淺析汽輪機數字電液調節系統及常見故障處理

楊進升

（山西神頭第二發電廠，山西 朔州 036011）

1 概述

數字電液調節系統DEH(digital electric hydraulic control)是以計算機作為控制裝置，執行部分應用液壓執行機構。它結合了計算機控制技術和液壓執行機構的優點,而這種技術的結合更加適合火電廠汽輪機的控制,在火電廠汽輪機控制系統中得到了廣泛的應用。

2 DEH調節系統原理及方框圖

DEH調節系統的主要目的是控制汽輪發電機組的轉速和功率，機組在并網前，DEH調節系統通過轉速控制回路來控制機組的轉速，在并網后，DEH調節系統通過功率控制回路來控制機組的功率，其中轉速作為一次調頻信號參與控制。DEH系統通過指令選擇回路形成指令，采集汽輪發電機組的轉速、功率、閥位等信號進行分析處理，綜合運算輸出閥門指令信號，通過HSS03模件與LVDT檢測的閥位信號比較運算處理，輸出控制信號到電液伺服閥，通過改變高壓、中壓調節閥的開度來實現對汽輪機在啟動、運行、停機過程中的轉速和功率的控制。DEH調節系統方框圖見圖1。

圖1 DEH調節系統方框圖

3 DEH調節系統的構成

DEH調節系統主要由五大部分構成。

3.1 電子控制器部分

主要包括控制計算機、I/O摸件、電源設備、通訊接口部分等，主要用于接收現場發回的信號、邏輯運算、發出指令等。

3.2 計算機軟件部分和硬件部分

計算機軟件部分包括工程師站和操作員站的控制系統軟件和一些應用軟件等，計算機硬件部分包括工程師站和操作員站的主機、顯示器、鍵盤、鼠標等。主要是為熱控工程師提供邏輯組態、故障分析等和為運行人員提供對控制機組運行狀態、信息、監視、操作等功能。

3.3 執行機構部分

主要由電液伺服閥、油動機等部分組成，負責完成對控制指令的執行。

3.4 保護系統

包括2個OPC電磁閥和4個AST電磁閥，完成超速等故障緊急情況下對汽輪發電機組的停機保護功能。

3.5 高壓抗燃油系統

負責為執行機構部分提供動力油，一般設有兩臺抗燃油泵，正常情況下1臺工作，1臺備用。

4 DEH調節系統的功能

DEH系統的功能主要有以下幾方面：

4.1 掛閘功能

通過司機在操作員站操作完成遠方自動掛閘功能。

4.2 應力計算功能

由轉子的應力監控系統實現高、中壓轉子的應力計算和控制。在投入應力控制方式時，暖機時間由高壓轉子中心溫度值和中壓轉子中心溫度值的最小值所對應的暖機時間確定。

4.3 轉速檢測及控制功能

完成對機組的轉速功能，控制系統從現場接收三路轉速信號，在邏輯中經過三取中邏輯得到系統轉速，用于轉速控制邏輯中。在并網前機組，運行人員設定目標轉速后，機組可以自動根據當前的熱狀態（冷態、溫態、熱態）完成升速、暖機、過臨界，3000rpm定速。

4.4 自動同期功能

DEH調節系統可以與自動同期裝置配合，自動將機組轉速帶到同期轉速，投入自動同期功能后機組將接受自動同期裝置來的轉速指令。

4.5 并網帶初負荷功能

發電機并網后，DEH系統自動增加給定指令，使發電機自動帶上初負荷以避免發電機逆功率保護動作。

4.6 負荷控制功能

負荷控制回路完成對機組負荷的閉環控制，根據運行人員設定的目標負荷和負荷變化速率并綜合其他限制條件形成負荷給定值，以發電機組實際電功率作為反饋，對機組負荷進行閉環控制。

4.7 主汽壓力控制功能

主汽壓力控制回路完成對機組主汽壓力的閉環控制，運行人員設定目標壓力，以機組實際主汽壓力作為反饋，對機組壓力進行閉環控制。

4.8 閥門手動控制功能

運行人員通過設定目標閥位指令，直接控制調門開度來控制機組的負荷。

4.9 一次調頻功能

DEH調節系統具有一次調頻功能，調頻特性根據不同的機組而不同，可以修改。神頭二電廠#1機組的一次調頻特性是轉速偏差在±2轉之內，一次調頻輸出值為0，轉速偏差超過±10.1轉，一次調頻輸出±30 MW（最大）的負荷量。

4.10 超速保護OPC功能及超速試驗功能

由兩個OPC電磁閥并聯組成，目的是防止拒動。神頭二電廠#1機組由原來的電液并存調節系統改造為高壓抗燃油純電調系統，其中保留了原來的機械超速保安系統，其超速系統設計有OPC超速、電超速、WOODWARD超速、機械超速共4級超速控制功能。

4.11 危急遮斷控制功能（ETS）

由4個AST電磁法組成，采用2串2并，目的是既防誤動又防拒動。為保護汽輪機的安全，神頭二電廠#1機組的ETS系統觸發條件有：DEH轉速大于3 180 RPM，PIS汽機保護，主機WOODWARD保護，抗燃油壓力低，主機AST油壓低，主機臺盤緊挺，主機就地緊停，DEH轉速系統故障，當以上任一條件達到該系統動作，應關閉汽輪機各進汽閥門，實現緊急停機。

4.12 與CCS接口功能

具有與CCS接口功能，由CCS進行控制時，DEH系統直接根據CCS系統給出的指令進行控制。

4.13 與旁路站的接口功能

具有與旁路站的接口功能，旁路站在機組啟停和故障情況下的協同控制功能。

4.14 閥門管理功能

DEH調節系統可以根據機組需要，實現對汽輪機調門的單閥、順閥無擾切換和控制。

4.15 閥門在線試驗功能

在機組正常運行中，為防止主汽門和調汽門卡澀，可以分別對主汽門和調汽門進行活動試驗。

4.16 ATC功能

ATC即汽輪機自啟停控制功能，完成汽輪機從啟動開始至帶滿負荷的全部自動控制。但現階段各個廠家由于其機組的不同和電調控制系統的不同，其控制功能和范圍都有較大的差別。

4.17 其他功能

可以實現比較完善的自診斷功能、參數的趨勢記錄、歷史數據記錄、SOE記錄等功能。

除上述功能外，還可以根據不同的機組情況進行特殊功能的實現。

5 DEH調節系統在火電機組應用中的常見問題及解決方案

5.1 電液伺服閥堵塞

某電廠在2007年3月18日晚9點30分左右，#1機組正常運行中，抗燃油壓力突然有明顯降低，聯啟另一臺抗燃油泵后抗燃油壓力恢復正常，發現#3高調門在指令為98%的情況下，位返顯示全關。首先就地檢查#3高調門確認是否已全關，檢查位返正常，檢查指令正常，而調門全關，經檢查發現是伺服閥故障所致，由汽機部更換#3高調伺服閥后恢復正常運行。

在機組電調系統改造投產前5個月的時間內，有兩個高調門，1個中調門的電液伺服閥發生了4次堵塞。分析問題后發現，主要是抗燃油系統運行初期，高壓抗燃油清潔度沒有達到較高標準，運行一段時間后便出現了電液伺服閥堵塞，濾網堵塞的問題，通過清理濾網，更換不合格濾網，運行一段時間后，沒有再出現過電液伺服閥堵塞現象。在更換電液伺服閥時需要注意以下方面：①將需要更換電液伺服閥的調門指令給定為0，小心拔下更換電液伺服閥的航空插頭。②將去油動機的截止閥關嚴。③確認截止閥關嚴并確認調門全關后，拆下堵塞的電液伺服閥，在拆下電液伺服閥時要注意安全問題。④拆下堵塞的電液伺服閥后，將安裝的底座清潔干凈。⑤將新的電液伺服閥安好O形密封圈后安裝在底座上，緊固好固定螺釘。⑥插好電液伺服閥的航空插頭并擰緊。⑦運行人員給電液伺服閥指令信號，要逐漸開大，不要突然全開，同時觀察電液伺服閥及閥門動作情況，恢復正常工作。

5.2 LVDT故障

LVDT故障的主要原因是連接LVDT鐵芯與LVDT線圈內壁產生摩擦，將鐵芯或線圈磨壞，另外是LVDT鐵芯折斷。這種情況比較復雜，原因很多。調門震動，調門與LVDT的固定支架膨脹不均，固定支架與LVDT的連接問題，LVDT鐵芯與線圈固定不正等都會導致這個問題，一開始采取的措施是注意將LVDT鐵芯與線圈固定同心，將固定支架與LVDT連接好，做了這些措施后有一定效果，但不明顯，主要是調門震動較大，后采取的措施是用彈簧連接LVDT的鐵芯，另外加強機組運行中的巡檢，效果比較明顯。

5.3 電纜問題

由于高調門附近溫度很高，而普通電纜無法長時間在這樣的高溫環境下使用，有的電廠曾經出現過由于高溫原因導致電纜線短路故障，采取耐高溫電纜效果很好，另外要有對調門附近的電纜采取保護措施，比如使用耐高溫電纜槽等。

5.4 接線問題

控制回路指令線接線松動、航空插頭松動、LVDT接線松動等都會導致信號異常而引起調門擺動，需要對這些環節認真檢查處理。

5.5 干擾問題

以下幾項都會導致信號干擾而引發DEH控制系統異常或故障問題：

（1）在機組運行中在調門附近使用強電磁設備。

（2）電液伺服閥指令線屏蔽線沒有接好或接觸不好。

（3）LVDT屏蔽線沒有接好或接觸不好。

（4）兩個LVDT共用一根電纜。

要對信號干擾而引發DEH控制系統異常或故障的問題逐項檢查處理。

6 結束語

從DEH系統在火電廠應用的成功經驗表明，其控制功能完善，控制系統成熟、可靠，因而在國內火電機組上得到了廣泛的應用，同時我們也看到DEH系統在應用中遇到的一些問題，這就需要廣大熱控人員不斷學習、總結經驗、深入研究，進一步完善DEH控制系統，努力提高熱控系統的可靠性。