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1、300MW全电调DEH国产化系统分析金旭明(东方汽轮机厂自动控制开发处，四川德阳618000)摘要：介绍国产化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电液联动试验。图1关键词：控制系统；软件通讯；硬件配置；仿真1概述随着科学技术的不断发展，汽轮机组向着大容量、高参数的方向发展，以便获得尽量高的热效率，降低制造、安装和运行成本，这样，设备更加复杂了。特别是在变工况过程中，需要综合控制的因素更多了，原纯液压调节系统和电液并存调节系统已很难满足要求。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布式控制系统(DCS)技术的大力发展，运
2、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。东汽厂在引进和广泛吸收国内外先进技术的基础上，与太极通瑞控制系统工程公司集各自优势联合开发了新一代全电调控制系统。它是以计算机为核心，采用东汽厂成熟的控制系统思想和太极通瑞先进的、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，与D300H型汽轮机配套。2系统设计2.1设计原则(1)控制系统按分层、分散控制的思想设计，并按重要度配置硬件冗
3、余。(2)硬件的选择力求简洁、可靠、先进。(3)选用模块化的功能组态软件，以提高软件透明度，方便用户使用。(4)开放式冗余高速通讯网络保证信息畅通；具有与CCS及其它计算机的接口能力。(5)I/O信号应满足机组的启动运行要求，并有扩展容量。(6)液压部套的技术参数、连接安装尺寸必须符合主机要求。(7)大屏幕、高分辨率、多功能的OIS站作为人机通讯界面，采用球标在CRT屏幕上完成全部操作，硬盘仅用于紧急及试验操作。(8)系统设计符合IEC规定的安全设计准则，对误操作用防范措施，系统失电应保证可靠停机，系统具有自诊断、自恢复及抗干扰能力。2.2控制功能2.2.1基本控制(BTC)(1)启动升速、升
4、负荷及正常负荷调节，(2)阀位控制及阀门管理，(3)超速保护控制及遮断，(4)提升转速试验，(5)阀门活动试验，(6)喷油试验，(7)阀门静态试验，(8)汽门严密性试验，(9)与上位机及自动同期装置接口能力。2.2.2自动控制(ATC)(1)自动升速、升负荷控制。(2)转子应力计算与寿命管理。2.3控制系统原理300MW汽轮机是双缸、双排汽中间再热式机组，它由2只高压主汽阀，4只高压调节阀和2只中压主汽、调节联合阀（分别控制高、中压进汽）组成。以计算机为核心的DEH控制系统，采集机组的转速、功率和有关参数后，经过分析、鉴别、计算，控制电液伺服阀，通过各自的油动机4只高压调节阀和2只中压调节阀，
5、按启动运行要求工作。液压动力油以磷酸脂抗燃油为工质，工作油压12.8MPa，由集装式抗燃油箱供油。见图1。2.3.1启动准备为了使汽轮机冲转前高压部分的转子、汽缸及主汽阀的金属温度超过脆性转变温度，以减少启动过程的热冲击，缩短启动时间，启动前要进行高压缸预暖和高压主汽阀预暖。2.3.1.1高压缸预暖利用高压旁路蒸汽，通过RFV反流阀，从高压缸排汽口引入高压汽缸预暖。司机发出预暖指令后，打开RFV反流阀，关闭VV通风阀，关闭高排逆止阀，待高压缸温度达到规定值后，保持1h，关闭RFV阀，高压缸预暖完成。2.3.1.2高压主汽阀预暖司机发出预暖指令后，DEH微开主汽阀，使主蒸汽进入高压主汽阀进行预暖
6、。待阀壳温度达到规定值后，保持1h，关闭主汽阀，准备冲转。2.3.2运行方式2.3.2.1CCS协调控制启动结束后，DEH接到CCS请求，司机可按下协调按钮，在DEH允许的前提下，即可投入CCS控制，同时发出CCS投入信号。此时，DEH自动切除负荷反馈和调节级压力反馈，按CCS主控器来的目标设定信号控制机组。2.3.2.2透平自动控制透平自动控制程序根据转子热应力、机组振动、胀差等参数，自动设定目标值、速率，实现自动升速和升降负荷。热应力计算是按当时的进汽温度和压力、转速及缸温等参数，算出当时高、中压转子危险截面处的温差，表面及中心孔的热应力，然后按许用应力算出当前的相对应力比率，从而确定机组
7、的升降速率，并累计寿命消耗。2.3.2.3操作员自动在这种运行方式下，根据机组的热状态，DEH自动启动曲线（过临界转速、升速、定速、并网后带初负荷和升负荷）。司机可通过操作盘进行干预，按实际需要改变启动曲线。2.3.2.4紧急手动当DEH自动部分发生故障时，则切换到手动应急操作方式，用阀位升、降钮调整负荷。并网前DEH发生故障时，则立即打闸停机。2.3.3启动和阀门管理2.3.3.1启动过程在升速过程中，目标转速设定后，给定转速将按所给定的速率逐步增加。DEH把实际转速与给定转速相比较，经过PI校正并经电气凸轮曲线修正后得到阀位指令值，从而控制各阀门开度，使机组平衡升速。需要暖机时，给定转速保
8、持不变；过临界转速时，速率自动变为400r/min；并网时投入自动同期装置。在升负荷过程中，目标功率设定后，给定功率将按所设定的负荷率逐步增加。DEH把实际功率与给定功率相比较，经过PI校正并经电气凸轮曲线修正后得到阀位指令值，从而控制各阀门开度使机组平稳升负荷。2.3.3.2中压缸启动方式在预暖完成并具备启动条件后，司机按中压缸启动按钮，此时高压调门微开，逐渐开启中压调门。为保持中间再热压力不变，低旁逐渐关闭。当汽轮机完成升速、并网、低负荷暖机后，低旁全关，DEH接收到阀门切换指令后，开始阀门切换。逐渐开启高压调门，为维持主蒸汽压力不变，高旁开始关闭。当高、中压调门开度达到13，切换时间不大
9、于2.5min，即认为切换完成，高、中压调门同时参与控制。一般而言，在阀门切换时机组的功率应达到约10额定功率。2.3.3.3高、中压缸联合启动方式当旁路系统性能不完善或在热态、极热态启动时，可采用高、中压联合启动方式。此时高、中压调门同时开启，且按13比例动作，以减少中压调门的节流损失。2.3.3.4定滑定运行方式启动初期，用旁路维持高、中压进汽压力不变，机组处于定压运行；在高低旁路全关后，锅炉增加燃烧，高压调节阀维持90的额定值。随着蒸汽参数的增加负荷逐渐增大，这一阶段即为滑压运行；当蒸汽参数基本达到额定值时，负荷达到90的额定值，转入定压运行，高压调节阀开启到额定值，机组发满功率。2.3
10、.3.5阀门管理机组稳定运行时，宜采用喷嘴调节方式，尽量减少处于节流状态下的阀门，减少损失；当负荷变动时及启动过程中，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。实现这2种控制方式的变换，叫做阀门管理。DEH可接收指令，在一定的功率下，10min完成上述转换。2.3.4超速保护控制2.3.4.1功率负荷不平衡控制当电网输电线路发生瞬间短路故障时，等值系统总电抗增加，使发电机功率突然降低，为使系统能维持运行，必须使汽机功率迅速降低。实际上，当中排压力与发电机负荷之差大于30时，快关电磁阀动作，迅速关闭中压调节阀，待2s钟后，电磁阀失电，中压调节阀恢复控制。这种功率负
11、荷不平衡控制对电网末端的机组尤为重要。2.3.4.2超速预警当机组甩负荷时，若油开关信号没有发出，由于控制信号的滞后及余汽的作用，汽机转速将很快飞升，为防止达到跳闸转速而引起机组跳闸，在转速达到103时，立即快关高、中压调门，以抑制转速过度上升，从而起到预警作用。2.3.4.3超速保护当机组转速超过110时，DEH发出停机信号，立即关闭高、中压主汽门和调门，切断进汽。2.3.5试验2.3.5.1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、调节阀均进行全行程试验，按高压、中压、左、右分为4组进行。为减小试验过程中负荷的变动，建议投入负荷反馈。阀门活
12、动试验开始后，首先逐渐关闭调节阀，关闭主汽阀；然后全开主汽阀，逐渐开启调节阀，最后恢复正常控制。由于投入负荷反馈，在试验阀门关小时，其余调节阀自动开大，以维持负荷基本不变。2.3.5.2喷油试验为确保危急遮断飞锤在机组出现超速时能迅速飞出遮断汽轮机，需对飞锤进行活动试验。将油喷到飞锤中增大离心力，使之飞出，避免卡涩，再通过移动杠杆，使喷出的飞锤不会遮断汽机。2.3.5.3超速试验超速试验也叫提升转速试验，将DEH的目标转速设置为3 360r/min，逐渐提升汽轮机转速，达到被试验的一路超速保护的动作速度时，此路超速保护动作，遮断汽轮机。DEH可自动记录汽轮机遮断转速及最高转速。3软件设计DEH
13、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。3.1系统软件DEH控制系统由I/O控制站、OIS操作员站和EWS工程师站组成，它们挂在冗余的以太网上协同工作，网络通讯由中文版WINDOWS NT SERVER 4.0多任务操作系统实现。I/O控制站选用了PSOS实时多任务操作系统，它是为嵌入式微机特殊设计的模块化、高性能的实时操作系统。它提供了一个基于开放
14、系统标准的完全多任务环境，易用且可靠，以帮助用户在宿主系统(如NUIX工作站或PC机)上开发应用程序后，下载到嵌入式计算机，在PSOS的调试下运行应用程序。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。3.2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，由专业工程师设计并输入。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。专业工程师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，
15、从而增加运行维护工程师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、应用软件下载、系统初始化和在线修改等等。应用软件的核心层，如基本控制和超速保护逻辑等，制造厂加密，用户只能在获准后才可修改。数据采集、图形显示、报警制表格式以及运行参数(P、I、D)等可在工程师站上由专职人员修改。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。3.3通讯方式3.3.1系统内部网络整个DEH系统采用2层网络结构。第1层采用局域网(以太网)，第2层为现场总线网(CAN网)，二者皆为冗余网。3.3.1.1以太网以太网用于连接工程师站、操作员站和I/O控制站，以实现各站之间的数据交换和资源共享。由于采用了高速网络，并且在以太网上需要传递的数据量较少，所以可以保证系统的实时性。各个站通过双绞线电缆连接到集线器上，构成点对点的网状拓扑结构。以太网的网络操作系统采用中文WINDOWS NT 4.0 SERVER，联网方案选用工作组模式，这样每一个在工作组(网络)中的计算机都可以
