汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)DEH-IIIA介紹及應(yīng)用

朱永波（黑龍江省大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)DEH-IIIA介紹及應(yīng)用

朱永波（黑龍江省大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

介紹了XDPS DEH系統(tǒng)在大慶石油分公司熱電廠50MW汽輪機應(yīng)用情況。

DEH-IIIA控制系統(tǒng)；EH液壓系統(tǒng)；硬手操盤

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

典型的DEH-ⅢA控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，根據(jù)需要可以冗余網(wǎng)絡(luò)上擴(kuò)充不同的DPU，以完成不同的功能。

圖1 典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 是DEH-ⅢA的一個典型應(yīng)用示意圖。

50MW機組僅需01/02柜，用于汽輪機的基本控制功能。

圖2 控制柜和端子柜

一對控制柜和端子柜中主要包括：

（1）冗余電源；

（2）冗余主控計算機（DPU）；

（3）各種功能卡：閥門控制卡（VCC）、測速卡（MCP）、模擬量輸入卡（AI）、開關(guān)量輸入卡（DI）、模擬量輸出卡（AO）、開關(guān)量輸出卡（DO）、超速保護(hù)卡（OPC）、Bitbus卡等。

人機接口主要包括：一個操作員站、一個工程師站、一個后備手操盤及打印機等。

工程師站、操作員站與控制DPU通過冗余數(shù)據(jù)高速公路（以太網(wǎng)）相連。I/O卡與控制DPU之間，通過冗余I/O網(wǎng)（Bitbus）相連。后備手操盤通過硬接線直接連到閥門控制卡。當(dāng)控制DPU以上的設(shè)備發(fā)生故障時，均可由后備手操盤直接控制閥門位置。冗余的控制DPU之間的切換，以及手動/自動之間的切換，對系統(tǒng)的控制來說均是無擾的。

在自動情況下，操作員主要通過操作員站的鼠標(biāo)和鍵盤，進(jìn)行各種控制操作和圖象操作。操作員指令通過操作員站傳到控制DPU，由I/O卡執(zhí)行輸出控制。機組狀態(tài)及結(jié)果在CRT上顯示。

典型的EH液壓系統(tǒng)包括供油系統(tǒng)、油管路、油動機、危急保安系統(tǒng)組成。機組均采用高壓抗燃油系統(tǒng)。其供油系統(tǒng)提供壓力為14.5Mpa的壓力油。油動機采用單側(cè)進(jìn)油方式，即閥門開啟靠壓力油，而關(guān)閉靠彈簧力，以保證閥門可靠關(guān)閉。油動機與閥門采用一對一方式，每一個閥門由一個單獨的高壓油動機驅(qū)動。對可調(diào)節(jié)的閥門，其油動機上有一個電液伺服閥及2個LVDT位置傳感器。由DEH中的一塊VCC卡控制一個這樣的油動機，精確地控制閥門位置。DEH根據(jù)控制要求，控制每個進(jìn)汽門，從而達(dá)到控制機組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、壓力等目的。

危急保安系統(tǒng)包括OPC電磁閥、AST電磁閥、隔膜閥等。OPC電磁閥為2只并聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)OPC電磁閥帶電時，OPC安全油泄去，緊急關(guān)閉調(diào)節(jié)汽門。AST電磁閥為四只串/并聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)AST電磁閥失電時，AST安全油泄去，同時泄去OPC安全油，關(guān)閉所有閥門，停機。隔膜閥與低壓安全油接口，低壓安全油失去時，通過隔膜閥泄去AST安全油，緊急關(guān)閉閥門，停機。

2 硬手操盤

DEH－IIIA配備了一塊硬操盤。硬操盤上集中了DEH－IIIA的手動操作功能和部分重要的開關(guān)操作。

（1）手動操作

當(dāng)DEH發(fā)生故障，無法實現(xiàn)自動控制時會切至手動。此時硬操盤手動指示燈點亮。如DEH正常，機組有異常情況時，操作人員也可通過鑰匙形狀強行將DEH切到手動操作。操作員如需操作閥門位置，必須先將手動/自動鑰匙開關(guān)切至手動位置，然后按相應(yīng)的閥門增、減鍵，并通過條形指示表觀察實際閥位。

（2）超速保護(hù)鑰匙開關(guān)

可用鑰匙開關(guān)選擇進(jìn)入“試驗”、“投入”或“切除”狀態(tài)。正常時，此開關(guān)應(yīng)在“投入”位置，一般不插入鑰匙開關(guān)，以免無關(guān)人員誤操作。超速試驗時，需打到“試驗”位置。運行人員不能將此打到“切除”位置。

3 控制指令與數(shù)據(jù)的輸入

運行人員要對DEH輸入控制指令，一般是調(diào)出相應(yīng)的操作盤，按上面的按鈕即可。

運行人員要對DEH的給定數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速目標(biāo)值、負(fù)荷目標(biāo)值、升速率、升負(fù)荷率、壓力設(shè)定值等，只需按相應(yīng)的按鈕，CRT上即會彈出數(shù)值框，運行人員可通過鼠標(biāo)或鍵盤，輸入所需數(shù)據(jù)即可。

4 數(shù)據(jù)顯示

DEH－IIIA的數(shù)據(jù)都在操作員站和工程師站的模擬圖中顯示。

5 運行方式選擇

DEH－IIIA有幾種運行方式：

5.1 操作員自動操作（自動）——這是主要的運行方式。

5.2 遙控自動操作

5.3 手動操作

5.4 各種運行情況下的保護(hù)功能

5.4.1 操作員自動操作（自動）

操作員自動操作簡稱為自動，這是電廠運行人員控制汽輪發(fā)電機組的主要運行方式。在該方式下，操作員可以進(jìn)行如下控制：

（1）在汽機升速期間，可以確定或修改汽輪發(fā)電機組的升速率和轉(zhuǎn)速目標(biāo)值。

（2）當(dāng)機組到達(dá)同步轉(zhuǎn)速時，可投入“自動同步”。

（3）在機組并網(wǎng)運行后，可隨時修改機組的負(fù)荷目標(biāo)值及變負(fù)荷率。

（4）可根據(jù)實際運行情況決定是否投入功率反饋回路。

（5）在并網(wǎng)后，可投入轉(zhuǎn)速回路（一次調(diào)頻）。

（6）可投運遙控操作。

（7）可進(jìn)行單閥/順序閥的切換。

5.4.2 遙控操作

一般情況下，都在操作員自動方式下投入遙控操作，一旦投入了遙控，DEH的目標(biāo)值就由遙控源來決定，由DEH根據(jù)遙控指令進(jìn)行負(fù)荷控制。但運行人員能在任何時刻再按相應(yīng)的“遙控”鍵退出遙控。

（1）自動同步

“自動同步”是一種特殊的遙控操作，即遙控汽機轉(zhuǎn)速。在這種方式中，依靠“自動同步增”和“自動同步減”的觸點輸入來調(diào)整目標(biāo)值和給定值，直至汽輪發(fā)電機達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，為機組并網(wǎng)做準(zhǔn)備。采用這種遙控方式，控制系統(tǒng)必須滿足下列條件：

? DEH處于“自動”方式；

? 主變開關(guān)斷開（未并網(wǎng)）；

? 自動同步允許觸點閉合；

? 汽機轉(zhuǎn)速在同步范圍內(nèi)。

此時，運行人員按下“自動同步”鍵，該鍵燈亮，表明上述條件符合，控制系統(tǒng)已處于該種控制方式下。DEH根據(jù)同期裝置發(fā)出的增、減觸點來改變目標(biāo)值，運行人員已無法通過鍵盤改變目標(biāo)值和升速率。

在該種方式運行期間，如果主變開關(guān)閉合或“自動同期控制允許”觸點斷開，控制系統(tǒng)會自動從“自動同步”轉(zhuǎn)到“操作員自動”方式運行。如遇控制系統(tǒng)切換到“手動操作”則自動終止“自動同步”運行方式。

（2）遙控（CCS）方式

協(xié)調(diào)控制是DEH裝置最主要的一種遙控方式，即負(fù)荷控制下的遙控負(fù)荷操作，如要采用這種方式，必須滿足下列條件：

? DEH必須運行在“自動”方式；

? 油開關(guān)必須閉合；

? 遙控允許觸點必須閉合。

上述條件均滿足后，運行人員按下“遙控”鍵，鍵燈亮，表示控制裝置已投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式，同時送出“遙控投入”觸點至CCS控制裝置，表示DEH已可接收CCS來的負(fù)荷增、減脈沖。此時，運行人員已無法改變負(fù)荷的目標(biāo)值和變負(fù)荷率。一旦目標(biāo)值達(dá)到上限或下限，DEH也會發(fā)出“遙控上限閉鎖”或“遙控下限閉鎖”觸點信號，送至CCS裝置，表明此時再發(fā)脈沖已無效。

一般情況下，當(dāng)投入CCS控制時，DEH的功率、調(diào)節(jié)級壓力回路均被切除，DEH運行成為閥位控制方式，由CCS完成功率閉環(huán)控制。對無CCS的機組，功率閉環(huán)仍由DEH完成，即遙控方式下DEH功率閉環(huán)也投入。

在協(xié)調(diào)控制期間，當(dāng)油開關(guān)斷開或遙控允許觸點斷開，則DEH會立即自動恢復(fù)到“自動”方式運行。運行人員也可再按“遙控”鍵退出“遙控”方式，進(jìn)入“自動”方式運行。

5.4.3 汽輪機手動操作

當(dāng)基本控制計算機的一對冗余（一般標(biāo)識為DPU11和DPU31）均發(fā)生故障，或VCC部分發(fā)生故障后，則DEH會切到手動，硬操盤上“手動”燈點亮。（如果DPU壞，“手動”不一定會亮，但在CRT上有DPU故障顯示）此時運行人員應(yīng)立即把“自動/手動”鑰匙開關(guān)切向“手動”位置。

5.4.4 各種運行方式下的保護(hù)

在以上各種運行方式下，DEH都具有OPC超速保護(hù)的功能，因為DEH－IIIA的OPC超速保護(hù)是由軟硬件完成的。

6 控制方式選擇

DEH控制裝置在操作員自動方式時，運行人員可以根據(jù)不同的工況選擇各種不同的控制方式，并能根據(jù)機組的要求，選用合適的啟動方式。如在冷態(tài)時可選擇高壓缸啟動升速。

以下介紹的僅是DEH上的操作方式。

6.1 啟動及啟動方式選擇

汽機掛閘后，DEH處于“自動”方式。檢查機組及DEH狀態(tài)正常，檢查“閥限”為100，否則輸入閥限值100。

對高調(diào)門控制的機組，輸入轉(zhuǎn)速目標(biāo)值，輸入或檢查升速率，按“進(jìn)行”按鈕，即進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。

6.2 功率回路投入

當(dāng)機組并網(wǎng)運行，DEH處于全自動時，運行人員可通過按“功率回路”鍵來投切此回路。

6.3 轉(zhuǎn)速回路投入

轉(zhuǎn)速回路通常稱為一次調(diào)頻回路。當(dāng)汽輪發(fā)電機組并網(wǎng)運行時，運行人員可按“轉(zhuǎn)速回路”鍵投入該回路。該回路投入后，如遇兩路以上速度通道故障或油開關(guān)跳閘，會自動切除。

6.4 單/順序閥控制

單/順序閥控制即節(jié)流調(diào)節(jié)/噴嘴調(diào)節(jié)，是DEH裝置中的一個主要功能。所謂單閥，即所有高壓調(diào)門在控制中開度相同，好象一個閥一樣。在這種運行方式下，所有的高壓調(diào)節(jié)閥門均處于節(jié)流狀態(tài)，但進(jìn)汽均勻。對于汽輪機運行初期，使汽輪機各部件獲得均勻加熱較為有利。在噴嘴調(diào)節(jié)運行時，調(diào)節(jié)汽閥按預(yù)先設(shè)定的順序逐個開啟，僅有一個調(diào)節(jié)汽閥處于節(jié)流狀態(tài)，其余均處于全開或全關(guān)狀態(tài)，這種調(diào)節(jié)發(fā)生可改善汽機的效率。

當(dāng)DEH畫面上“單閥”燈亮?xí)r，則說明DEH正處于單閥節(jié)流調(diào)節(jié)方式。此時運行人員可按下“順序閥”鍵，進(jìn)行兩種運行方式的切換。“單閥”燈滅，“順序閥”燈亮后，切換完成。同樣，運行人員也可從“順序閥”向“單閥”切換。

應(yīng)特別注意的是，雖然從“單閥”控制切到“順序閥”控制或反之，在功能上都是行得通的，但這會導(dǎo)致汽輪機部件經(jīng)受不必要的熱應(yīng)力變化，因而建議運行人員要嚴(yán)格遵守汽輪機“調(diào)節(jié)汽閥管理規(guī)程”和“啟動和負(fù)荷變化的建議”的操作規(guī)程。

7 試驗

7.1 閥門試驗

在作實際試驗時，汽機運行人員必須根據(jù)主機廠提供的專用運行說明書及有關(guān)“進(jìn)汽閥試驗”資料作為指導(dǎo)。DEH－IIIA具有閥門試驗（全行程關(guān)閉試驗）和閥門松動（活動）試驗兩種方式。

7.2 超速保護(hù)試驗

超速保護(hù)試驗按鈕是由超速保護(hù)鑰匙開關(guān)和CRT上軟操盤上的“103試驗”、“110試驗”、“危急遮斷”三只按鈕組成。

當(dāng)鑰匙開關(guān)置向投入時，說明DEH控制裝置已和各種正常的超速保護(hù)功能。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過103%時，發(fā)出OPC信號關(guān)高、中壓調(diào)門；110%超速保護(hù)動作，DEH即送出AST信號到危急保安系統(tǒng)跳機，同時將所有閥門指令置為0。

“危急遮斷”，即當(dāng)超速保護(hù)開關(guān)置向試驗時，且按下“危急遮斷”鍵，燈亮，此時最高轉(zhuǎn)速目標(biāo)值允許升到3400r/min。DEH控制轉(zhuǎn)速不斷上升，此時103%和110%均不動作，直到危急遮斷器動作，通過低壓安全油跳閘，主汽門、調(diào)門全部關(guān)閉。汽機脫扣，轉(zhuǎn)速開始下降。

7.3 汽門嚴(yán)密性試驗

在機組轉(zhuǎn)速為3000r/min，未并網(wǎng)的情況下，可以進(jìn)行閥門嚴(yán)密性試驗，以檢查汽門是否嚴(yán)密。

按“主汽門嚴(yán)密試驗”，主汽門全關(guān)，調(diào)門全開，檢查汽機轉(zhuǎn)速下降情況，判斷主汽門嚴(yán)密性是否合格。

按“調(diào)門嚴(yán)密試驗”，調(diào)門全關(guān)，主汽門全開，檢查汽機轉(zhuǎn)速下降情況，判斷調(diào)門嚴(yán)密性是否合格。

7.4 其它試驗

（1）EH油泵聯(lián)鎖試驗

當(dāng)EH油泵由DEH控制時，在DEH的CRT上有EH油泵的啟、停、聯(lián)鎖及試驗按鈕，在未聯(lián)鎖時，可單獨啟動EH油泵A和B。當(dāng)A、B泵聯(lián)鎖投入時，任何一臺泵運行，按下“油泵聯(lián)鎖試驗”，試驗電磁閥動作，另一臺泵會自動聯(lián)鎖啟動，說明聯(lián)鎖回路正常。

（2）ETS試驗

為簡化集控室布置， ETS系統(tǒng)的試驗通過DEH來實現(xiàn)。ETS為動作條件，通過接觸器與DEH停機回路相連，最終由DEH執(zhí)行動作結(jié)果。

8 抽汽控制

8.1 抽汽控制

當(dāng)機組并網(wǎng)，DEH在操作員自動并且負(fù)荷大于30MW才能投入抽汽，操作人員可按“抽汽投入”按鈕來投入該回路，該回路投入后如果負(fù)荷低于20MW時，自動退出抽汽控制（負(fù)荷定值30MW、20MW由機組抽汽工況決定）。當(dāng)抽汽控制投入之后，且抽汽在自動控制時高、中調(diào)門實現(xiàn)牽連調(diào)節(jié)，在牽連調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)操作人員增減負(fù)荷時，抽汽壓力基本維持不變。當(dāng)操作人員增減抽汽壓力時，同樣保持負(fù)荷基本不變。DEH投入抽汽控制后，調(diào)節(jié)級壓力回路不能投入。在未投抽汽閉環(huán)時，抽汽的目標(biāo)及給定類似負(fù)荷控制的閥位方式。為一計算值，不代表實際要求的抽汽壓力。

8.2 抽汽回路調(diào)節(jié)

當(dāng)機組投入抽汽控制，在操作員自動的情況下，運行人員可通過按“抽汽回路調(diào)節(jié)”按鈕來投切此回路。此回路投入后，抽汽壓力控制在牽連調(diào)節(jié)的同時實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，保證抽汽壓力的穩(wěn)定。當(dāng)DEH檢測到抽汽壓力信號故障時會自動切除該回路，在故障未消除前無法投回路。

當(dāng)該回路投入時，抽汽目標(biāo)給定值跟蹤當(dāng)前抽汽壓力值，抽汽目標(biāo)給定值即為要求的抽汽壓力值。

9 結(jié)語

大慶石油熱電廠于2001-2003年對4＃、5＃、7＃、6＃機相繼改造，4＃、5＃、7＃機已改造完成，6＃機9月改造。從改造完成后的機組看，該系統(tǒng)運行良好，操作簡單、動作可靠、維護(hù)量低，最主要是電負(fù)荷與汽負(fù)荷能自動調(diào)節(jié)，解決了7#機自投產(chǎn)以來不能實現(xiàn)雙抽控制，如投入一次調(diào)頻，可解決了外網(wǎng)波動的影響，為我廠長周期運行，提供了可靠保證，取得了良好的改造效果。

Introduction and Application of Digital Electro-hydraulic Control System of DEH-IIIA Steam Turbine

This paper introduces 50MW turbine application of the XDPS DEH system in the branch of Daqing Petroleum Company Thermal Power Plant.

DEH-IIIA control system; EH hydraulic system; Handtrader

朱永波（1965-），男，漢，黑龍江伊春鐵力人，學(xué)士，計算機科學(xué)及技術(shù)專業(yè)，工程師。現(xiàn)就任黑龍江省大慶石化公司熱電廠儀表車間主任。主要研究方向為工業(yè)生產(chǎn)自動化。

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1003-0492(2014)03-0076-03

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