劉媛杰 李霞 曾如意

摘 要：數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）是現(xiàn)代分散控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)用在汽輪機(jī)控制的典型形式，其在熱電聯(lián)產(chǎn)電廠中的使用，使運(yùn)行調(diào)控更準(zhǔn)確、平穩(wěn)，有效提高了設(shè)備的平均無故障時(shí)間，從而提高了電廠運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：熱電廠；自動(dòng)調(diào)節(jié)；汽輪機(jī)試驗(yàn)

該2×125MW“熱電聯(lián)產(chǎn)”工程DCS系統(tǒng)采用國電南自提供的TCS-3000系統(tǒng)。本系統(tǒng)為兩爐兩機(jī)一公用系統(tǒng)，為單元制設(shè)計(jì)，公用系統(tǒng)采用母管切換制。每臺爐設(shè)兩個(gè)操作員站，每臺機(jī)設(shè)一個(gè)操作員站，公用系統(tǒng)設(shè)一個(gè)操作站，每臺機(jī)組電氣各設(shè)一個(gè)操作員站，兩個(gè)工程師站，兩臺服務(wù)器、兩個(gè)值長站，共15個(gè)上位站。下位控制器共設(shè)21對，每對控制器互為冗余，包括（DPU、通訊模塊、電源模塊）。通訊網(wǎng)絡(luò)為雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，每臺機(jī)組有獨(dú)立的交換機(jī)柜并通過級聯(lián)連接成整體網(wǎng)絡(luò)，通過服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各控制柜之間各自獨(dú)立，但其數(shù)據(jù)可以互相共享。DCS系統(tǒng)對兩臺機(jī)組劃分不同網(wǎng)段，對不同用戶授予不同操作權(quán)限，因此操作員站能進(jìn)行的操作是有所限制的，即兩臺機(jī)組之間不能互相操作，但都能對公用系統(tǒng)進(jìn)行操作。

1 DCS在汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

熱工調(diào)節(jié)對象的特性：熱工調(diào)節(jié)對象是指各種具體的與被調(diào)量有關(guān)的設(shè)備，例如汽包及各種熱交換器等，根據(jù)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)及工藝要求，可分為具有一個(gè)被調(diào)量和幾個(gè)被調(diào)量的對象。

（1）具有一個(gè)被調(diào)量的對象。這類調(diào)節(jié)對象具有一個(gè)輸出信號，即被調(diào)量，但具有幾個(gè)輸入信號。在幾個(gè)輸入信號中，常選取一個(gè)可控性良好的輸人信號作為調(diào)節(jié)作用，而其余的輸入信號就都是擾動(dòng)作用。例如汽包水位調(diào)節(jié)中的給水流量和蒸汽流量就被當(dāng)做擾動(dòng)信號處理。

（2）具有幾個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)對象。調(diào)節(jié)對象被劃分為若干個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)區(qū)域，每一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)只對一個(gè)被調(diào)量起作用。例如汽包鍋爐的調(diào)節(jié)，通常將其劃分為給水、汽溫、汽壓等幾個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可按一個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)對象來處理。具有多個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)對象有相應(yīng)個(gè)數(shù)的調(diào)節(jié)作用，這些被調(diào)量或者根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的要求，互相之間必須保持一定的關(guān)系；或者通過共同的調(diào)節(jié)對象相互影響，但不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，因而要采用所謂“綜合調(diào)節(jié)”。

2 DEH重點(diǎn)調(diào)控環(huán)節(jié)操作方式

主汽壓力及抽汽供熱控制：

（1）主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本系統(tǒng)為串級雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器分別接受主汽壓力和汽包壓力兩個(gè)沖量信號，形成兩個(gè)閉合回路。由汽包壓力信號局部反饋形成內(nèi)回路，包括副調(diào)節(jié)器、多功能組件、操作器、同操器和汽包壓力變送器等環(huán)節(jié)。由被調(diào)量主汽壓力信號大回路反饋形成外回路，即主回路，包括主調(diào)節(jié)器、整個(gè)內(nèi)回路及主汽壓力變送器等環(huán)節(jié)。內(nèi)回路解決快速動(dòng)作，當(dāng)汽包壓力因擾動(dòng)而升高時(shí)，副調(diào)采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用，當(dāng)汽包壓力因擾動(dòng)而升高時(shí)，副調(diào)輸出減小使給煤機(jī)轉(zhuǎn)速下降，反之，則上升。故汽包壓力信號的作用主要是消除內(nèi)擾，穩(wěn)定主汽壓力，相對于外回路來說，內(nèi)回路是一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)。主回路的作用是校正主汽壓力，使其穩(wěn)定在額定值。主調(diào)采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用。當(dāng)主汽壓力升高（降低）時(shí)，主調(diào)輸出減?。ㄔ黾樱?，相對來說，副調(diào)的輸入增加（減小），則副調(diào)輸出減?。ㄔ黾樱?，使得給煤機(jī)轉(zhuǎn)速下降（上升），這樣就使主汽壓力最終穩(wěn)定在給定值。

（2）汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本系統(tǒng)為串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器接受汽包水位、給水流量、蒸汽流量三個(gè)信號，形成兩個(gè)閉合回路。由給水流量信號局部反饋成內(nèi)回路，包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、給水流量變送器等環(huán)節(jié)。由被調(diào)量汽包水位信號大回路反饋形成外回路，即主回路，包括主調(diào)節(jié)器、整個(gè)內(nèi)回路及汽包水位變送器等環(huán)節(jié)。蒸汽流量信號是閉環(huán)以外的參數(shù)，它不影響以上兩個(gè)閉環(huán)的穩(wěn)定性，是前饋調(diào)節(jié)信號，只能形成開環(huán)，其在系統(tǒng)中的作用有兩個(gè)：一是改善負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)品質(zhì)，克服因虛假水位而引起的調(diào)節(jié)器的誤動(dòng)作；二是和給水流量信號配合，消除信號的靜差。內(nèi)回路解決快速動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生給水流量擾動(dòng)時(shí)，在水位還來不及變化的情況下，內(nèi)擾就被內(nèi)回路消除。副調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用，當(dāng)給水流量因擾動(dòng)而升高（降低）時(shí)，副調(diào)輸出減?。ㄔ黾樱?，使調(diào)節(jié)門關(guān)小（開大），故給水流量降低（升高）。總之，給水流量信號的主要作用是消除內(nèi)擾，穩(wěn)定給水流量，內(nèi)回路是一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)，因內(nèi)回路積分時(shí)間很短，相當(dāng)于外回路中的一個(gè)比例環(huán)節(jié)。主回路的作用是校正汽包水位，使其穩(wěn)定在額定值。主調(diào)采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為正作用（忽略電氣補(bǔ)償），當(dāng)汽包水位升高（降低）時(shí)，主調(diào)輸入減?。ㄔ黾樱敵鲆矞p?。ㄔ黾樱?，相對來說，副調(diào)的輸入增加（減?。?，輸出則減小（增加），使調(diào)節(jié)門關(guān)?。ㄩ_大），這樣就使汽包水位最終穩(wěn)定在給定值。

（3）減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一級減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)為串級雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受屏過汽溫、I級減溫器后汽溫，形成兩個(gè)閉合回路。由I級減溫器后汽溫局部反饋形成內(nèi)回路，包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、I級減溫器后汽溫一次元件和溫度變送器等環(huán)節(jié)。由被調(diào)量屏過汽溫信號大回路反饋信號形成外回路，即主回路。內(nèi)回路采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用，外回路采用PI調(diào)節(jié)器為正作用。二級減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)為串級雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由II級減溫器后汽溫組成內(nèi)回路，由主汽溫度反饋組成外回路，其工作原理與一級減溫水相同。

3 試驗(yàn)說明

3.1 閥門活動(dòng)試驗(yàn)

在機(jī)組并網(wǎng)后，帶低負(fù)荷時(shí)，可進(jìn)行閥門活動(dòng)試驗(yàn)。閥門在線活動(dòng)試驗(yàn)包括主汽門活動(dòng)試驗(yàn)和調(diào)門在線活動(dòng)試驗(yàn)。如圖1所示。打開畫面先檢查上部的三個(gè)指示燈，當(dāng)窗口圖中“主門活動(dòng)試驗(yàn)允許”“主氣門開”“調(diào)門活動(dòng)試驗(yàn)允許”黃色指示燈亮?xí)r，執(zhí)行窗口圖中“主門活動(dòng)試驗(yàn)”命令，此時(shí)窗口圖中“主門開”黃色指示燈滅，試驗(yàn)過程中各個(gè)主汽門的閥位變化可以從閥位棒圖反應(yīng)出來，顯示為90%左右。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，執(zhí)行窗口圖中的“取消閥門試驗(yàn)”命令，恢復(fù)正常。停機(jī)試驗(yàn)步驟：首先由運(yùn)行人員對機(jī)組進(jìn)行掛閘，開啟主氣門；然后由熱控人員在工程師站強(qiáng)制R20DM031（油開關(guān)合閘）、R20DM040（停機(jī)）、R20DM169（主氣門試驗(yàn)允許）。

圖1 主氣門活動(dòng)試驗(yàn)窗口圖

3.2 AST電磁閥活動(dòng)試驗(yàn)

執(zhí)行主畫面中的“AST試驗(yàn)”命令，彈出窗口，如圖5所示。執(zhí)行畫面中的“AST#1電磁閥試驗(yàn)”，則1號AST電磁閥帶電，63/ASP-1壓力開關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。執(zhí)行“AST#3電磁閥試驗(yàn)”命令，則3號AST電磁閥帶電，63/ASP-1壓力開關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。執(zhí)行“AST#2電磁閥試驗(yàn)”命令，則2號AST電磁閥帶電，63/ASP-2壓力開關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。點(diǎn)擊畫面中的“AST#4電磁閥試驗(yàn)”則4號AST電磁閥帶電，63/ASP-2壓力開關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。

4 結(jié)束語

由于電能不能大量儲存，電廠的生產(chǎn)特點(diǎn)是“產(chǎn)供銷”一體完成，沒有產(chǎn)品庫存，但熱、電用戶則要根據(jù)自己對能源的需求，隨時(shí)改變對熱、電的用量，這就造成了數(shù)量供需間的不平衡；另外，熱能和電能作為商品，必須要有一定的質(zhì)量保證，具體體現(xiàn)在供電頻率、電壓以及供熱的壓力和溫度等。其中，供電頻率就必須取決于汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，且成正比關(guān)系。從工程實(shí)際應(yīng)用的角度來說，汽輪機(jī)是在配備了自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)后才真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。目前，汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)已成為汽輪發(fā)電機(jī)組不可或缺的組成部分，確保機(jī)組能夠長期安全、可靠運(yùn)行，并且提高了相關(guān)電網(wǎng)的電能質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]史月濤，丁興武，蓋永光，等.汽輪機(jī)設(shè)備與運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，2008：85，120-141.

[2]林文孚，胡燕.單元機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2008：334-335.

[3]劉媛杰，樸在林.基于DCS汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011（9）：1035-1036.

[4]科林5號機(jī)組DEH控制系統(tǒng)介紹[J].內(nèi)蒙古石油化工，2006（3）：35-36.

[5]500MW機(jī)組DEH改造后閥切對負(fù)荷波動(dòng)的影響[J].華北電力技術(shù)，2007（2）：152-154.

[6]曾如意，劉媛杰.基于DCS優(yōu)化改造汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].中國電力教育，2011（9）：95-96.

[7]李福尚，岳增智.汽輪機(jī)DEH液壓系統(tǒng)典型故障的分析及處理[J].電站系統(tǒng)工程，2007.

[8]林平.基于DCS的汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)改造與研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007.

作者簡介：劉媛杰（1982-），女，陜西府谷縣人，塔里木大學(xué)機(jī)電學(xué)院，講師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究工作。