國產DEH系統在1000MW超超臨界機組上的首次應用及分析

胡昌盛，王偉哲，張佳興（神華福能發電有限責任公司，福建 泉州 362712）

周鑫（四川東方電氣自動控制工程有限公司，四川 德陽 362712）

國產DEH系統在1000MW超超臨界機組上的首次應用及分析

胡昌盛，王偉哲，張佳興（神華福能發電有限責任公司，福建 泉州 362712）

周鑫（四川東方電氣自動控制工程有限公司，四川 德陽 362712）

文章介紹了國產和利時HOLLiAS-MACS V6.5.2控制系統在東汽1000MW機組的首次成功應用,從DEH的實際功能出發,以DEH的組態邏輯為主線,系統地分析了DEH的基本功能及工作方式,并針對調試過程發現的問題進行分析。

國產DEH；1000MW機組；控制功能；應用實踐

我國汽輪機控制技術己經有了長足發展，汽輪機數字電液控制系統DEH ( Digital Electric Hydraulic Control System)的國產化工作也已經取得了顯著的成績。汽輪機是火電廠中的重要設備，在高溫高壓蒸汽的作用下高速旋轉，完成熱能到機械能的轉換。汽輪機驅動發電機轉動，將機械能轉換為電能，電力網將電能輸送給各個用戶。為了維持電網頻率，要求汽輪機的轉速穩定在額定轉速附近很小的一個范圍內，通常規定此范圍為:±1.5～3.0r/min。DEH實現機組從掛閘、沖轉、并網到升負荷全程自動控制，同時具備保護限制功能、一次調頻以及試驗功能。

1 機組設備概述

神華福能鴻山電廠兩臺超超臨界1000MW 燃煤發電機組為東方三大動力廠引進技術生產的1000MW機組。汽輪機為東方汽輪機廠引進日立技術生產制造的超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、單抽、抽凝式汽輪機，型號為N1000-26.25/600/600。鴻山電廠百萬千瓦級機組是國內首臺采用完全國產化DEH系統的機組，采用和利時公司生產的HOLLiAS-MACS V6.5.2裝置實現了1000MW機組DEH，該機組于2015年3月投運。

DCS與DEH國產一體化配置。DEH控制裝置下設3個控制柜, DEH01柜BTC基本功能控制，實現機組自動調節功能、保護限制功能、閥門管理功能等。DEH02柜為繼電器控制柜，用于DEH硬回路以及與其他系統的接口實現。DEH03柜ATC自動控制柜，保護DEH 試驗功能的實現。DEH控制裝置圖如圖1所示。

2 DEH主要控制功能

2.1 調節系統功能

鴻山1000MW機組采用高壓缸啟動、混合閥配汽方式。汽輪機剛啟動時高壓主汽閥、中壓主汽門全開，中壓調節閥隨閥位總指令逐漸開啟，再熱器內此時無蒸汽，汽輪機未沖轉，待高壓調節閥開啟后，汽輪機開始沖轉。在升速及低負荷階段，4個高壓調節閥開度基本一致，汽輪機為全周進汽形式，對汽缸進行均勻加熱。在高負荷階段，高壓調節閥CV4逐漸關小后，再重新開大，以提高機組的經濟性，此種配汽方式就是混合閥配汽方式。中壓調節閥在啟動及正常運行期間全開，整個正常調節過程中不節流，只是在超速限制、保護動作時才起節流作用。

在ATC方式下，若機組的某些主要運行參數超出正常范圍，系統將發出報警信號及保持指令。若熱應力計算有效，系統將給出建議的升降速率和負荷率。

在發電機脫網期間采用轉速PID調節，在發電機并網期間可選擇功率PID調節、主汽壓力PID調節、協調控制和閥控方式。閥位總指令通過閥門曲線修正后去控制高中壓調節閥開度。

DEH控制方式有：轉速控制、閥控方式、功率控制、壓力控制、CCS方式，每種方式可實現無擾切換。

一次調頻功能，將給定轉速與實際轉速的偏差，經過不等率處理后，生成一次調頻給定。一次調頻給定可修正閥位總指令及功率給定值，使實際功率可隨頻率高低變化，以維持供電頻率穩定。

2.2 保護限制功能

（1）超速限制功能。超速限制包括103%超速限制、油開關跳閘超速限制、加速度大超速限制、功率-負荷不平衡超速限制。

（2）閥位限制。實際閥位總指令為閥位總指令與閥位限制值的低選值。當調門總指令高于閥位限制值時，閥位限制動作時，自動退出壓力控制、功率控制、CCS遙控方式。

（3）高低負荷限制。在高負荷限制功能投入期間，當實際負荷大于限制值時，高負荷限制動作，在低負荷限制功能投入期間，當實際負荷小于限制值時，低負荷限制動作。低負荷限制動作時，自動退出壓控、功控、CCS方式，直到實際負荷滿足限制值的要求。

（4）主蒸汽壓力低限制。在機組并網后，主汽壓力大于90%、功率大于90%期間，TPC保護自動投入“TPC保護”按鈕，可退出主汽壓力低限制功能。在主汽壓力限制功能投入期間，根據實際主汽壓力計算出0～1的主汽壓力低限系數，實際閥位總指令為TPC保護動作值與調門總指令。

（5）真空低限制。在真空低限制功能投入期間，根據實際低壓缸排汽真空出0～1的系數，實際閥位總指令為閥位總指令與設定的閥位最小值的某個值。

（6）超速保護。機械飛錘，整定到3300～3360r/min；TSI系統3取2超速保護，動作轉速3300 r/min；DEH 3取2測速板硬件超速保護，動作轉速3300 r/min；DEH軟件組態3取2超速保護，動作轉速3300 r/min。

2.3 試驗系統功能

試驗功能主要包括OPC電磁閥靜態試驗、103%超速試驗、電氣超速試驗、機械超速試驗、摩擦檢查、主汽門嚴密性試驗、調門嚴密性試驗、噴油試驗、閥門活動試驗、高壓遮斷試驗。

3 應用過程注意的問題探討

（1）油動機行程反饋值波動。汽輪機DEH伺服單元由SM461+SM3461兩部分組成，SM3461為伺服單元端子板主要完成信號轉換，將LVDT反饋的交流信號轉換為0～5V的直流電壓，通過DB25電纜傳輸到SM461，由SM461完成數據采集和處理。鴻山電廠油動機行程反饋波動，正常運行時出現最大3%以上的跳動，停機狀態下上位機顯示閥位反饋也會有明顯的波動, 最大反饋為3.5%。經檢查LVDT反饋交流電壓正常，參與伺服系統控制運算的直流電壓正常。廠家研發人員到廠進行SM3461-B、SM3461-D閥位反饋信號質量對比檢測分析，提出通過修改軟件濾波方式解決。

（2）伺服卡SM461不支持LVDT斷線故障檢測報警功能。油動機行程采用雙支LVDT進行閥門位移的測量變送反饋，在伺服卡以低選值作為調節反饋量，但是單支LVDT短線故障后DEH系統不會報警提示，設備維護人員不能及時發現并解決問題，對系統的安全穩定運行帶來隱患。

（3）重要保護溫度測點頻繁變壞點。原因分析為溫度測量值的速率品質判斷機制不能較好的滿足工業生產現場的需求，當設置速率變化為5℃/s，DEH系統速率設置為50ms，這樣的變化率為0.25℃/周期，導致溫度頻繁變壞點。當修改速率限制值0.5℃/周期，即10℃/s，軸瓦溫度、排汽溫度等重要主保護溫度測點品質判斷質量為壞點。溫度測點頻繁變壞點導致保護拒動嚴重影響機組的運行，建議通過控制邏輯優化解決，也需借助一定的檢測試驗手段驗證控制系統速率限制判斷的可靠性。

（4）控制站發生庫文件自動更新，需要重新下裝后，才能進行在線查看邏輯。在打開工程總控后，打開BTC站、ATC站經常會出現“庫文件發生變化，將更新數據庫”字樣，必須下裝工程才能在線查看邏輯，在線下裝給生產過程帶來隱患。另外在其他工程師站打開ATC#站時，會提示“DEH_ATC”庫文件不存在，不能在線查看邏輯以及下裝工作。建議對控制站設置密碼保護功能，通過管理手段解決問題。

（5）引風機小機FMEHA在沖轉前檢查時發現，MEH超速卡件的齒數一項的參數由原先設置的37變為了60，DEH齒數從120恢復到默認值60，超速保護定值恢復到默認值，后經廠家分析此控制器進行過清空下裝，導致設置參數恢復到了默認參數，修改參數并重新下裝后正常。建議將此類關鍵參數封閉外部輸入功能，出廠時直接置入，防止以后此類現象再次發生，從而威脅機組安全。

4 DEH國產化應用的優點

（1）DEH與DCS一體化設計優勢。采用一體化設計之后，DEH和DCS的設備組態，系統構架都可以在一個工程師站進行集中管理。各個操作員站、工程師通訊站都可以對DCS 和 DEH 系統進行操作、數據分析、報警監視、趨勢分析、打印、事故追憶等。

（2）DEH控制系統相對獨立。DEH和DCS的各個功能被分在各個獨立的控制柜里，各個控制器與相應的模塊組成控制網。從這個意義上說，DEH與DCS相對來說又互不影響相互獨立。因而一體化的設計不會影響各自的功能，并且通過系統網絡還能進行主控之間的數據共享，進行邏輯組態，因而可以更靈活的分配各站的測點，也更節省硬件資源。

（3）強大的仿真試驗功能。在機組已跳閘時，可進入DEH仿真方式。在DEH仿真方式下，算法組態中的仿真程序可根據控制系統來的調門開度信號及操作員設置的初始條件，計算出相關的轉速、功率、壓力等信號，因此可仿真模擬完成上述調節、保護、試驗等大部分功能。利用此功能，可方便地調試組態軟件、培訓現場人員。

（4）方便實用的閥門管理功能。DEH閥位總指令值經流量曲線修正后去控制高中壓調節閥油動機行程。閥門整定方式下，DEH改變閥位給定值，使油動機全行程走一遍，伺服板自動記錄油動機全關、全開位置對應的LVDT油動機行程反饋電壓值，也使畫面上油動機行程的顯示值與實際油動機行程一致。閥門維修方式用于伺服系統調試。操作員可設置閥位給定值和給定速率，以便調整LVDT反饋電壓的零位幅值以及動態響應特性。比如，機組正常運行發現CV1油動機有漏油現象，需暫時全關CV1，可方便應用閥門管理功能，在功率閉環模式下，手動逐漸關閉CV1，CV2、CV3、CV4按照閥門流量曲線開啟，待缺陷處理完畢，可逐步恢復CV1自動，自動控制機組功率。

5 結束語

在鴻山電廠、東方自控、和利時、調試所等相關技術人員的共同努力下，特別是各方專家領導的關心指導下，順利完成了鴻山2×1000MW新建機組的DEH控制系統調試任務。國產化DEH控制系統在 1000MW 超超臨界燃煤發電機組的首次成功投用，填補了百萬機組國產DEH順利投運入運行的空白，有力促進了國產化控制系統的蓬勃發展，逐步證明國產DEH控制系統即將替代并必將超越進口產品的應用水平。

[1] 中國東方電氣集團. 東方汽輪機廠數字電液控制系統說明書[Z]. 2013.

[2] 李飛. 東方1000MW超超臨界等大型供熱機組DEH控制及保護設計[J].東方電氣評論. 2009, 1.

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[4] 吳公寶. 西門子T3000型DEH在臺山1000MW機組應用及問題分析[J]. 河南科技. 2010(12)

[5] 王常力, 羅安. 分布式控制系統（DCS）設計與應用實例[M]. 北京: 電子工業出版社. 2004.

Analysis on the First Application of China-made DEH System in 1000MW Ultra Supercritical Unit

This paper introduces the successful first-time application of the China-made Hollysys HOLLiAS-MACS V6.5.2 control system in Dongfang steam turbine1000MW unit . From the practical function of DEH, taking the configuration logic of DEH as main line, this paper systematically analyzes the basic function of DEH and its work manner. Some problems in debugging process are also analyzed.

China-made DEH; 1000MW unit; Control function; Application practice

B

1003-0492(2015)06-0084-02

TM621.6

胡昌盛（1989-）,男，甘肅平涼人，大專，技術員，從事火力發電廠熱工自動化基建、調試、維護工作。