300 MW機組DEH功能試驗研究

喬 璐

（華電能源股份有限公司，黑龍江哈爾濱150001）

0 引言

華電不連溝電廠汽輪機為東方電氣集團東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式CZK300/259-16.67/0.40/538/538（合缸）汽輪機，設(shè)置有2個高壓主蒸汽閥門、4個高壓調(diào)節(jié)進汽閥門、2個中壓主蒸汽閥門、2個中壓調(diào)節(jié)進汽閥門和1個低壓調(diào)節(jié)進汽閥門。汽輪機控制系統(tǒng)由數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（Digital Electro-Hydraulic Control System，DEH）調(diào)節(jié)控制，采用南自美卓maxDNA控制系統(tǒng)，是DCS一體化的重要組成部分。汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)DEH的主要功能是精確控制汽輪發(fā)電機組的啟動過程、汽輪機轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)后發(fā)電機功率，確保發(fā)電機組能安全穩(wěn)定地向輸配電網(wǎng)供電。

1 試驗依據(jù)

試驗依據(jù)主要包括：《火力發(fā)電廠汽輪機控制及保護系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL/T 656—2016）；《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL/T 657—2015）；《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》（國能安全〔2014〕161號）；國電南自maxDNA控制系統(tǒng)技術(shù)資料。

2 試驗?zāi)康?/h2>

火力發(fā)電廠汽輪機控制系統(tǒng)測試對汽輪機的安全、經(jīng)濟運行具有重要意義，因此，對汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）進行功能測試尤為必要。運行人員通過功能測試，可以檢查并確認DEH系統(tǒng)各項功能是否齊備與正確。

3 試驗條件

（1）接入汽輪機控制系統(tǒng)（DEH）中的所有現(xiàn)場設(shè)備都必須按照相關(guān)規(guī)程與標準完成現(xiàn)場安裝、機務(wù)和熱工專業(yè)調(diào)試、設(shè)備試驗運行，并且滿足合格驗收要求；（2）DEH系統(tǒng)可以進行仿真運行；（3）控制系統(tǒng)的工作環(huán)境符合技術(shù)規(guī)范的要求；（4）系統(tǒng)具有可靠的兩套電源供電，供電品質(zhì)符合要求；（5）機組處于停機狀態(tài)。

4 試驗內(nèi)容及方法

4.1 機組運行監(jiān)視功能

（1）查看汽輪機控制系統(tǒng)對汽輪機運行工況參數(shù)的安全監(jiān)視功能，DEH系統(tǒng)操作員站DAS畫面必須能表明機組運行工況、重要測點參數(shù)及其趨勢圖，以便能指導(dǎo)運行人員如何監(jiān)控和操作，實現(xiàn)監(jiān)視功能。

（2）查看每個操作畫面和操作窗口的顯示和操作功能，如功率、轉(zhuǎn)速、主汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、CCS遙調(diào)指令等，其數(shù)據(jù)顯示都正常；主汽壓力保護、功率-負荷不平衡保護、快速卸負荷保護等設(shè)置有投退按鈕，一次調(diào)頻動作狀態(tài)，操作員站權(quán)限和工程師站權(quán)限的區(qū)分，掛閘、啟動、運行、自動同期、閥切換、進行、保持等按鈕能夠正常操作。

4.2 DEH仿真功能

汽輪機控制系統(tǒng)設(shè)置有兩種仿真方式：純仿和混仿。其中，純仿真方式下，汽輪機進汽閥門不實際動作；混合仿真方式下，汽輪機進汽閥門根據(jù)仿真各項功能進行開關(guān)動作。

（1）機組汽輪機控制系統(tǒng)設(shè)置有試驗、調(diào)整用的仿真系統(tǒng)，通過該仿真系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)DEH各項功能的混合仿真或純仿真試驗、測試及靜態(tài)調(diào)整。（2）DEH仿真系統(tǒng)能夠?qū)EH各種控制、保護、試驗等功能進行仿真試驗，以驗證這些功能的正確性，并且在機組正常運行時可靠屏蔽。（3）仿真試驗結(jié)束后，必須退出仿真試驗狀態(tài)。

4.3 轉(zhuǎn)速控制功能

在發(fā)電機并網(wǎng)完成之前，DEH控制系統(tǒng)始終處于汽輪機轉(zhuǎn)速閉環(huán)無差控制模式，該轉(zhuǎn)速控制模式的設(shè)定值為汽輪機目標設(shè)定轉(zhuǎn)速。汽輪機目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過汽輪機轉(zhuǎn)速比例積分調(diào)節(jié)器運算后[1]，通過伺服放大系統(tǒng)控制汽輪機閥門油動機開度指令，使得汽輪機實際轉(zhuǎn)速值增大或者變小為汽機轉(zhuǎn)速目標值。運行人員設(shè)置汽機目標轉(zhuǎn)速后，手動點擊“進行”，汽輪機轉(zhuǎn)速指令自動按照設(shè)置輸入的速度變化率逐步向目標轉(zhuǎn)速靠近，直到相等。在汽輪機轉(zhuǎn)速進入1 350～1 450 r/min和1 550～1 800 r/min臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時，汽輪機控制系統(tǒng)DEH會自動將速斷變化率增大設(shè)定為400 r/min，以便汽輪機能迅速地增大轉(zhuǎn)速。在汽輪機升速過程中，必須對汽輪機中速區(qū)、汽輪機高轉(zhuǎn)速區(qū)間進行暖機，以便降低汽輪機轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。

汽輪機控制系統(tǒng)DEH在轉(zhuǎn)速控制模式時，必須遵循廠家要求，汽輪機在中速區(qū)、汽輪機高轉(zhuǎn)速區(qū)增大轉(zhuǎn)速，汽輪機增大轉(zhuǎn)速的過程應(yīng)該安全穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)。當(dāng)汽輪機升到目標轉(zhuǎn)速時，機組實際穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與目標轉(zhuǎn)速的差值應(yīng)該小于一比例定值。

檢查汽輪機控制系統(tǒng)DEH在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間的自動迅速增速功能，汽輪機組處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間時，汽輪機轉(zhuǎn)速變化率自動增大到某一固定值，不受運行人員設(shè)定轉(zhuǎn)速變化率限制。

4.4 負荷控制功能

發(fā)電機組并網(wǎng)后DEH控制邏輯中負荷調(diào)節(jié)方式有3種：功率閉環(huán)、主汽壓力閉環(huán)和CCS遙調(diào)控制。發(fā)電機功率閉環(huán)控制是一個比例積分無差控制器，將功率目標值與實際功率值相減，經(jīng)過差值PID運算后形成閥門的開度指令[2]。該閥門開度指令作為高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥的總閥位給定值，在功率閉環(huán)被選定后，DEH綜合閥位目標值以功率值（MW）形式表征。DEH采用PID控制器比例積分無差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定后發(fā)電機功率等于設(shè)定功率值；機前主蒸汽壓力閉環(huán)控制是一個比例積分無差控制器，將主蒸汽壓力目標值與實際主蒸汽壓力值相減，經(jīng)過差值PID運算后，輸出閥位信號控制高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥的總閥位給定值，在機前主蒸汽壓力閉環(huán)被選定后，DEH綜合閥位目標值以主蒸汽目標壓力值（MPa）形式表征。DEH采用PID控制器比例積分無差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定后汽輪機機前主蒸汽壓力實際值等于設(shè)定目標壓力值。主汽壓力閉環(huán)與功率閉環(huán)不能同時投入；CCS協(xié)調(diào)控制時，DEH只是一個執(zhí)行器，CCS給定信號代表DEH總的閥位給定。

4.5 閥門管理和閥門試驗功能

發(fā)電機組負荷小于90 MW時，建議采用高壓進汽閥門單閥同步開啟模式；汽輪機處于極熱態(tài)或者熱態(tài)工況時，金屬熱應(yīng)力小并且主蒸汽壓力和蒸汽溫度比較高，建議采用高壓進汽閥順序閥啟動模式。高壓調(diào)節(jié)閥門開度指令=單閥給定值×單閥模式系數(shù)+順序閥給定值×（1-單閥模式系數(shù)）。順序閥模式時，單閥模式系數(shù)為0。機組運行人員發(fā)出汽輪機進汽閥門由順序閥模式切換到單閥模式切換指令后，經(jīng)過10 min，單閥模式系數(shù)由0逐步變大到1，最后保持為1，機組切換為單閥調(diào)節(jié)模式。汽輪機掛閘啟動完成定速之后發(fā)電并網(wǎng)之前，必須開展完成汽輪機主汽閥嚴密性試驗、調(diào)節(jié)閥嚴密性試驗。汽輪機系統(tǒng)達到額定真空值，高壓主汽閥和中壓主汽閥都處于關(guān)閉狀態(tài)，或者高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥都處于關(guān)閉狀態(tài)，DEH系統(tǒng)按照控制邏輯算法得出嚴密性達標的轉(zhuǎn)速下降值，系統(tǒng)自動判定從試驗開始時刻轉(zhuǎn)速下降到嚴密性達標轉(zhuǎn)速值所需要的時間。運行人員依據(jù)汽輪機轉(zhuǎn)速值能否在規(guī)定時間內(nèi)達到嚴密性達標轉(zhuǎn)速下降值來判定汽輪機進汽主汽閥或者進汽調(diào)節(jié)閥是否處于嚴密關(guān)閉狀態(tài)、是否存在漏氣情況。

2020-05-29T15：54：58，機組負荷為35.7 MW，DEH系統(tǒng)投入功率閉環(huán)，高壓調(diào)節(jié)閥由單閥方式切換為順序閥方式，閥門切換過程中機組負荷波動4.6 MW，閥門切換過程引起的機組負荷擾動滿足要求。

4.6 汽輪機自啟停功能

DEH控制邏輯設(shè)計有汽輪機自啟停ATC控制模式，運行人員選擇汽輪機自啟停ATC控制模式后，DEH控制系統(tǒng)自動根據(jù)汽輪機轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力、機組振動、脹差等重要安全監(jiān)視參數(shù)進行復(fù)雜運算，汽輪機自啟停ATC控制系統(tǒng)完成各個階段的轉(zhuǎn)速設(shè)定值、轉(zhuǎn)速變化率值、機組目標負荷設(shè)定值、機組負荷變化速率值等參數(shù)的最優(yōu)選定，DEH系統(tǒng)完成機組全自動控制。

（1）DEH控制系統(tǒng)置于汽輪機自啟停ATC運行模式，運行人員選擇操作ATC“啟動”鍵，機組能夠自動進行啟動狀態(tài)判定和各種參數(shù)最優(yōu)控制，汽輪機轉(zhuǎn)速上升到3 000 r/min額定轉(zhuǎn)速，啟動自動同期裝置完成發(fā)電機并網(wǎng)帶初始負荷。升速和升負荷全工況下，汽輪機目標轉(zhuǎn)速設(shè)定值、汽輪機轉(zhuǎn)速變化率、轉(zhuǎn)速臨界區(qū)的變化率自動切換，暖機時間參數(shù)控制，汽輪機進汽閥門切換過程等都由自啟停控制系統(tǒng)ATC自主最優(yōu)完成。（2）檢查機組并網(wǎng)帶負荷后，自啟?？刂葡到y(tǒng)ATC程序能夠根據(jù)汽輪機熱應(yīng)力值進行系統(tǒng)計算，從而得出最佳的機組負荷變化速率值，可靠安全地精確控制發(fā)電負荷。

4.7 參與CCS遙調(diào)控制功能

汽輪機控制系統(tǒng)投入機組協(xié)調(diào)控制CCS遙調(diào)方式下，DEH只是一個執(zhí)行器，DEH總閥位指令等于CCS指令信號，且切除功率閉環(huán)和主汽壓力閉環(huán)方式。（1）檢查DEH系統(tǒng)與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的接口是否可靠，DEH系統(tǒng)能夠接受協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制指令進行負荷調(diào)節(jié)。（2）確保DEH系統(tǒng)從本地控制切換到遠方協(xié)調(diào)控制方式是無擾的，并且將DEH系統(tǒng)切換到遙控閥位控制回路。（3）在機組運行的情況下，DEH能從本地控制方式切換到CCS遙控方式，DEH綜合閥位指令信號傳輸正確。

4.8 汽輪機超速保護限制功能

為了防止汽輪機由于轉(zhuǎn)速太高、轉(zhuǎn)子離心應(yīng)力太大而采取的熱工控制方法稱為超速限制。超速限制主要包括3種控制方法：汽機甩負荷、OPC動作、功率負荷不平衡保護。

OPC超速保護是汽輪機轉(zhuǎn)速值超過3 090 r/min時，DEH系統(tǒng)將立即使得超速限制電磁閥帶電，關(guān)閉高壓進汽調(diào)節(jié)閥和中壓進汽調(diào)節(jié)閥，等待汽輪機轉(zhuǎn)速達到DEH系統(tǒng)中OPC預(yù)定恢復(fù)條件后，超速限制電磁閥失電，汽輪機進汽調(diào)節(jié)閥恢復(fù)由伺服閥精確控制，維持正常額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。

4.9 汽輪機保護跳閘功能

（1）檢查超速保護跳閘（OPT）功能。汽輪機轉(zhuǎn)速升高到發(fā)電機組超速遮斷保護動作值后，汽輪機控制系統(tǒng)DEH必須立即安全可靠地發(fā)出跳閘指令，并迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門，使機組安全停機。（2）檢查DEH系統(tǒng)電源故障、雙控制器故障、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障等保護跳閘功能。模擬DEH系統(tǒng)電源故障、雙控制器故障和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障，控制系統(tǒng)能夠可靠地發(fā)出跳閘指令，并迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門，使機組安全停機。（3）機組危急保安裝置具有機組運行時在線試驗功能，在對危急跳閘電磁閥進行通道在線試驗時，不會影響機組的正常與安全運行，在線試驗時不會引起保護誤動與拒動。

5 結(jié)語

經(jīng)功能試驗證明，不連溝電廠1號機組汽輪機控制系統(tǒng)各項功能齊全、正確。機組啟動過程中，DEH能夠?qū)崿F(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)速的準確控制。發(fā)電機并網(wǎng)后，DEH系統(tǒng)能夠穩(wěn)定投入DEH本地功率閉環(huán)、主汽壓力閉環(huán)、CCS遙調(diào)，從而實現(xiàn)機組AGC自動發(fā)電控制方式。汽輪機超速、汽輪機軸溫高保護、DEH系統(tǒng)電源故障、DEH雙控制器故障、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障等各項保護跳閘功能正常，能夠保證機組安全、穩(wěn)定運行。