DEH控制系统.docx

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DEH控制系统

全电调DEH系统分析

【摘要】:

介绍我厂DEH控制系统的功能原理，且重点介绍系统功能及软、硬件功能，最后简略介绍系统仿真及联动试验。

【关键词】：

控制系统；软件通讯；硬件配置

【前言】：

随着科学技术的不断发展，计算机技术现已广泛用到各种设备的监视和控制中，随着以微处理器为基础的分散控制系统（DCS）技术的大力发展，运用分散控制、集中管理的设计思想，不但控制的可靠性得到了更大的提高，操作维护人员的劳动强度亦可大大减轻。

为了适应发展，我厂#1、#2机组进行了全电调控制系统改造。

它是以计算机为核心，采用东汽厂成熟的控制系统思想和先进的、可靠的硬件产品，配以完善的应用软件而形成的；它将计算机与自动控制有机地结合在一起，充分发挥了计算机的高速计算和数据处理以及具有记忆、比较、判断等逻辑功能，并且易与其它系统接口；其液压系统采用高压抗燃油系统。

下面就将各部分一一作以介绍：

（一）　控制功能：

1、自动挂闸

2、整定伺服系统静态关系

3、启动前的控制和启动方式：

●自动判断热状态

●高压缸预暖

●启动方式：

中压缸启动、高中压缸联合启动。

4、转速控制：

目标转速、升速率、临界转速、暖机、3000r/min定速、电机假并网试验。

5、负荷控制：

●并网/升负荷及负荷正常调节：

并网带初负荷、升负荷、暖机、定─滑─定升负荷。

●负荷控制方式：

负荷反馈控制、一次调频、CCS控制、主汽压力限制、快卸负荷。

●负荷限制：

高负荷限制、低负荷限制、阀位限制。

6、单阀、顺序阀转换

7、超速保护：

●超速限制：

甩负荷、103%

●超速保护

8、在线试验：

●喷油试验

●超速试验：

电气超速试验、机械超速试验

●阀门活动试验

●高压遮断电磁阀试验

●严密性试验

9、控制方式切换：

汽机自动/手动方式

（二）　控制系统原理：

　1、汽轮机控制系统都是通过执行机构（油动机）来控制安装在进汽口上的调节汽阀来改变汽轮机蒸汽转矩，以调节汽轮机的转速，哈汽200MW型汽轮机高压缸进汽口上配有四个调节汽阀，中压缸进汽口上配有四个调节汽阀，为保证汽机的安全运行，还配有相应的主汽阀。

所述的12个进汽阀均采用液压执行机构来驱动，以满足动作时间短，定位精度高的要求。

2、汽轮机的工作转速为3000rpm，当电网中的负荷变动时，引起汽轮机转速随之变动，汽轮机调节系统中的测速环节测量到汽轮机的实际转速，并与额定转速3000r/min相比较后，通过频差放大，调节器伺服控制等环节来控制高、中压调节阀CV、ICV的开度，形成转速负反馈使转速变化维持在预定范围内。

3、汽轮机的上述12个进汽阀均采用高压抗燃油为工质的油动机驱动，除8个调节阀CV、ICV用伺服阀与DEH的微机接口实现连续控制。

其余二个中压主汽阀RSV和二个高压主汽阀MSV采用电磁阀与DEH接口实现两位控制。

4、自动挂闸：

挂闸就是使汽轮机的保护系统处于警戒状态的过程。

在#1、#2机组的全电调改造中，保留了原有的危急遮断部套，保安油压信号采用薄膜接口阀与高压保安油相连。

汽轮机已挂闸为危急遮断器滑阀在上支点，透平保安油压建立（压力开关PS2、PS3、PS4闭合三取二），薄膜接口阀关闭，主汽阀（MSV、RSV）上高压保安油压建立，且危急遮断器滑阀上腔室油压建立（PS1闭合），此时滑阀处于警戒状态。

挂闸允许条件：

●汽轮机已跳闸

●所有进汽阀全关

5、整定静态关系：

在机组启动前，必须完成伺服阀、LVDT、功放板、DCM板、LVDT前置器板的静态关系整定，保证各个伺服机构的控制精度及线性度，以满足机组对该伺服系统静态关系的要求，CV、ICV阀可同时进行校验，也可分别进行校验，此过程在OIS上进行。

6、启动前的控制和启动方式：

6.1、自动判断热状态：

汽轮机的启动过程，对汽机、转子是一个加热过程。

为减少启动过程的热应力，对于不同的初始温度，应采用不同的启动曲线。

DEH在每次挂闸时，自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温T的高低划分机组热状态。

●T＜150℃冷态

●150℃＜T＜300℃温态

●300℃＜T＜400℃热态

●400℃＜T极热态

6.2、高中压缸联合启动：

当旁路系统性能不完善或热态、极热态启动时，可采用高、中压缸联合启动方式,此时，高、中压调节阀同时开启，本系统的启动方式采用的是高中压缸联合启动。

7、转速控制：

●在汽轮发电机组并网前，DEH为转速闭环无差调节系统。

其设定点为给定转速。

给定转速与实际转速之差，经PID调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。

●在给定目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。

当进入临界转速区时，自动将升速率改为700r/min/min快速冲过去。

在升速过程中，通常需对汽轮机进行中速、高速暖机，以减少热应力。

8、负荷控制：

8.1、并网、升负荷及负荷正常调节

8.1.1、并网带初负荷：

●当同期条件均满足时，油开关合闸，DEH立即增加给定值，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。

●由于刚并网时，未投入负荷反馈，故用主蒸汽压力修正应增加的给定值。

8.1.2、升负荷：

●在汽轮发电机组并网后，DEH为实现一次调频，调节系统配有转速反馈。

在试验或带基本负荷时，也可投入负荷反馈。

在负荷反馈投入时，目标和给定值均以MW形式表示。

在负荷反馈切除时，目标和给定值以额定压力下总流量的百分比形式表示。

●在设定目标后，给定值自动以设定的负荷率向目标值逼近，随之发电机负荷逐渐增大。

在升负荷过程中，通常需对汽轮机进行暖机，以减少热应力。

8.1.3、暖机：

汽轮机在升负荷过程中，考虑到热应力、胀差等各种因素，通常需进行暖机。

若需暂停升负荷，可进行如下操作:

●不在CCS方式时，操作员发“保持”指令;

●在CCS方式下时，退出CCS方式后发“保持”指令

8.2、负荷控制方式：

8.2.1、负荷反馈：

●负荷控制器是一个PI控制器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出控制CV阀和ICV阀。

●在负荷反馈投入时，设定点以MW形式表示。

采用PID无差调节，稳态时负荷等于设定的值。

8.2.2、一次调频：

汽轮发电机组在并网运行时，为保证供电品质对电网频率的要求，通常应投入一次调频功能。

当机组转速在死区范围内时，频率调整给定为零，一次调频不动作。

当转速在死区范围以外时，一次调频动作，频率调整给定按不等率随转速变化而变化。

8.2.3、CCS控制：

●此时汽机负荷目标值受锅炉控制系统控制，负荷率为100MW/min，在负荷限制动作时产生保持信号。

●在CCS方式下，DEH的目标等于CCS给定，且切除负荷反馈，一次调频死区改为30r/min。

●CCS给定信号与目标及总阀位给定的对应关系为:

4～20mA—0～100%

●CCS给定信号代表总的阀位给定。

8.2.4、主汽压力控制（TPC）：

●在锅炉系统出现某种故障不能维持主汽压力时，可通过关小调门开度减少蒸汽流量的方法使主汽压力恢复正常。

●在主汽压力限制方式投入期间，若主汽压力低于设置的限制值，则主汽压力限制动作。

动作时，设定点在刚动作时的基础上，以1%/秒的变化率减小。

同时目标和设定点即等于总的阀位参考量，也跟随着减小。

若主汽压力回升到限制值之上，则停止减设定点。

若主汽压力一直不回升，设定点减到总的阀位参考量不大于20%时，停止减。

●在主汽压力限制动作时，自动切除负荷反馈，退出CCS方式。

8.3、负荷限制:

8.3.1、高负荷限制：

●在操作员站上调出“自动限制”画面，按“高负荷限制”按钮，可设定高负荷限制值。

在并网后，如果操作员已从操作员站上输入一个新的高负荷限值，则该值即为新的设定点值，高负荷限制上限不应大于210MW。

●如果实际功率已达到高负荷限制值，目标值大于设定值，则DEH发“保持”信号。

8.3.2、低负荷限制：

并网以后，实际负荷不允许低于某一限制值，如果实际功率已达到这一限制值，则DEH发“保持”指令。

8.4、阀位限制：

汽轮发电机组由于某种原因，在一段时间内，不希望阀门开得太大时，操作员可在（0～110）%内设置阀位限制值。

DEH总的阀位给定值为负荷参考量与此限制值之间较小的值，为防止阀位跳变，阀位限制值设有变化率限制，变化率为1%/秒，当阀位限制动作时，若目标大于设定点，则发保持指令，停止增大设定点。

9、超速保护：

9.1、超速限制：

为避免汽轮机因转速太高离心应力太大而采用的方法称为超速限制。

9.1.1、甩负荷:

●由于大容量汽轮机的转子时间常数较小，汽缸的容积时间常数较大。

在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，若仅靠系统中转速反馈的作用，最高转速有可能超过110%，而发生汽轮机遮断。

为此必须设置一套甩负荷超速限制逻辑。

●若油开关断开出现甩负荷，若负荷大于15%，则迅速动作超速限制电磁阀，关闭高、中压调节阀，同时将目标转速及给定转速改为3000r/min，延时2秒后，超速限制电磁阀失电，调节阀由转速闭环控制，最终使汽轮机转速稳定在3000r/min，以便事故消除后能迅速并网。

9.1.2、103%超速：

因汽轮机若出现超速，对其寿命影响较大。

除对汽轮机进行超速试验时，转速需超过103%外，其它任何时候均不允许超过103%。

一旦转速超过103%，则迅速动作超速限制电磁阀，关闭高中压调节阀，延时2秒后，超速限制电磁阀失电，调节阀由转速闭环控制，使汽轮机转速稳定在3000r/min。

9.2、超速保护：

若汽轮机的转速太高，由于离心应力的作用，会损坏汽轮机。

虽然为防止汽轮机超速，DEH系统中配上了超速限制功能，但万一转速限制不住，超过预定转速则立即打闸，迅速关闭所有主汽阀、调节阀。

为了安全可靠，系统中设置了多道超速保护:

●DEH电气超速保护109%

●DEH硬件超速保护110%

●危急遮断飞锤机械超速保护

另外，DEH还配有下列打闸停机功能:

●操作员手打停机

●由紧急停机柜ETS来打闸信号

10、在线试验:

10.1　阀门活动试验:

　　为确保阀门活动灵活，需定期对阀门进行活动试验，以防止卡涩。

阀门活动试验对主汽阀、调节阀均进行试验。

10.2　喷油试验:

　　为确保危急遮断飞锤在机组一旦出现超速时，能迅速飞出遮断汽轮机，需经常对飞锤进行活动试验，此活动试验是将油喷到飞锤中增大离心力，使之飞出。

但飞锤因喷油试验飞出不应打闸。

为提高可靠性，采用了冗余设计，二个飞锤，二个危急遮断器滑阀，用杠杆将它们联系起来。

通过移动杠杆，使喷出的飞锤不会遮断汽机。

10.3　超速试验:

　　做超速试验时，将DEH的目标转速设置为3360r/min,慢慢提升汽轮机转速，到达被试验的一路超速保护的动作转速时，此路超速保护动作，遮断汽轮机。

因此超速试验也叫提升转速试验。

DEH可自动记录汽轮机遮断转速以及最高转速。

10.4高压遮断电磁阀试验:

●为提高可靠性，高压遮断超速限制电磁阀采用了冗余结构。

高压部分的电磁阀可进行在线试验。

此项试验在POC站上操作。

●正常情况下，6YV、7YV、8YV、9YV电磁铁带电,5PS、6PS断开。

正常试验时，6YV或7YV失电动作，则6PS将闭合,若电磁阀动作后，15秒内压力开关信号不正确，则认为试验故障。

当做完6YV、7YV电磁铁试验后，使6YV、7YV恢复带电状态,6PS断开。

然后再做8YV、9YV试验。

8YV或9YV失电动作，则5PS将闭合,若电磁阀动作后，15秒内压力开关信号不正确，则认为试验故障。

当做完8YV、9YV电磁铁试验后，使8YV、9YV恢复带电状态,5PS断开。

（三）软件设计：

　　DEH控制系统的软件采用了计算机的成熟技术，它可分为系统软件（包括操作系统及支撑软件）和应用软件2层，应用软件在操作系统管理下工作。

开发系统的支撑软件为用户提供了一个全汉化的软件开发平台，它可用图形组态的方式构成简捷的人机对话界面，技术人员只需经过简单培训，就能熟练地对系统进行各种规定的操作。

1　系统软件：

DEH控制系统由操作员站和EWS工程师站组成，它们挂在冗余的μΣNETWORK100网络上协同工作，网络通讯由中文版WINDOWSNTSERVER4.0多任务操作系统实现。

工程师站上的组态支撑软件是一组功能强大的软件工具包，它为用户提供了一个友好的全汉化的用户界面，能离线对控制过程进行应用软件开发。

2　应用软件：

　　DEH控制系统的应用软件是在系统支撑软件支持下，在工程师工作站上，由专业人员设计并输入。

它要完成系统配置组态、数据库生成组态、控制回路生成组态等工作。

专业人员只需使用图表或功能块图，就能完成控制逻辑图的设计。

另外，应用软件在高度透明的前提下进行了合理的分层，这样用户很容易掌握DEH控制系统的机理，从而增加运行维护人员对系统的信任度和工作信心，用户可通过操作员站查询全部软件流程图、逻辑图，通过工程师站有限度的进行系统组态和在线修改等等。

运行监视过程中需要选择调整的参数，如速率、负荷率、目标值等，允许运行人员在操作员站上在规定的范围内修改。

3　通讯方式：

通过μΣNETWORK100网络将多台控制器、POC站、工程师站等设备连接起来，构成分布控制系统控制网，网络的最大挂站能力为255个，传输速率为100Mbps。

μΣ100网络主要技术性能

项目

技术特性

连接控制器

HISEC04－M/R600C

结构

双重化，环形

通讯速率

100Mbps

通讯介质

光纤（GI－50/125μm）

站间距

MAX：

2KM

总长度

MAX：

100KM

挂站数

MAX：

255台

访问方式

令牌（FDDI）

通讯缓冲区

256KB

数据长度

MAX：

1.5KByte

传送周期

1ms~1000ms

4　硬件设计：

　　DEH控制系统硬件配置主要由以下部分组成：

●标准机柜

●电源分配系统

●模板

●操作员站

●EWS工程师站

4.1　工程师站（EWS）：

EWS是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统的工具。

EWS包括：

PentiumPC主机，显示器，键盘、打印机，鼠标器等。

EWS的主要功能有：

系统登录、程序维护、控制器状态控制、系统构成显示、参数调整、在线监视、系统维护、维护。

EWS是系统日常运行维护的中心，必须由专业工程师进行操作。

工程师站的设置，方便了用户的正常运行，使系统更具有可操作性、可修改性，增加了全系统的透明度。

4.2　操作员站：

　　操作员站由工业微机、显示器、操作员专用键盘、打印机、球标等构成。

现场运行人员通过使用显示器、球标、专用键盘等操作工具完成对汽轮机的监视和控制。

在操作员站上，只能利用已经组态好的图形软件，对汽轮机进行监视和控制操作，而不能修改应用软件。

现场运行人员对汽轮机系统做任何控制操作，都记录下来。

【结束语】：

全电调DEH控制系统已经在我厂改造了两台机组，全电调DEH系统与传统的汽轮机液调控制系统、电液共存式控制系统相比具有很多优点。

采用全电调系统，控制精度高、执行机构线性度好，减少了机械部件之间的传动环节，进一步减小了阀门迟缓率和控制死区的不利影响，改善了大型发电机组转速负荷控制的稳态、动态特性。

DEH系统的投入，使机组能够稳定、快速地响应机组负荷指令变化。

【参考文献】:

1、计算机控制系统水利电力出版社

2、HIACS—5000逻辑图及说明北京日立公司

3、热工自动控制系统中国电力出版社