汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)調(diào)試方案

邊立平

摘 要：該文主要介紹了首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司自備電站工程，建設(shè)2×300MW容量的煤—氣混燒抽汽供熱發(fā)電機(jī)組。DEH系統(tǒng)采用一個帶冗余的控制處理器，掛在電廠DCS的雙節(jié)點總線上，每個控制處理器通過冗余的現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線組件FBM相連，實現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備之間的I/O接口。

關(guān)鍵詞：供熱機(jī)組 汽輪機(jī) DEH 自動控制 超速保護(hù)

中圖分類號：TM922 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0069-02

1 系統(tǒng)概述

機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用上海?？怂共_公司I/A SERIES系統(tǒng)，其主要功能有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（MEH）等。

2 DEH數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司2×300MW電站工程#1機(jī)組DEH數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用與DCS系統(tǒng)一致的上海?？怂共_公司提供的I/A'S系統(tǒng)。

DEH系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能：

2.1 遠(yuǎn)方掛閘

允許掛閘的條件包括：機(jī)械打閘手柄退出、系統(tǒng)不在仿真工作方式。通過畫面的汽機(jī)掛閘按鈕，可以遙控掛閘汽輪機(jī)，建立安全油壓。

2.2 控制方式選擇

汽機(jī)的控制方式主要有：手動控制、自動控制、同期控制、CCS遙控控制等方式。

2.2.1 手動控制方式

機(jī)組未并網(wǎng)時，如果測速故障，系統(tǒng)將自動切入手動控制方式，或操作員選擇切為手動控制方式。在手動方式下，操作員將直接控制高壓主汽門/高壓調(diào)門開度。同時手動控制方式設(shè)置了兩擋閥門開/關(guān)速率：慢速為10%閥位/min，快速為30%閥位/min。當(dāng)操作員按下相應(yīng)閥門的開/關(guān)按鈕不放，閥門將按照設(shè)定的速率開/關(guān)。

2.2.2 同期控制方式

當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速在2 950～3 050之間、機(jī)組在自動控制方式、已完成TV/GV切換、同時電氣同期裝置就緒，系統(tǒng)將可以切入同期控制方式；系統(tǒng)每檢測到電氣同期裝置的“同期增”、“同期減”脈沖，將自動將轉(zhuǎn)速設(shè)定值相應(yīng)增/減一轉(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后、系統(tǒng)切手動、或?qū)嶋H轉(zhuǎn)速超出同步控制轉(zhuǎn)速范圍，將自動切除同期控制方式。

2.2.3 遙控控制方式

當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，系統(tǒng)處于自動控制方式下，且滿足以下條件：CCS系統(tǒng)就緒，發(fā)出允許DEH系統(tǒng)切遙控方式、DEH系統(tǒng)未投入功率控制回路、DEH系統(tǒng)未投入主蒸汽壓力控制回路、CCS系統(tǒng)遙控閥位指令正常、CCS系統(tǒng)遙控閥位指令與DEH系統(tǒng)當(dāng)前綜合閥位指令偏差在允許范圍內(nèi)，操作員即可選擇投入CCS遙控方式；

當(dāng)投入CCS遙控方式后，DEH系統(tǒng)相當(dāng)于CCS系統(tǒng)的執(zhí)行器，在此方式下，DEH的目標(biāo)值為CCS給定值。此時所有的控制（功率/主汽壓力）均由協(xié)調(diào)系統(tǒng)完成。在CCS控制方式中可以設(shè)置目標(biāo)負(fù)荷、負(fù)荷高限以及負(fù)荷升速率等。

2.3 控制設(shè)定值

2.3.1 轉(zhuǎn)速控制

升速沖轉(zhuǎn)：設(shè)定目標(biāo)、設(shè)定升速率、自動過臨界、3 000rpm定速。

在汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)前，DEH處于自動運行方式，DEH為轉(zhuǎn)速閉環(huán)無差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設(shè)定點為給定轉(zhuǎn)速。給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運算后，通過伺服系統(tǒng)控制油動機(jī)開度，使實際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速變化。

在給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，給定轉(zhuǎn)速自動以設(shè)定的升速率向目標(biāo)轉(zhuǎn)速逼近。當(dāng)進(jìn)入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時，自動將升速率改為300rpm快速沖過去。在升速過程中，通常需對汽輪機(jī)進(jìn)行中速、高速暖機(jī)，以減少熱應(yīng)力

2.3.2 負(fù)荷控制

當(dāng)同期條件滿足，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，油開關(guān)閉合信號到來后，DEH立即增加給定值，使發(fā)電機(jī)帶上初負(fù)荷避免出現(xiàn)逆功率。

當(dāng)機(jī)組剛并網(wǎng)是，此時系統(tǒng)為閥位控制方式（如：剛并網(wǎng)時未投入任何回路、DEH切入CCS系統(tǒng)系統(tǒng)控制方式等）。在閥位控制方式下，直接控制相關(guān)汽閥的開度來控制機(jī)組負(fù)荷。

機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后，可選擇投入反饋方式功率回路、一次調(diào)頻、主氣壓回路。

當(dāng)選擇功率回路時，在控制值設(shè)定中，可以設(shè)定需要控制到的功率和升速率，此時系統(tǒng)處于功率閉環(huán)控制系統(tǒng)下，通過控制汽機(jī)閥門開度達(dá)到所設(shè)定的功率。當(dāng)以下情況發(fā)生時，系統(tǒng)自動切除功率控制回路：系統(tǒng)切手動、機(jī)組跳閘、機(jī)組解列、閥位限制動作、測功失效、投入?yún)f(xié)調(diào)遙控、主汽壓力低限動作、RB動作、主汽壓力控制投入。

當(dāng)選擇投入主蒸汽壓力控制回路，可以設(shè)定需要的壓力目標(biāo)值和速率。此時系統(tǒng)將控制機(jī)前的主蒸汽壓力保持在設(shè)定的目標(biāo)值。當(dāng)以下情況發(fā)生時，系統(tǒng)將切除主蒸汽壓力控制回路：系統(tǒng)切手動、機(jī)組跳閘、機(jī)組解列、閥位限制動作、主蒸汽壓力測量故障、投入?yún)f(xié)調(diào)遙控、主汽壓力低限動作、RB動作、功率控制回路投入。在主汽壓力限制方式投入期間，若主汽壓力低于設(shè)置的限制值，則主汽壓力限制動作。動作時，設(shè)定點在剛動作時的基礎(chǔ)上。

2.4 閥門管理

在閥門方式選擇中，可以選擇：主汽門控制切換到調(diào)門控制方式，單閥/順序閥切換。當(dāng)汽輪機(jī)掛閘后，首先是高調(diào)門全開，用主汽門進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到2 900r/min后，可以將控制方式切換到高調(diào)門控制方式。此時，閥門處于單閥控制方式，當(dāng)汽輪機(jī)運行半年以后，汽機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力比較均勻后，可以將閥門控制方式切換到順序閥控制方式。

2.5 閥門試驗

為確保閥門活動靈活，需定期對長期全開閥門進(jìn)行活動試驗，以防止閥門卡澀。點擊主控畫面中主汽門、高調(diào)門、中壓主汽門下的按鈕即可，所有的閥門均可進(jìn)行部分行程及全行程活動試驗。

對于高壓主汽門活動試驗，高主門將首先關(guān)閉到60%位置，此時將詢問操作員是否繼續(xù)進(jìn)行試驗，如果操作員點擊CONTINUE確認(rèn)繼續(xù)試驗，DEH將自動將相應(yīng)高主門同側(cè)的高調(diào)門關(guān)閉到0%，而后再關(guān)閉高主門到0%；當(dāng)高主門關(guān)閉2s后，高主門將自動開啟至100%，而后同側(cè)高調(diào)門開啟到試驗前的位置。對于中主門活動性試驗，將首先關(guān)閉同側(cè)中調(diào)門到0%，而后發(fā)指令關(guān)閉中主門；當(dāng)中主門關(guān)閉后，DEH自動發(fā)指令將中主門再次開啟；當(dāng)中主門全開后，中調(diào)門將再次開啟到試驗前的位置。endprint

為確保閥門關(guān)閉嚴(yán)密而不致漏汽，應(yīng)通過閥門嚴(yán)密性試驗來驗證主汽門及調(diào)門關(guān)閉的嚴(yán)密性。主汽門嚴(yán)密性試驗條件：閥門控制方式為主汽門控制、汽機(jī)轉(zhuǎn)速>2 950rpm、未并網(wǎng)；調(diào)門嚴(yán)密性試驗條件：閥門控制方式為調(diào)門控制、汽機(jī)轉(zhuǎn)速>2 950rpm、未并網(wǎng)；當(dāng)嚴(yán)密性試驗結(jié)束后，機(jī)組必須打閘。

2.6 超速保護(hù)（OPC）

機(jī)組在運行過程中，汽輪機(jī)一旦出現(xiàn)超速情況，將對汽機(jī)的壽命產(chǎn)生很大的影響，因此DEH設(shè)計了汽輪機(jī)超速保護(hù)功能，同時，可對汽輪機(jī)進(jìn)行超速試驗，以驗證其保護(hù)功能。

該機(jī)組設(shè)計汽機(jī)超速103%、110%保護(hù)。當(dāng)汽機(jī)達(dá)到103%轉(zhuǎn)速3 090rpm后，將動作OPC電磁閥，使高調(diào)門、中調(diào)門快速關(guān)閉，以保證汽輪機(jī)安全。當(dāng)OPC動作7.5S后或者轉(zhuǎn)速低于3 050rpm后，OPC動作消失，緩慢開啟高調(diào)門和中調(diào)門，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 000rpm。當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到110%轉(zhuǎn)速3 300rpm時，DEH將發(fā)出請求跳機(jī)指令到ETS。

在OPC保護(hù)方式選擇面板上，可以選擇“OPC試驗”、“103禁止”、“110禁止” “OPC保護(hù)”方式。當(dāng)選擇某一功能時，其它功能自動切除。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，OPC保護(hù)功能自動投入，操作員無法切除。“OPC試驗”僅用于在機(jī)組啟動前，模擬產(chǎn)生OPC信號，動作相應(yīng)電磁閥，試驗OPC保護(hù)是否能正常工作。“103禁止”投入后將在103%轉(zhuǎn)速時不發(fā)出OPC動作信號，以試驗110%超速功能?！?03禁止”及“110禁止”均投入用于試驗汽輪機(jī)的機(jī)械超速保護(hù)功能，投入后將切除DEH系統(tǒng)內(nèi)的保護(hù)功能。

3 DEH系統(tǒng)硬件調(diào)試

（1）審查了設(shè)計圖紙及所有軟件組態(tài)。

（2）對DEH機(jī)柜CP卡件進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)沒有損壞痕跡；在對DEH系統(tǒng)的電源、接地的接線及隔離檢查完后，對DEH系統(tǒng)上電。

（3）檢查各模件工作是否正常，編譯下裝組態(tài)，確認(rèn)系統(tǒng)工作正常。對DEH系統(tǒng)的所有卡件施加相應(yīng)的模擬信號進(jìn)行了通道校驗

（4）對所有執(zhí)行器、變送器、測點、探頭、開關(guān)等外圍至DEH控制柜的線路進(jìn)行了查對。

（5）確認(rèn)所有電磁閥安裝位置，電磁閥供電系統(tǒng)正常工作，所有電磁閥能夠正確帶電工作。檢查LVDT、伺服安裝及接線情況。

（6）檢查有關(guān)設(shè)定值，如臨界轉(zhuǎn)速、臨界升速率、閥位控制初值等。

4 DEH系統(tǒng)試驗

為檢驗DEH系統(tǒng)和設(shè)備的性能、系統(tǒng)接線、系統(tǒng)內(nèi)部邏輯等是否符合原設(shè)計要求和實際工藝要求，為DEH系統(tǒng)的實際投運提供必要的數(shù)據(jù)，在DEH控制邏輯及流程圖畫面裝載完成后，確保沒有蒸汽的前提下，利用DEH自帶的強(qiáng)制仿真對DEH系統(tǒng)進(jìn)行了全面的試驗，主要試驗內(nèi)容有：掛閘功能、汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制、自動同期控制、負(fù)荷控制、遙控控制、調(diào)節(jié)汽閥管理功能、閥門試驗功能、OPC保護(hù)等功能進(jìn)行測試。各項測試均符合要求。

完成對DEH系統(tǒng)的仿真實驗后，進(jìn)行DEH系統(tǒng)電液聯(lián)動調(diào)試。其主要目的是完成EH油動機(jī)與機(jī)柜伺服控制部分的聯(lián)調(diào)和動態(tài)測試，使其符合設(shè)計要求。

（1）LVDT變送器靜態(tài)調(diào)試、量程、零位調(diào)試。用1.5V電池到機(jī)柜后功放卡、高選卡線圈接線控制就地油動機(jī)全開或全關(guān)，調(diào)整其零點和滿量程電壓，反復(fù)多個形成，直至其反饋電壓為0.3～10V。

（2）油動機(jī)最大行程調(diào)試。對伺服閥發(fā)信號，使閥門全開、全關(guān)，測量油動機(jī)的最大行程。

（3）配合機(jī)務(wù)完成閥門關(guān)閉時間測試以及模擬甩負(fù)荷試驗。在靜止無壓狀態(tài)下，掛閘打開所有閥門，然后打閘，用錄波儀記錄各閥門關(guān)閉時間；利用短接油開關(guān)信號模擬并網(wǎng)，取消短接信號，模擬汽機(jī)甩負(fù)荷試驗，記錄OPC信號及調(diào)門關(guān)閉及復(fù)位時間。

（4）2009年6月29日，進(jìn)行機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)，完成了基本控制功能試驗，升速、定速。

（5）2009年7月1日，完成調(diào)門嚴(yán)密性試驗，主氣門嚴(yán)密性試驗。

（6）2009年7月14日，機(jī)組首次并網(wǎng)帶負(fù)荷。

（7）2009年7月14日，切除DEH超速保護(hù)功能，完成機(jī)組TSI超速試驗，110%轉(zhuǎn)速TSI保護(hù)動作正常。切除TSI保護(hù)，將DEH保護(hù)動作值設(shè)定為3 100RPM，保護(hù)動作正常，完成實驗后恢復(fù)保護(hù)動作值為3300RPM。

（8）2009年9月2日23時18分—9月9日23時18分，機(jī)組順利完成168h滿負(fù)荷運行。

5 調(diào)試結(jié)論

在機(jī)組真正投入運行之前，已經(jīng)對DEH的各項功能進(jìn)行了測試，消除了發(fā)現(xiàn)的缺陷，在第一次沖轉(zhuǎn)及以后的各次沖轉(zhuǎn)和運行中，DEH系統(tǒng)順利完成了汽機(jī)升速、過臨界、定速、自同期、并網(wǎng)發(fā)電、帶負(fù)荷等任務(wù)；投入了轉(zhuǎn)速控制、功率控制、一次調(diào)頻、DEH遙控等控制回路；完成了OPC試驗、閥門活動試驗；各項功能都得到了實際運行檢驗，效果較好。

參考文獻(xiàn)

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