300MW机组DEH系统的控制与调试

摘要：本文以某电厂300MW机组汽轮机数字电液调节系统（简称DEH）为例，介绍了300MW机组DEH系统的控制系统结构、实现功能及调试要点。

关键词：DEH系统；系统结构；控制功能

中图分类号：TM31文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

某电厂300MW机组，配有2个高压主汽门（TV）、4个高压调门（GV）、2个中压主汽门（RSV）和2个中压调门（IV）。汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统，控制系统采用了ABB北京贝利控制有限公司的Symphony系统，液压系统采用了上海汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置。

二、控制功能

1、超速保护部分

超速保护部分的主要作用是提供转速三选二、油开关状态及汽机自动停机挂闸（ASL）状态三选二、超速保护逻辑、超速试验选择逻辑以及DEH跳闸逻辑，它控制着OPC电磁阀，同时汇总DEH相关跳闸信号后通过硬接线送ETS。超速保护（OPC）通过控制OPC电磁阀快速关闭GV和IV，有效防止汽轮机转速飞升，并将转速维持在3000r/min。

2、基本控制部分

（1）转速控制

为保证汽机安全通过临界区，当实际转速在920～2000r/min、2120～2820r/min时，转速进入临界区，升速率自动设置为500r/min。转速临界区的范围可通过工程师站在线修改。当转速达到2949～2951r/min时，程序自动进入HOLD状态，表示进入TV/GV切换阶段。运行人员发出TV/GV切换命令后，GV开始以1％/s的速率缓缓关闭；当GV已影响到汽机转速时，TV以2％/s开启。当TV开度达到100％时，汽机转速由GV控制，TV/GV切换结束。TV/GV切换过程中，汽机转速将保持在2950r/min附近。切换结束后，GV控制汽机升速到3000r/min。3000r/min定速后，可以进行自动同期。DEH对自同期装置发出的增/减脉冲指令进行累加，产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（2985～3015r/min）。

（2）自动带初负荷

发电机并网后，DEH在现有GV阀位参考值上加3％，这个开度对应于大约3％的初负荷。初负荷的实际大小决定于当时主蒸汽压力，因此引入了主蒸汽压力进行修正，即主汽压较高时阀门开度小，反之则较大。初负荷大小可以在工程师站上修改。

（3）负荷控制

负荷控制一般分为开环和闭环两种方式。闭环指的是控制过程引入发电机有功功率反馈或者调节级压力反馈，此时汽机GV受负荷PID或者调解级压力PID的控制调节；开环方式则需要运行人员随时注意实际负荷的变化，目标负荷与实际负荷的近似程度取决于GV阀门流量曲线和当前蒸汽参数。开环负荷控制也称为阀位方式。

刚投入发电机功率闭环时，目标负荷和负荷给定跟踪当前实际负荷，以便保证功率闭环投时无扰。运行人员可根据需要设定负荷目标值和升负荷率。锅炉稳定燃烧后DEH可转入锅炉自动方式。协调控制方案为“炉跟机”方式，DEH接收来自机炉主控器的负荷增/减脉冲命令自动调整汽机负荷，此时DEH将负荷变化率设定为100MW/min，即锅炉自动方式下汽机负荷的变化取决于机炉主控器指令的变化，DEH每接收到一个增/减脉冲，负荷给定相应变化1MW。

①主蒸汽压力限制/保护（TPR）

主蒸汽压力限制功能投入后，当机前压力降低到保护限值以下时，GV将以0.1％/s的速率关闭，直到机前压力恢复到限值之上0.07MPa或GV参考值小于20％为止。DEH的汽压保护功能主要用于单元制机组在锅炉异常运行工况时恢复稳定燃烧，有助于防止锅炉灭火事故的发生。汽压保护动作过程中，由于GV关闭，主汽压将得以回升，但汽机负荷也会随之下降，因此建议机组在接近额定参数下运行时投入。

②负荷限制

负荷限制功能分为高负荷限制和低负荷限制。高负荷限制允许运行人员设定负荷最大值，当实际负荷超过负荷高限时，发出高限报警并自动将负荷降低到限值以下。高负荷限制功能只有在并网后才起作用，所设定的限值不得低于当前实际负荷。低负荷限制则是保证实际负荷不低于运行人员设定的负荷最小值，低负荷限制起作用时，DEH只发出低限报警，负荷恢复必须由人工完成。负荷低限的设定不得高于当前实际负荷。

③频率校正

频率校正实际上就是机组参加电网的一次调频。只要系统转速没有故障，就可以在并网后参加调频。当投入锅炉自动方式运行时，控制系统发送给DEH的负荷指令已经包含了频率修正分量，此时调频死区为±30r/min。当发电机侧出现故障甩负荷且未解列或者机组转入带厂用电运行时，如果转速波动超过30r/min，频率校正将自动投入。该厂300MW汽轮机一次调频不等率为3%～6％连续可调。

④单阀/顺序阀切换

单阀/顺序阀切换的目的是提高机组的经济性和快速性，实质是通过喷嘴的节流配汽（单阀控制）和喷嘴配汽（顺序阀控制）的无扰切换，解决变负荷过程中均匀加热与部分负荷经济性的矛盾。单阀方式下，蒸汽通过高压调节阀和喷嘴室，在360°全周进入调节级动叶，调节级叶片加热均匀，有效地改善了调节级叶片的应力分配，使机组可以较快改变负荷；但由于所有调节阀均部分开启，节流损失较大。顺序阀方式则是让调节阀按照预先设定的次序逐个开启和关闭，在一个调节阀完全开启之前，另外的调节阀保持关闭状态，蒸汽以部分进汽的形式通过调节阀和喷嘴室，节流损失大大减小，机组运行的热经济性得以明显改善；但对叶片产生冲击，容易形成部分应力区，机组负荷改变速度受到限制。因此，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。

⑤阀门校验

阀门校验就是当液压系统正常工作后，通过调整HSS使阀位控制精确并具有尽可能好的动态响应，因此阀门校验分为阀位校验和控制参数整定两部分。系统初次使用或者在线更换了HSS以及LVDT时，必须对相应的HSS模件进行校验，否则HSS将不能正常工作。

（3）自启停部分

汽轮机自启停（ATC）是以转子应力计算为基础，控制并监视汽轮机从盘车、升速、并网到带负荷全过程，因此分为控制和监视两种功能。升速过程中，ATC可以根据转子应力计算结果确定机组冷热状态，给出推荐的目标转速和升速率，并网后则仅确定负荷变化率。ATC监视方式，仅局限于产生相关报警并给出提示，或者发出跳闸指令保护汽机。ATC功能由一对冗余的BRC100完成。

应力监视是大型汽轮发电机组启停控制中不可缺少的重要组成部分，该部分计算程序是一个用BATCH90语言编写的标准软件包，下装在BRC100中，由功能码148驱动，用来计算高压和中压转子热应力。

转子应力对应着汽轮机使用寿命。通常300MW汽轮机推荐的使用寿命为10000次循环曲线，在某些特殊情况下，也可以使用5000次或3000次疲劳循环作为选择许用应力的依据。因此，DEH设计了NORMAL、MEDIUM、HEAVY，分别代表10000、5000、3000次疲劳循环所对应的许用应力，从而使ATC得出不同的转速和负荷变化率。

根据转子应力计算结果和选择的许用应力，ATC程序还可以计算出以下3种形式的高/中压转子寿命消耗：转子寿命总消耗值、年转子寿命消耗值、月转子寿命消耗值。

结束语

某电厂300MW机组汽轮机数字电液调节系统的分析，证明控制逻辑设计满足工艺流程要求，组态正确，系统通讯正常，硬件动作可靠。

参考文献

[1]赵卫正.工况条件下汽轮机DEH阀门控制性能分析及优化[D].上海交通大学，2012.

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