基于DCS熱電廠汽輪機的運行和試驗操作方法

劉媛杰 李霞 曾如意

摘 要：數字電液控制系統（DEH）是現代分散控制系統（DCS）應用在汽輪機控制的典型形式，其在熱電聯產電廠中的使用，使運行調控更準確、平穩，有效提高了設備的平均無故障時間，從而提高了電廠運行的可靠性與經濟性。

關鍵詞：熱電廠；自動調節；汽輪機試驗

該2×125MW“熱電聯產”工程DCS系統采用國電南自提供的TCS-3000系統。本系統為兩爐兩機一公用系統，為單元制設計，公用系統采用母管切換制。每臺爐設兩個操作員站，每臺機設一個操作員站，公用系統設一個操作站，每臺機組電氣各設一個操作員站，兩個工程師站，兩臺服務器、兩個值長站，共15個上位站。下位控制器共設21對，每對控制器互為冗余，包括（DPU、通訊模塊、電源模塊）。通訊網絡為雙以太網冗余結構，每臺機組有獨立的交換機柜并通過級聯連接成整體網絡，通過服務器進行數據交換。各控制柜之間各自獨立，但其數據可以互相共享。DCS系統對兩臺機組劃分不同網段，對不同用戶授予不同操作權限，因此操作員站能進行的操作是有所限制的，即兩臺機組之間不能互相操作，但都能對公用系統進行操作。

1 DCS在汽輪機自動調節中的應用

熱工調節對象的特性：熱工調節對象是指各種具體的與被調量有關的設備，例如汽包及各種熱交換器等，根據設備的具體結構及工藝要求，可分為具有一個被調量和幾個被調量的對象。

（1）具有一個被調量的對象。這類調節對象具有一個輸出信號，即被調量，但具有幾個輸入信號。在幾個輸入信號中，常選取一個可控性良好的輸人信號作為調節作用，而其余的輸入信號就都是擾動作用。例如汽包水位調節中的給水流量和蒸汽流量就被當做擾動信號處理。

（2）具有幾個被調量的調節對象。調節對象被劃分為若干個獨立的調節區域，每一個調節機構只對一個被調量起作用。例如汽包鍋爐的調節，通常將其劃分為給水、汽溫、汽壓等幾個調節區域，每個區域可按一個被調量的調節對象來處理。具有多個被調量的調節對象有相應個數的調節作用，這些被調量或者根據生產工藝過程的要求，互相之間必須保持一定的關系；或者通過共同的調節對象相互影響，但不能獨立調節，因而要采用所謂“綜合調節”。

2 DEH重點調控環節操作方式

主汽壓力及抽汽供熱控制：

（1）主汽壓力調節系統。本系統為串級雙沖量調節系統。主調節器和副調節器分別接受主汽壓力和汽包壓力兩個沖量信號，形成兩個閉合回路。由汽包壓力信號局部反饋形成內回路，包括副調節器、多功能組件、操作器、同操器和汽包壓力變送器等環節。由被調量主汽壓力信號大回路反饋形成外回路，即主回路，包括主調節器、整個內回路及主汽壓力變送器等環節。內回路解決快速動作，當汽包壓力因擾動而升高時，副調采用PI調節，調節作用為反作用，當汽包壓力因擾動而升高時，副調輸出減小使給煤機轉速下降，反之，則上升。故汽包壓力信號的作用主要是消除內擾，穩定主汽壓力，相對于外回路來說，內回路是一個快速隨動系統。主回路的作用是校正主汽壓力，使其穩定在額定值。主調采用PI調節，調節作用為反作用。當主汽壓力升高（降低）時，主調輸出減小（增加），相對來說，副調的輸入增加（減小），則副調輸出減小（增加），使得給煤機轉速下降（上升），這樣就使主汽壓力最終穩定在給定值。

（2）汽包水位調節系統。本系統為串級三沖量調節系統。調節器接受汽包水位、給水流量、蒸汽流量三個信號，形成兩個閉合回路。由給水流量信號局部反饋成內回路，包括副調節器、執行器、調節閥、給水流量變送器等環節。由被調量汽包水位信號大回路反饋形成外回路，即主回路，包括主調節器、整個內回路及汽包水位變送器等環節。蒸汽流量信號是閉環以外的參數，它不影響以上兩個閉環的穩定性，是前饋調節信號，只能形成開環，其在系統中的作用有兩個：一是改善負荷擾動下的調節品質，克服因虛假水位而引起的調節器的誤動作；二是和給水流量信號配合，消除信號的靜差。內回路解決快速動作，當發生給水流量擾動時，在水位還來不及變化的情況下，內擾就被內回路消除。副調節器采用PI調節，調節作用為反作用，當給水流量因擾動而升高（降低）時，副調輸出減小（增加），使調節門關小（開大），故給水流量降低（升高）。總之，給水流量信號的主要作用是消除內擾，穩定給水流量，內回路是一個快速隨動系統，因內回路積分時間很短，相當于外回路中的一個比例環節。主回路的作用是校正汽包水位，使其穩定在額定值。主調采用PI調節，調節作用為正作用（忽略電氣補償），當汽包水位升高（降低）時，主調輸入減小（增加），輸出也減小（增加），相對來說，副調的輸入增加（減小），輸出則減小（增加），使調節門關小（開大），這樣就使汽包水位最終穩定在給定值。

（3）減溫水調節系統。一級減溫水調節系統為串級雙沖量調節系統，調節器接受屏過汽溫、I級減溫器后汽溫，形成兩個閉合回路。由I級減溫器后汽溫局部反饋形成內回路，包括副調節器、執行器、I級減溫器后汽溫一次元件和溫度變送器等環節。由被調量屏過汽溫信號大回路反饋信號形成外回路，即主回路。內回路采用PI調節，調節作用為反作用，外回路采用PI調節器為正作用。二級減溫水調節系統為串級雙沖量調節系統，由II級減溫器后汽溫組成內回路，由主汽溫度反饋組成外回路，其工作原理與一級減溫水相同。

3 試驗說明

3.1 閥門活動試驗

在機組并網后，帶低負荷時，可進行閥門活動試驗。閥門在線活動試驗包括主汽門活動試驗和調門在線活動試驗。如圖1所示。打開畫面先檢查上部的三個指示燈，當窗口圖中“主門活動試驗允許”“主氣門開”“調門活動試驗允許”黃色指示燈亮時，執行窗口圖中“主門活動試驗”命令，此時窗口圖中“主門開”黃色指示燈滅，試驗過程中各個主汽門的閥位變化可以從閥位棒圖反應出來，顯示為90%左右。試驗結束時，執行窗口圖中的“取消閥門試驗”命令，恢復正常。停機試驗步驟：首先由運行人員對機組進行掛閘，開啟主氣門；然后由熱控人員在工程師站強制R20DM031（油開關合閘）、R20DM040（停機）、R20DM169（主氣門試驗允許）。

圖1 主氣門活動試驗窗口圖

3.2 AST電磁閥活動試驗

執行主畫面中的“AST試驗”命令，彈出窗口，如圖5所示。執行畫面中的“AST#1電磁閥試驗”，則1號AST電磁閥帶電，63/ASP-1壓力開關動作，指示燈變紅。執行“AST#3電磁閥試驗”命令，則3號AST電磁閥帶電，63/ASP-1壓力開關動作，指示燈變紅。執行“AST#2電磁閥試驗”命令，則2號AST電磁閥帶電，63/ASP-2壓力開關動作，指示燈變紅。點擊畫面中的“AST#4電磁閥試驗”則4號AST電磁閥帶電，63/ASP-2壓力開關動作，指示燈變紅。

4 結束語

由于電能不能大量儲存，電廠的生產特點是“產供銷”一體完成，沒有產品庫存，但熱、電用戶則要根據自己對能源的需求，隨時改變對熱、電的用量，這就造成了數量供需間的不平衡；另外，熱能和電能作為商品，必須要有一定的質量保證，具體體現在供電頻率、電壓以及供熱的壓力和溫度等。其中，供電頻率就必須取決于汽輪發電機的轉速，且成正比關系。從工程實際應用的角度來說，汽輪機是在配備了自動調節系統后才真正實現了自動化。目前，汽輪機數字式電液控制系統已成為汽輪發電機組不可或缺的組成部分，確保機組能夠長期安全、可靠運行，并且提高了相關電網的電能質量和運行經濟性。

參考文獻

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作者簡介：劉媛杰（1982-），女，陜西府谷縣人，塔里木大學機電學院，講師，碩士，主要從事電力系統及其自動化方面的教學與研究工作。