數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機組中的應(yīng)用

2015-03-15 01:07董仲喜索治斌

河南化工 2015年6期

董仲喜 , 索治斌

(河南能源化工集團安化公司，河南安陽　455133)

董仲喜 , 索治斌

(河南能源化工集團安化公司，河南安陽455133)

摘要：詳細(xì)介紹了抽汽式汽輪機的數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)的原理及構(gòu)造，包括整個系統(tǒng)的組成、功能、調(diào)試等，對其系統(tǒng)常見故障及運行中出現(xiàn)的問題進行了研究與探討，并提出了具體的解決措施。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用為中小型汽輪機應(yīng)用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了方法和途徑。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機；數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) ；系統(tǒng)試驗

0前言

早期的汽輪機控制系統(tǒng)中控制信號和反饋信號都是由機械或液壓部件產(chǎn)生，在信號的產(chǎn)生和執(zhí)行過程中，存在著摩擦遲緩、準(zhǔn)確性差、遲緩率大、控制精度不高等問題，阻礙了控制系統(tǒng)自動化程度的進一步提高。為了使汽輪機能更準(zhǔn)確、更協(xié)調(diào)、更安全、更可靠地實現(xiàn)控制，一種以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的電液控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。汽輪機數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Digital Electric Hydraulic Control System，DEH)，該系統(tǒng)基本上在大型汽輪機上使用，經(jīng)過不斷地發(fā)展改進，已被廣泛地使用到了中小型汽輪機上，下面就WOODWARD公司的DEH汽輪機數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)在安化公司CC25-8.83/4.4/0.8型25 MW抽汽式汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的應(yīng)用做一介紹。

1DEH電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理

DEH電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)能實現(xiàn)升速(手動或自動)，配合電氣并網(wǎng)、負(fù)荷控制、抽汽熱負(fù)荷控制及其它輔助控制，并與DCS通訊，控制參數(shù)在線調(diào)整和超速保護功能等，能使汽輪機適應(yīng)各種工況并長期安全運行。其原理方框圖如圖1所示。

并網(wǎng)前在升速過程中，轉(zhuǎn)速閉環(huán)為無差控制，DEH控制器將測量的機組實際和給定轉(zhuǎn)速的偏差信號經(jīng)軟件分析處理及PID運算后輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號給電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器接受調(diào)節(jié)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，輸出與輸入電流信號相對應(yīng)的調(diào)節(jié)信號油壓。調(diào)節(jié)信號油壓經(jīng)液壓伺服機構(gòu)放大，控制油動機活塞移動，通過調(diào)節(jié)杠桿，改變調(diào)節(jié)汽閥的開度，調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量。從而減少轉(zhuǎn)速偏差，達到轉(zhuǎn)速無差控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到3 000 r/min，機組可根據(jù)需要定速運行，此時DEH可接受自動準(zhǔn)同期裝置發(fā)出的或運行人員手動操作指令，調(diào)整機組實現(xiàn)同步，以便并網(wǎng)。

圖1　原理圖

2DEH電液調(diào)速系統(tǒng)試驗

2.1　拉閥試驗

汽機開機啟動前必須對高、中、低壓三個調(diào)門的閥位進行校驗和標(biāo)定。在停機狀態(tài)下，拉閥試驗的投入允許燈亮，按增減按鈕或直接輸入閥位指令分別調(diào)整高、中、低壓調(diào)門的控制指令，人機界面上顯示相應(yīng)的閥位指令及各個調(diào)門的閥位開度，若動作有偏差或閥位擺動，可通過調(diào)整CPC輸出油壓或PID參數(shù)進行修正。

2.2　摩擦檢查

在人機界面上按“復(fù)位”鍵，消除所有的停機信號，中、低壓調(diào)門全開。在滿足下列條件下，摩擦檢查“投入允許”燈亮。①沒有停機信號；②安全油壓正常；③發(fā)電機油開關(guān)解列；④速度不在臨界轉(zhuǎn)速帶；⑤中、低壓調(diào)門全開；⑥執(zhí)行器輸出通道正常；⑦兩個外部電源均正常；⑧外部起機允許；⑨轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速；⑩轉(zhuǎn)速設(shè)定值低于額定轉(zhuǎn)速。在人機界面上按“摩檢投入”按鈕，系統(tǒng)逐漸升速至250 r/min，“摩檢上升”指示燈亮。

當(dāng)轉(zhuǎn)速達到250 r/min時，系統(tǒng)迅速關(guān)閉高調(diào)門，同時“摩檢下降”指示燈亮，直至轉(zhuǎn)速低于50 r/min時，摩擦檢查過程結(jié)束。在轉(zhuǎn)速上升的過程中，任何時候操作員都可以通過人機界面取消摩檢模式。

2.3　超速保護試驗

超速試驗功能用于驗證系統(tǒng)超速保護功能，包括電超速、機械超速試驗功能。超速試驗允許條件：①升速過程結(jié)束；②不在同期模式；③轉(zhuǎn)速實際值及設(shè)定值均在2 950~3 050 r/min；④發(fā)電機油開關(guān)解列。

2.3.1超速試驗

在超速試驗允許燈亮的情況下，按下“超速試驗”按鈕，進入超速試驗?zāi)Ｊ剑僮魅藛T按住“電超速”按鈕，系統(tǒng)自動升速到電超速設(shè)定點(3 290 r/min)停機，操作人員在升速過程中任何時候松開按鈕，轉(zhuǎn)速自動回到3 000 r/min，并自動取消超速試驗?zāi)Ｊ健?/p>

2.3.2機械超速試驗

在超速試驗允許的情況下，操作人員按住“機超速”按鈕，系統(tǒng)自動升速測試外部機械超速設(shè)備，若轉(zhuǎn)速升至3 330 r/min時，機械超速保護仍未動作，DEH系統(tǒng)自動停機，從而保護汽輪機設(shè)備。

3汽輪機的啟動和運行

3.1　啟機條件

在滿足下列條件的情況下，汽輪機允許啟動：沒有停機信號、安全油壓正常、發(fā)電機油開關(guān)解列、執(zhí)行器輸出通道均正常、兩個外部電源均正常、外部啟機允許。在此條件下按復(fù)位按鈕，中、低壓調(diào)門逐漸開至100%，在人機界面上選擇“自動升速模式之一(冷態(tài)/溫態(tài)/熱態(tài)啟機)”或“手動啟機”，開始對汽輪機進行升速暖機。

升速曲線如圖2所示。

圖2　升速曲線

3.2　機組并網(wǎng)

3.2.1DEH并網(wǎng)條件

機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 000 r/min后，在條件允許時可以進行機組并網(wǎng)操作，①DEH處于“自動”方式；②DEH處于“高壓調(diào)門”控制方式；③電氣由同期允許；④汽機轉(zhuǎn)速在同期范圍之內(nèi)(2 995～3 005 r/min)。

3.2.2假同期

所謂假同期，就是在正式并網(wǎng)之前，試驗自動準(zhǔn)同期裝置能否向電氣主開關(guān)發(fā)出合閘指令，即汽輪機能否在自動準(zhǔn)同期裝置的控制下，由同期裝置發(fā)轉(zhuǎn)速增、減指令來調(diào)整轉(zhuǎn)速，滿足并網(wǎng)條件。進行假同期試驗時，斷開自動準(zhǔn)同期裝置的至主開關(guān)的接線，將DEH投入“遠(yuǎn)方同期”方式，啟動自動準(zhǔn)同期裝置，右同期裝置發(fā)轉(zhuǎn)速增、減指令來調(diào)整轉(zhuǎn)速，如果自動準(zhǔn)同期裝置檢測到發(fā)電機的頻率和相位滿足電網(wǎng)要求，能發(fā)出電氣主開關(guān)合閘指令，就表明假同期試驗成功，具備正式并網(wǎng)條件。

3.2.3并網(wǎng)

當(dāng)DEH滿足同期投入條件時，界面上同期允許燈亮，運行人員按下“投入同期”鍵，同期模式燈亮，表明上述條件符合，控制系統(tǒng)已處于該種控制方式下。啟動自動準(zhǔn)同期裝置，DEH根據(jù)同期裝置發(fā)出的增、減信號來改變轉(zhuǎn)速目標(biāo)值，直至機組并上網(wǎng)。

3.2.4功率控制

當(dāng)機組并網(wǎng)后可自動帶初負(fù)荷，運行人員也可在功率的參數(shù)設(shè)定面板(點擊參數(shù)設(shè)定按鈕彈出)中設(shè)定功率值、升負(fù)荷率、負(fù)荷高低限。設(shè)定完后必須按下確定鍵，設(shè)定值才能生效。

4DEH電液調(diào)速系統(tǒng)故障處理

4.1　轉(zhuǎn)速及模擬量輸入輸出模板(多功能模板)

4.1.1轉(zhuǎn)速輸入、模擬量輸入、輸出或執(zhí)行器輸出工作不正常

①檢查電纜是否屏蔽，且屏蔽是否正確接地。②檢查接線。查找不牢固連接、電纜斷開或連接不正確。③檢查軟件組態(tài)，確保對此輸入的組態(tài)正確。④如果組態(tài)正確，但讀數(shù)仍有問題，拆下模板，交換J1和J2電纜。⑤檢查FTM上的保險管。⑥如果問題轉(zhuǎn)移到其他通道上，更換電纜，否則更換該模板。⑦如果同一多功能模板上對應(yīng)于兩條電纜的幾個通道讀數(shù)都不正確，則更換該模板。⑧如果更換模板仍不能解決問題，更換FTM。

4.1.2某個轉(zhuǎn)速輸入工作不正常

①在接線端子上測量輸入電壓，其有效值應(yīng)在1~25 VRMS范圍內(nèi)。②核實信號波形是否干凈，避免雙零點跨越。③核實電纜是否有接地現(xiàn)象存在。④測量頻率，其應(yīng)在100~2 500 Hz范圍內(nèi)。

4.1.3模擬量輸入工作不正常

①在接線端子上測量輸入電壓，其有效值應(yīng)在0~5 V范圍內(nèi)。②確認(rèn)無交流成分連接到模擬量輸入信號。③可能是由于不正確的接地產(chǎn)生的交流成分。④如果輸入讀數(shù)為0或0 mA所對應(yīng)的工程值，查找不牢固連接、電纜斷開或連接不正確，或在FTM上查找燒斷的24 VDC保險管。⑤如果所有輸入讀數(shù)均高，檢查24 VDC是否直接與輸入連接。

4.1.4模擬量輸出工作不正常

①檢查負(fù)載電阻，確保其小于600 Ω。②檢查確保負(fù)載線路的隔離。

4.1.5執(zhí)行器輸出工作不正常

①檢查確保負(fù)載線路的隔離。②斷開現(xiàn)場接線，在輸出端上連接一電阻。如果此時輸出正確，說明現(xiàn)場接線存在問題。

4.2　調(diào)門擺動原因分析及解決方法

機組在運行過程中曾出現(xiàn)多次調(diào)門擺動現(xiàn)象，其開關(guān)忽大忽小，反復(fù)震蕩，造成發(fā)電機負(fù)荷隨之波動，甚至造成CPC故障停機。后經(jīng)檢查分析確定了以下幾個故障點：①油質(zhì)不合格，造成滑閥卡澀，輸出油壓不穩(wěn)，造成調(diào)門擺動。解決措施：重新濾油，清洗滑閥后做拉閥試驗。②CPC電液轉(zhuǎn)換器PID參數(shù)設(shè)置不合適，造成CPC輸出油壓不穩(wěn)，造成調(diào)門擺動。解決措施：低頻振蕩時，適當(dāng)降低積分增益或增加比例增益；高頻振蕩時，適當(dāng)降低比例增益或增加積分增益。③CPC內(nèi)部伺服系統(tǒng)摩擦力過大，造成CPC控制輸出油壓不穩(wěn)，造成調(diào)門擺動。解決措施：增加CPC污物松散沖擊頻率設(shè)定，調(diào)整設(shè)定污物松散脈沖間隔時間，直至故障消除，若還出現(xiàn)輸出油壓不穩(wěn)現(xiàn)象，清洗或更換私服活塞，建議每兩年至少清洗大修一次。

5結(jié)論

總之，DEH數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)在汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的應(yīng)用，解決了汽輪機采用液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中其控制品質(zhì)不高、自整性不夠、調(diào)節(jié)精度不高、起調(diào)量大、調(diào)節(jié)時間長等問題。該系統(tǒng)投運后，汽輪機啟停自如，運行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)精度得到大幅度提高。由于有功率信號參與調(diào)節(jié)，負(fù)荷適應(yīng)性明顯增強，預(yù)留的AGC接口，為日后的電網(wǎng)調(diào)度自動化奠定了堅實的基礎(chǔ)。