西門子T-300 DEH系統(tǒng)甩負(fù)荷識(shí)別功能的分析

俞友群

（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

西門子T-300 DEH系統(tǒng)甩負(fù)荷識(shí)別功能的分析

俞友群

（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

以某1 000 MW機(jī)組為例，分析了西門子T-3000 DEH系統(tǒng)甩負(fù)荷識(shí)別功能，尤其是KU（短甩）功能和LAW（長甩）功能的詳細(xì)判斷邏輯、KU觸發(fā)后DEH系統(tǒng)的控制方式，對(duì)實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題提出了優(yōu)化建議。

甩負(fù)荷識(shí)別；KU；LAW；1 000 MW

某1 000 MW機(jī)組采用西門子T-3000 DEH系統(tǒng)，對(duì)于KU的具體觸發(fā)邏輯和觸發(fā)后的一系列動(dòng)作一直未有詳細(xì)完整的解釋，在此對(duì)西門子DEH系統(tǒng)的甩負(fù)荷識(shí)別邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行分析說明，并探討KU與電氣零功率保護(hù)的配合，以及KU功能的優(yōu)化改進(jìn)。

1 甩負(fù)荷識(shí)別功能的目的

西門子T-3000系統(tǒng)的甩負(fù)荷識(shí)別邏輯包括KU和LAW 2種情況。KU是電網(wǎng)瞬時(shí)中斷時(shí)的甩負(fù)荷，通常也稱短甩；LAW才是真正意義上的甩負(fù)荷，也稱長甩。

KU功能主要是通過對(duì)機(jī)組負(fù)荷的監(jiān)控，在電網(wǎng)瞬時(shí)發(fā)生中斷時(shí)，迅速做出判斷，通過調(diào)閥快關(guān)，由DEH（汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)）切到轉(zhuǎn)速控制等一系列手段，避免機(jī)組超速，并且在電網(wǎng)迅速恢復(fù)時(shí)，可立即恢復(fù)帶負(fù)荷運(yùn)行。如果KU觸發(fā)后在短時(shí)間（2 s）內(nèi)不能恢復(fù)，則觸發(fā)LAW，并能實(shí)現(xiàn)帶廠用電運(yùn)行。但目前，通常機(jī)組在脫網(wǎng)時(shí)，是不要求帶廠用電運(yùn)行，而是直接跳閘，并且LAW的觸發(fā)條件就是“KU動(dòng)作且短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)”，因此這里重要的是KU功能的判斷和處理。

2 KU的邏輯判斷

2.1 KU邏輯判斷的含義

圖1是甩負(fù)荷識(shí)別邏輯，圖中KU信號(hào)判斷邏輯的2個(gè)部分分別代表了機(jī)組在高負(fù)荷和低負(fù)荷時(shí)的KU判斷邏輯。

（1）條件1：高負(fù)荷時(shí)（至少大于728 MW）的KU判斷依據(jù)：負(fù)荷信號(hào)瞬時(shí)下跌大于限制，KU觸發(fā)。

（2）條件2：低負(fù)荷時(shí)的判斷依據(jù)：功率下跌到104 MW以下，與負(fù)荷控制偏差大于104 MW，則表示機(jī)組是甩負(fù)荷，而不是正常停機(jī)過程。同時(shí)機(jī)組已并網(wǎng)，且功率大于-26 MW，則表示不存在逆功率現(xiàn)象，也就是說機(jī)組原來在并網(wǎng)狀態(tài)，現(xiàn)在已脫網(wǎng)。

2.2 KU觸發(fā)條件1的含義

對(duì)于觸發(fā)條件1，則解釋不一，有16 ms負(fù)荷下降728 MW，8 ms下降400 MW和1 s下降728 MW等觸發(fā)條件，但這些認(rèn)識(shí)均不準(zhǔn)確。

電氣功率變送器3個(gè)實(shí)際的負(fù)荷信號(hào)（PEL1，PEL2，PEL3）首先在PEL邏輯頁（實(shí)際功率值計(jì)算回路）中進(jìn)行計(jì)算得到“三選一”的實(shí)際功率信號(hào)PEL。該P(yáng)EL信號(hào)送入甩負(fù)荷識(shí)別邏輯頁，如圖2所示，PEL信號(hào)首先經(jīng)過1個(gè)“F10F”功能塊，該功能塊是對(duì)輸入值進(jìn)行提前預(yù)判，對(duì)功率采樣回路邏輯的功能塊和功率變送器的延遲進(jìn)行補(bǔ)償，以還原真實(shí)的功率實(shí)時(shí)值。其中，TD設(shè)為30 ms，TM設(shè)為65 ms，筆者判斷這2個(gè)值一個(gè)和功率變送器的特性相關(guān)，另一個(gè)和功率信號(hào)的采樣運(yùn)算回路到F10F功能塊進(jìn)行的一系列運(yùn)算塊采樣周期之和相關(guān)，也就是說一個(gè)是補(bǔ)償功率變送器的延遲，一個(gè)補(bǔ)償邏輯運(yùn)算回路的延遲。

圖2 KU觸發(fā)條件1邏輯

還原后的負(fù)荷值，送入一個(gè)2 s的慣性環(huán)節(jié)“PT1”，運(yùn)算后由還原的實(shí)時(shí)功率值相減，送入“NCM”比較功能塊，大于728 MW，KU觸發(fā)。對(duì)于“PT1”慣性環(huán)節(jié)，其響應(yīng)特性如圖3所示。即對(duì)于階躍響應(yīng)，2 s后達(dá)到階躍值的63%。計(jì)算公式如下：

式中：OUTn為當(dāng)前輸出值；OUTn-1為上一采樣周期的輸出值；Ts為采樣周期；INn為當(dāng)前輸入值；T1為慣性環(huán)節(jié)的慣性時(shí)間，即2 s。

因?yàn)樵揚(yáng)T1的采樣周期是16 ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2 s，可以近似認(rèn)為該值將保持突變前的負(fù)荷。因此，可以近似認(rèn)為負(fù)荷突變728 MW以上（實(shí)際上如果負(fù)荷跳變?cè)?6 ms的周期內(nèi)發(fā)生，根據(jù)公式可以算出負(fù)荷下降值約在734 MW左右），則KU動(dòng)作。

這里有幾點(diǎn)需要指出：

（1）負(fù)荷功率的下跌必須滿足一定的速率，但同時(shí)也必須達(dá)到設(shè)定的值，也就是說如果不能達(dá)到728 MW以上，第一部分的邏輯是一定不會(huì)觸發(fā)的。

（2）如果負(fù)荷跳變?cè)?6 ms的周期內(nèi)發(fā)生，根據(jù)公式可以算出負(fù)荷下降值約在734 MW左右。但并不是說負(fù)荷下降速率需要達(dá)到734 MW/16 ms，如果負(fù)荷下降過程跨越2個(gè)周期（32 ms），通過公式可以算出，負(fù)荷下降值大概達(dá)到740 MW左右，KU功能即會(huì)觸發(fā)，而這時(shí)負(fù)荷下降速率為370 MW/16 ms左右。因此，如果把這部分邏輯解釋為負(fù)荷下降速率達(dá)到某個(gè)值，是完全不對(duì)的。

2.3 KU觸發(fā)條件2的含義

對(duì)觸發(fā)條件2均沒有疑義，以下條件同時(shí)滿足時(shí)觸發(fā)：

（1）實(shí)際負(fù)荷大于-26 MW；

圖3 NCM功能塊階越響應(yīng)曲線

圖1 KU邏輯

（2）實(shí)際負(fù)荷小于104 MW；

（3）負(fù)荷控制偏差大于104 MW；

（4）機(jī)組已并網(wǎng)。對(duì)于第4條廠家的說明書解釋不夠充分，該信號(hào)在邏輯中是GLSEV信號(hào)，具體邏輯為并網(wǎng)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)5 s的上升延遲，再經(jīng)過一個(gè)3 s的下降延遲。因此，表示的是事件發(fā)生前，機(jī)組已并網(wǎng)超過5 s，且至少在事件發(fā)生3 s前，機(jī)組還是處于并網(wǎng)狀態(tài)。

3 KU動(dòng)作后的處理

KU動(dòng)作后，后續(xù)處理如下：

（1）KU信號(hào)送入RS觸發(fā)器的“S”引腳，同時(shí)經(jīng)過150 ms延時(shí)后發(fā)出一個(gè)7 s的脈沖信號(hào)對(duì)RS觸發(fā)器進(jìn)行復(fù)位。即KU信號(hào)觸發(fā)后，將保持150 ms，然后將復(fù)位，并在7 s內(nèi)不會(huì)再次頻繁觸發(fā)。

（2）KU動(dòng)作后，將NPR（轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器）控制回路中的KPS2Y信號(hào)置零，正常情況下，KPS2Y是負(fù)荷控制回路的前饋，等于負(fù)荷指令/1040。DEH系統(tǒng)的流量指令就等于：KPS2Y值+主調(diào)節(jié)器的輸出+一次調(diào)頻的前饋。KPS2Y置零后，DEH系統(tǒng)的流量指令將迅速降低，通常會(huì)超過25%，這是因?yàn)镵PS2Y的數(shù)值為負(fù)荷指令/1040。因此大致認(rèn)為，KU觸發(fā)時(shí)，負(fù)荷指令只要大于25%，DEH系統(tǒng)的流量指令就會(huì)突降25%以上。由于通過閥門反饋計(jì)算出的流量指令比實(shí)際的指令大25%以上，將觸發(fā)調(diào)閥快關(guān)邏輯，調(diào)閥快關(guān)并持續(xù)1 s，即只要功率大于25%，且調(diào)閥開度對(duì)應(yīng)的流量在25%以上（通常都是滿足的），高中壓調(diào)門快關(guān)動(dòng)作。

（3）NPR控制回路主調(diào)節(jié)器的設(shè)定值將置零，負(fù)荷指令不起作用，同時(shí)轉(zhuǎn)速/一次調(diào)頻公用的控制回路將從一次調(diào)頻模式切換到帶轉(zhuǎn)速控制器的負(fù)荷運(yùn)行模式。這里要注意，KU的動(dòng)作是將主調(diào)節(jié)器的設(shè)定值置零，但負(fù)荷指令仍然保持原值。

（4）KU動(dòng)作后，如果在2 s內(nèi)，KU信號(hào)復(fù)位，則重新進(jìn)入負(fù)荷控制模式，由于負(fù)荷指令仍保持，無需運(yùn)行人員干涉，重新設(shè)置負(fù)荷指令，或經(jīng)過負(fù)荷指令運(yùn)算回路計(jì)算，原來的負(fù)荷指令會(huì)直接送入主調(diào)節(jié)器，令調(diào)閥開啟，機(jī)組將迅速重新帶上負(fù)荷，恢復(fù)KU動(dòng)作前的工作模式。如果2 s內(nèi)不能復(fù)位，將觸發(fā)LAW，即長甩負(fù)荷動(dòng)作，進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制模式。

4 與KU動(dòng)作相關(guān)的幾個(gè)問題探討

（1）KU動(dòng)作后觸發(fā)并不是直接觸發(fā)高中壓調(diào)門快關(guān)，而是通過迅速撤出OSB流量指令，觸發(fā)調(diào)門快關(guān)邏輯。因此可得出結(jié)論：當(dāng)負(fù)荷很低時(shí)（如200 MW以下），KU信號(hào)不一定觸發(fā)調(diào)閥快關(guān)。某些發(fā)電廠，因?yàn)檎{(diào)閥存在跳變，將調(diào)閥快關(guān)邏輯中的流量偏差值從25%修改到較大值，甚至取消該偏差快關(guān)調(diào)閥的邏輯，將影響KU動(dòng)作后的調(diào)閥快關(guān)。同理，并不是KU動(dòng)作必然會(huì)觸發(fā)調(diào)閥快關(guān)，如果在負(fù)荷很低時(shí)，比如機(jī)組剛并網(wǎng)，調(diào)閥流量指令原來就小于25%，即使KU觸發(fā)，也不會(huì)觸發(fā)快關(guān)。

（2）從已經(jīng)發(fā)生過的KU觸發(fā)事件來看，負(fù)荷信號(hào)受到干擾時(shí)，并不是直接下跌，而是先上升，再下跌。由于負(fù)荷信號(hào)進(jìn)入KU運(yùn)算前，先經(jīng)過“F10F”功能塊進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算后輸出的值完全可能比負(fù)荷實(shí)際達(dá)到的最高值更高。同時(shí)，DEH的負(fù)荷計(jì)算回路中，當(dāng)三路負(fù)荷同時(shí)故障時(shí)，計(jì)算出的負(fù)荷值將達(dá)到1 500 MW。因此并不是說，機(jī)組運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷低于728 MW，KU邏輯的第1條就一定不會(huì)觸發(fā)。并且由于歷史數(shù)據(jù)的采樣周期關(guān)系，最大值未必能在歷史曲線中被捕捉到。

（3）目前，上汽廠部分1 000 MW機(jī)組、600 MW機(jī)組開始配套OVATION控制系統(tǒng)，其控制邏輯大致是對(duì)西門子T-3000系統(tǒng)的邏輯進(jìn)行了翻譯轉(zhuǎn)化，但因?yàn)橐恍┕δ軌K的不同和邏輯理解上的分歧，可能會(huì)存在一些疑問。以KU功能來說，某600 MW機(jī)組，設(shè)計(jì)中KU動(dòng)作條件設(shè)置為：50 ms下降14.5 MW左右，因?yàn)镺VATION系統(tǒng)功能塊的最小采樣周期在50 ms。對(duì)于這樣的數(shù)值設(shè)定，筆者表示疑惑。在原設(shè)計(jì)中，不管是條件1還是條件2觸發(fā)KU，機(jī)組負(fù)荷都必須跌倒一個(gè)極低的數(shù)值，這才能最大程度地表征電網(wǎng)中斷，而不是功率信號(hào)波動(dòng)，或者功率變送器故障。

（4）如果電氣側(cè)存在零功率切機(jī)保護(hù)，那么一旦KU動(dòng)作，零功率切機(jī)保護(hù)動(dòng)作將觸發(fā)機(jī)組跳閘，即使KU迅速恢復(fù)，后續(xù)的控制也將被打斷，無法繼續(xù)。為避免功率信號(hào)波動(dòng)引起KU誤發(fā)，參照對(duì)東汽廠的PL U（功率負(fù)荷不平衡保護(hù)）優(yōu)化思路，對(duì)KU功能加上轉(zhuǎn)速限制比較簡單和實(shí)用，即只有在轉(zhuǎn)速大于3 018 r/min，KU功能才會(huì)觸發(fā)。

5 結(jié)語

西門子DEH系統(tǒng)KU動(dòng)作程序和新華公司的OPC（超速保護(hù)控制）、東汽廠的PLU都相類似，均為了防止機(jī)組在甩負(fù)荷時(shí)超速。但是在具體的實(shí)現(xiàn)方式上有所不同，新華公司OPC直接把轉(zhuǎn)速作為判斷依據(jù)，西門子KU和東汽廠PLU都是考慮了機(jī)組甩負(fù)荷后帶廠用電的運(yùn)行方式，并通過功率的突變進(jìn)行預(yù)判，提前介入對(duì)調(diào)閥進(jìn)行控制使機(jī)組在脫網(wǎng)后轉(zhuǎn)速飛升值控制到最小。西門子KU更考慮了電網(wǎng)瞬時(shí)中斷恢復(fù)后，機(jī)組重新并網(wǎng)運(yùn)行的情況，動(dòng)作程序更加復(fù)雜，如果不能很好地理解、掌握其工作原理，將會(huì)影響機(jī)組甩負(fù)荷故障的正確分析判斷。

[1]俞友群，蔣宇軒．提高西門子T－3000 DEH系統(tǒng)的可靠性研究[J]．浙江電力，2013，32（6）∶39－42．

（本文編輯：陸瑩）

Analysis on Load Shedding Recognition of Siemens T-3000 DEH System

YU Youqun
（Zhejiang Zheneng Jiaxing Power Generation Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314201，China）

Taking 1 000 MW units as an example，this paper introduces the load shedding recognition of Siemens T-3000 DEH system，especially the detailed judgment logic of KU（short shedding）and LAW（long shedding）as well as the control method of DEH system after KU is triggered.The paper gives optimization suggestions on problems which may occur in actual operation.

load shedding recognition；KU；LAW；1 000 MW

TK323

：B

：1007-1881（2014）07-0054-03

2014-05-15

俞友群（1973-），男，浙江寧波人，工程師，從事發(fā)電廠熱工控制工作。