浅析DEH系统的控制功能及特点

摘要:介绍DEH系统的组成和特点,分析DEH系統的控制功能,以及系统本身的故障自诊断,容错能力,软、硬件冗余配置,并介绍DEH的故障分析及维护方法,阐述系统在维护电厂安全运行中的重要性。

关键词:ATC;DEH;AGC;CCS;HSS;协调控制

1前言

随着我国电力自动化程度的提高和用电形势的变化,对电网调度和机组调峰的要求越来越高,在机组协调控制(CCS)和自动发电控制(AGC)的要求下,一种简易可行的DEH系统被开发并成功应用于电厂,以下进行介绍。汽轮机数字电液控制系统(DEH-Digital Elecric-Hydraulic Control System)是以汽轮机为控制对象,通过计算机技术、自动控制及液压控制理论的运用,完成汽轮机的控制和保护,是电厂自动化系统最重要的组成部分之一。

2DEH系统的组成与特点

DEH主要由计算机控制部分与EH液压部分组成。计算机控制系统主要包括操作员站、工程师站、HCU、通信接口站、各种I/O卡件及冗余电源等,完成控制逻辑、算法及人机接口。根据对汽轮发电机各种参数的数据采集,通过一定的控制策略,最终输出到阀门的控制指令通过EH系统驱动阀门,完成对机组的控制。人机接口是操作人员或系统工程师与DEH系统的人机界面,系统工程师通过工程师站对系统进行维护及控制策略组态。

DEH承担着整个汽轮机-发电机组的主要控制任务,如启动、转速控制、负荷控制、运行状态及参数监视、超速保护、自动危急遮断及手动打闸等。与常规的机械液压调节器(MHG)相比较,电液调节器(DHG)有其独立的阀门驱动单元,因此使其结构更加紧凑,加之DEH使用了高压油,其动态特性大大地得到了改善,此外,采用了先进的微处理计算机技术,所构成的数字电液控制系统,除了能完成各种复杂的控制与操作功能以外,还拥有下述优越性:(1)可靠性高;(2)控制功能灵活;(3)调节品质好;(4)易于维修测试和参数调整。

3DEH系统的控制功能

完善的DEH应该完成从预启动、启动、升速、并网、升负荷、变负荷、额定负荷运行和停机的全过程自动控制,实现汽轮机转速控制、自动同期控制、负荷控制、一次调频、协调控制、快速减负荷、主汽压控制、单多阀控制、阀门试验、OPC控制、汽轮机程序启动、甩负荷工况控制等。也就是说,作为运行人员控制汽轮发电机组的工作平台,DEH系统应具有下述功能特征。

3.1启动前的准备控制

根据机组启动前的状态,选择启动方式,以及进行自动预暖缸控制。

3.2DEH的运行方式选择及切换

DEH系统应设计两种基本运行方式:手动方式和自动方式。其中自动方式又可分为汽轮机操作员自动方式(OA)、自动汽轮机控制方(ATC-AUTOMATIC TURBINE CONTROL)和汽轮机锅炉协调控制方式(CCS)。

DEH刚上电是,系统首先进入的是基本运行方式--手动方式。在手动方式下,许多自动功能均不能投入。若条件允许,操作员通过输入指令,可将机组切换到自动方式,此时许多功能才能投入。根据机组状态和外部要求,操作员可将机组分别切换到机炉协调方式或自动汽轮机程序控制方式。无论何种方式的切换都应保证系统平稳过渡,因此必须预先实现准确的跟踪。

3.2.1实现机组的在线整定

机组的在线整定包括整定伺服系统静态关系,以及控制器参数。

3.2.2实现机组的挂闸

通过按操作员站上的挂闸按钮,DEH应建立保护油压,使汽轮机保护系统投入运行。

3.2.3启动方式选择

机组的启动方式可分为中压缸启动和高、中压缸联合启动;额定参数启动和滑参数启动;冷态启动和热态启动等等。实际运行时往往是多种方式的组合。

3.2.4实现机组的转速控制

机组的转速控制包括:设定目标转速、设定升速率、升速、摩擦检查、自动过临界、中速暖机、3000r/min定速运行、试验和并网。

升速过程中,目标转速设定后,给定转速将按启动曲线或操作员输入的命令逐步增加。DEH把实际转速与给定转速相比较,经过PI校正并经阀门线性程序修正后,得到阀位值,从而控制各个阀门开度,使机组平稳升速。需要暖机时,给定转速保持不变;过临界转速时,提高升速率;并网时由自动同期装置ASS控制并网。

3.2.5实现机组的负荷控制

机组的负荷控制包括并网,带初始负荷,升负荷(设定目标负荷及负荷变化率),自动暖机,阀切换,定压-滑压-定压变负荷运行,调节级压力反馈控制,负荷反馈控制,一次调频,CCS控制,高低负荷限制,阀位限制,主汽压力限制和快速卸负荷。

升负荷过程中,目标负荷设定后,给定功率将按启动曲线或操作员输入的命令逐步增加,DEH将实际功率与给定功率相比较,经过PI校正并经阀门线性程序修正后,得到阀位指令,从而控制各阀门开度,使机组平稳升负荷。机组甩负荷时,由于功率回来的切除可以克服反调,而且DEH的迟缓率很小(不大于0.06%),所以其动态振荡少,飞升转速低,汽轮机的转速能迅速稳定在3000r/min,系统的动态特性很好;同时,DEH为多回路、多变量的调剂系统,使系统具有较强的适应外界负荷变化和抗内扰能力,可方便的实现机炉协调控制,有利于电网的稳定运行。

3.2.6阀门管理程序

阀门管理程序主要用于单阀和顺利阀的切换。机组稳定运行时,宜用喷嘴调节方式,尽量减少节流状态下的阀门损失;当变负荷运行时,或在启动过程中,为保证机组全周进汽,缩短启动时间,宜采用节流调节方式,即所有阀门同步开关。DEH 可接受操作员指令,在任意功率下和设定的时间内完成上述转换。

3.2.7实现机组的疏水控制

根据机组的运行方式,启动或停机,以及运行的状态,自动开启或关闭疏水阀门。

3.2.8实现机组的自动保护

机组的保护由低负荷运行保护、甩负荷保护、超速保护和危急遮断系统等功能组成。

3.2.9提供高压抗燃油并完成电/液转换功能

EH系统向机组提供一定温度、压力、流量和质量的抗燃油,并完成电/液转换、阀门正常控制与危急遮断的功能。

3.2.10实现机组的在线试验

试验的内容包括:(1)阀门活动试验,包括全行程试验和部分行程试验;(2)阀门严密性试验,包括主蒸汽阀严密性试验和调门严密性试验;(3)超速试验,包括电超速试验和机械超速的喷油试验。目前的电超速试验保护回路均由硬件实现,三取二逻辑。喷油试验的目的是为了在不停机的情况下检验机组的飞锤动作是否可靠,确保机组的安全运行。

4DEH的故障分析及维护

DEH装置在进行控制时,系统内部同时进行在线诊断。对发生故障的单元将进行报警,指示并打印。危险人员可根据操作员站OIS及模板前面板上的报警内容,进行有针对性的在线或离线维修,以使DEH尽快回复正常工作。

DEH装置内的所有模板都应提供现场诊断,维修资料,以指导现场维修。常见的DEH故障诊断方法有:

4.1转速通道故障

短暂的单通道故障将不会影响系统的正常运行,但若长时间故障或转速系统故障,则应由热工人员进行维修处理:首先用示波器检查故障通道转速是否正常,若不正常则应检查测速发信头接线是否正确,安装是否符合要求。若转速信号正常而出现转速通道故障,则有可能是测试板(FCS)本身有故障。

4.2功率、主蒸汽压力、调节级压力等参数与实际情况不符

出现功率、主蒸汽压力、调节级压力等参数与实际情况不符的情况时,应做如下三方面的检查:(1)检查相应变送器信号是否正常,输出信号范围中是否与设计值相符,如条件

允许,对变送器可重新检验。(2)检验变送器接线是否正确、可靠。(3)检验模入处理板。

4.3 控制器与现场执行机构的接口卡件(HSS)

控制器与现场执行机构接口卡件(HSS)之间的故障时毁灭性的,因此,其可靠性对系统取决定性的作用。HSS卡出现的故障可分離线故障与在线故障:

(1)HSS模板校验、调整、启动时出现的故障称作离线故障。产生的原因多为模板安装校验时不正确或不完全。例如接口卡件HSS与LVDT的信号之间的故障:

现象1:伺服放大器没有伺服驱动信号;检查1:如果HSS 卡的驱动电流信号正确,检查输出至伺服阀的电缆;如果电缆没有问题,则需要更换伺服阀。

现象2:LVDT初级没有激励信号;

检查2:如果HSS 卡的激励信号正确,检查输出至LVDT的电缆;如果电缆没有问题,则需要更换LVDT。

现象3:LVDT次级没有响应输出;

检查3:改变HSS 卡的输出电流,LVDT两个次级间的电压差应该变化,如果没有变化,检查电缆连接;如果电缆没有问题,则需要更换LVDT。

(2)HSS在运行中出现故障时,称作在线故障。运行中由连线引起的故障应该是很少的(定期检查条件下),通常是机柜内部或子模板有故障,这些可通过模板是的指示灯的状态显示。

诊断阀门位置反馈(线性差动变送器LVDT)是否有故障的具体规则如下

(a)如果出现执行机构位移报警信号,请检查LVDT的初级或次级。(b)如果初级激励电压小于1.0VRMS请检查LVDT初级故障。(c)如果该值大于1.0VRMS,请检查LVDT次级电压。(d)如果次级没有正弦波输出,请检查次级线圈有无故障。(e)如果两个次级输出正确,请检查其他部件。

5 结论

汽轮发电机组是一个高温、高压、高速旋转的机械系统、机组向达功率方向发展,相应地对自动控制系统提出了更高的要求。自动检测、自动保护、自动调节、自动启停这些特征构成了DEH中的自动汽轮机程序控制功能(ATC);目前,大功率机组多采用机组寿命管理法,根据转子应力确定升速率,由计算实现自动启停,由此充分发挥了计算机的数据处理能力来计算转子应力,利用计算机的逻辑判断能力,识别机组的状态,根据进程选择控制策略,保证机组启停中的安全性、经济性,使得生产过程监控的自动水平程度更高,DEH已经成为当今汽轮机特别是大型汽轮机必不可少的控制系统。

参考文献

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[2]火电工程调试技术手册热工卷/河南省电力公司编.-北京:中国电力出版社,2003

[3]谢健育 .700MW机组自启停系统(APS)设计特点及应用 .内蒙古电力技术,2001年第19卷第2期

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