DEH系統組成及被控對象的數學模型

張亞凱（大唐黃島發電有限公司，山東 青島 266000）

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DEH系統組成及被控對象的數學模型

張亞凱
（大唐黃島發電有限公司，山東 青島 266000）

摘 要：為了提高電廠工作人員對DEH系統的組成、運行機理及系統故障的認識水平，本文對DEH系統的主要結構組成、系統功能進行了介紹，并推導出電液伺服閥、油動機、汽輪發電機組的數學模型，為相似的工程提供了借鑒。

關鍵詞：DEH系統；組成；功能；數學模型

0　引言

電廠DEH系統主要包括系統控制器、操作系統、油系統、執行機構、保護系統，主要功能包括汽輪機自動保護、機組和DEH系統的監控、汽輪機自動控制、汽輪機自動程序控制，在此基礎上提出了DEH系統主要控制對象的數學模型。

1　 DEH系統的主要組成

DEH系統利用計算機控制將系統的邏輯判斷、控制運算、軟件組態等優勢發揮出來，將系統的調節與保護、運行監測、順序控制等融為一體。采用高壓抗燃油EH液壓系統替代先前的液壓系統大大提高了系統的穩定性和經濟性。根據DEH系統結構可將系統分為控制器、操作系統、油系統、執行機構和保護系統。（1）控制器。控制器主要包括控制柜內的DPU、I/O卡件、電源、網絡等設備。主要用于給定接收系統控制信號，利用邏輯運行對系統進行控制，系統采用控制器、網絡、電源冗余控制，以以太網實現系統通訊，開關量和模擬量信號發出和接收通過I/O卡件通道，調節汽閥和主汽閥的閥門控制伺服調節回路由VCC卡實現。（2）操作系統。由工程師站和操作員站組成，為運行人員提供系統運行的信息監測，系統操作，人機對話等功能，通過冗余的以太網絡實現操作員和DPU的系統通訊。（3）油系統。油系統由潤滑油系統和高壓控制油系統。潤滑油系統由主機拖動的潤滑油泵提供，高壓控制油系統為DEH控制系統提供控制與動力用油，接受調節器或操作盤的信號指令驅動控制油泵。（4）執行機構。DEH的執行機構主要由高壓調節電液伺服機構、高壓主汽電液伺服機構、中壓調節電液伺服機構、中壓主汽電液伺服機構組成。執行機構包括電液伺服閥、伺服閥放大器、快速卸載閥、線性位移變換器（LVDT）、油動機，負責驅動DEH系統的執行機構。（5）保護系統。保護系統是指在汽輪機超速運行時，系統通過電磁閥關閉高、中壓調節汽閥，在汽輪機嚴重超速（110%）、EH油壓低、軸承油壓低等情況下危機遮斷和手動停機。

2　DEH系統主要功能

從根據機組的運行要求和DEH系統結構特性，DEH系統主要有汽輪機自動保護、機組和DEH系統的監控、汽輪機自動控制、汽輪機自動程序控制功能（ATC）。（1）汽輪機自動保護功能。汽輪機的自動保護功能主要是避免機組因超速、振動、差脹等原因受到破壞。包括超速保護系統（OPC）、危急遮斷系統（ETS）、機械超速保護和手動脫扣。1）超速保護系統（OPC）。此項保護是在汽輪機轉速達到額定轉速的103%～110%時，系統通過OPC電磁閥，快速關閉高、中壓調門，對機組進行超速保護。2）危急遮斷系統（ETS）。此項保護措施是在汽輪機轉速達到額定轉速的110%時，系統通過高壓遮斷電磁閥泄去高壓油，將系統主汽閥和調節汽閥關閉，從而實現機組安全停機，達到保護機組的目的。（2）機組和DEH系統的監控功能。監控系統主要包括CRT畫面、操作狀態指示、狀態按鈕指示，對DEH系統的信號通道、程序運行情況和系統硬件等進行監控，通過CRT畫面顯示機組運行的主要參數、報警數據、故障信息等等。（3）汽輪機自動控制功能。汽輪機自動控制包括機組并網前的轉速自動控制和機組并網后的負荷自動控制。在轉速控制時，系統的高壓調門、中壓調門和主汽門的控制回路反饋信號為汽輪機的轉速。在汽輪機處于負荷控制時，以汽輪機的轉速為電網負荷擾動的前饋信號，反饋信號則是發電機的功率和調節級壓力的折算功率，組成的串級控制回路實現汽輪機自動控制功能。（4）汽輪機自動程序控制功能（ATC）。此項控制功能可實現在機組允許的應力范圍內，對機組啟動程序進行適當優化，實現機組最短時間、最高效率的啟動。ATC控制可實現機組在啟動階段的升速速率的調整、自動升速和高速暖機控制，在機組并網后可限制機組的升負荷速率，對負荷實現保持功能。

3　DEH系統被控對象的數學模型

數學模型是利用數學公式的方式表現出系統的輸入輸出關系，將DEH系統這樣一個復雜的模型進行假設和簡化，通過專家經驗公式和其他數學形式表現DEH系統的各種狀態參數的關系。

（1）電液伺服閥數學模型。電液轉換器在工作時涉及到的信號轉換過程可以分為如下幾個子過程：電液伺服閥的工作時信號轉換過程可分為：通過控制器發出差動信號U（s），使線圈的電流變化，這樣使電磁力矩T 發生變化，這樣引起使閥門擋板位移Xf變化，從而實現滑閥位移置Xv變化。由此可已得到電液伺服閥的傳遞函數為：，對上述數學公式進行無量綱化處理，得到電液伺服閥的數學模型為：，其中T0為電液伺服閥的時間常數。

（2）油動機數學模型。為提升調節汽閥的可靠性，則油動機的最小提升力要大于調節汽閥開啟的所需力。當油動機到最小位置時，需要彈簧作用力將汽閥關閉至閥芯緊壓在閥座上。又因在滑閥移動時，進油流量公式為：，油動機的排油量公式為：，其中?p1為進油壓力和油動機活塞底部的壓力之差，則?p0為活塞底部的壓力與排油壓力之差。

忽略液體流動的慣性和閥門的提升力，則?p0等于0，經推導得到油動機的傳遞函數為：，得到：，其中TM為油動機時間常數。

（3）汽輪機發電機組。汽輪機的動態過程的數學模型主要有蒸汽容積、中間再熱器、汽輪機轉子模型，經過無量綱化處理后得到相應的數學模型為：

其中Tρ表示蒸汽容積時間常數，

4　結論

本文介紹了汽輪機數字電液控制系統的結構組成和功能，并在此基礎上采用機理分析的方法推導出DEH系統的主要控制對象電液伺服閥、油動機、汽輪機發電機組的數學模型。

參考文獻：

［1］肖林海.汽輪機DEH系統參數優化及故障診斷研究［D］.蘭州：蘭州理工大學，2011.

［2］靳智平.電廠汽輪機原理及系統［M］.北京：中國電力出版社，2006.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.263

作者簡介：張亞凱（1986-），男，助理工程師，主要從事：電廠汽輪機側控制及設備檢修維護。