DEH 系統(tǒng)簡介分析

□霍海鵬

一、引言

電網(wǎng)的頻率是一定的，其取決于汽輪機發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速，在中國，電源頻率為50H，為了保證供電質(zhì)量和機組的安全，要求發(fā)電機組轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速一定范圍內(nèi)(±1.5 ～3.0r/min)。如果超過這一范圍波動，那么會造成并網(wǎng)困難。為了使機組符合條件，需要給機組配備可靠的自動控制裝置。先前的控制系統(tǒng)被稱為MHC(機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓式控制系統(tǒng))，它是通過機械液壓機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)和負荷的手動調(diào)節(jié)。隨著計算機在工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，新型的控制系統(tǒng)——數(shù)字式電液控制系統(tǒng)，也就是DEH 系統(tǒng)應(yīng)運而生。在DEH 系統(tǒng)的發(fā)展初期，小型機作為其組成的核心占一大部分，當(dāng)以微機作為其基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))出現(xiàn)以后，就逐步轉(zhuǎn)向了由分散控制系統(tǒng)組成。

DEH 系統(tǒng)種類繁多，功能各異，但總體來說都是以多功能控制器(MFP)為核心，采集機組的一些核心參數(shù)后，經(jīng)過系統(tǒng)分析和內(nèi)部計算來控制電液伺服閥，通過各油動機控制高、中壓調(diào)節(jié)閥。它具有精度高，速度快，延遲性小等特點，控制靈活，可靠性高。

二、機組負荷控制方式

負荷的控制方式可以概括為兩類:機爐分別控制方式以及機爐協(xié)調(diào)控制方式。

(一)機爐分別控制方式。所謂分別控制，是指一個被調(diào)量對應(yīng)只有一個調(diào)節(jié)量對其控制。機爐分別控制方式分兩種，即鍋爐跟隨的負荷控制方式和汽輪機跟隨的負荷控制方式，這兩種方式是基本的控制方式。

1.鍋爐跟隨的負荷控制方式。鍋爐跟隨的負荷控制方式，其基本工作原理為:汽機調(diào)節(jié)機組的輸出功率、鍋爐來調(diào)節(jié)汽壓。鍋爐跟隨方式的特點是，當(dāng)負荷要求指令改變時，由于利用了鍋爐的蓄熱能力，具有較好的負荷適應(yīng)性，對機組調(diào)峰調(diào)頻有利，但汽壓波動較大;當(dāng)有內(nèi)擾(燃燒率擾動)時，汽壓波動較大。單元機組中，鍋爐主輔設(shè)備運行正常時，發(fā)電機組的輸出功率如果因為汽輪機的從屬設(shè)備工作異常而受到影響時，可以用鍋爐跟隨的方式。

2.汽輪機跟隨的負荷控制方式。對于汽輪機跟隨方式，其基本原理是:鍋爐調(diào)節(jié)機組的輸出功率、汽機調(diào)節(jié)汽壓。一旦負荷指令變化，汽機主控裝置首先給出改變調(diào)門開度指令，使其增大或減小汽機進汽量，使機組輸出電功率與負荷指令趨于一致。調(diào)門開度改變后汽壓隨即變化，此時，鍋爐主控裝置根據(jù)汽壓給定值的偏差作出反應(yīng)，改變鍋爐燃燒率值，使當(dāng)前壓力恢復(fù)到給定值壓力。當(dāng)機組中汽機主輔設(shè)備正常運行，如果鍋爐部分設(shè)備工作異常，機組輸出功率因此而受限時，可以采用汽機跟隨的方式。

(二)機爐協(xié)調(diào)控制方式。一般的機爐協(xié)調(diào)控制方式分為三種:一種是以鍋爐跟隨方式為基礎(chǔ)的，一種是以汽機跟隨方式為基礎(chǔ)的，還有一種就是綜合協(xié)調(diào)控制方式。

1.鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。這種控制方式需要機側(cè)保持輸出功率與機組給定功率一致，爐側(cè)保持當(dāng)前汽壓為給定值，其特點是汽壓控制指令質(zhì)量顯著提高，而輸出功率響應(yīng)性能有所降低。

2.汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。這種控制方式要求鍋爐調(diào)節(jié)機組輸出功率、汽機側(cè)調(diào)節(jié)汽壓。負荷指令發(fā)生變化時，鍋爐主控制裝置發(fā)出調(diào)整鍋爐燃燒率的指令，待機前壓力改變后，汽機主控制裝置給出一個控制調(diào)節(jié)門開度的指令，使進入汽輪機的蒸汽流量通過調(diào)門得以調(diào)整，改變機組的輸出功率，與負荷指令趨于一致。

3.綜合協(xié)調(diào)控制方式。這種控制方式需要鍋爐控制裝置以及汽機控制裝置同時作出調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)對象要同時包括功率和壓力，調(diào)節(jié)汽壓維持在一定范圍，以適應(yīng)外界對機組不同的負荷要求。

三、控制系統(tǒng)原理

機械液壓控制系統(tǒng)由離心飛錘、杠桿、調(diào)節(jié)氣門、錯油門、油動機等組成，共有轉(zhuǎn)速、功率、調(diào)速級壓力、主汽壓力4個調(diào)節(jié)器。在大部分火力發(fā)電廠中，DEH 系統(tǒng)是一個無差、閉環(huán)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過PID 調(diào)節(jié)，將機組給定轉(zhuǎn)速值與實際轉(zhuǎn)速值之差放大運算，信號用來控制油動機，改變伺服閥開度，從而起到控制轉(zhuǎn)速的作用，最終使實際轉(zhuǎn)速接近給定值。機組運行人員設(shè)置好升速率、目標轉(zhuǎn)速等參數(shù)后，汽機轉(zhuǎn)速以運行人員設(shè)定好的升速率向給定轉(zhuǎn)速靠近，實際汽機轉(zhuǎn)速也在變化。在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定機組并網(wǎng)后，DEH 系統(tǒng)可在單閥控制、順序閥控制、一次調(diào)頻控制幾種方式之間選擇。在機組處于單閥或多閥控制下，運行人員通過DCS 給定一個開度的閥位或按增大、減小閥位開關(guān)改變伺服閥對油量的控制，以達到控制閥門的效果。當(dāng)LVDT 反饋值為固定值時，機組負荷的升降變化由機組蒸汽參數(shù)決定。當(dāng)機組負荷為一固定值時，LVDT 反饋值隨著機組各參數(shù)變化而變，目的是使機組負荷保持在某一固定值。在以主汽壓力為主要參數(shù)的控制方式下，運行人員將輸入主汽壓力變化率、主汽壓力設(shè)定值來確定一個壓力給定值，給定值與實際值通過DCS 計算出偏差，偏差經(jīng)比例積分(PI)調(diào)節(jié)，計算后將開度信號輸出給油動機。在主汽壓力給定值固定時，調(diào)節(jié)門開度隨著機組各參數(shù)變化而變，目的是維持主汽壓力在一個固定值。機組調(diào)門位置給定信號與就地LVDT 信號進行偏差計算，經(jīng)比例積分(PI)調(diào)節(jié)后，將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號輸出至伺服閥，調(diào)整進油口開度，達到調(diào)門開大或減小的目的。當(dāng)LVDT 閥位反饋信號與給定位置信號偏差為零時，油動機的進油口被堵住，油動機活塞位置固定，調(diào)節(jié)閥位置固定。在保證火電機組安全方面，設(shè)計了DEH 系統(tǒng)OPC 超速、DEH 系統(tǒng)110%超速、TSI 系統(tǒng)110%超速等超速限制，在電氣回路中設(shè)置了各種負荷限制，還在操作員站操作臺和就地設(shè)計了打閘保護按鈕。其中還有一部分設(shè)計為雙保護試驗通道，確保其動作準確。

四、常見的DEH 系統(tǒng)故障原因及解決辦法

機組在運行中有時會發(fā)現(xiàn)很難準確地維持在3，000r/min，經(jīng)常波動，對機組并網(wǎng)造成一定影響。另外還有主汽門開關(guān)故障和調(diào)門位置反饋頻繁波動，對機組的正常運行都存在影響。例如某機組正以某一負荷運行中，機組以主汽壓力為主要參數(shù)調(diào)節(jié)，此時在DCS 中出現(xiàn)高調(diào)門反饋跳變、觀察就地高調(diào)門擺動、主汽壓力波幅較大。運行人員將控制方式從協(xié)調(diào)改為DEH，同時投入功率反饋回路。出現(xiàn)以上現(xiàn)象時應(yīng)立即找出故障原因，查看相關(guān)參數(shù)進行分析。調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動的原因有很多，典型的原因有如下幾種:

(一)伺服閥故障。伺服閥出現(xiàn)故障，其結(jié)果就是調(diào)門就不能正常工作，不能精確地開或關(guān)到位，給機組安全運行帶來隱患。造成伺服閥故障的原因有可能是油質(zhì)不好、有臟物堵塞等。

(二)閥門行程突變引起輸出指令變化。閥門突跳造成流量變化，由于反饋信號的參與調(diào)節(jié)，DEH 發(fā)出相反的調(diào)節(jié)指令，閥門繼續(xù)動作，又會造成突跳，流量繼續(xù)發(fā)生變化，DEH 同樣發(fā)出反方向的指令，如此反復(fù)造成擺動。

(三)熱工信號問題。這里就把可能出現(xiàn)的熱工信號問題羅列出來。LVDT(位移傳感器)故障，反饋信號與真實值存在出入，主要現(xiàn)象表現(xiàn)為插頭脫落、端子排接線錯誤等;伺服閥信號線接線錯誤、松動，導(dǎo)致伺服閥不動作或反饋異常;閥門控制內(nèi)部VCC 卡出現(xiàn)震蕩故障或VCC 卡內(nèi)部增益設(shè)置不合理。這些問題都會導(dǎo)致DEH 系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

(四)解決辦法。如果是由于油質(zhì)引起的問題，那么解決辦法就是加強油質(zhì)的過濾，尤其是在檢修期前后，在油質(zhì)化驗合格前不要讓其流經(jīng)伺服閥，以免再次因異物形成堵塞，可以等油質(zhì)合格后再將伺服閥投入使用。對于熱工信號造成的問題，現(xiàn)將所有現(xiàn)場的信號屏蔽，信號線均接地，與電源分開。如果是VCC 卡出現(xiàn)故障的情況，先查明是由于VCC卡本身的故障還是與其他部件出現(xiàn)短路的故障。如果是本身的故障，考慮現(xiàn)場情況更換。如果是短路故障，做好隔離，消除短路。

五、結(jié)語

DEH 系統(tǒng)與CCS 之間信號的穩(wěn)定、安全、快速傳輸很大程度上使機組協(xié)調(diào)控制得以實現(xiàn)。DEH 系統(tǒng)具備了很多優(yōu)點:不僅保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，對負荷的指令傳遞方式也非常準確、及時，這樣可以提高整個系統(tǒng)的整體執(zhí)行、反應(yīng)速度，滿足了電網(wǎng)快速調(diào)節(jié)的要求。以我國大多數(shù)運行機組的實踐經(jīng)驗來看，DEH 系統(tǒng)的傳輸方式安全、有效，獲得了很好的調(diào)節(jié)效果。綜上，DEH 系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的MFP 系統(tǒng)，也就是傳統(tǒng)的汽輪機液調(diào)系統(tǒng)、電液共存式控制系統(tǒng)來說，優(yōu)點很多。它控制精度高、執(zhí)行機構(gòu)線性度好，主要的優(yōu)點在于各機械部件之間的傳動環(huán)節(jié)得以簡化，減小了出現(xiàn)由于機械部件產(chǎn)生故障的概率，減少了因遲緩率和控制死區(qū)的影響，使發(fā)電機組的負荷控制性能得到了很大的改善。只有DEH 系統(tǒng)的正常投入，才能使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)和機組發(fā)電控制(AGC)更穩(wěn)定、更安全地投入，這樣才能使機組對于值班人員給出的指令更快速、穩(wěn)定地作出響應(yīng)。

［1］陳如玲.在線硅表防堵研究［J］.華東電力，1998

［2］曹杰玉等.發(fā)電廠化學(xué)儀表檢驗規(guī)程、中華人民共和國電力行業(yè)標準DL/T677 -2009