汽輪機DEH系統基本控制策略

張瑩

摘 要：本文在對汽輪機DEH系統基本控制策略進行了分析，在保證機組安全穩定的前提下優化了部分DEH系統邏輯，可在較大程度上降低因邏輯問題造成的保護拒動和保護誤動的可能性。并根據汽輪機DEH控制策略的幾個基本控制系統包括主蒸汽壓力限制和保護，負荷控制，轉速控制系統，負荷限制與閥位限制，頻率校正，單閥和順序閥切換，對控制系統和生產工藝進行簡單介紹，為相似的工程提供了借鑒。

關鍵詞：汽輪機；控制策略；負荷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.199

0 引言

汽輪機DEH系統的基本控制主要包括壓力控制、負荷控制、轉速控制等，控制邏輯均采用冗余的控制方式。

1 主蒸汽壓力限制和保護

DEH的汽壓保護可實現在鍋爐異常工況時，單元機組恢復穩定燃燒，可有效防止鍋爐發生事故。當主蒸汽壓力限制功能投入后，機前壓力降低到保護定值以下時，高壓調門將會關閉，直至機前壓力恢復到保護定值以上，在機組投入汽壓保護前，機組應滿足主汽壓大于 90%額定值，主汽壓大于其保護限值，主汽壓力變送器工作正常，油開關合閘，自動控制方式投入。

2 負荷控制

基本控制是DEH控制系統的核心部分，負荷控制是DEH控制系統的重要組成部分，有開環控制和閉環控制兩種控制方式。開環控制方式下，運行人員要實時監視機組的負荷變化，高壓調門的閥門流量特性曲線和當前運行機組的實際蒸汽參數決定著實際負荷與目標負荷的趨近程度。閉環控制方式下的負荷控制可將發電機有功功率、調節級壓力作為反饋，在此方式下機組汽輪機的高壓調門收到負荷控制PID控制器的調節或者調節級壓力PID控制器的調節，在DEH選擇負荷控制方式下，發電機功率采用閉環控制方式，此方式下負荷給定跟蹤實際負荷，這樣就保證了功率閉環時的無擾切換。機組投入負荷控制方式的允許條件主要有發電機側有功功率變送器顯示正常，調節級壓力閉環控制未投入，閥位限制方式正常，未觸發主汽壓限制，未觸發負荷高限，汽輪機未發生跳閘等等。

3 轉速控制系統

DEH可選擇高壓缸啟動、中壓缸啟動以及高中壓缸聯合啟動多種啟動方式，在不同的啟動方式下主汽門與調門動作方式不同，在高壓缸啟動方式下，機組沖轉是依靠高壓主汽門來控制的，在機組滿足汽輪機已掛閘、未進行閥門校驗的狀態下的狀態下可進行指令的發送。此時汽輪機高壓調門、中壓調門全開，高壓主汽門關閉。運行人員可通過DEH操作畫面手動設定目標轉速和升速率。在汽輪機轉速升速過程中轉速控制回路的PID在偏差的作用下輸出會不斷增加，打開高壓主汽門，此時汽輪機轉速可實現不斷升高。直到汽輪機轉速達到目標轉速時可維持當前轉速值。在運行人員發出新的目標轉速時，汽輪機轉速才會發生變化，依照以上過程實現目標轉速。在汽輪機達到3000r/min后，可進行自動同期，此時通過DEH操作畫面的自動按鈕對自同期裝置發出的增/減脈沖指令進行累加，可產生轉速的目標值。通過限幅器將計算累加后的目標值限制在同期轉速所要求的范圍內。

4 負荷限制與閥位限制

一般情況下負荷限制分為負荷高限和負荷低限。閥位限制是指運行人員被允許設定的平均閥位的最大值，在ATC方式或汽機跳閘時閥位限制值設定為120%，在機組運行時平均閥位超過閥位限制值時，系統將會產生報警。

5 頻率校正

為響應電網調度對機組一次調頻的指令要求，系統提出頻率校正。目前根據電網調度對機組運行的要求，在發電機組系統轉速無故障時，機組必須要投入一次調頻。但是運行中的機組為保持機組安全穩定不希望因電網調度的頻繁調節而引起機組參數諸如給水量、給煤量、給風量、轉速等參數的變化，因此系統設置了±2r/min 的死區。設置了頻率校正后，系統發送給DEH的負荷指令就包括了頻率校正的正分量，電網調度的頻率若發生變化，則DEH側和協調側都要發生相應的變化。

6 單閥和順序閥切換

機組運行期間，單閥和順序閥的切換是通過噴嘴的節流配汽和噴嘴配汽的無擾切換來實現的，可解決機組運行時變負荷均勻加熱和部分負荷經濟性，單閥和順序閥切換的目的是為了提高機組的快速性和經濟性。機組在單閥方式下，蒸汽進入調節級動葉是通過高壓調節閥和噴嘴室，使調節級動葉加熱均勻，這樣就使得調節級動葉的應力分配得到有效改善，但是此種方式下蒸汽的節流損失較大，降低了機組運行的經濟性。順序閥方式下，可使調節閥逐個開啟和關閉，即在下一個順控步驟調節閥開啟之前，上一個步驟的調節閥保持關閉，這樣蒸汽通過調節閥和噴嘴室是以部分進汽的方式完成的，可有效降低節流損失，使機組的經濟性得到顯著提高，但是此種方式下汽輪機葉片容易受到沖擊，使負荷改變速度受到限制。基于以上兩種方式下的特點，一般在低參數變負荷或冷態啟動下選擇單閥方式，可減小熱應力，提高機組熱膨脹。在變負荷運行額定參數下可采取順序閥方式優化機組的經濟性提高電廠運行水平，減小機組的節流損失。在汽機運行工況穩定的情況下進行閥門的切換，此時汽機的負荷由蒸汽流量決定，各個調節閥門控制著蒸汽流量，那么我們可將汽機負荷與閥門開度簡化為單函數關系，用y表示汽機負荷，用x表示閥門開度，則在單閥方式下汽輪機負荷可表示為：，在順閥方式下可表示為：，單閥和順序閥切換的中間過程任意狀態下：，在進行單閥方式和順序閥方式下負荷無擾切換，則可認為：

又因為汽輪機的四個高壓調節閥結構和設計相似，理想工況下可認為完全相同，在閥門曲線進行修正后，閥門開度和流量線性良好，成正比例關系。在機組實際運行中，存在著不可避免的負荷擾動，在加入功率閉合回路后，負荷擾動會得到相應的改善，即在實際功率與設定值相差一定數值時，單閥和順序閥切換就會自動終止，在相差小范圍內，可恢復單閥和順序閥切換。

7 結語

通過對汽輪機DEH系統的基本控制策略進行分析，可使讀者了解DEH 系統在生產現場的具體應用。可得DEH系統通過邏輯組態優化，并在機組不同的工況下進行控制方式和控制策略的選擇可有效提高機組的穩定性和經濟性。

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