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SPEC-200电调系统改DEH控制 |
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作者：中国国电集团公司菏泽发电厂 侯典来 |
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本文论述125M机组汽轮机SPEC-200电液控制系统改为DEH控制后的系统组成，控制功能，操作步骤和系统完善，以及存在问题改进和试验。
1、 原设计缺陷
随着竞价上网对负荷控制精度日益增高，保证电调装置的正常工作显得十分重要，现对电调系统存在的设计方面的缺陷进行分析如下。
在卡件方面：斜坡发生卡件154，比例卡件139，加法器卡件1310，A/M操作器卡件161、162，功放卡件171，与门1210-2，低限卡件127-1，选大卡件126等不允许“出错”，如在电调自动位置“出错”，严重时，可直接导致机组瞬间甩负荷到零。
在外围检测设备方面，电调油压变送器只有一台，它的故障导致机组负荷的剧烈变化。若故障(如断线)，测量信号变小可导致机组迅速升负荷到高限，测量信号变大可导致机组负荷的迅速下降；安全油压低开关及启动阀未全开位置开关，其任一开关的误动都可直接导致机组甩负荷到零；电液转换器 E/H 只有一套，若电液转换器或其驱动卡件任一出现故障，都可直接导致机组甩负荷。我厂#2机组电调曾因功放卡件171故障甩负荷到零。
电液转换器检查 多次卡涩的同步器
另外，#1机电调原设计中存在的电液跟踪偏差大的缺陷，在厂家指导下，在这次大修中已消除，但却增加了A/M卡件的负载，由原来的三路输出增加到六路，因此在运行中对环境温度的要求更加苛刻，电调柜的室温应尽量保持在25℃以下，若空调故障停运，室温较高时，多次造成卡件工作不正常，将电调切至液调运行。
2、 电调开机不能正常启动的情况分析
2002年2月15日，#1机组用电调开机，没有成功，其主要原因分析如下：
#1机组大修以后(特别是在调试期间)，没有安排专门时间进行动态试验，针对#1机组电调装置首次全过程冲转所出现的问题，在停机期间及开机冲转过程中进一步试验，以优化参数，查清问题的根本原因，防范事故的发生。
在开机过程中曾出现电调输出为0mA，开启启动阀，在主汽门开的过程中汽轮机可自行冲至500rpm，针对这种情况判断：电调装置的零输出，不能使所有调门全关，即“两个零位不同”，因此在停机间隙，与机务及运行人员配合，做重新核对零位的试验，另外，汽机专业在调整油系统后，及时核对零位，请运行人员开启调速油泵，做好允许开关主汽门及调门的隔离措施，按[复置]按钮，建立“安全油压”，[复置]灯亮即停止按按钮，将电调输出至零，将启动阀慢慢打开，观察四调门油动机行程的变化，请汽机专业人员根据调门全关的二次油压数据，调整电液转换器的零点，使此时电调油压数据与提供数据一致；若数据一致，则调门不严，请汽机专业人员重新调整并再调零位。
在上次开机过程中转速升至2760rpm时，转速不再升高。这说明厂家给出的转速目标上限7.5V不符和我厂机组的实际参数，开机时重新调整（这种参数模拟试验是做不出来的）。
处理说明：将转速目标上限由7.5V调至7.7V，按正常操作冲转，观察在转速目标升至最大时，机组的实际转速，若机组的正常热力参数符合规定要求，当机组的实际转速低于2850rpm，可再适当调整转速目标上限，直到在规定热力参数下，机组实际转速上至2850rpm。
关于上次开机过程中不能用“电气把手”升速及加负荷的现象，在下次停机后通过模拟试验查找出原因，重点检查接口逻辑，检查卡件159-1，159-2及斜波154，检查与“电气把手”接线的正确性。
原电调柜及测试仪器
3、 DEH控制系统的功能
DEH控制柜接受现场转速OPS，功率MW，主汽压力PT等信号，及运行人员通过CRT发出的指令，经过内部计算，送出高压调门控制信号GVSPT，中压调门控制信号IVSPT，电超速信号OPCO等信号去控制伺服阀，电磁阀等现场设备，再通过液压油动机执行机构去控制各蒸汽阀门，如图1所示。
图1 DEH控制系统系统 DEH功能组态
3.1 转速控制功能
DEH接受三个磁阻发送器检测的汽轮机转速信号，经三选二逻辑选择后，与运行人员给出的转速设定值进行比较，经PID运算后输出，通过电液伺服阀控制油动机，带动阀门进行控制，如图2所示。
图2 调节汽阀油动机原理
转速设定值根据由运行人员给出转速目标值和速率，并按下GO按钮后自动改变，转速也随着改变，如运行人员按下HOLD按钮，则转速设定值及转速将保持，运行人员给出的转速目标值如果在叶片共振区则无效。
3.2 功率控制功能
DEH在汽轮机并网后，汽轮机自动带上大约5%的初负荷，然后根据运行人员给出的负荷设定值进行负荷控制，汽轮机实际所带的负荷是与进汽压力成正比的。
负荷设定值根据由运行人员给出负荷目标值和负荷率，并按下GO按钮后自动改变，负荷也随着改变，如运行人员按下HOLD按钮，则负荷设定值及负荷将保持。
如果运行人员在进行负荷控制时投入发电机功率反馈，则汽轮机实际所带的负荷将与运行人员给出的负荷设定值相同，当汽轮机实际负荷与负荷设定值的偏差大于10%时，发电机功率反馈自动切除；由于功率反馈仅出于对汽机本身控制的考虑，对机炉整个系统控制品质来说并不有利，例如，在进汽压力降低时，汽机功率将减少，由于功率反馈的存在将开大阀门以补偿汽机功率的减少，而汽机阀门的开大又加剧了进汽压力的降低，因此正常运行时，并不推荐投入功率反馈。
3.3 限制器功能
DEH具有以下几种限制功能：
3.3.1 主蒸汽压力低限制（TPL）：在运行人员选择投入主蒸汽压力低限制时，如果主蒸汽压力低于限制值，调节汽阀会以一定速率关闭，以使汽压恢复。
2.3.2 高负荷限制：在运行人员选择投入高负荷限制时，如果负荷设定值高于限制值时，负荷设定值将不会超过高负荷限制值。
2.3.3阀位限制：在运行人员选择投入阀位限制时，调节汽阀的开度将不会超过运行人员给定的阀位限制值。
2.3.4 OPC功能：机组负荷大于30%额定负荷，且与电网突然解列时，或汽机转速超过103%时，OPC功能迅速关闭高中压调门；当转速下降到103%以下时，调门重新开启，以维持3000转/分，OPC功能能有效地控制汽机在甩负荷时的超速。
2.3.5自动同期接口：在转速达到同步转速附近（±50rpm）时，运行人员可将DEH运行方式切到自动同步方式，在此方式下，DEH接受自动同期升/降接点信号将转速控制到同步转速。
2.3.6遥控接口（ADS）：机组在并网以后，DEH可进入遥控方式，此时DEH接受遥控信号自动改变负荷，如图3。
图3 DEH接口信号
2.3.7阀门试验：机组在并网以后，可对长期处于全开状态的高中压主汽门和调门做活动试验，运行人员按下CRT上某个汽门活动试验按钮后，相应的主汽门油动机将关闭约10%的行程，调门关闭20%。
图4调门试验图
2.3.8一次调频功能：机组并网后，电网频率发生变化时，汽机的负荷将跟随变化，一次调频的不灵敏区及不等率可预先设置。
2.3.9快速返回功能：采用快速返回功能后，DEH接受外部要求快速返回接点输入，将阀门快速降到某个较低的位置。
4、 DEH控制器的硬件配置
DEH控制器采用上海FOXBORO公司的I/A系统硬件，其组成及硬件配置见图5、图6。
图5 DEH控制系统卡件 图6 DEH控制器
带冗余的双节点总线以其高速传递数据的通信能力，组成分散系统，接点总线上的工作站AW51，作为运行人员及工程师的人机接口，对处于同一接点总线上的控制处理器CP40FT进行组态，以实现实时的过程控制，同时也作为运行人员向控制器发出指令及监视汽机状态的装置；冗余的控制处理器CP40FT通过冗余的现场总线与现场总线组件FBM连接，I/A‘S的FBM有多种类型可供选择，可实现与现场不同类型信号的讯息交换，对于特殊的信号，例如汽机转速，油动机行程，电液转换器的驱动等，则需增加FBM以外的接口设备。
DEH控制器的两个柜子仅安装FBM卡件及其它特殊接口设备，控制处理器CP40FT与DCS集中在一起，工作站则与DCS共享，DEH控制器柜的柜编号为#60，#61。
由图7可见，#61柜主要安装包括调门及再热调门控制油动机的驱动卡及其供驱动卡的±15VDC的电源装置，驱动卡及其油动机位移反馈转换卡都置于2ANU-D的卡槽框内。
图7 #61柜卡件布置图
其中2AP-A＋SVP（G1）～2AP-A＋SVP（G4）为调门油动机驱动卡， 2AP-A＋SVP（I1）～2AP-A＋SVP（I2）为再热调门油动机驱动卡，由于每个油动机配置两套位移传感器（LVDT），因此油动机位移反馈转换卡采用双通道，每个通道将一个位移传感器的位移信号线性转换为0～10V信号，然后取两个转换后信号的高值作为最终位移反馈输出，送入相应的驱动卡。2AP-A＋SS（G1）～2AP-A＋SS（G4）为调门油动机位移转换卡；2AP-A＋SS（I1）～2AP-A＋SS（I2）为再热调门油动机位移转换卡。
#61柜卡件以所在的位置编号，编号由三组数字组成，第1组是控制柜号，第2组是框号，第3组是槽位号。例如61#柜第1框（N）第1槽（S）2AP-A+SVP卡件的编号为：61，1，1，即6111。
61#柜有两路220VAC，5A电源，分别馈入两个组件箱电源装置2ARPS15＋ST1，每个组件箱电源有两路220VAC供电，并互为备用，当工作的一路电压降到80%时，另一路将自动取代；两组件箱电源装置的输出±15V直流电源，经直流母线，向2NU-D组件框卡槽内的所有卡件供电，这种母线馈电的方式，即使一个组件箱电源装置故障失电，也不会造成卡件的断电。
#61柜的TBD1，TBD2端子排实现与汽机现场油动机的电气连接，这些连接包括每一个油动机的伺服阀及位移传感器（LVDT）的接线。
#60柜是FBM卡件柜，FBM卡件的布置见图8。 
图8 #60柜卡件布置图
两个1×8现场总线组件结构框安装所有的FBM卡件，为保证卡件供电的可靠，每框卡件由4个IPM02电源组件供电。
FBM卡件端子编号由6组数字组成：第1组是控制柜号，第2组是卡件种类号，第3组是框号，第4组是槽位号，第5组是通道号，第6组是点号；例如，#60柜第1框（N）第1槽（S）FBM01卡件第2通道的端子编号为：60，01，1，1，-2，（+）及60，01，1，1，-2，（-）即600111-2（+）及600111-2（-）。
除常规的FBM卡件外，#60柜还包含下列的特殊接口设备：转速继电器TBS1，TBS2，TBS3，主汽门油动机及再热主汽门油动机位移转换器SVP1，SVP2，RSVP1，RSVP2，中间继电器R1～R10，24V直流电源24VDCPS。
GV接线和查线 LVDT信号调试
其中转速继电器为FBM频率信号输入提供前置放大作用，以便测量汽机转速的磁阻发送器顺利送入FBM06的频率通道；此外，转速继电器还产生103%及110%的超速接点，为超速保护及超速控制提供响应快速的保护信号；采用三个转速继电器的目的是使汽机转速信号的控制有三个信号源，并使用三选二逻辑保证有足够的可靠性；主汽门油动机及再热主汽门油动机位移转换器是位移信号的特殊接口设备，它们将油动机位移信号转换成FBM可接受的4～20mA信号；10个中间继电器作为FBM09和FBM14开关量输出的信号隔离，接点容量放大及数量扩展而设置，可用作光示牌报警，超速保护，超速控制以及主汽门活动试验等的接点输出。
24VDCPS向这些特殊接口设备提供24V直流电源；24VDCPS包括两组220VAC/24VDC开关电源，两组开关电源的输出采用高选方式对外供电。24VDCPS提供8路带有独立熔丝的24VDC电源输出，分别馈给三个转速继电器，4个位移转换器及10个中间继电器；需向#60柜提供两路220VAC，5A电源，除按FOXBORO常规向两个8×FBM结构框供电外，还分别馈给24VDCPS的两组220VAC/24VDC开关电源，以保证特殊接口设备供电的可靠性；#60柜与#61柜之间的信号联系则通过三根预制电缆连接，#60柜的预制电缆插座为PLUG60-01，PLUG60-02，PLUG60-03。#61柜的预制电缆插座为PLUG61-01，PLUG61-02，PLUG61-03。
特殊接口设备调试方法如下。
4.1 转速继电器
转速继电器的调整方法为：1、按一下P孔，面板显示P00.00，光标在P00的下面闪烁。2、按一下△孔，面板显示P01.00，再按一下上升为P02.00，再按一下为PO3.00。3、按一下 孔，面板显示P03.00，按一下E孔，显示3300，按一下 孔，面板光标显示3300，按一下 孔，显示3300。4、光标移在哪一位上，就可以用△孔一直改正将所需数据调好为止。5、按一下E孔，再按一下P孔，完成调整，转速继电器面板显示如下图9。
图9 面板显示示意图
4.2 SVP功放卡
DEH输出的给定电流(4～20mA)经电流／电压转换后，将其电压与LVDT反馈电压的偏差进行PI调节之后，输出±27 mA的电流去驱动油动机，LVDT的位移信号输出以O～20mA的形式输出。
a、DEH输入调节：从面板输入4mA电流信号，调节W4使TP2的电压为0V；从面板输入20mA电流信号，调节W8使TP2的电压为10V。
b、LVDT反馈调节：移动LVDT滑杆至起始位置，然后调节W3使TPl输出电压为OV。移动LVDT滑杆至满量程，然后调节W7使TPl输出电压为1OV。
图10 SVP功放卡原理框图
4.3 高选卡
输出两路17V，1000Hz的正弦波信号供LVDT用，将两路LVDT反馈信号高选后送SVP卡，将两路LVDT反馈信号比较后送一开关量至DEH。
a、LVDT反馈调节：移动LVDTA滑杆至起始位置，然后调节W4使输出电压为0V；移动LVDTA滑杆至满量程，然后调节W5使输出电压为10V；移动LVDTB滑杆至起始位置，然后调节W9使，输出电压为0V；移动LVDTB滑杆至满量程，然后调节W10使输出电压为10V。
b、偏差电压调节：调节Wl1，使TPl的电压为2V。
图11 高选卡原理框图
5、 功能完善
5.1一次调频
为积极落实山东电力研究院的《一次调频技术要求》，使DEH系统在各种负荷控制状态，完成机组一次调频功能，同时参考菏泽发电厂＃2机组一次调频试验情况，DEH功能完善如下：
5.1.1对DEH部分的控制逻辑中的一次调频逻辑和一次调频函数进行了修改，修改后的一次调频函数F(X)为表1 
注：函数中的X为转速信号，等于3000减去机组实际转速，Y为转速差需校正的负荷。
5.1.2 CCS部分内一次调频函数与DEH部分内的函数取自同一个一次调频函数F(X)。 需要说明，在CCS和DEH中，同样都是频差校正后的MW函数，代表的意义有差别，在CCS中频差校正后的MW值是实际功率负荷值，而在DEH中频差校正后的MW值不是实际功率负荷值，而是代表负荷变化的参考值，建议厂家人员进一步完善此逻辑，使之与CCS中的意义一致。
5.1.3 由于DEH系统在手动方式下，控制逻辑中没有一次调频功能，请完善。其次DEH手动方式下控制输出是百分数，而频差校正后的是MW，怎样更好地将频差校正后的MW叠加到DEH手动方式下控制输出中，怎样更好地进行量纲转换，建议厂家人员完善。
5.1.4机组CCS在协调方式，DEH在遥控，机组定压运行，机组负荷由110MW降为85MW的过程中，汽机＃2高调门发生大幅度波动，开度在42%－－91%之间波动，造成负荷、主汽压力大幅度波动，威胁机组安全。由于我厂在100MW以下，机组滑压运行，这种问题轻易暴露不出来，在作一次调频试验时发现的；#2机组DEH改造完成后，#3调门曾经因调门特性太陡，出现过晃动，为避免#1机组DEH改造后再出现同类情况，建议厂家人员研究处理此类情况，确保机组安全。
5.1.5在作一次调频试验时，发现CCS和DEH逻辑中机组最高负荷、最低稳燃负荷的上下限与机组开停机情况下的升降负荷上下限逻辑有相互制约的情况，还需厂家人员进一步完善。
5.2调门管理函数
#3高调门在35%开度晃动，经过分析可能原因如下：由于在DEH单独控制时，#3高调门不晃动，所以很可能由于协调的PID调节器和DEH本身的PID调节器参数不匹配，可以适当调节协调系统的PID参数，其次，#3高调门的曲线模块为：DEH3：GVCHAR11，内部参数来自于上汽厂计算组提供的阀门特性曲线，原始数据如表2。 
X_4=75时，阀门指令35%；X_5=77.5时，阀门全开。由于特性比较陡，所以，如果PID不匹配，可能会振荡，但此时阀门流量不变，对负荷影响很小，可以适当增加X_5（大约80-85左右），以减小特性陡度，利于系统稳定。
参考文献
［1］李德成.125MW机组电调装置（DEH系统）运行状况分析［J］.山东电力技术，2001年增刊（热控专集）：161-163.
［2］上海汽轮机有限公司.菏泽电厂#1机组DEH改造调节保安系统［Z］.上海：上海汽轮机有限公司，2003.
作者简介：侯典来(1963-)，男，山东梁山人，汉族，1985年毕业于山东工业大学，工学学士学位，高级工程师，中国仪器仪表学会、山东电机工程学会会员，主要从事火电厂基建安装调试和生产检修工作。E-mail：hdlacc@163.com ，Website： http：//www.acc.1a.cn(end)
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(4/29/2005) |
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