淺析DEH 系統的控制功能及特點

劉升

（云南電力技術有限責任公司 云南 昆明 650217）

1 前言

隨著我國電力自動化程度的提高和用電形勢的變化，對電網調度和機組調峰的要求越來越高，在機組協調控制(CCS)和自動發電控制(AGC)的要求下，一種簡易可行的DEH系統被開發并成功應用于電廠，以下進行介紹。汽輪機數字電液控制系統（DEH-Digital Elecric-Hydraulic Control System）是以汽輪機為控制對象，通過計算機技術、自動控制及液壓控制理論的運用，完成汽輪機的控制和保護，是電廠自動化系統最重要的組成部分之一。

2 DEH 系統的組成與特點

DEH 主要由計算機控制部分與EH 液壓部分組成。計算機控制系統主要包括操作員站、工程師站、HCU、通信接口站、各種I/O 卡件及冗余電源等，完成控制邏輯、算法及人機接口。根據對汽輪發電機各種參數的數據采集，通過一定的控制策略，最終輸出到閥門的控制指令通過EH 系統驅動閥門，完成對機組的控制。人機接口是操作人員或系統工程師與DEH 系統的人機界面，系統工程師通過工程師站對系統進行維護及控制策略組態。DEH 承擔著整個汽輪機－發電機組的主要控制任務，如啟動、轉速控制、負荷控制、運行狀態及參數監視、超速保護、自動危急遮斷及手動打閘等。與常規的機械液壓調節器(MHG)相比較，電液調節器（DHG）有其獨立的閥門驅動單元，因此使其結構更加緊湊，加之DEH 使用了高壓油，其動態特性大大地得到了改善，此外，采用了先進的微處理計算機技術，所構成的數字電液控制系統，除了能完成各種復雜的控制與操作功能以外，還擁有下述優越性：(1)可靠性高；（2）控制功能靈活；（3）調節品質好；（4）易于維修測試和參數調整。

3 DEH 系統的控制功能

完善的DEH 應該完成從預啟動、啟動、升速、并網、升負荷、變負荷、額定負荷運行和停機的全過程自動控制，實現汽輪機轉速控制、自動同期控制、負荷控制、一次調頻、協調控制、快速減負荷、主汽壓控制、單多閥控制、閥門試驗、OPC 控制、汽輪機程序啟動、甩負荷工況控制等。也就是說，作為運行人員控制汽輪發電機組的工作平臺，DEH 系統應具有下述功能特征。

3.1 啟動前的準備控制

根據機組啟動前的狀態，選擇啟動方式，以及進行自動預暖缸控制。

3.2 DEH的運行方式選擇及切換

DEH 系統應設計兩種基本運行方式：手動方式和自動方式。其中自動方式又可分為汽輪機操作員自動方式（OA）、自動汽輪機控制方（ATC-AUTOMATIC TURBINE CONTROL）和汽輪機鍋爐協調控制方式（CCS）。

DEH 剛上電是，系統首先進入的是基本運行方式--手動方式。在手動方式下，許多自動功能均不能投入。若條件允許，操作員通過輸入指令，可將機組切換到自動方式，此時許多功能才能投入。根據機組狀態和外部要求，操作員可將機組分別切換到機爐協調方式或自動汽輪機程序控制方式。無論何種方式的切換都應保證系統平穩過渡，因此必須預先實現準確的跟蹤。

3.2.1 實現機組的在線整定

機組的在線整定包括整定伺服系統靜態關系，以及控制器參數。

3.2.2 實現機組的掛閘

通過按操作員站上的掛閘按鈕，DEH 應建立保護油壓，使汽輪機保護系統投入運行。

3.2.3 啟動方式選擇

機組的啟動方式可分為中壓缸啟動和高、中壓缸聯合啟動；額定參數啟動和滑參數啟動；冷態啟動和熱態啟動等等。實際運行時往往是多種方式的組合。

3.2.4 實現機組的轉速控制

機組的轉速控制包括：設定目標轉速、設定升速率、升速、摩擦檢查、自動過臨界、中速暖機、3000r/min 定速運行、試驗和并網。

升速過程中，目標轉速設定后，給定轉速將按啟動曲線或操作員輸入的命令逐步增加。DEH 把實際轉速與給定轉速相比較，經過PI 校正并經閥門線性程序修正后，得到閥位值，從而控制各個閥門開度，使機組平穩升速。需要暖機時，給定轉速保持不變；過臨界轉速時，提高升速率；并網時由自動同期裝置ASS 控制并網。

3.2.5 實現機組的負荷控制

機組的負荷控制包括并網，帶初始負荷，升負荷（設定目標負荷及負荷變化率），自動暖機，閥切換，定壓-滑壓-定壓變負荷運行，調節級壓力反饋控制，負荷反饋控制，一次調頻，CCS 控制，高低負荷限制，閥位限制，主汽壓力限制和快速卸負荷。

升負荷過程中，目標負荷設定后，給定功率將按啟動曲線或操作員輸入的命令逐步增加，DEH 將實際功率與給定功率相比較，經過PI 校正并經閥門線性程序修正后，得到閥位指令，從而控制各閥門開度，使機組平穩升負荷。機組甩負荷時，由于功率回來的切除可以克服反調，而且DEH的遲緩率很小（不大于0.06%），所以其動態振蕩少，飛升轉速低，汽輪機的轉速能迅速穩定在3000r/min，系統的動態特性很好；同時，DEH 為多回路、多變量的調劑系統，使系統具有較強的適應外界負荷變化和抗內擾能力，可方便的實現機爐協調控制，有利于電網的穩定運行。

3.2.6 閥門管理程序

閥門管理程序主要用于單閥和順利閥的切換。機組穩定運行時，宜用噴嘴調節方式，盡量減少節流狀態下的閥門損失；當變負荷運行時，或在啟動過程中，為保證機組全周進汽，縮短啟動時間，宜采用節流調節方式，即所有閥門同步開關。DEH 可接受操作員指令，在任意功率下和設定的時間內完成上述轉換。

3.2.7 實現機組的疏水控制

根據機組的運行方式，啟動或停機，以及運行的狀態，自動開啟或關閉疏水閥門。

3.2.8 實現機組的自動保護

機組的保護由低負荷運行保護、甩負荷保護、超速保護和危急遮斷系統等功能組成。

3.2.9 提供高壓抗燃油并完成電/液轉換功能

EH 系統向機組提供一定溫度、壓力、流量和質量的抗燃油，并完成電/液轉換、閥門正常控制與危急遮斷的功能。

3.2.10 實現機組的在線試驗

試驗的內容包括：（1）閥門活動試驗，包括全行程試驗和部分行程試驗；（2）閥門嚴密性試驗，包括主蒸汽閥嚴密性試驗和調門嚴密性試驗；（3）超速試驗，包括電超速試驗和機械超速的噴油試驗。目前的電超速試驗保護回路均由硬件實現，三取二邏輯。噴油試驗的目的是為了在不停機的情況下檢驗機組的飛錘動作是否可靠，確保機組的安全運行。

4 DEH的故障分析及維護

DEH 裝置在進行控制時，系統內部同時進行在線診斷。對發生故障的單元將進行報警，指示并打印。危險人員可根據操作員站OIS 及模板前面板上的報警內容，進行有針對性的在線或離線維修，以使DEH 盡快回復正常工作。

DEH 裝置內的所有模板都應提供現場診斷，維修資料，以指導現場維修。常見的DEH 故障診斷方法有：

4.1 轉速通道故障

短暫的單通道故障將不會影響系統的正常運行，但若長時間故障或轉速系統故障，則應由熱工人員進行維修處理：首先用示波器檢查故障通道轉速是否正常，若不正常則應檢查測速發信頭接線是否正確，安裝是否符合要求。若轉速信號正常而出現轉速通道故障，則有可能是測試板(FCS)本身有故障。

4.2 功率、主蒸汽壓力、調節級壓力等參數與實際情況不符

出現功率、主蒸汽壓力、調節級壓力等參數與實際情況不符的情況時，應做如下三方面的檢查：(1)檢查相應變送器信號是否正常，輸出信號范圍中是否與設計值相符，如條件允許，對變送器可重新檢驗。(2)檢驗變送器接線是否正確、可靠。(3)檢驗模入處理板。

4.3 控制器與現場執行機構的接口卡件（HSS）

控制器與現場執行機構接口卡件（HSS）之間的故障時毀滅性的，因此，其可靠性對系統取決定性的作用。HSS 卡出現的故障可分離線故障與在線故障：

(1)HSS 模板校驗、調整、啟動時出現的故障稱作離線故障。產生的原因多為模板安裝校驗時不正確或不完全。例如接口卡件HSS與LVDT的信號之間的故障：

現象1：伺服放大器沒有伺服驅動信號；檢查1：如果HSS 卡的驅動電流信號正確，檢查輸出至伺服閥的電纜；如果電纜沒有問題，則需要更換伺服閥。

現象2：LVDT 初級沒有激勵信號；

檢查2：如果HSS 卡的激勵信號正確，檢查輸出至LVDT的電纜；如果電纜沒有問題，則需要更換LVDT。

現象3：LVDT 次級沒有響應輸出；

檢查3：改變HSS 卡的輸出電流，LVDT兩個次級間的電壓差應該變化，如果沒有變化，檢查電纜連接；如果電纜沒有問題，則需要更換LVDT。

(2)HSS 在運行中出現故障時，稱作在線故障。運行中由連線引起的故障應該是很少的（定期檢查條件下），通常是機柜內部或子模板有故障，這些可通過模板是的指示燈的狀態顯示。

診斷閥門位置反饋（線性差動變送器LVDT）是否有故障的具體規則如下

(a)如果出現執行機構位移報警信號，請檢查LVDT的初級或次級。(b)如果初級激勵電壓小于1.0VRMS 請檢查LVDT 初級故障。(c)如果該值大于1.0VRMS，請檢查LVDT 次級電壓。(d)如果次級沒有正弦波輸出，請檢查次級線圈有無故障。(e)如果兩個次級輸出正確，請檢查其他部件。

5 結論

汽輪發電機組是一個高溫、高壓、高速旋轉的機械系統、機組向達功率方向發展，相應地對自動控制系統提出了更高的要求。自動檢測、自動保護、自動調節、自動啟停這些特征構成了DEH 中的自動汽輪機程序控制功能（ATC）；目前，大功率機組多采用機組壽命管理法，根據轉子應力確定升速率，由計算實現自動啟停，由此充分發揮了計算機的數據處理能力來計算轉子應力，利用計算機的邏輯判斷能力，識別機組的狀態，根據進程選擇控制策略，保證機組啟停中的安全性、經濟性，使得生產過程監控的自動水平程度更高，DEH 已經成為當今汽輪機特別是大型汽輪機必不可少的控制系統。

[1]控制設備及系統/肖大雛主編.－北京：中國電力出版社，2006 （國產600MW 超臨界火力發電機組技術叢書）

[2]火電工程調試技術手冊 熱工卷/河南省電力公司編.－北京：中國電力出版社，2003

[3]謝健育 .700MW 機組自啟停系統（APS）設計特點及應用 .內蒙古電力技術，2001年第19 卷第2期