熱電廠汽輪機DEH控制系統(tǒng)改造分析

(山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

0 引 言

氧化鋁熱電廠1#機組為南汽生產(chǎn)的背壓式汽輪機，額定功率25 MW，配置一個高壓調(diào)節(jié)油動機，高壓調(diào)節(jié)油動機帶動配汽機構(gòu)控制閥門改變機組的進汽量。DEH采用505系統(tǒng)，電子部分為505E、液壓部分具有一套獨立油源，控制油壓為4 MPa，電液轉(zhuǎn)換器為SV9。ETS采用505的報警停機信號輸出到DCS，在輸出到AST電磁閥，TSI采用上海安偌電子科技有限公司生產(chǎn)的VB-Z500，EH系統(tǒng)采用南汽的SVA9調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 原調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的特點與不足之處

1.1 原電液轉(zhuǎn)換器和油動機示意圖

1.2 原調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)運行中存在的主要問題

(1)運行中出現(xiàn)油管破裂，墊片漏油造成Px下降，因設(shè)計為油動機、脈沖油壓力Px降低時為開汽門方向，導(dǎo)致汽門向更加開啟更大，后緊急停機才沒有造成事故擴大。

(2)產(chǎn)生過拒動及突然動作現(xiàn)象，導(dǎo)致負(fù)荷波動最大達到600 kW。分析為：有時彈簧力不足以克服滑閥的摩擦力、電液轉(zhuǎn)換器為動圈式、電液轉(zhuǎn)換器的環(huán)節(jié)多(包括線圈帶動小閥，小閥帶動大閥，大閥帶動杠桿，杠桿帶動滑閥等)、電液轉(zhuǎn)換器的動態(tài)響應(yīng)時間長、電液轉(zhuǎn)換器與錯油門滑閥的對中性不好等原因。

(3)系統(tǒng)存有滑負(fù)荷現(xiàn)象，表明油動機的輸出剛度差。

(4)控制系統(tǒng)沒有實時顯示畫面，用505無法對各種參數(shù)進行集中顯示、時時監(jiān)示報警，仍需要就地儀表盤顯示。505面板的顯示屏上只有二行顯示條而且是英文資料，英文操作界面，運行人員監(jiān)視、查詢困難。

(5)控制系統(tǒng)電調(diào)沒有有仿真功能，沒有報表、操作記錄、趨勢管理功能；無法提供OPC接口及與管理網(wǎng)連接。

2 控制系統(tǒng)改造方案

2.1 采用數(shù)字式抗燃油電液控制系統(tǒng)(DEH)

改造后的數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)，采用和利時KM系列模件，配以DEH專用模塊伺服模塊、測速模塊，及CAN總線的快速通訊，構(gòu)成DEH控制系統(tǒng)。DEH可與現(xiàn)有的DCS方便地進行數(shù)字通訊。

采用DEH控制系統(tǒng)后，利用計算機強大的信息采集處理能力和方便、靈活地通過軟件設(shè)計實現(xiàn)各種控制回路的組態(tài)，因而大大地擴展了汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的功能，尤其是可以方便地完成機組的自動啟?？刂啤C爐協(xié)調(diào)控制(CCS)、自動發(fā)電控制(AGC)和功率控制。此外，還實現(xiàn)了在相應(yīng)各種條件下的負(fù)荷限制和快速減負(fù)荷(RB)控制，還有多重防超速保護措施。而且DEH作為電廠DCS系統(tǒng)網(wǎng)上的一個節(jié)點，可以實現(xiàn)與DCS的有機聯(lián)系，達到電廠內(nèi)部信息資源共享。

DEH裝置由三大部份組成：電子控制柜、軟件系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng):采用和利時電子控制系統(tǒng)及FM系列模件，配以DEH專用模塊伺服模塊、測速模塊，及CAN總線的快速通訊,保證轉(zhuǎn)速反饋和加速度反饋周期小于50 ms來構(gòu)成DEH控制系統(tǒng);汽輪機調(diào)速系統(tǒng)液壓部分采用高壓油系統(tǒng)油動機取代原低壓透平油動機系統(tǒng)。

2.2 DEH系統(tǒng)控制裝置

改造后的DEH電子控制柜由MACS—DCS系統(tǒng)中的一個現(xiàn)場控制站構(gòu)成，詳述如下：

2.2.1 DEH電子控制柜

參看下圖為HOLLiAS MACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖、DEH現(xiàn)場控制站控制柜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

DEH是以微處理器DPU為核心的，具備LCD顯示、控制操作、打印記錄、系統(tǒng)控制與試驗等功能的獨立完整的控制系統(tǒng)。機組的啟停運行操作和監(jiān)控、系統(tǒng)的自診斷信息等集中在操作員站的LCD畫面上和鍵盤上，通過鍵盤和LCD畫面能完成所有控制操作，及獲得系統(tǒng)運行的各種信息。

DEH電子控制柜由現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、通訊網(wǎng)絡(luò)、打印機、繼電器盤、操作回路和硬接線手操盤等組成。

2.3 控制系統(tǒng)軟件及控制回路：

DEH控制裝置的控制功能，主要由軟件來完成。軟件由兩大部分構(gòu)成，即系統(tǒng)軟件平臺及應(yīng)用系統(tǒng)軟件。前者決定了DEH控制系統(tǒng)的適時性，靈活性和先進性；后者決定了DEH系統(tǒng)的控制功能。

2.3.1 控制系統(tǒng)軟件

DEH采用HOLLiAS MACS系統(tǒng)的Windows作為功能碼進行系統(tǒng)組態(tài)的軟件平臺，主控單元采用專用的多任務(wù)實時軟件、I/O板級軟件。采用這些系統(tǒng)軟件，可按控制系統(tǒng)圖組態(tài)出DEH控制所需要的實用控制回路。

2.3.2 基本控制回路

控制回路由功能碼組態(tài)構(gòu)成，實現(xiàn)DEH各種控制功能的要求?？刂苹芈钒ǎ恨D(zhuǎn)速控制、功率控制、閥門開度控制、主汽壓力控制、升負(fù)荷過程中的自動定—滑—定控制、汽壓及真空保護、防超速保護、快速減負(fù)荷等等。

3 實現(xiàn)的控制功能

由控制回路分別或聯(lián)合實現(xiàn)汽機的程控啟動、自動調(diào)節(jié)、參數(shù)限制、保護、監(jiān)視及試驗等功能。

(1)自動調(diào)節(jié)控制功能，包括：掛閘、升速、自動同期、并網(wǎng)帶初負(fù)荷、升負(fù)荷、閥控方式、功控方式、壓控方式、背壓控制方式、CCS方式、一次調(diào)頻、負(fù)荷及閥位限制、功率反饋限制

(2)限制控制功能，限制值由人工給定，DEH可自動將負(fù)荷限制在高低限以內(nèi)，以及將閥位限制在給定值以下。當(dāng)實測功率與功率定值差值過大時，自動切除功率反饋回路，變?yōu)殚_環(huán)控制方式，同時降低功率給定值。包括：主汽壓力低限制、快卸負(fù)荷、OPC控制。

(3)試驗控制功能，包括假并網(wǎng)試驗、超速試驗、閥門嚴(yán)密性試驗、OPC快關(guān)調(diào)門試驗、停機可以進行仿真試驗。

(4)保護控制功能，包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、超速保護。

(5)提高自動化水平功能，即實現(xiàn)自動抄報表。

4 控制策略及運行方式

4.1 各種工況下的控制策略

4.1.1 啟動工況

按機組的熱狀態(tài)(冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài))給出預(yù)定的升速曲線，閉環(huán)自動升至定速；接受同期裝置來的頻差信號，自動調(diào)整機組轉(zhuǎn)速，完成頻率同期；并網(wǎng)后機組自動帶初負(fù)荷；按給定目標(biāo)負(fù)荷和升負(fù)荷率自動升至目標(biāo)負(fù)荷；參與一次調(diào)頻或不參與一次調(diào)頻(不調(diào)頻死區(qū)可調(diào))；功率控制，由操作員給出功率定值進行功率閉環(huán)控制；參與協(xié)調(diào)控制(CCS)，按協(xié)調(diào)控制信號來控制機組功率。

4.1.2 甩負(fù)荷工況

甩負(fù)荷是汽輪機最惡劣的工況之一,控制系統(tǒng)的一個主要任務(wù)就是防止機組甩負(fù)荷后超速,所以對防超速問題應(yīng)特別加以重視。采用DEH控制系統(tǒng)后，超速保護(OPC)信號直接取自油開關(guān)跳閘或103%n0轉(zhuǎn)速信號，通過硬接線接通防超速保護電磁閥，使調(diào)節(jié)汽閥迅速關(guān)閉，隨著甩負(fù)荷后汽輪機的進汽量減少，這樣更有利于抑制機組的轉(zhuǎn)速飛升。通過這些防超速措施，可以使機組在甩全負(fù)荷后轉(zhuǎn)速飛升小于額定轉(zhuǎn)速的8%。

4.2 運行方式

DEH系統(tǒng)具有操作員自動控制、遙控等三種運行方式，各種運行方式間能無擾切換。手動控制為后備操作手段，一旦控制系統(tǒng)故障時可以進行人工控制。

4.2.1 操作員自動控制方式

4.2.2 遙控方式

5 安裝和調(diào)試出現(xiàn)的幾個問題

(1)由于汽輪機機頭較小，安裝時將OPC電磁閥和主汽門關(guān)閉閥布置在機頭附近，快關(guān)轉(zhuǎn)換閥和AST模塊以及EH油管巧妙利用了原地板下的狹小空間。這個設(shè)計既滿足了設(shè)備需要，也充分利用了有限空間，方便操作，同時達到美觀效果。

(2)調(diào)試發(fā)現(xiàn)主汽門電動機構(gòu)和原有主汽門配合不好，無法建立安全油壓。針對本次EH油路改造特點，采用排除法確定安全油從主汽門處泄出。經(jīng)過拆開主汽門后檢查，發(fā)現(xiàn)主要是由于主汽門新裝的電動機構(gòu)桿件和原有主汽門內(nèi)閥套桿件頂死，破壞主汽門內(nèi)閥套和外閥套之間的密封，使安全油泄出。通過重新調(diào)整桿件的間隙，建立主汽門內(nèi)閥套和外閥套之間的密封，重新掛閘，安全油壓順利建

(3)主汽門電動機構(gòu)運行時間過長。在帶負(fù)荷前的調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)主汽門電動機構(gòu)能以2.6 mm/s的速度移動，移動的過程比較平穩(wěn)。當(dāng)主汽門由于甩負(fù)荷或者誤操作而關(guān)閉，必須要等主汽門電動機構(gòu)行動到最低點才能再進行掛閘，致使無法迅速開啟主汽門。該問題通過改變主汽門電動機構(gòu)的內(nèi)在程序，加快主汽電動機構(gòu)的下降速度，盡可能的縮短主汽門的再開啟時間間隔得以解決。

6 結(jié)束語

電調(diào)系統(tǒng)的改造，增加了自動化程度，給機組的運行和安全穩(wěn)定性帶來了方便，使運行人員降低了勞動強度。經(jīng)過運行考驗，改造后的電調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定，沒有再出現(xiàn)負(fù)荷不穩(wěn)和甩負(fù)荷的情況。