汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化進程

劉大蔚，鐘旭波，楊成銀，張建創(chuàng)，張國明，孫 城

(國能浙江公司北侖第一發(fā)電有限公司，杭州 315824)

0 引 言

現(xiàn)階段，汽輪機組向著大容量、高參數(shù)方向發(fā)展。并對目前的分散控制系統(tǒng)(DCS)的整體控制效果提出了更高的需求[1]。其中，汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)是電站機組集控的重要環(huán)節(jié)。DEH控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機組重要的組成部分，分管控制汽輪發(fā)電機組的起動、停止、正常運行和事故工況下的調(diào)節(jié)。DEH控制系統(tǒng)與電液伺服執(zhí)行機構(gòu)，通過控制汽輪機主汽門和調(diào)門的開度，實現(xiàn)對汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速控制、負荷控制、壓力控制、閥門管理、和汽機超速保護等。

至今，汽輪機控制系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了三個階段：第一代，機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)階段；第二代，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)階段；第三代，數(shù)字式電液控制系統(tǒng)階段。在20世紀70-80年代，初期DEH控制系統(tǒng)大都是各大汽輪機廠家分別研制的專用控制系統(tǒng)。受限于當時的技術(shù)水平，控制系統(tǒng)的可靠性較低，通常采用電調(diào)與液調(diào)并存的方式來滿足可用率的要求，在此期間，DEH技術(shù)發(fā)展緩慢。20世紀80年代，發(fā)達國家開始將航空領(lǐng)域先進的液壓技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入汽輪機控制領(lǐng)域，成功研制了高壓抗燃油電液控制系統(tǒng)。計算機控制部分用分散控制系統(tǒng)(DCS)替代了汽輪機專用控制器。然而，高壓抗燃油DEH控制系統(tǒng)成本較高，不適合中小機組。20世紀90年代末國內(nèi)開始研究透平油電調(diào)及應(yīng)用，隨著直接驅(qū)動式伺服閥(DDV閥)引進汽輪機控制領(lǐng)域后，低壓透平油DEH控制系統(tǒng)在中小機組上得到了廣泛的應(yīng)用。

1 國產(chǎn)化面臨的挑戰(zhàn)

超超臨界1 000 MW汽輪機DEH控制系統(tǒng)現(xiàn)在國內(nèi)仍需要進口。國產(chǎn)化超超臨界1 000 MW汽輪機組DEH系統(tǒng)，既可解決1 000 MW超超臨界汽輪機組DEH控制系統(tǒng)國產(chǎn)化問題，也可以為國家節(jié)約大量外匯[2]。

長期以來，DEH控制系統(tǒng)對于廣大運行人員與熱控人員來說是一個“黑匣子”，而理解DEH控制系統(tǒng)邏輯是汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)國產(chǎn)化的重要一步。造成這一困局的主要原因DEH邏輯中的存在大量難以理解的類似于亂碼形式的字母，這對想讀懂DEH邏輯的工作人員來說，構(gòu)成了一大障礙。DEH邏輯經(jīng)過一段時間的發(fā)展與技術(shù)革新后，經(jīng)常會對邏輯進行各種各樣的修改，通常對于邏輯的修改是增加多于刪除，最終導(dǎo)致存在一些棄用的邏輯，混淆讀者的視線。

國電浙江北侖第三發(fā)電有限公司6號、7號機組分別于2008年和2009年投產(chǎn)，屬于國內(nèi)早期投產(chǎn)的超超臨界百萬機組，具有機組容量大、運行參數(shù)高、系統(tǒng)慣性大等特點。其中DEH系統(tǒng)使用的是西門子T3000系統(tǒng)，與上汽超超臨界汽輪機配套，DCS采用艾默生OVATION系統(tǒng)，DEH系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的信號傳輸主要通過硬接線及通訊來實現(xiàn)。目前1 000 MW超超臨界機組DEH系統(tǒng)其具有涵括范圍廣、程控啟停機、ETS條件多、臨界轉(zhuǎn)速區(qū)寬、沖轉(zhuǎn)升速快、無ETS在線試驗、高壓缸補氣、溫度準則多等特點，同時存在沒有設(shè)計程控啟停機步序幫助、閥門反饋信號無冗余備用、轉(zhuǎn)速目標值允許設(shè)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)等不足。6號、7號機組投產(chǎn)運行至今已超過十年，而DEH系統(tǒng)電子設(shè)備已近使用壽命，暴露出了一系列問題，包括：

(1)故障率逐漸增加，嚴重威脅機組安全穩(wěn)定運行；

(2)備品備件價格昂貴，且部分已經(jīng)停產(chǎn)；

(3)西門子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全漏洞頻出，直接影響控制系統(tǒng)安全；

(4)DEH系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊傳輸?shù)姆€(wěn)定性、實時性及準確性有所欠缺；

(5)直接翻譯國外系統(tǒng)的控制邏輯不可靠，易出問題。這些問題都嚴重影響到機組的安全穩(wěn)定運行。為國內(nèi)首次研發(fā)與應(yīng)用1 000 MW超超臨界汽輪機DEH控制系統(tǒng)就顯得十分迫切。

2 國內(nèi)外DEH發(fā)展研究概況

國外調(diào)速系統(tǒng)試驗、建模、仿真等技術(shù)都已經(jīng)逐步走向成熟。在國外，大型電力企業(yè)希望通過機組的建模收集數(shù)據(jù)以進行相關(guān)研究和技術(shù)改進，這些企業(yè)致力于將汽輪機及其調(diào)速系統(tǒng)的建模仿真規(guī)范化、制度化和標準化，并著手建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，積累數(shù)據(jù)。國內(nèi)現(xiàn)階段，大體是針對某一個DEH系統(tǒng)進行分析，其分析焦點主要集中在：事故原因的分析、事故發(fā)生后的對策、某種控制方案特性的分析以及DEH系統(tǒng)邏輯分析優(yōu)化等等。在DEH控制系統(tǒng)國產(chǎn)化研究的過程中，國電智深公司做出了較大貢獻。國電智深融合自動化產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)及工程應(yīng)用經(jīng)驗，推出了具有全自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)控制產(chǎn)品及解決方案——EDPF工控平臺。2015年EDPF-NT+系統(tǒng)應(yīng)用于世界首1 000 MW二次再熱超超臨界發(fā)電機組(泰州)?；贓DPF NT+系統(tǒng)進行了核電汽輪機DEH系統(tǒng)研究。在研究中，分析了核電汽輪機DEH系統(tǒng)所需要的整體配置，包括硬件配置，功能架構(gòu)配置，基本控制功能配置。為有效降低核電汽輪機組熱耗率，提高運行經(jīng)濟性，為核電發(fā)電企業(yè)降低發(fā)電成本，提高利潤產(chǎn)生積極的影響。

2015年，在東方自控、和利時、鴻山電廠的努力下，完成了鴻山2×1 000 MW新建機組的DEH控制系統(tǒng)調(diào)試任務(wù)。國產(chǎn)化DEH 控制系統(tǒng)在1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組的首次成功投用，填補了百萬機組國產(chǎn)DEH順利投運入運行的空白，促進了國產(chǎn)化控制系統(tǒng)的發(fā)展[3]。

3 結(jié)束語

目前，國產(chǎn)的智深DEH系統(tǒng)、和利時DEH系統(tǒng)、新華DEH系統(tǒng)，和國際上流行的ABB symphony DEH系統(tǒng)，西屋DEH-Ⅲ系統(tǒng)，西門子的TELEPERM XP DEH系統(tǒng)，日立的D-EHG/HITASS系統(tǒng)，在設(shè)計上、實施中各有特點。雖然各個系統(tǒng)的設(shè)計思路不同，但如上廠家依托自身DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢，在功能上各占優(yōu)勢，且均有良好的運行記錄。然而各大廠商的壟斷，阻礙了DEH技術(shù)的進步。所以當前的技術(shù)突破的重點，應(yīng)該是集合眾家之長，使DEH系統(tǒng)更加完善。