國產(chǎn)DEH系統(tǒng)在1000MW超超臨界機(jī)組上的首次應(yīng)用及分析

胡昌盛，王偉哲，張佳興（神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362712）

周鑫（四川東方電氣自動控制工程有限公司，四川 德陽 362712）

國產(chǎn)DEH系統(tǒng)在1000MW超超臨界機(jī)組上的首次應(yīng)用及分析

胡昌盛，王偉哲，張佳興（神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362712）

周鑫（四川東方電氣自動控制工程有限公司，四川 德陽 362712）

文章介紹了國產(chǎn)和利時HOLLiAS-MACS V6.5.2控制系統(tǒng)在東汽1000MW機(jī)組的首次成功應(yīng)用,從DEH的實際功能出發(fā),以DEH的組態(tài)邏輯為主線,系統(tǒng)地分析了DEH的基本功能及工作方式,并針對調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

國產(chǎn)DEH；1000MW機(jī)組；控制功能；應(yīng)用實踐

我國汽輪機(jī)控制技術(shù)己經(jīng)有了長足發(fā)展，汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH ( Digital Electric Hydraulic Control System)的國產(chǎn)化工作也已經(jīng)取得了顯著的成績。汽輪機(jī)是火電廠中的重要設(shè)備，在高溫高壓蒸汽的作用下高速旋轉(zhuǎn)，完成熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。汽輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電力網(wǎng)將電能輸送給各個用戶。為了維持電網(wǎng)頻率，要求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速附近很小的一個范圍內(nèi)，通常規(guī)定此范圍為:±1.5～3.0r/min。DEH實現(xiàn)機(jī)組從掛閘、沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)到升負(fù)荷全程自動控制，同時具備保護(hù)限制功能、一次調(diào)頻以及試驗功能。

1 機(jī)組設(shè)備概述

神華福能鴻山電廠兩臺超超臨界1000MW 燃煤發(fā)電機(jī)組為東方三大動力廠引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的1000MW機(jī)組。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、單抽、抽凝式汽輪機(jī)，型號為N1000-26.25/600/600。鴻山電廠百萬千瓦級機(jī)組是國內(nèi)首臺采用完全國產(chǎn)化DEH系統(tǒng)的機(jī)組，采用和利時公司生產(chǎn)的HOLLiAS-MACS V6.5.2裝置實現(xiàn)了1000MW機(jī)組DEH，該機(jī)組于2015年3月投運。

DCS與DEH國產(chǎn)一體化配置。DEH控制裝置下設(shè)3個控制柜, DEH01柜BTC基本功能控制，實現(xiàn)機(jī)組自動調(diào)節(jié)功能、保護(hù)限制功能、閥門管理功能等。DEH02柜為繼電器控制柜，用于DEH硬回路以及與其他系統(tǒng)的接口實現(xiàn)。DEH03柜ATC自動控制柜，保護(hù)DEH 試驗功能的實現(xiàn)。DEH控制裝置圖如圖1所示。

2 DEH主要控制功能

2.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能

鴻山1000MW機(jī)組采用高壓缸啟動、混合閥配汽方式。汽輪機(jī)剛啟動時高壓主汽閥、中壓主汽門全開，中壓調(diào)節(jié)閥隨閥位總指令逐漸開啟，再熱器內(nèi)此時無蒸汽，汽輪機(jī)未沖轉(zhuǎn)，待高壓調(diào)節(jié)閥開啟后，汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)。在升速及低負(fù)荷階段，4個高壓調(diào)節(jié)閥開度基本一致，汽輪機(jī)為全周進(jìn)汽形式，對汽缸進(jìn)行均勻加熱。在高負(fù)荷階段，高壓調(diào)節(jié)閥CV4逐漸關(guān)小后，再重新開大，以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，此種配汽方式就是混合閥配汽方式。中壓調(diào)節(jié)閥在啟動及正常運行期間全開，整個正常調(diào)節(jié)過程中不節(jié)流，只是在超速限制、保護(hù)動作時才起節(jié)流作用。

在ATC方式下，若機(jī)組的某些主要運行參數(shù)超出正常范圍，系統(tǒng)將發(fā)出報警信號及保持指令。若熱應(yīng)力計算有效，系統(tǒng)將給出建議的升降速率和負(fù)荷率。

在發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)期間采用轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)期間可選擇功率PID調(diào)節(jié)、主汽壓力PID調(diào)節(jié)、協(xié)調(diào)控制和閥控方式。閥位總指令通過閥門曲線修正后去控制高中壓調(diào)節(jié)閥開度。

DEH控制方式有：轉(zhuǎn)速控制、閥控方式、功率控制、壓力控制、CCS方式，每種方式可實現(xiàn)無擾切換。

一次調(diào)頻功能，將給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的偏差，經(jīng)過不等率處理后，生成一次調(diào)頻給定。一次調(diào)頻給定可修正閥位總指令及功率給定值，使實際功率可隨頻率高低變化，以維持供電頻率穩(wěn)定。

2.2 保護(hù)限制功能

（1）超速限制功能。超速限制包括103%超速限制、油開關(guān)跳閘超速限制、加速度大超速限制、功率-負(fù)荷不平衡超速限制。

（2）閥位限制。實際閥位總指令為閥位總指令與閥位限制值的低選值。當(dāng)調(diào)門總指令高于閥位限制值時，閥位限制動作時，自動退出壓力控制、功率控制、CCS遙控方式。

（3）高低負(fù)荷限制。在高負(fù)荷限制功能投入期間，當(dāng)實際負(fù)荷大于限制值時，高負(fù)荷限制動作，在低負(fù)荷限制功能投入期間，當(dāng)實際負(fù)荷小于限制值時，低負(fù)荷限制動作。低負(fù)荷限制動作時，自動退出壓控、功控、CCS方式，直到實際負(fù)荷滿足限制值的要求。

（4）主蒸汽壓力低限制。在機(jī)組并網(wǎng)后，主汽壓力大于90%、功率大于90%期間，TPC保護(hù)自動投入“TPC保護(hù)”按鈕，可退出主汽壓力低限制功能。在主汽壓力限制功能投入期間，根據(jù)實際主汽壓力計算出0～1的主汽壓力低限系數(shù)，實際閥位總指令為TPC保護(hù)動作值與調(diào)門總指令。

（5）真空低限制。在真空低限制功能投入期間，根據(jù)實際低壓缸排汽真空出0～1的系數(shù)，實際閥位總指令為閥位總指令與設(shè)定的閥位最小值的某個值。

（6）超速保護(hù)。機(jī)械飛錘，整定到3300～3360r/min；TSI系統(tǒng)3取2超速保護(hù)，動作轉(zhuǎn)速3300 r/min；DEH 3取2測速板硬件超速保護(hù)，動作轉(zhuǎn)速3300 r/min；DEH軟件組態(tài)3取2超速保護(hù)，動作轉(zhuǎn)速3300 r/min。

2.3 試驗系統(tǒng)功能

試驗功能主要包括OPC電磁閥靜態(tài)試驗、103%超速試驗、電氣超速試驗、機(jī)械超速試驗、摩擦檢查、主汽門嚴(yán)密性試驗、調(diào)門嚴(yán)密性試驗、噴油試驗、閥門活動試驗、高壓遮斷試驗。

3 應(yīng)用過程注意的問題探討

（1）油動機(jī)行程反饋值波動。汽輪機(jī)DEH伺服單元由SM461+SM3461兩部分組成，SM3461為伺服單元端子板主要完成信號轉(zhuǎn)換，將LVDT反饋的交流信號轉(zhuǎn)換為0～5V的直流電壓，通過DB25電纜傳輸?shù)絊M461，由SM461完成數(shù)據(jù)采集和處理。鴻山電廠油動機(jī)行程反饋波動，正常運行時出現(xiàn)最大3%以上的跳動，停機(jī)狀態(tài)下上位機(jī)顯示閥位反饋也會有明顯的波動, 最大反饋為3.5%。經(jīng)檢查LVDT反饋交流電壓正常，參與伺服系統(tǒng)控制運算的直流電壓正常。廠家研發(fā)人員到廠進(jìn)行SM3461-B、SM3461-D閥位反饋信號質(zhì)量對比檢測分析，提出通過修改軟件濾波方式解決。

（2）伺服卡SM461不支持LVDT斷線故障檢測報警功能。油動機(jī)行程采用雙支LVDT進(jìn)行閥門位移的測量變送反饋，在伺服卡以低選值作為調(diào)節(jié)反饋量，但是單支LVDT短線故障后DEH系統(tǒng)不會報警提示，設(shè)備維護(hù)人員不能及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來隱患。

（3）重要保護(hù)溫度測點頻繁變壞點。原因分析為溫度測量值的速率品質(zhì)判斷機(jī)制不能較好的滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的需求，當(dāng)設(shè)置速率變化為5℃/s，DEH系統(tǒng)速率設(shè)置為50ms，這樣的變化率為0.25℃/周期，導(dǎo)致溫度頻繁變壞點。當(dāng)修改速率限制值0.5℃/周期，即10℃/s，軸瓦溫度、排汽溫度等重要主保護(hù)溫度測點品質(zhì)判斷質(zhì)量為壞點。溫度測點頻繁變壞點導(dǎo)致保護(hù)拒動嚴(yán)重影響機(jī)組的運行，建議通過控制邏輯優(yōu)化解決，也需借助一定的檢測試驗手段驗證控制系統(tǒng)速率限制判斷的可靠性。

（4）控制站發(fā)生庫文件自動更新，需要重新下裝后，才能進(jìn)行在線查看邏輯。在打開工程總控后，打開BTC站、ATC站經(jīng)常會出現(xiàn)“庫文件發(fā)生變化，將更新數(shù)據(jù)庫”字樣，必須下裝工程才能在線查看邏輯，在線下裝給生產(chǎn)過程帶來隱患。另外在其他工程師站打開ATC#站時，會提示“DEH_ATC”庫文件不存在，不能在線查看邏輯以及下裝工作。建議對控制站設(shè)置密碼保護(hù)功能，通過管理手段解決問題。

（5）引風(fēng)機(jī)小機(jī)FMEHA在沖轉(zhuǎn)前檢查時發(fā)現(xiàn)，MEH超速卡件的齒數(shù)一項的參數(shù)由原先設(shè)置的37變?yōu)榱?0，DEH齒數(shù)從120恢復(fù)到默認(rèn)值60，超速保護(hù)定值恢復(fù)到默認(rèn)值，后經(jīng)廠家分析此控制器進(jìn)行過清空下裝，導(dǎo)致設(shè)置參數(shù)恢復(fù)到了默認(rèn)參數(shù)，修改參數(shù)并重新下裝后正常。建議將此類關(guān)鍵參數(shù)封閉外部輸入功能，出廠時直接置入，防止以后此類現(xiàn)象再次發(fā)生，從而威脅機(jī)組安全。

4 DEH國產(chǎn)化應(yīng)用的優(yōu)點

（1）DEH與DCS一體化設(shè)計優(yōu)勢。采用一體化設(shè)計之后，DEH和DCS的設(shè)備組態(tài)，系統(tǒng)構(gòu)架都可以在一個工程師站進(jìn)行集中管理。各個操作員站、工程師通訊站都可以對DCS 和 DEH 系統(tǒng)進(jìn)行操作、數(shù)據(jù)分析、報警監(jiān)視、趨勢分析、打印、事故追憶等。

（2）DEH控制系統(tǒng)相對獨立。DEH和DCS的各個功能被分在各個獨立的控制柜里，各個控制器與相應(yīng)的模塊組成控制網(wǎng)。從這個意義上說，DEH與DCS相對來說又互不影響相互獨立。因而一體化的設(shè)計不會影響各自的功能，并且通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還能進(jìn)行主控之間的數(shù)據(jù)共享，進(jìn)行邏輯組態(tài)，因而可以更靈活的分配各站的測點，也更節(jié)省硬件資源。

（3）強(qiáng)大的仿真試驗功能。在機(jī)組已跳閘時，可進(jìn)入DEH仿真方式。在DEH仿真方式下，算法組態(tài)中的仿真程序可根據(jù)控制系統(tǒng)來的調(diào)門開度信號及操作員設(shè)置的初始條件，計算出相關(guān)的轉(zhuǎn)速、功率、壓力等信號，因此可仿真模擬完成上述調(diào)節(jié)、保護(hù)、試驗等大部分功能。利用此功能，可方便地調(diào)試組態(tài)軟件、培訓(xùn)現(xiàn)場人員。

（4）方便實用的閥門管理功能。DEH閥位總指令值經(jīng)流量曲線修正后去控制高中壓調(diào)節(jié)閥油動機(jī)行程。閥門整定方式下，DEH改變閥位給定值，使油動機(jī)全行程走一遍，伺服板自動記錄油動機(jī)全關(guān)、全開位置對應(yīng)的LVDT油動機(jī)行程反饋電壓值，也使畫面上油動機(jī)行程的顯示值與實際油動機(jī)行程一致。閥門維修方式用于伺服系統(tǒng)調(diào)試。操作員可設(shè)置閥位給定值和給定速率，以便調(diào)整LVDT反饋電壓的零位幅值以及動態(tài)響應(yīng)特性。比如，機(jī)組正常運行發(fā)現(xiàn)CV1油動機(jī)有漏油現(xiàn)象，需暫時全關(guān)CV1，可方便應(yīng)用閥門管理功能，在功率閉環(huán)模式下，手動逐漸關(guān)閉CV1，CV2、CV3、CV4按照閥門流量曲線開啟，待缺陷處理完畢，可逐步恢復(fù)CV1自動，自動控制機(jī)組功率。

5 結(jié)束語

在鴻山電廠、東方自控、和利時、調(diào)試所等相關(guān)技術(shù)人員的共同努力下，特別是各方專家領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心指導(dǎo)下，順利完成了鴻山2×1000MW新建機(jī)組的DEH控制系統(tǒng)調(diào)試任務(wù)。國產(chǎn)化DEH控制系統(tǒng)在 1000MW 超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的首次成功投用，填補(bǔ)了百萬機(jī)組國產(chǎn)DEH順利投運入運行的空白，有力促進(jìn)了國產(chǎn)化控制系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，逐步證明國產(chǎn)DEH控制系統(tǒng)即將替代并必將超越進(jìn)口產(chǎn)品的應(yīng)用水平。

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Analysis on the First Application of China-made DEH System in 1000MW Ultra Supercritical Unit

This paper introduces the successful first-time application of the China-made Hollysys HOLLiAS-MACS V6.5.2 control system in Dongfang steam turbine1000MW unit . From the practical function of DEH, taking the configuration logic of DEH as main line, this paper systematically analyzes the basic function of DEH and its work manner. Some problems in debugging process are also analyzed.

China-made DEH; 1000MW unit; Control function; Application practice

B

1003-0492(2015)06-0084-02

TM621.6

胡昌盛（1989-）,男，甘肅平?jīng)鋈耍髮?，技術(shù)員，從事火力發(fā)電廠熱工自動化基建、調(diào)試、維護(hù)工作。