汽輪機冷態沖轉DEH問題分析及對策

李昌海，馮慧山，田金海，林鶴，許文(中石化股份有限公司 天津分公司，天津 300270)

汽輪機冷態沖轉DEH問題分析及對策

李昌海，馮慧山，田金海，林鶴，許文
(中石化股份有限公司 天津分公司，天津 300270)

針對50 MW機組汽輪機在冷態沖轉過程中無法維持500 r/min暖機轉速，起動數次均因實際轉速與給定值偏差大于500 r/min而導致數字電液控制系統(DEH)打閘的問題，進行了伺服閥和FM146模塊的檢查、程序分析以及轉速仿真分析，采取了相應的處理措施，解決了汽輪機在起動冷態暖機沖轉無法控制轉速的問題，保證了汽輪機的正常起動。

汽輪機 冷態暖機 沖轉 分析 對策

汽輪機是運轉的大型原動機，通常在高溫高壓下工作，它是電廠及熱電廠中最主要的設備之一[1-3]，其動態特性直接影響著機組的正常運行和安全保障。因此，對汽輪機調速系統冷態起動沖轉過程進行分析、辨識與仿真，從而了解和掌握調速系統的硬件、程序及現場組件的特點，保證機組正常起動[4-5]是十分必要的。某廠電站汽輪機(50 MW)為高壓、雙抽、單軸、單缸、凝汽式汽輪機，其進汽壓力為8.83 MPa，進汽溫度為535 ℃；一段抽汽為4.12 MPa，抽汽溫度為439.9 ℃；三段抽汽為1.27 MPa，抽汽溫度為315 ℃。其控制系統采用電調型汽輪機數字電液控制系統(DEH)，上位控制邏輯采用專用的MACS軟件編制，以實現汽輪機的DEH控制。在汽輪機冷態沖轉過程中，調速控制系統監測轉速的變化，控制調節進汽閥。

1 汽輪機沖轉概述

1.1汽輪機沖轉工藝

該汽輪機冷態沖轉過程采用主門控制方式： 在汽輪機冷態沖轉過程中，DEH自動將4個高調門處于全開狀態，通過調節主汽門開度控制進汽量使汽輪機轉速從“0”升至暖機轉速。汽輪機從冷態起動至暖機時各閥門的狀態見表1所列。

表1 冷態起動至暖機閥門狀態

升速過程中若出現實際轉速與轉速給定值偏差大于500 r/min現象，則導致DEH打閘。

1.2汽輪機沖轉步驟

根據該汽輪機DEH操作方法，汽輪機沖轉主要按照以下幾個步驟：

1) 汽輪機掛閘。在機組滿足起動條件下，點擊“掛閘”按鈕，使汽輪機掛閘。

2) 控制調速的方式。選擇“主門控制”調節方式。

3) 開調整門。點擊“運行”按鈕，完成汽輪機4個調整門的全開動作。

4) 選擇手/自動控制方式。點擊“自動”按鈕，選擇自動控制。

5) 設定目標值和升速率。設置目標值為500 r/min，并保證每分鐘轉速升高200 r/min。

6) 汽輪機沖轉。點擊“運行”按鈕，使汽輪機開始按照步驟5)中的目標值和升速率，逐漸向目標值靠近，完成沖轉操作。

7) 維持500 r/min。由轉速控制器調節主汽門開度，將實際轉速維持在目標值500 r/min，運行15 min，以完成暖機。

1.3沖轉轉速控制

冷態沖轉過程中，由MSV閥門調節轉速時，實際轉速與轉速給定值存在偏差時，PID控制器按照計算的調節規律給出MSV閥門指令信號，閥位指令信號與實際閥位的信號存在偏差，經伺服放大器放大，送電液伺服閥轉換成高壓油油壓信號，控制MSV閥油動機移動，從而調節MSV閥的實際開度，改變蒸汽進汽量，控制機組冷態沖轉的轉速。

2 冷態起動汽輪機沖轉中出現的問題

2013年3月5日，冷態起動該汽輪機，根據汽輪機沖轉步驟進行沖轉，發現汽輪機無法控制在500 r/min，起動兩次均因沖轉實際轉速與設定轉速差值大于500 r/min而使DEH打閘，其沖轉過程如下：

1) 15:29:40 開始沖轉，閥門給定值-35%，實際反饋值0；給定轉速0，實際轉速0。

2) 15:30:16 閥門給定值0.28%，實際反饋值0；給定轉速120 r/min，實際轉速0。

3) 15:30:19 閥門給定值3.30%，實際反饋值0；給定轉速145 r/min，實際轉速0。

4) 15:30:27 給定轉速212 r/min，實際轉速0。

5) 15:30:29 閥門給定值13.31%，實際反饋值10.62%，給定轉速229 r/min。

6) 15:30:36 閥門給定值6.31%，實際反饋值4.37%，給定轉速356 r/min，實際轉速857 r/min；實際轉速與給定轉速偏差大于500 r/min使DEH打閘，冷態沖轉閥位曲線和轉速曲線如圖1～圖2所示。而后又起動一次，由于超速使DEH再次打閘。

圖1 未修改參數前冷態沖轉閥位曲線

圖2 未修改參數前冷態沖轉轉速曲線

3 汽機沖轉邏輯控制流程

根據DEH邏輯與MSV沖轉轉速控制有關的邏輯，其控制流程如圖3所示。

圖3 DEH邏輯中MSV沖轉控制流程示意

由圖3可以看出，MSV閥位給定值(AOMSVDMD)，由“條件指定輸出”賦予初始值為-35%，再將該值賦給HSPID中的初始值，即HSPID模塊的PID控制器初始值為-35%。當投入自動后，AMPIDPANG從-35%開始計算輸出值，經過升速模塊的OUT輸出(升速模塊主要控制上升和下降的限制速率)，再通過“二選一”模塊賦給MSV閥位給定值，而達到主門閥門對冷態沖轉轉速的自動控制。其主門轉速PID控制邏輯中，比例度為40，積分時間為10 s，微分增益為1.5，微分時間為0，計算周期為0.2 s；RAMP_CTRD的參數設置為ASCEND=60;DESCEND=60;TIMEBASE=60s;RESET=DOTRIPTUR(開出打閘信號)。

4 沖轉超速問題分析

4.1問題類型

根據圖1所示的冷態沖轉運行曲線發現有以下問題：

1) 閥門的響應速度較慢，存在3.5 s的延遲。

2) 在沖轉的轉速控制中，MSV閥門的回調峰值較大，最高達到了13.31%。

3) 閥門指令由-35%升至0的時間達36 s。

4) 閥門指令與給定開度存在3%左右的偏差。

4.2原因分析

造成沖轉超速可能有以下幾個方面原因：

1) 抗燃油油壓偏低。抗燃油油壓偏低會使油動機出力變緩，在伺服閥調解過程中，使得閥門動作緩慢，反應不靈敏。

2) 油動機行程反饋(LVDT)信號存在問題。FM161伺服板存在問題，轉速控制的主門指令與實際主門反饋存在幾秒的延時，反映不靈敏(主門指令值為3.31%的時候反饋值才開始由0上升)，而導致轉速偏差較大。

3) 伺服閥門卡塞問題。主門的伺服閥門卡塞，使高壓油流量減緩，而導致閥門主門指令與實際主門開度存在較大偏差，反應緩慢。

4) 零點設置過低。圖1中沖轉時PID設置的初始值為-35%，RAMP_CTRD(升速控制)模塊的作用，1 s內使閥門給定的升速率和降速率最高不超過1%，由于PID中存在積分作用，初始值-35%上升到零點需要36 s，會使PID積分量有較大的累積數值；當實際轉速高于給定轉速后，閥位不會立即減小，會繼續上升幾秒后才開始下降，這樣會導致閥位過調，無法及時關閉主門，使其超速。

5) HSPID模塊的比例、微分、積分不合適。在主門實際開度0以下的積分量較大，PID設置的積分時間較小，使積分作用較強，導致調節延遲，致使超速。

6) 主門流量特性發生變化。主門流量特性變化較大，當流量在0～10%內增大，使汽機進汽量增加，轉速升速率加快，導致實際轉速高出給定轉速500 r/min以上，控制器原設定參數已不能滿足現在汽輪機沖轉暖機的需要。

5 沖轉調速仿真分析

MACS軟件中HSPID算法公式為

按照上述PID控制算法以及RAMP_CTRD模塊算法要求，對該汽輪機主門自動控制PID的算法、閥門開度/流量、流量與轉速進行辨識[6]，并建立模型[7-8]，采用Matlab軟件進行仿真[9-10]，以分析各參數對轉速的影響。經仿真，令采樣周期為0.2 s，比較MSV主門給定與實際動作相應延遲時間分別為1 s和3.5 s，MSV主門初始給定值分別為-20%和-35%，兩組參數比較發現： 閥門響應時間越短、初始值越接近零，積分飽和量越小，其轉速的超調量也就越小，控制效果越好。其冷態轉速仿真曲線如圖4所示；其MSV主門閥門開度也會小于未修改前的閥門開度，如圖5所示。

圖4 冷態沖轉轉速仿真比較

圖5 冷態沖轉MSV閥門開度仿真比較

6 實施措施

1) 檢查抗燃油油壓，通過現場儀表和就地儀表進行比對，油壓為13.1 MPa(高于油壓低限12.0 MPa)，滿足閥門調節對高壓油的要求。

2) 檢查油動機全關位時LVDT的輸出電壓在0.2～1.5 V；油動機全開位時LVDT的輸出電壓在3.5～4.8 V(而實際檢查該狀態下LVDT的輸出電壓僅為3.2 V左右)，因而判斷伺服模塊存在問題，需更換該模塊。

3) 更換控制主門的伺服閥，并對LVDT信號重新整定，并與現場位置相對應，保證整定的準確性。

4) 將MACSV軟件中控制主門邏輯的HSPID初始由-35%調整至-20%，減小積分累計時間，避免調節的滯后及過調(為保證打閘停機時主門關閉足夠嚴密，保留了-20%的初始值)。

5) 由于HSPID模塊參數是由廠家通過實驗調節而得，用戶不再對參數進行更改，以避免對后續的起機過程控制造成影響。

7 參數修改后沖轉效果

通過采取以上措施后，按照汽輪機沖轉步驟再次進行沖轉，汽機轉速控制在(500±100)r/min以內，沖轉過程中轉速最高值為593 r/min，起動沖轉實際轉速與升轉速度差值遠小于500 r/min的聯鎖跳機值，其沖轉過程曲線如圖6～圖7所示。

圖6 修改參數后汽輪機沖轉正常起動閥位曲線

圖7 修改參數后汽輪機沖轉正常起動轉速曲線

由此可知，其閥門實際開度與閥門給定延遲時間縮短為1 s，零點積分時間縮短為20 s(減小了15 s 的偏差積分時間)，主門閥位調節峰值下降至8.67%(遠小于原13.31%的開度)，控制效果良好。

為驗證HSPID初始值對主門冷態沖轉的影響，2013-04-04 T 11:04汽機開始沖轉，其初始值設為-50%，觀察曲線，發現汽機還是由于實際轉速與給定轉速偏差大于500 r/min使汽輪機DEH打閘；2013-04-04 T 11:08恢復上次修改的初始參數-20%，汽機正常起動，運行良好。

8 結 論

MSV主門流量特性變化、LVDT信號、控制閥位PID參數積分過飽和等問題，確實會影響冷態起動沖轉暖機的轉速控制效果，嚴重時甚至會導致DEH打閘(偏差大于500 r/min)。發生此類問題時，須在現場、機柜間和DEH控制邏輯中進行綜合分析，查找問題根源，徹底解決問題，保證機組的正常起動和“安、穩、長、滿、優”運行。

[1]肖增弘，徐豐.汽輪機數字式電液調節系統[M].北京： 中國電力出版社，2003.

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臺達DOP-B10E515人機新品上市

臺達人機DOP-B10E515新品進入上市，充分滿足了多元化的HMI市場發展需求。該系列人機作為新一款大尺寸經濟型機種，是AE10系列的全新升級版本，10.4寸65536彩色TFT面板，可流暢的給用戶呈現更加真實清晰豐富的畫面和更精彩的視覺體驗。其無輔助鍵，兼具獨特的音效播放功能，操作設計更加人性化；以太網接口可快速連接各項設備，且支持RS-232/485/422，兼容各品牌PLC通信功能。另外，還具有32位中央處理器，宏指令精靈，特配增添了SD和USB兩種插槽，擴展應用更豐富。該系列人機已通過CE/UL安規認證，可適用于各種惡劣工業環境。

隨著HMI行業的加快推進以及工業自動化領域的改造升級，客戶對產品要求越來越高，DOP-B10E515無疑會成為用戶升級設備的一項重要選擇。我們相信，隨著更多精品HMI的上市，各大品牌整齊斗艷的國內市場必將更加精彩。(中達電通股份有限公司)

AnalysisandCountermeasuresonDEHProblemofColdRunningupofSteamTurbine

Li Changhai, Feng Huishan, Tian Jinhai, Lin He, Xu Wen

(Sinopec Tianjin Branch, Tianjin,300270, China)

One 50 MW steam turbine unitcan’t maintain 500 r/min warm engine speed in the cold rolling process. The DEH valve interlock is activated because the gap between actual speed and the set point is greater than 500 r/min after trying with many times. Aim to this phenomenon, the checking for servo valve and FM146 module, program analysis and speed simulation analysis are conducted. Corresponding measures are taken with solving the problems of speed out of control for steam turbine at the startup of cold warm turbine running up. The normal startup is guaranteed.

steam turbine; cold warm turbine; running up; analysis; countermeasure

稿件收到日期：2013-04-10，修改稿收到日期2013-06-14。

李昌海(1982—)，男，遼寧撫順人，現就職于中石化股份公司天津分公司熱電部，主要從事電廠自動化、控制方面的研究以及電廠儀表設備的管理工作，任工程師。

TP206+.3

B

1007-7324(2013)05-0036-04