DEH控制系统在200MW机组的应用

摘 要：下花园发电厂#3机组是由东汽轮机厂生产的200 MW冷凝式汽轮机，DEH控制系统的设计借鉴了引进型300/600 MW汽轮机的控制策略和运行经验，并吸收了国产200 MW机组的结构与运行要求，其在应用中不仅具有丰富的控制功能和优良的控制性能，而且还具有很高的可靠性和可用性。

关键词：DEH控系统制 汽轮机 功能

中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0120-02

1 下花园发电厂#3机组DEH系统概述

下花园发电厂#3机组数字电液调节系统（DEH）液压部分采用了高压抗燃油装置，工作压力为12～14 MPa，主要由MOOG阀、卸荷阀、进油阀和油动机等组成；电子部分采用日立HIACS-5000控制系统，主要由上位机、DCM板、功放板、MOOG阀、LVDT反馈装置及手操板组成。

#3机组数字电液调节系统DEH的控制策略是从引进型300/600 MW机组移植过来的，它采取一对一的方式来实现对机组的控制，即DEH发出的阀位控制指令通过8块DCM卡分别送到8个功放板然后送到8个调节汽门（4个高压调节阀、4个中压调节阀）的电液伺服阀（MOOG阀）上；MOOG阀将电气信号转换成液压信号，由安装在油动机上的高压抗燃油执行机构直接带动调节汽门的蒸汽阀头开启和关闭，不仅从根本上解决了机械液压调节部分固有的弊病，提高了闭环阀位控制精度，而且实现了阀门管理，使机组运行的安全性和经济性得到有效的改善。

2 DEH控制系统的功能

DEH控制系统的主要目的是控制汽轮发电机组的功率和转速，从而满足电厂供电的要求，其功能主要有汽机挂闸/开主汽门，升速控制，同期与并网，超速试验/超速保护，协调控制，一次调频限制，汽压保护，阀门切换，阀门试验。其控制原理如图1所示

2.1 汽机挂闸/开主汽门

当汽机保安系统动作后，保安油压消失，与薄膜阀相通的高压抗燃油亦排泄，汽机所有阀门全部关闭。再次启动时，必须首先恢复保安油压。保安油路上有挂闸电磁阀，当运行人员发出挂闸指令时，该电磁阀带电，关闭危急遮断器滑阀排油；滑阀在压力油的作用下复位。

挂闸后，AST油压建立，具备了开启主汽门条件。当运行人员发出开启主汽门指令后，控制高/中压自动关闭器的4个开启电磁阀失电动作，自动关闭器打开。此时，汽机具备了冲转条件。

2.2 升速控制

转速闭环控制是DEH的基本控制功能。升速过程中，DEH将转速给定与测速模件采集到的实际转速进行比较，如果有偏差，转速PI调节器便产生一个阀位指令，经MOOG阀转换，控制调节汽门开度发生改变，使汽机实际转速逐渐与给定值相等，消除转速偏差。

转速信号是十分重要的，因此安装了三个测速探头；三路转速测量信号分别送到三块测速模件中，经过三取中逻辑处理后，得到DEH所需的转速反馈信号。

2.3 同期与并网

DEH设有自动同期和手动同期两种方式。自动同期是指DEH接受自动准同期装置发出的转速增减脉冲信号，自动改变汽机转速，控制机组并网。自动同期方式下，不需要运行人员干预。手动同期是指运行人员通过DEH操作站手动改变机组转速，实现并网。

2.4 超速试验/超速保护

#3机DEH设计了四道防止汽机超速的措施，即103%超速保护（OPC）、DEH110%电气超速跳闸（AST）、ETS110%超速跳闸和机械超速跳闸。

2.5 协调控制

机组运行时，汽机运行人员要应根据运行规程从负荷控制、主汽压控制和阀位控制三个回路中进行选择；当机炉协调运行时，协调控制系统会自动选择DEH阀位控制回路，DEH接受CCS来的阀位给定来控制阀门的开度，不需要汽机运行人员干预。

2.6 一次调频限制

为了使电网频率趋于稳定，在功率给定不变的情况下，机组功率随电网频率的变化而变化，参加一次调频。考虑到机组运行的稳定性，有时要求机组在频率变化范围不大时不参加一次调频，即机组的功率不随电网频率的波动而变化，这就是一次调频限制。

#3机组DEH的转速不等率设定为4.5%，用户可根据需要在3%～6%内调整。一次调频限制范围在±0.5 Hz之间。

2.7 汽压保护

汽压保护不同于汽压控制，它实际上是一种单向的汽压限制功能，并不对汽压进行调节，正常运行过程中当机前主蒸汽压力由于某种原因降低到汽压保护限值以下时，DEH将强迫高压调节阀关小，使汽压得以恢复；当汽压恢复到保护限值之上时，调节阀便不再关小，DEH继续原先的调节控制。

2.8 阀门切换

阀门切换的实质是阀门喷嘴配汽和节流配汽方式，也就是全周进汽和部分进汽的转换，其目的是为了兼顾机组的经济性和快速性，解决变负荷过程中均匀加热与部分负荷经济性的矛盾。阀门控制方式包括单阀和顺序阀。冷态启动或低参数下变负荷运行期间，采用单阀方式能够加快机组的热膨胀，减小热应力，延长机组寿命；额定参数下变负荷运行时，机组的热经济性是电厂运行水平的考核目标，采用顺序阀方式能有效地减小节流损失，提高汽机热效率。

#3机组DEH高调门开启顺序为GV#1/GV#2GV#3GV#4，即GV#1和GV#2同时开启，然后是GV#3和GV#4。根据300/600MW引进型汽轮机DEH设计经验和我厂#3机组的热力计算数据，GV#1/GV2与GV#3的阀门重叠度为68.6%，这样既能保证减小阀门开启过程中节流损失，又可避免因重叠度过小导致阀位震荡。单阀方式时4个高调门同时动作，不存在重叠度的问题。

2.9 阀门试验

阀门试验分为严密性试验和在线活动试验两部分。阀门严密性试验的目的是检验各个阀门的严密程度，在线活动试验在于检验阀门及执行机构的灵活程度，防止卡涩。

主汽门严密性试验除冲转前静态检查外，还必须进行在线严密性试验。当机组正常升速至3000RPM定速后，运行人员通过发出主汽门严密性试验指令，DEH使相应的主汽门开启电磁阀带电，主汽门关闭。此时，由于转速反馈的作用，各个调节阀处于全开状态。运行人员监视机组转速惰走情况，并根据相应规程评价主汽门的严密性。试验结束后，主汽门恢复开启，转速维持3000RPM。调节阀严密性试验与此类似，其操作过程与执行“停机”命令相同，即高/中压主汽门保持打开状态，所有调节阀关闭，转速惰走。调节阀严密性试验结束后，需要恢复“启机”状态，重新进行升速操作。

阀门试验分为高压调节阀试验、中压调节阀试验。高压调节阀的试验是逐个进行的，而中压调节阀则是同时进行试验的，各种阀门的试验不得同时进行，即试验高压调节阀时禁止对中压调节阀试验；反之亦然。

3 DEH控制系统在应用中的故障分析

在机组运行过程中，DEH控制系统的常见故障有很多，其中调门摆动的主要现象为当综合阀位在73%左右，负荷在170 MW时，工况无变化的情况下，负荷及调门出现等幅震荡现象，当越过这一区间后，震荡现象又自动消失。异常震荡影响了机组的安全运行，若再有扰动发生则可能引起震荡发散，将严重威胁机组的安全，震荡趋势如图2所示。

通过大量历史趋势分析，可以看出调门震荡将直接引起负荷波动，伺服阀控制回路中任一环节的设备出现问题，都会引起调门震荡，原因主要有阀门特性曲线在蒸汽流量灵敏区的线性度不好，当协调控制系统升降负荷时，同样的负荷指令会有不同的调门流量来响应。对于重叠度而言，重叠度大对机组控制的稳定性有益、但影响经济性。重叠度过小则会造成阀位与总蒸汽流量曲线不平滑，在后续调节阀门开启的瞬时出现负荷波动现象，从而引起调节阀门的波动，主要出现在顺序阀方式下后续调节阀门即将开启时刻。流量特性曲线如图3所示

从图3可以明显看到，当综合阀位在0%～67.9%范围内变化时，GV1、GV2特性曲线呈较好的线性，GV3特性曲线基本保持稳定在预启阀位12%左右；而当综合阀位从69%上升到74%时，由于特性参数导致的调门流量的配置非线性，GV1、GV2特性曲线变化剧烈，且此时由于重叠度设置与实际流量不匹配，当GV1、GV2开至71%已接近有效行程的上限时，GV3只开大了5%，对于动态变负荷时，同样的负荷指令会有不同的调门流量来响应，往往负荷不能快速跟踪指令，或者负荷在一定时间后严重超出指令，协调控制系统纠正偏差造成欠调和过调成对出现。静态时，由于调门特性参数的不合理十分容易引起负荷的自摆动。而且在AGC调节中，调门特性参数不合理的机组往往表现为不是负荷响应过快和超调就是负荷响应过慢欠调，同时负荷控制精度亦难以保证。而AGC指令的快速反向变化，加剧了机组反复拉锯调节，最终导致机组震荡调节。

对于以上故障经高调门流量特性曲线优化后，得到了很大的改善，消除了威胁机组稳定运行的隐患，提高了机组运行的可靠性。

4 结语

在电厂的控制系统中，DEH控制系统作为整个电厂的一个子系统，直接控制汽轮机装置，直接与电厂的负荷和汽轮机保护回路相关，DEH控制系统作为一个已经得到普遍应用的汽轮机控制系统，在引进、消化、发展的过程中曾经出现过多种形式，将其应用在200 MW机组中极大提高了发电机组运行的安全可靠性。

参考文献

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