跳閘時(shí)，DEH系統(tǒng)將由自動(dòng)（AUTO）切至手動(dòng)（MANUAL）方式，DEH給定轉(zhuǎn)速（DMDSPD）跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速（SPEED）；機(jī)組經(jīng)重新掛閘、運(yùn)行（RUN）、投自動(dòng)（AUTO）操作后，給定轉(zhuǎn)速（DMDSPD）將保持當(dāng)前給定轉(zhuǎn)速不變，轉(zhuǎn)速控制PID在給定轉(zhuǎn)速（DMDSPD）和實(shí)際轉(zhuǎn)速（SPEED）產(chǎn)生偏差時(shí)將開始運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為閥門綜合閥位指令（REF、CVREF、ICVREF），在經(jīng)運(yùn)行操作進(jìn)行（GO）指令后，送至調(diào)門伺服卡的調(diào)門給定指令（ICVDMD）由“-3%”切換至當(dāng)前中調(diào)門綜合閥位指令（ICVREF），伺服卡開始運(yùn)算并控制中調(diào)門開啟。

實(shí)際操作過程如下：

機(jī)組跳閘后汽機(jī)轉(zhuǎn)速惰走至186rpm時(shí)，機(jī)組已對DEH系統(tǒng)進(jìn)行了掛閘、RUN、AUTO等三步操作，汽機(jī)給定轉(zhuǎn)速保持186rpm不變，汽機(jī)繼續(xù)惰走，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于186rpm時(shí)，轉(zhuǎn)速控制PID開始運(yùn)算，當(dāng)前因出現(xiàn)其他問題，運(yùn)行員未操作GO指令進(jìn)行沖車。在此時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速控制PID由于給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速有偏差，一直在運(yùn)算中，當(dāng)運(yùn)行員操作GO指令開始沖車時(shí)，距離操作AUTO指令時(shí)間已過去將近1個(gè)小時(shí)，轉(zhuǎn)速控制PID運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為中調(diào)門綜合閥位指令（ICVREF）已達(dá)最高的100%，導(dǎo)致了在進(jìn)行GO操作后，中調(diào)門給定指令（ICVDMD）立即變?yōu)?00%，中調(diào)門全開，轉(zhuǎn)速10秒內(nèi)由0rpm飛升至1621rpm。

3.在進(jìn)行ETS繼電器回路直流電源切換時(shí)，機(jī)組OPC動(dòng)作的問題

原因分析

機(jī)組中修停機(jī)時(shí)進(jìn)行汽輪機(jī)ETS繼電器柜直流電源切換實(shí)驗(yàn)，斷開機(jī)組ETS繼電器柜直流110V電源第一路開關(guān)SW3時(shí)，機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)門全部關(guān)閉，后經(jīng)檢查分析為OPC動(dòng)作導(dǎo)致。

OPC動(dòng)作回路分DCS邏輯回路和ETS繼電器回路兩個(gè)部分，具體動(dòng)作條件如下：

3.1DCS邏輯回路包含103%超速和運(yùn)行中發(fā)電機(jī)解列兩個(gè)條件，其中103%超速動(dòng)作OPC的條件為汽輪機(jī)未跳閘且DEH模擬量轉(zhuǎn)速通道不故障，也不是在超速實(shí)驗(yàn)的情況下，DEH系統(tǒng)三個(gè)模擬量轉(zhuǎn)速三取中轉(zhuǎn)速信號(hào)大于3090rpm觸發(fā)，轉(zhuǎn)速信號(hào)低于3060rpm后OPC信號(hào)自動(dòng)復(fù)位。發(fā)電機(jī)解列動(dòng)作OPC條件為汽輪機(jī)未跳閘且機(jī)組負(fù)荷大于18MW情況下，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)信號(hào)（三取二）消失，觸發(fā)三秒脈沖信號(hào)。

3.2 ETS繼電器回路動(dòng)作OPC的條件為機(jī)組負(fù)荷大于18MW且并網(wǎng)信號(hào)（三取二）消失，其中機(jī)組負(fù)荷大于18MW信號(hào)由DEH控制器邏輯判斷后送至ETS繼電器柜。

并網(wǎng)信號(hào)首先送至ETS繼電器柜，經(jīng)繼電器擴(kuò)展后，一路送至DEH系統(tǒng)，另一路在ETS繼電器回路中使用。由于ETS繼電器回路中并網(wǎng)信號(hào)擴(kuò)展繼電器為常帶電信號(hào)，在電源切換時(shí)繼電器瞬間失電，造成并網(wǎng)信號(hào)瞬間消失，導(dǎo)致OPC動(dòng)作。

三、DEH邏輯分析及具體優(yōu)化辦法

1.DEH一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化

在汽輪機(jī)已掛閘、轉(zhuǎn)速信號(hào)無故障、未并網(wǎng)信號(hào)已消失的條件下，機(jī)組負(fù)荷大于60MW后一次調(diào)頻自動(dòng)投入運(yùn)行，如在并網(wǎng)的同時(shí)，負(fù)荷測點(diǎn)出現(xiàn)瞬時(shí)抖動(dòng)，一次調(diào)頻很可能投入運(yùn)行，由于并網(wǎng)瞬間存在轉(zhuǎn)速偏差，一次調(diào)頻就會(huì)動(dòng)作，并網(wǎng)帶初負(fù)荷的功能將可能被一次調(diào)頻閥位抵消，逆功率動(dòng)作，機(jī)組跳閘。endprint

分析一次調(diào)頻投入邏輯，在其它條件滿足時(shí)，負(fù)荷大于60MW時(shí)一次調(diào)頻即時(shí)投入，沒有避開負(fù)荷測點(diǎn)瞬間抖動(dòng)的能力，以上情況就很可能出現(xiàn)。針對此邏輯的問題，在未并網(wǎng)信號(hào)后增加延時(shí)邏輯，就能夠很好的避開負(fù)荷抖動(dòng)的影響，避免此類事件的發(fā)生。

2.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制邏輯優(yōu)化

分析轉(zhuǎn)速控制邏輯，機(jī)組經(jīng)重新掛閘、運(yùn)行（RUN）、投自動(dòng)（AUTO）操作后，給定轉(zhuǎn)速（DMDSPD）將保持當(dāng)前給定轉(zhuǎn)速不變。如果在汽輪機(jī)惰走過程中執(zhí)行了如上操作，給定轉(zhuǎn)速已保持，實(shí)際轉(zhuǎn)速還在下降，形成轉(zhuǎn)速偏差，PID就會(huì)運(yùn)算。為防止此種情況發(fā)生，對邏輯進(jìn)行如下優(yōu)化，增加汽輪機(jī)跳閘信號(hào)，在汽輪機(jī)跳閘信號(hào)觸發(fā)后，使給定轉(zhuǎn)速一直跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速，只有在運(yùn)行人員執(zhí)行（GO）操作后，復(fù)位跳閘信號(hào)，給定轉(zhuǎn)速開始跟蹤設(shè)定轉(zhuǎn)速指令，給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，PID才開始運(yùn)行，就能避免轉(zhuǎn)速飛升的情況發(fā)生。

3.汽輪機(jī)ETS硬回路優(yōu)化

汽輪機(jī)ETS硬回路中OPC動(dòng)作回路如下：

三個(gè)并網(wǎng)信號(hào)分別用于驅(qū)動(dòng)三個(gè)繼電器，繼電器一組觸點(diǎn)將三個(gè)并網(wǎng)信號(hào)送至DEH邏輯回路，另一組觸點(diǎn)使用硬回路三取二判斷后接入OPC動(dòng)作回路。機(jī)組負(fù)荷大于18MW條件下，并網(wǎng)信號(hào)消失會(huì)導(dǎo)致高調(diào)門及中調(diào)門快關(guān)電磁閥得電動(dòng)作，關(guān)閉高調(diào)門及中調(diào)門，即實(shí)現(xiàn)OPC功能。

分析如上回路，由于機(jī)組并網(wǎng)后，繼電器均為常帶電狀態(tài)，電源切換采用繼電器切換方式，由于單純繼電器切換不能做到無縫切換，在電源第一路電源失電的瞬間，常帶電繼電器會(huì)出現(xiàn)瞬間失電的情形，并網(wǎng)信號(hào)瞬間消失導(dǎo)致OPC條件回路動(dòng)作，短時(shí)全部關(guān)閉高中壓調(diào)門，此種情況下，會(huì)對機(jī)組安全運(yùn)行造成極其不利的影響，故需對回路進(jìn)行優(yōu)化。

具體優(yōu)化方法為將OPC動(dòng)作回路中并網(wǎng)信號(hào)改為汽輪機(jī)103%超速信號(hào)，將負(fù)荷大于18MW信號(hào)改為未進(jìn)行超速試驗(yàn)信號(hào)，汽輪機(jī)實(shí)際103%超速時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器帶電，觸發(fā)OPC動(dòng)作。汽輪機(jī)正常轉(zhuǎn)速時(shí)繼電器不帶電，這樣在電源切換過程中，超速信號(hào)所帶繼電器不會(huì)動(dòng)作，無法形成閉合回路，OPC也無法動(dòng)作，汽輪機(jī)高中壓調(diào)門就不會(huì)有運(yùn)行中 突然關(guān)閉的風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電廠的裝機(jī)容量和單機(jī)容量日益增大，電網(wǎng)對發(fā)電企業(yè)的要求日益嚴(yán)峻，熱工控制邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)完善，是保證大型火力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行必備條件。DEH 系統(tǒng)作為大型汽輪機(jī)的主要控制系統(tǒng)，其功能的完善更是重中之重，DEH系統(tǒng)的安全可靠，能直接減少火電機(jī)組的非停異停，有效保證主設(shè)備的安全。本文通過對DEH系統(tǒng)曾出現(xiàn)問題進(jìn)行詳細(xì)分析，指出DEH系統(tǒng)中一次調(diào)頻、轉(zhuǎn)速控制回路及OPC動(dòng)作回路中存在的問題，提出了合理的優(yōu)化方案，為汽輪機(jī)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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