東汽600MW汽輪機DEH系統功能分析優化

李海軍

摘 要：汽輪機數字式電液控制系統（DEH）是大型火電機組重要的控制和保護系統。DEH運行中出現的問題直接關系到大型火電機組安全穩定運行。東汽600MW汽輪機在運行中曾出現并網時逆功率動作、升速時轉速飛升和電源切換OPC動作的問題。本文針對這三項問題進行具體分析，提出優化方案。能夠解決機組由于負荷抖動引起逆功率動作造成并網延時的問題，能夠避免由于轉速飛升造成汽輪機損壞的事故，也能夠解決ETS直流電源故障導致OPC動作的隱患。

關鍵詞：DEH 逆功率 轉速控制

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）09-0-01

引言

汽輪機數字式電液控制系統DEH 是大型火電機組不可或缺的組成部分，是汽輪機啟動、停止、正常運行和事故工況下的調節控制器。DEH 系統通過控制汽輪機主汽門和調門的開度，實現對汽輪發電機組的轉速、負荷、壓力等的控制。如果DEH 安全可靠性不高，將可能造成汽輪機控制不穩，主保護誤動、拒動，導致機組非計劃停運，甚至損壞汽輪機部件。目前投運的大型火電機組DEH 系統多由汽輪機廠家配套提供，由于安全理念和設計思路的不同，部分DEH 存在一定的安全隱患，也曾多次出現功能異常的情況。

一、信息簡介

大唐國際托克托發電有限責任公司（以下簡稱“托克托電廠”）三四期發電機組均為600MW直接空冷機組，鍋爐為東方鍋爐廠制造的亞臨界、自然循環、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛、全鋼構架的∏型汽包爐。鍋爐設計壓力為19.1MPa，最大連續蒸發量為2070t/h（ECR為1876t/h），額定蒸汽溫度為541℃。汽輪發電機組及其控制系統（DEH）由東方汽輪機廠制造，DCS系統為美國西屋公司OVATION系統，該系統是集過程控制及企業管理信息技術為一體的融合了當今世界最先進的計算機與通訊技術于一身的典范。其采用了高速度、高可靠性、高開放性的通訊網絡，具有多任務、多數據采集及潛在的控制能力。

二、運行中DEH系統出現的問題

1.機組啟動并網時發生一次調頻動作，機組逆功率跳閘的問題

原因分析：

機組在并網時，負荷測點發生突變，負荷數值值由0MW瞬時擺動至123MW，DEH側一次調頻投入條件為負荷大于60MW，一次調頻自動投入運行，由于在同期并網過程中，機組負荷處于上下擺動過程，機組轉速與電網頻率存在偏差，造成一次調頻動作，汽輪機綜合閥位指令減小，在運行人員未能采取措施前，機組逆功率動作，機組跳閘。

2.汽輪機在惰走過程中重新掛閘沖車，發生轉速飛升的問題

原因分析：

當汽機跳閘時，DEH系統將由自動（AUTO）切至手動（MANUAL）方式，DEH給定轉速（DMDSPD）跟蹤實際轉速（SPEED）；機組經重新掛閘、運行（RUN）、投自動（AUTO）操作后，給定轉速（DMDSPD）將保持當前給定轉速不變，轉速控制PID在給定轉速（DMDSPD）和實際轉速（SPEED）產生偏差時將開始運算，運算結果轉換為閥門綜合閥位指令（REF、CVREF、ICVREF），在經運行操作進行（GO）指令后，送至調門伺服卡的調門給定指令（ICVDMD）由“-3%”切換至當前中調門綜合閥位指令（ICVREF），伺服卡開始運算并控制中調門開啟。

實際操作過程如下：

機組跳閘后汽機轉速惰走至186rpm時，機組已對DEH系統進行了掛閘、RUN、AUTO等三步操作，汽機給定轉速保持186rpm不變，汽機繼續惰走，當實際轉速低于186rpm時，轉速控制PID開始運算，當前因出現其他問題，運行員未操作GO指令進行沖車。在此時間內，轉速控制PID由于給定轉速和實際轉速有偏差，一直在運算中，當運行員操作GO指令開始沖車時，距離操作AUTO指令時間已過去將近1個小時，轉速控制PID運算結果轉換為中調門綜合閥位指令（ICVREF）已達最高的100%，導致了在進行GO操作后，中調門給定指令（ICVDMD）立即變為100%，中調門全開，轉速10秒內由0rpm飛升至1621rpm。

3.在進行ETS繼電器回路直流電源切換時，機組OPC動作的問題

原因分析

機組中修停機時進行汽輪機ETS繼電器柜直流電源切換實驗，斷開機組ETS繼電器柜直流110V電源第一路開關SW3時，機組汽輪機調門全部關閉，后經檢查分析為OPC動作導致。

OPC動作回路分DCS邏輯回路和ETS繼電器回路兩個部分，具體動作條件如下：

3.1DCS邏輯回路包含103%超速和運行中發電機解列兩個條件，其中103%超速動作OPC的條件為汽輪機未跳閘且DEH模擬量轉速通道不故障，也不是在超速實驗的情況下，DEH系統三個模擬量轉速三取中轉速信號大于3090rpm觸發，轉速信號低于3060rpm后OPC信號自動復位。發電機解列動作OPC條件為汽輪機未跳閘且機組負荷大于18MW情況下，發電機并網信號（三取二）消失，觸發三秒脈沖信號。

3.2 ETS繼電器回路動作OPC的條件為機組負荷大于18MW且并網信號（三取二）消失，其中機組負荷大于18MW信號由DEH控制器邏輯判斷后送至ETS繼電器柜。

并網信號首先送至ETS繼電器柜，經繼電器擴展后，一路送至DEH系統，另一路在ETS繼電器回路中使用。由于ETS繼電器回路中并網信號擴展繼電器為常帶電信號，在電源切換時繼電器瞬間失電，造成并網信號瞬間消失，導致OPC動作。

三、DEH邏輯分析及具體優化辦法

1.DEH一次調頻邏輯優化

在汽輪機已掛閘、轉速信號無故障、未并網信號已消失的條件下，機組負荷大于60MW后一次調頻自動投入運行，如在并網的同時，負荷測點出現瞬時抖動，一次調頻很可能投入運行，由于并網瞬間存在轉速偏差，一次調頻就會動作，并網帶初負荷的功能將可能被一次調頻閥位抵消，逆功率動作，機組跳閘。endprint

分析一次調頻投入邏輯，在其它條件滿足時，負荷大于60MW時一次調頻即時投入，沒有避開負荷測點瞬間抖動的能力，以上情況就很可能出現。針對此邏輯的問題，在未并網信號后增加延時邏輯，就能夠很好的避開負荷抖動的影響，避免此類事件的發生。

2.汽輪機轉速控制邏輯優化

分析轉速控制邏輯，機組經重新掛閘、運行（RUN）、投自動（AUTO）操作后，給定轉速（DMDSPD）將保持當前給定轉速不變。如果在汽輪機惰走過程中執行了如上操作，給定轉速已保持，實際轉速還在下降，形成轉速偏差，PID就會運算。為防止此種情況發生，對邏輯進行如下優化，增加汽輪機跳閘信號，在汽輪機跳閘信號觸發后，使給定轉速一直跟蹤實際轉速，只有在運行人員執行（GO）操作后，復位跳閘信號，給定轉速開始跟蹤設定轉速指令，給定轉速和實際轉速出現偏差，PID才開始運行，就能避免轉速飛升的情況發生。

3.汽輪機ETS硬回路優化

汽輪機ETS硬回路中OPC動作回路如下：

三個并網信號分別用于驅動三個繼電器，繼電器一組觸點將三個并網信號送至DEH邏輯回路，另一組觸點使用硬回路三取二判斷后接入OPC動作回路。機組負荷大于18MW條件下，并網信號消失會導致高調門及中調門快關電磁閥得電動作，關閉高調門及中調門，即實現OPC功能。

分析如上回路，由于機組并網后，繼電器均為常帶電狀態，電源切換采用繼電器切換方式，由于單純繼電器切換不能做到無縫切換，在電源第一路電源失電的瞬間，常帶電繼電器會出現瞬間失電的情形，并網信號瞬間消失導致OPC條件回路動作，短時全部關閉高中壓調門，此種情況下，會對機組安全運行造成極其不利的影響，故需對回路進行優化。

具體優化方法為將OPC動作回路中并網信號改為汽輪機103%超速信號，將負荷大于18MW信號改為未進行超速試驗信號，汽輪機實際103%超速時驅動繼電器帶電，觸發OPC動作。汽輪機正常轉速時繼電器不帶電，這樣在電源切換過程中，超速信號所帶繼電器不會動作，無法形成閉合回路，OPC也無法動作，汽輪機高中壓調門就不會有運行中 突然關閉的風險。

結語

隨著我國電力工業的迅速發展，火電廠的裝機容量和單機容量日益增大，電網對發電企業的要求日益嚴峻，熱工控制邏輯的嚴謹完善，是保證大型火力發電機組安全穩定運行必備條件。DEH 系統作為大型汽輪機的主要控制系統，其功能的完善更是重中之重，DEH系統的安全可靠，能直接減少火電機組的非停異停，有效保證主設備的安全。本文通過對DEH系統曾出現問題進行詳細分析，指出DEH系統中一次調頻、轉速控制回路及OPC動作回路中存在的問題，提出了合理的優化方案，為汽輪機設備的安全穩定運行保駕護航。

參考文獻

[1]朱曉星 火電機組DEH系統安全可靠性評估

[2]國家發展和改革委員會，火力發電廠汽輪機電液控制系統技術條件（DL/T 996-2006）

[3]東方汽輪機廠 數字電液控制系統說明書endprint