汽輪機數字式電液控制系統DEH-IIIA介紹及應用

朱永波（黑龍江省大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

汽輪機數字式電液控制系統DEH-IIIA介紹及應用

朱永波（黑龍江省大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

介紹了XDPS DEH系統在大慶石油分公司熱電廠50MW汽輪機應用情況。

DEH-IIIA控制系統；EH液壓系統；硬手操盤

1 系統結構

典型的DEH-ⅢA控制系統的硬件結構如圖1所示，根據需要可以冗余網絡上擴充不同的DPU，以完成不同的功能。

圖1 典型系統結構圖

圖2 是DEH-ⅢA的一個典型應用示意圖。

50MW機組僅需01/02柜，用于汽輪機的基本控制功能。

圖2 控制柜和端子柜

一對控制柜和端子柜中主要包括：

（1）冗余電源；

（2）冗余主控計算機（DPU）；

（3）各種功能卡：閥門控制卡（VCC）、測速卡（MCP）、模擬量輸入卡（AI）、開關量輸入卡（DI）、模擬量輸出卡（AO）、開關量輸出卡（DO）、超速保護卡（OPC）、Bitbus卡等。

人機接口主要包括：一個操作員站、一個工程師站、一個后備手操盤及打印機等。

工程師站、操作員站與控制DPU通過冗余數據高速公路（以太網）相連。I/O卡與控制DPU之間，通過冗余I/O網（Bitbus）相連。后備手操盤通過硬接線直接連到閥門控制卡。當控制DPU以上的設備發生故障時，均可由后備手操盤直接控制閥門位置。冗余的控制DPU之間的切換，以及手動/自動之間的切換，對系統的控制來說均是無擾的。

在自動情況下，操作員主要通過操作員站的鼠標和鍵盤，進行各種控制操作和圖象操作。操作員指令通過操作員站傳到控制DPU，由I/O卡執行輸出控制。機組狀態及結果在CRT上顯示。

典型的EH液壓系統包括供油系統、油管路、油動機、危急保安系統組成。機組均采用高壓抗燃油系統。其供油系統提供壓力為14.5Mpa的壓力油。油動機采用單側進油方式，即閥門開啟靠壓力油，而關閉靠彈簧力，以保證閥門可靠關閉。油動機與閥門采用一對一方式，每一個閥門由一個單獨的高壓油動機驅動。對可調節的閥門，其油動機上有一個電液伺服閥及2個LVDT位置傳感器。由DEH中的一塊VCC卡控制一個這樣的油動機，精確地控制閥門位置。DEH根據控制要求，控制每個進汽門，從而達到控制機組轉速、負荷、壓力等目的。

危急保安系統包括OPC電磁閥、AST電磁閥、隔膜閥等。OPC電磁閥為2只并聯結構，當OPC電磁閥帶電時，OPC安全油泄去，緊急關閉調節汽門。AST電磁閥為四只串/并聯結構，當AST電磁閥失電時，AST安全油泄去，同時泄去OPC安全油，關閉所有閥門，停機。隔膜閥與低壓安全油接口，低壓安全油失去時，通過隔膜閥泄去AST安全油，緊急關閉閥門，停機。

2 硬手操盤

DEH－IIIA配備了一塊硬操盤。硬操盤上集中了DEH－IIIA的手動操作功能和部分重要的開關操作。

（1）手動操作

當DEH發生故障，無法實現自動控制時會切至手動。此時硬操盤手動指示燈點亮。如DEH正常，機組有異常情況時，操作人員也可通過鑰匙形狀強行將DEH切到手動操作。操作員如需操作閥門位置，必須先將手動/自動鑰匙開關切至手動位置，然后按相應的閥門增、減鍵，并通過條形指示表觀察實際閥位。

（2）超速保護鑰匙開關

可用鑰匙開關選擇進入“試驗”、“投入”或“切除”狀態。正常時，此開關應在“投入”位置，一般不插入鑰匙開關，以免無關人員誤操作。超速試驗時，需打到“試驗”位置。運行人員不能將此打到“切除”位置。

3 控制指令與數據的輸入

運行人員要對DEH輸入控制指令，一般是調出相應的操作盤，按上面的按鈕即可。

運行人員要對DEH的給定數據，如轉速目標值、負荷目標值、升速率、升負荷率、壓力設定值等，只需按相應的按鈕，CRT上即會彈出數值框，運行人員可通過鼠標或鍵盤，輸入所需數據即可。

4 數據顯示

DEH－IIIA的數據都在操作員站和工程師站的模擬圖中顯示。

5 運行方式選擇

DEH－IIIA有幾種運行方式：

5.1 操作員自動操作（自動）——這是主要的運行方式。

5.2 遙控自動操作

5.3 手動操作

5.4 各種運行情況下的保護功能

5.4.1 操作員自動操作（自動）

操作員自動操作簡稱為自動，這是電廠運行人員控制汽輪發電機組的主要運行方式。在該方式下，操作員可以進行如下控制：

（1）在汽機升速期間，可以確定或修改汽輪發電機組的升速率和轉速目標值。

（2）當機組到達同步轉速時，可投入“自動同步”。

（3）在機組并網運行后，可隨時修改機組的負荷目標值及變負荷率。

（4）可根據實際運行情況決定是否投入功率反饋回路。

（5）在并網后，可投入轉速回路（一次調頻）。

（6）可投運遙控操作。

（7）可進行單閥/順序閥的切換。

5.4.2 遙控操作

一般情況下，都在操作員自動方式下投入遙控操作，一旦投入了遙控，DEH的目標值就由遙控源來決定，由DEH根據遙控指令進行負荷控制。但運行人員能在任何時刻再按相應的“遙控”鍵退出遙控。

（1）自動同步

“自動同步”是一種特殊的遙控操作，即遙控汽機轉速。在這種方式中，依靠“自動同步增”和“自動同步減”的觸點輸入來調整目標值和給定值，直至汽輪發電機達到同步轉速，為機組并網做準備。采用這種遙控方式，控制系統必須滿足下列條件：

? DEH處于“自動”方式；

? 主變開關斷開（未并網）；

? 自動同步允許觸點閉合；

? 汽機轉速在同步范圍內。

此時，運行人員按下“自動同步”鍵，該鍵燈亮，表明上述條件符合，控制系統已處于該種控制方式下。DEH根據同期裝置發出的增、減觸點來改變目標值，運行人員已無法通過鍵盤改變目標值和升速率。

在該種方式運行期間，如果主變開關閉合或“自動同期控制允許”觸點斷開，控制系統會自動從“自動同步”轉到“操作員自動”方式運行。如遇控制系統切換到“手動操作”則自動終止“自動同步”運行方式。

（2）遙控（CCS）方式

協調控制是DEH裝置最主要的一種遙控方式，即負荷控制下的遙控負荷操作，如要采用這種方式，必須滿足下列條件：

? DEH必須運行在“自動”方式；

? 油開關必須閉合；

? 遙控允許觸點必須閉合。

上述條件均滿足后，運行人員按下“遙控”鍵，鍵燈亮，表示控制裝置已投入協調控制方式，同時送出“遙控投入”觸點至CCS控制裝置，表示DEH已可接收CCS來的負荷增、減脈沖。此時，運行人員已無法改變負荷的目標值和變負荷率。一旦目標值達到上限或下限，DEH也會發出“遙控上限閉鎖”或“遙控下限閉鎖”觸點信號，送至CCS裝置，表明此時再發脈沖已無效。

一般情況下，當投入CCS控制時，DEH的功率、調節級壓力回路均被切除，DEH運行成為閥位控制方式，由CCS完成功率閉環控制。對無CCS的機組，功率閉環仍由DEH完成，即遙控方式下DEH功率閉環也投入。

在協調控制期間，當油開關斷開或遙控允許觸點斷開，則DEH會立即自動恢復到“自動”方式運行。運行人員也可再按“遙控”鍵退出“遙控”方式，進入“自動”方式運行。

5.4.3 汽輪機手動操作

當基本控制計算機的一對冗余（一般標識為DPU11和DPU31）均發生故障，或VCC部分發生故障后，則DEH會切到手動，硬操盤上“手動”燈點亮。（如果DPU壞，“手動”不一定會亮，但在CRT上有DPU故障顯示）此時運行人員應立即把“自動/手動”鑰匙開關切向“手動”位置。

5.4.4 各種運行方式下的保護

在以上各種運行方式下，DEH都具有OPC超速保護的功能，因為DEH－IIIA的OPC超速保護是由軟硬件完成的。

6 控制方式選擇

DEH控制裝置在操作員自動方式時，運行人員可以根據不同的工況選擇各種不同的控制方式，并能根據機組的要求，選用合適的啟動方式。如在冷態時可選擇高壓缸啟動升速。

以下介紹的僅是DEH上的操作方式。

6.1 啟動及啟動方式選擇

汽機掛閘后，DEH處于“自動”方式。檢查機組及DEH狀態正常，檢查“閥限”為100，否則輸入閥限值100。

對高調門控制的機組，輸入轉速目標值，輸入或檢查升速率，按“進行”按鈕，即進行沖轉。

6.2 功率回路投入

當機組并網運行，DEH處于全自動時，運行人員可通過按“功率回路”鍵來投切此回路。

6.3 轉速回路投入

轉速回路通常稱為一次調頻回路。當汽輪發電機組并網運行時，運行人員可按“轉速回路”鍵投入該回路。該回路投入后，如遇兩路以上速度通道故障或油開關跳閘，會自動切除。

6.4 單/順序閥控制

單/順序閥控制即節流調節/噴嘴調節，是DEH裝置中的一個主要功能。所謂單閥，即所有高壓調門在控制中開度相同，好象一個閥一樣。在這種運行方式下，所有的高壓調節閥門均處于節流狀態，但進汽均勻。對于汽輪機運行初期，使汽輪機各部件獲得均勻加熱較為有利。在噴嘴調節運行時，調節汽閥按預先設定的順序逐個開啟，僅有一個調節汽閥處于節流狀態，其余均處于全開或全關狀態，這種調節發生可改善汽機的效率。

當DEH畫面上“單閥”燈亮時，則說明DEH正處于單閥節流調節方式。此時運行人員可按下“順序閥”鍵，進行兩種運行方式的切換?！皢伍y”燈滅，“順序閥”燈亮后，切換完成。同樣，運行人員也可從“順序閥”向“單閥”切換。

應特別注意的是，雖然從“單閥”控制切到“順序閥”控制或反之，在功能上都是行得通的，但這會導致汽輪機部件經受不必要的熱應力變化，因而建議運行人員要嚴格遵守汽輪機“調節汽閥管理規程”和“啟動和負荷變化的建議”的操作規程。

7 試驗

7.1 閥門試驗

在作實際試驗時，汽機運行人員必須根據主機廠提供的專用運行說明書及有關“進汽閥試驗”資料作為指導。DEH－IIIA具有閥門試驗（全行程關閉試驗）和閥門松動（活動）試驗兩種方式。

7.2 超速保護試驗

超速保護試驗按鈕是由超速保護鑰匙開關和CRT上軟操盤上的“103試驗”、“110試驗”、“危急遮斷”三只按鈕組成。

當鑰匙開關置向投入時，說明DEH控制裝置已和各種正常的超速保護功能。當轉速超過103%時，發出OPC信號關高、中壓調門；110%超速保護動作，DEH即送出AST信號到危急保安系統跳機，同時將所有閥門指令置為0。

“危急遮斷”，即當超速保護開關置向試驗時，且按下“危急遮斷”鍵，燈亮，此時最高轉速目標值允許升到3400r/min。DEH控制轉速不斷上升，此時103%和110%均不動作，直到危急遮斷器動作，通過低壓安全油跳閘，主汽門、調門全部關閉。汽機脫扣，轉速開始下降。

7.3 汽門嚴密性試驗

在機組轉速為3000r/min，未并網的情況下，可以進行閥門嚴密性試驗，以檢查汽門是否嚴密。

按“主汽門嚴密試驗”，主汽門全關，調門全開，檢查汽機轉速下降情況，判斷主汽門嚴密性是否合格。

按“調門嚴密試驗”，調門全關，主汽門全開，檢查汽機轉速下降情況，判斷調門嚴密性是否合格。

7.4 其它試驗

（1）EH油泵聯鎖試驗

當EH油泵由DEH控制時，在DEH的CRT上有EH油泵的啟、停、聯鎖及試驗按鈕，在未聯鎖時，可單獨啟動EH油泵A和B。當A、B泵聯鎖投入時，任何一臺泵運行，按下“油泵聯鎖試驗”，試驗電磁閥動作，另一臺泵會自動聯鎖啟動，說明聯鎖回路正常。

（2）ETS試驗

為簡化集控室布置， ETS系統的試驗通過DEH來實現。ETS為動作條件，通過接觸器與DEH停機回路相連，最終由DEH執行動作結果。

8 抽汽控制

8.1 抽汽控制

當機組并網，DEH在操作員自動并且負荷大于30MW才能投入抽汽，操作人員可按“抽汽投入”按鈕來投入該回路，該回路投入后如果負荷低于20MW時，自動退出抽汽控制（負荷定值30MW、20MW由機組抽汽工況決定）。當抽汽控制投入之后，且抽汽在自動控制時高、中調門實現牽連調節，在牽連調節的范圍內操作人員增減負荷時，抽汽壓力基本維持不變。當操作人員增減抽汽壓力時，同樣保持負荷基本不變。DEH投入抽汽控制后，調節級壓力回路不能投入。在未投抽汽閉環時，抽汽的目標及給定類似負荷控制的閥位方式。為一計算值，不代表實際要求的抽汽壓力。

8.2 抽汽回路調節

當機組投入抽汽控制，在操作員自動的情況下，運行人員可通過按“抽汽回路調節”按鈕來投切此回路。此回路投入后，抽汽壓力控制在牽連調節的同時實現閉環調節，保證抽汽壓力的穩定。當DEH檢測到抽汽壓力信號故障時會自動切除該回路，在故障未消除前無法投回路。

當該回路投入時，抽汽目標給定值跟蹤當前抽汽壓力值，抽汽目標給定值即為要求的抽汽壓力值。

9 結語

大慶石油熱電廠于2001-2003年對4＃、5＃、7＃、6＃機相繼改造，4＃、5＃、7＃機已改造完成，6＃機9月改造。從改造完成后的機組看，該系統運行良好，操作簡單、動作可靠、維護量低，最主要是電負荷與汽負荷能自動調節，解決了7#機自投產以來不能實現雙抽控制，如投入一次調頻，可解決了外網波動的影響，為我廠長周期運行，提供了可靠保證，取得了良好的改造效果。

Introduction and Application of Digital Electro-hydraulic Control System of DEH-IIIA Steam Turbine

This paper introduces 50MW turbine application of the XDPS DEH system in the branch of Daqing Petroleum Company Thermal Power Plant.

DEH-IIIA control system; EH hydraulic system; Handtrader

朱永波（1965-），男，漢，黑龍江伊春鐵力人，學士，計算機科學及技術專業，工程師?，F就任黑龍江省大慶石化公司熱電廠儀表車間主任。主要研究方向為工業生產自動化。

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1003-0492(2014)03-0076-03

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