自備電廠汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)應(yīng)用研究

李世剛

摘 要：汽輪機(jī)作為發(fā)電機(jī)組的重要設(shè)備，尤其是在自備電廠中汽輪機(jī)發(fā)揮著重要作用，隨著技術(shù)不斷革新DEH系統(tǒng)在自備電廠汽輪機(jī)中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展汽輪機(jī)系統(tǒng)逐漸成熟，數(shù)字式電液控制（DEH）系統(tǒng)逐漸用于汽輪機(jī)系統(tǒng)中，并且取得了良好的成效。文章針對(duì)汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)應(yīng)用情況進(jìn)行探究，進(jìn)一步分析DEH系統(tǒng)在自備電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：自備電廠；汽輪機(jī)；DEH；應(yīng)用

DEH（汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)），簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)字電調(diào)，也是DCS系統(tǒng)重要組成部分。數(shù)字電液控制系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，自從上個(gè)世紀(jì)80年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)在自動(dòng)化領(lǐng)域逐漸推廣，數(shù)字式電氣液壓控制系統(tǒng)慢慢出現(xiàn)。文章主要針對(duì)自備電廠汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)應(yīng)用情況進(jìn)行研究，對(duì)DEH系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，為提升DEH系統(tǒng)認(rèn)識(shí)提供參考。

1 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 各類(lèi)控制系統(tǒng)技術(shù)

1.1.1 機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)自從60年代初就開(kāi)始使用前蘇聯(lián)大容量汽輪機(jī)和機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)使用的液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)大約有200多臺(tái)200MW汽輪機(jī)，因此液壓式調(diào)節(jié)控制汽輪機(jī)已經(jīng)相當(dāng)普遍。機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相應(yīng)速度較慢，機(jī)械之間的間隙較大引起動(dòng)作遲緩，靜態(tài)特性固定無(wú)法根據(jù)具體需求做出靈活變動(dòng)。

1.1.2 電液并存控制系統(tǒng)。電液并存控制系統(tǒng)其主要是近年來(lái)為了針對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)存在著的問(wèn)題，而制定的相應(yīng)解決方案。電調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤，液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行電調(diào)行動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，兩者系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾切換，所有系統(tǒng)可以獨(dú)立完成汽輪機(jī)啟動(dòng)、升降、并網(wǎng)以及帶負(fù)荷調(diào)節(jié)等控制。

1.1.3 模擬電液控制系統(tǒng)。模擬電液控制系統(tǒng)伴隨著電子元件可靠性的增加，在20世紀(jì)60年代中期由模擬電路組成。模擬電調(diào)系統(tǒng)的調(diào)速器部分隨著電子元件組成執(zhí)行部件仍然液壓器執(zhí)行，電調(diào)電子部分非常容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行綜合處理，對(duì)于系統(tǒng)的控制精度較高。

1.2 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展

1.2.1 數(shù)字式電調(diào)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不斷發(fā)展，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)也逐漸朝著數(shù)字化方向發(fā)展。目前數(shù)字式電調(diào)主要有專(zhuān)用型數(shù)字式電調(diào)和通用型數(shù)字式電調(diào)，而專(zhuān)用型數(shù)字式電調(diào)在維護(hù)過(guò)程中比較麻煩，要求維修人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力較高。因此目前的專(zhuān)用型電調(diào)系統(tǒng)的全部功能還未完全發(fā)揮。通用型數(shù)字式電調(diào)控制系統(tǒng)的軟件比較直觀、透明，硬件的通用性較強(qiáng)。具體工作中可以使工作人員深入了解系統(tǒng)，并且還可以熟練尋找出問(wèn)題所在，并且提出相應(yīng)的解決措施。

1.2.2 通用型DEH系統(tǒng)發(fā)展。通用型DEH系統(tǒng)采用分散型控制系統(tǒng)DCS組成，通信模式采用串行通信、以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。這些通信均符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通訊速率從Kbps上升到Mbps。硬件采用通用Intel和PTCPU，過(guò)程控制板的互換性和通用性非常高，通用型的DEH發(fā)展特點(diǎn)主要由軟件和硬件標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品控制。

1.2.3 控制思路發(fā)展。從最新的技術(shù)資料研究來(lái)看，一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路已經(jīng)得到了應(yīng)用，如美國(guó)MCS開(kāi)發(fā)的DEB協(xié)調(diào)控制屬于一種先進(jìn)的控制設(shè)計(jì)思路。其通過(guò)負(fù)荷的改變來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)，其適應(yīng)性相當(dāng)廣，能夠根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)負(fù)荷變化而改變，具有改變負(fù)荷下單元機(jī)組的特性。具體實(shí)踐中可以很好消除單元機(jī)組對(duì)象動(dòng)態(tài)特性隨著負(fù)荷改變而變化情況，可以有效提高單元機(jī)組在不同負(fù)荷下的性能。

2 DEH在自備電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 基本構(gòu)成

DEH主要由電子控制柜、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元以及軟件系統(tǒng)等組成，此三個(gè)部分構(gòu)成了DEH在自備電廠汽輪機(jī)自控系統(tǒng)。DEH系統(tǒng)還包含了關(guān)主汽門(mén)電磁閥、ASAT遮斷電磁閥、壓力變送器、壓力開(kāi)關(guān)、磁阻式轉(zhuǎn)速變送器、DEH控制系統(tǒng)以及相關(guān)操作員站和工程師站，這些新增的儀表設(shè)備共同構(gòu)成了電廠汽輪機(jī)控制系統(tǒng)。自備電廠汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制站主要由MACS-MCS構(gòu)成的一個(gè)I/O處理系統(tǒng)，由主控單元各種I/O模塊和現(xiàn)場(chǎng)電源組件構(gòu)成。

DEH系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)主控站，主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速控制、伺服放大，閥位移測(cè)量和調(diào)節(jié)。現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元接受到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之后，隨即對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，并輸出結(jié)果。如果主控單元出現(xiàn)故障，則備份的主控單元進(jìn)入到工作狀態(tài)，備用主控單元和現(xiàn)役主控單元可進(jìn)行隨時(shí)無(wú)障礙切換。DEH控制裝置的控制功能主要由軟件來(lái)完成，軟件分為兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)即軟件平臺(tái)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)。軟件平臺(tái)決定了DEH控制系統(tǒng)的實(shí)用性、先進(jìn)性和靈活性，應(yīng)用軟件系統(tǒng)則決定了DEH系統(tǒng)的控制功能。DEH使用MACS-DCS作為系統(tǒng)編碼平臺(tái)，主控單元采用專(zhuān)用多任務(wù)實(shí)時(shí)控制軟件，此軟件主要在固化現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元上，可以完成信號(hào)轉(zhuǎn)換、控制運(yùn)算、信號(hào)處理、通信、診斷、自動(dòng)切換以及輸出等功能。

2.2 控制CPU負(fù)荷

主循環(huán)周期額定時(shí)間內(nèi)必須完成CPU輸出控制、處理控制以及自控網(wǎng)絡(luò)通信等一系列任務(wù)。系統(tǒng)時(shí)間Ts=50ms～5s之間，控制站的每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)消耗CPU時(shí)間和該控制站的實(shí)際處理任務(wù)情況有關(guān)。即控制站的循環(huán)周期和控制信息處理相關(guān)。可以通過(guò)實(shí)際信息處理工作量來(lái)估算CPU內(nèi)每個(gè)額定時(shí)間周期內(nèi)的實(shí)際消耗值。系統(tǒng)的平均內(nèi)核消耗時(shí)間為10000us，除去診斷自診時(shí)間余下的最大消耗時(shí)間為5000us。網(wǎng)絡(luò)通信平均時(shí)間消耗為5000us，控制站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信信息量為4100字節(jié)。CPU負(fù)荷計(jì)算為額定周期內(nèi)的CPU實(shí)際消耗值和系統(tǒng)消耗比值。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著汽輪機(jī)技術(shù)日益成熟，自控系統(tǒng)越來(lái)越多，其中DEH作為一種非常先進(jìn)的自控系統(tǒng)，其在實(shí)際應(yīng)用中相當(dāng)廣泛。以前的老式機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在著一些嚴(yán)重的缺陷，使得機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中遲緩較大、運(yùn)行穩(wěn)定性較差以及常會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷大幅度滑移波動(dòng)等現(xiàn)象。而這些問(wèn)題在實(shí)際控制中難以進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，通過(guò)人工調(diào)節(jié)方法難以跟上負(fù)荷變化，對(duì)于生產(chǎn)供氣平穩(wěn)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響。文章針對(duì)汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)在自備電廠中的應(yīng)用進(jìn)行概述，針對(duì)相關(guān)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展以及具體應(yīng)用情況進(jìn)行討論，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)DEH系統(tǒng)提供參考。

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