DEH控制系统.docx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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。 T150 冷态 150T300 温态 300T400 热态 400T 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

7、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

8、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

9、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

10、系为:420mA0100% 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：

11、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(0110)%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

12、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

13、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

14、，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

15、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

16、。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

17、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NETWORK100网络上协同工作，网络通讯由中文版WINDOWS NT SERVER 4.0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

18、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NETWORK100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 。 100网络主要技术性能 项目技术特性连接控制器HISEC04M/R600C结构双重化，环形通讯速率100M bps通讯介质光纤（GI50/125m）站间距MAX：2KM

19、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1ms1000ms4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：Pentium PC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

20、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、HIACS5000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