绥电800MW机组DEH系统改造

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绥电800MW机组DEH系统改造

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 16:57:45

摘要：绥中发电有限责任公司一期工程安装两台俄制800MW机组，汽轮机为俄罗斯列宁格勒金属工厂生产的К-800-240-5型超临界压力、一次中间再热、五缸六排汽、单轴凝汽式汽轮机，DEH （Digital Electro-Hydraulic）系统为汽轮机厂配套生产的电液并存调节系统。2004年在大修期间对#1机组DEH系统进行了改造，系统改造后采用抗燃油纯电调控制方案，实际运行效果良好。本文重点对本次改造的背景、改造方案、改造后系统构成和实现功能进行了重点介绍，对功能实现过程中出现的问题进行了分析并提出解决方案。

关键词：800MW机组 DEH 改造
1　改造背景绥电1号机组DEH系统是由俄罗斯列宁格勒金属工厂配套生产的电液并存调节系统，控制装置采用ЗЧСР-М2型计算机控制系统，其电子部分由ЗЧсР－Ｍ２型微处理器构成，主要包括：具有 16位数字处理能力的Ｋ１８１０系列ＢＭ８６型微处理器和ＫＰ１８１０ＢＭ８７运算协处理器。液压部分采用中压抗燃油系统，主要执行机构由同步器电机МУТ、电液转换器ЭГП、预保护电磁铁ЭМВ构成。
该系统主要存在下列问题：
（1）控制系统设备元器件老化、抗干扰能力差，经常发生计算机死机，板件故障等问题，威胁机组的安全、稳定、经济运行；
（2）液压部分存在同步器卡涩、迟缓率大等问题。通过同步器电机经中间滑阀控制全部高、中压调门，风险集中，调节方式落后，调节品质差，控制精度低，负荷波动较大；
（3）备品备件不足且无备件来源；
（4）操作烦琐，系统仿真功能不完善；
（5）模拟量模件精度低，不易调整；
（6）模件匹配性差，更换模件需要重新调整；
（7）无事故追忆系统，无法进行事故分析；
（8）系统无操作员监视画面。
绥中发电有限责任公司地处东北、华北两大电网的支承点位置，且两台800MW机组单机容量为两大电网之最，由于俄供汽轮机调节系统存在诸多问题，制约了汽轮机控制系统调节品质的提高，妨碍了机组CCS（Coordinate Control System,协调控制系统）的投入，以及AGC（Automatic Generation Control，自动发电控制）功能的实现。在东北电网与华北电网联网后，为了适应现代化大电网的要求，满足电网各种运行方式的需要，必须对绥电1号机组DEH系统进行现代化改造。
2　改造方案2.1　参考方案
目前国内DEH系统采用的方案有以下几种：
（1）同步器控制
（2）电液并存（包括联合控制、切换控制两种）
（3）透平油纯电调控制（包括保留凸轮配汽机构、去掉凸轮配汽机构两种）
（4）抗燃油纯电调控制
2.2　确定方案
综合上述方案在国内300MW及以上机组的应用经验，根据目前绥电公司800MW机组的实际运行情况，咨询辽宁电科院、汽轮机厂家专家，共同意见为抗燃油纯电调系统具有工作压力大，有效保证提升力，对机组可以实现可变阀门管理，最大限度减少液压环节，提高动态调节品质，可以在机组启动运行的不同阶段进行全周进汽和部分进汽选择，使机组以更为经济的方式运行，控制用油的独立性和抗燃油的使用最大限度消除了油质影响和火灾隐患等优点，是一劳永逸、安全可靠的最佳方案。最后确定绥电1号机组DEH系统改造采用抗燃油纯电调控制方案。
抗燃油纯电调控制系统，工作油压14.0Mpa，系统中的每一台汽门均采用一台汽门配置一台油动机、一台电液伺服阀、一台操纵座、一台卸荷阀，油动机与调节汽门操纵座为同轴直接驱动方式。改造后的汽轮机DEH系统取消了原机械液压调节系统中的同步器、调速器、调速器滑阀、中间滑阀等装置，更换调节阀操纵座，在调节阀的操纵座上放置抗燃油油动机，直接拖动调节阀阀杆。保留原系统中的机械液压保安装置，增加了高、中压主汽阀和调节阀油动机及操纵座，实现了每个调节阀配备一个独立的高压伺服执行机构。自动关闭器也采用了开关式高压抗燃油执行机构，增加了防超速电磁阀组（OPC）、停机电磁阀组（AST）、EH供油装置。系统控制部分采用世界上先进的集散控制系统，设计借鉴、吸收引进型300MW/600MW汽轮机组的控制策略和运行经验，具有丰富的控制功能和优良的控制品质，并符合以下设计原则：

（1）系统符合“故障-安全”设计准则，当系统失电时保证可靠停机，并对可能的误操作应采取有效的防范措施；
（2）系统具有自诊断、自恢复和抗干扰能力；
（3）系统依据分层、分散控制原则，除了控制器冗余外，对重要的I/O信号和I/O模件也进行冗余配置；
（4）冗余的高速通讯网络保证信息通畅，并具有与DCS的通讯接口；
（5）除满足机组启动运行控制要求外，系统具有足够的I/O裕量和能力以便未来进行功能扩展；
（6）功能设计应符合标准化、通用化、模块化的原则；
（7）操作站设计符合人机工程学要求，人机界面友好，信息丰富，操作简便可靠。
3　系统构成DEH系统改造后主要由控制部分和液压部分构成，控制部分电子设备采用了ABB北京贝利控制有限公司的Symphony集散控制系统，液压部分采用了哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置。下面就这两部分分别进行介绍。
3.1　控制部分
3.1.1　系统硬件
本次DEH改造控制部分硬件由三面控制柜组成，其中模件柜一面，端子柜两面。从功能上分为三个部分：汽机基本控制（BTC）、超速保护（OPC）和汽机自启停（ATC），分别由三对互为冗余的控制器（BRC100）和相应的功能子模件完成。系统配备一台Conductor NT操作员站，通过ICI 与网络相连，一台COMPOSER工程师站，通过CPM 与系统相连。硬件配置示意图如图（一）所示：
图(一)　DEH系统硬件配置示意图

下面对其中的主要硬件做重点介绍：
（1）控制器（BRC100）
BRC100是Symphony系统高性能、高处理能力的过程控制器，它与INFI-90系统在功能、通讯以及结构上完全兼容，比MFP11/12功能更强大，是它的升级换代产品。BRC100采用了32位处理器，主频32MHz，具有2Mb静态随机存储器（SRAM）、12kb非易失随机存储器（NVRAM）以及1Mb的Flash ROM，可通过功能码、C、BASIC、Batch 90等工具组态编程。
（2）频率计数子模件（IMFCS01）
IMFCS01 是DEH 专用的转速测量子模件，它将安装在汽轮机前箱内磁阻式转速探头测量出来的脉冲信号调制、整形、采样后变换成电信号，经过控制总线送给控制器。每块IMFCS01 接受一路转速脉冲信号，本系统配置了三块IMFCS01子模。
（3）液压伺服子模件（IMHSS03）
IMHSS03是DEH专用的阀门伺服子模件，它实际上是一块智能I/O 模件，通过IMHSS03上的处理器完成蒸汽阀门的精确定位控制。每块IMHSS03 控制一个可调蒸汽阀门（modulated steam valve），本系统配置了10 块IMHSS03，其中：TV×2、GV×4、IV×4。
（4）操作员站（Conductor NT）
本系统操作员站为Conductor NT，为DEH 操作画面提供了方便的手段。运行人员通过操作员站实现对汽轮机的控制。针对绥电800MW汽轮机DEH系统的特点，设计了如下画面，包括总貌、棒图、趋势、报警信息、操作面板等，不仅为运行人员提供了操作手段，还可以通过画面监视汽轮机的运行状态。
3.1.2　系统软件
ABB Symphony系统是一个优秀的集散控制系统，它的系统软件以多功能处理器（MFP/BRC）为核心，具有使用方便、便于调试、容易理解，充分适应了其硬件设计的特点，既满足了从简单到复杂的控制回路、顺控、优化控制的有关策略，又能用搭积木的方法对控制对象进行设计和组态。
Symphony系统是专门为过程控制设计的，它以生产过程中多种控制工艺流程和算法、控制技术为依据，经过ABB公司不断优化完善，形成了特殊的功能码。功能码内存放了大量算法和相关参数，并固化在MFP/BRC中。
功能码是一种标准的子程序，按照职能可划分为以下11大类200余种：
* 函数运算类
* 常数设定类
* 控制算法类（PID）
* 信号转换和选择类
* 硬件接口类
* I/O类
* 脉冲与定时器类
* 模件控制类
* 通讯类
* 高级编程语言接口类
* 其它类
对多功能处理器的组态，可使用这些功能码，利用运行在Windows NT环境下的Composer组态工具，实现DEH控制功能。
3.2　液压部分
DEH系统改造后,拆除原系统中液压部分的调节部套及相应油管路，保留原液压调节保安系统中的危急遮断器、危急遮断器滑阀、危急遮断器杠杆,增加就地打闸和挂闸组件,机械保安油为1.2MPa的低压透平油。液压调节系统控制油为14MPa的磷酸脂抗燃油，配备一个独立的高压抗燃油供油装置。低压透平油与高压抗燃油通过薄膜阀进行隔离，防止混油。每一个进汽阀门均有一个执行机构控制其开关，其中中压主汽阀、热段排汽阀、Ⅲ、Ⅳ段抽汽阀执行机构为开关型两位式执行机构，高压主汽阀执行机构和高、中压调节阀执行机构为伺服式执行机构，可以接受来自于DEH控制系统的(40mA的阀位控制信号，控制其开度，所有阀门执行机构的工作介质均为高压抗燃油，单侧进油，除热段排汽阀外所有阀门执行机构均靠液压力开启阀门，弹簧力关闭阀门。
改造后的液压部分按其功能可分为以下几部分：
（1）供油系统：包括供油装置、自循环冷却系统、自循环再生过滤系统以及油管路和附件（油管路、高压蓄能器、低压蓄能器、膨胀支架等）。
（2）执行机构：包括高、中压主汽阀执行机构各2台，高、中压调节阀执行机构各4台，热段排汽阀执行机构2台、Ⅲ、Ⅳ段抽汽阀执行机构各1台。
（3）危急遮断：包括危急遮断电磁阀组件、超速保护电磁阀组件、薄膜阀、危急遮断器。
（4）机械超速与手动停机：包括危急遮断器杠杆、危急遮断器滑阀、就地打闸组件。
（5）启动挂闸部分：包括由挂闸电磁阀组20/RS等组成的挂闸组件。
本次改造液压部分的安装是一项很重要的工作, 抗燃油系统对油质的要求很高，安装时如果让石棉、焊渣、管子端部的毛刺、灰尘等进入油管路，将会造成EH系统油管路节流孔堵塞，液压元件卡死失灵，特别是阀芯阀套配合间隙只有3微米的伺服阀，一旦卡死，蒸汽阀门就无法控制，机组不能正常运行。所以要求油循环后油质颗粒度必须达到SAE2级或MOOG5级的标准，油循环时间的长短将影响整个工程的工期。本次改造在液压系统安装前把所有的不锈钢油管路用高温低压蒸汽进行了冲洗，加之在安装时注意了安装工艺并做好了油管路的清洁工作，在油循环时只用了一周时间油质就达到了要求，为后期的电、液联调赢得了时间。这一成功做法也为同类机组的改造积累了经验。
4　实现功能DEH系统改造后主要控制汽轮机转速、主蒸汽压力、功率，即从汽轮机挂闸、冲转、暖机、过临界、同期并网、带初负荷到带满负荷的整个过程，通过控制高、中压主汽门和高、中压调速汽门等执行机构来实现，同时具备防止汽轮机超速的保护逻辑。
4.1　基本控制部分
基本控制部分是DEH的核心，它提供与转速、主蒸汽压力、负荷控制相关的逻辑、调节回路，所有闭环控制的PID调节器和伺服阀接口均通过一对冗余的BRC100控制器实现。这部分还包括与自动控制有关的其他功能，如设定值/变化率发生器、限值设定、阀门切换、阀门管理、阀门试验、控制回路切换以及阀门校验等。与基本控制有关的重要模拟量，如发电机有功功率、主蒸汽压力、中压缸排汽压力和调节级压力采取三取二方式。下面对与改造前DEH系统相比部分新增的功能进行重点介绍。
3.2　液压部分
DEH系统改造后,拆除原系统中液压部分的调节部套及相应油管路，保留原液压调节保安系统中的危急遮断器、危急遮断器滑阀、危急遮断器杠杆,增加就地打闸和挂闸组件,机械保安油为1.2MPa的低压透平油。液压调节系统控制油为14MPa的磷酸脂抗燃油，配备一个独立的高压抗燃油供油装置。低压透平油与高压抗燃油通过薄膜阀进行隔离，防止混油。每一个进汽阀门均有一个执行机构控制其开关，其中中压主汽阀、热段排汽阀、Ⅲ、Ⅳ段抽汽阀执行机构为开关型两位式执行机构，高压主汽阀执行机构和高、中压调节阀执行机构为伺服式执行机构，可以接受来自于DEH控制系统的(40mA的阀位控制信号，控制其开度，所有阀门执行机构的工作介质均为高压抗燃油，单侧进油，除热段排汽阀外所有阀门执行机构均靠液压力开启阀门，弹簧力关闭阀门。
改造后的液压部分按其功能可分为以下几部分：
（1）供油系统：包括供油装置、自循环冷却系统、自循环再生过滤系统以及油管路和附件（油管路、高压蓄能器、低压蓄能器、膨胀支架等）。
（2）执行机构：包括高、中压主汽阀执行机构各2台，高、中压调节阀执行机构各4台，热段排汽阀执行机构2台、Ⅲ、Ⅳ段抽汽阀执行机构各1台。
（3）危急遮断：包括危急遮断电磁阀组件、超速保护电磁阀组件、薄膜阀、危急遮断器。
（4）机械超速与手动停机：包括危急遮断器杠杆、危急遮断器滑阀、就地打闸组件。
（5）启动挂闸部分：包括由挂闸电磁阀组20/RS等组成的挂闸组件。
本次改造液压部分的安装是一项很重要的工作, 抗燃油系统对油质的要求很高，安装时如果让石棉、焊渣、管子端部的毛刺、灰尘等进入油管路，将会造成EH系统油管路节流孔堵塞，液压元件卡死失灵，特别是阀芯阀套配合间隙只有3微米的伺服阀，一旦卡死，蒸汽阀门就无法控制，机组不能正常运行。所以要求油循环后油质颗粒度必须达到SAE2级或MOOG5级的标准，油循环时间的长短将影响整个工程的工期。本次改造在液压系统安装前把所有的不锈钢油管路用高温低压蒸汽进行了冲洗，加之在安装时注意了安装工艺并做好了油管路的清洁工作，在油循环时只用了一周时间油质就达到了要求，为后期的电、液联调赢得了时间。这一成功做法也为同类机组的改造积累了经验。
4　实现功能DEH系统改造后主要控制汽轮机转速、主蒸汽压力、功率，即从汽轮机挂闸、冲转、暖机、过临界、同期并网、带初负荷到带满负荷的整个过程，通过控制高、中压主汽门和高、中压调速汽门等执行机构来实现，同时具备防止汽轮机超速的保护逻辑。
4.1　基本控制部分
基本控制部分是DEH的核心，它提供与转速、主蒸汽压力、负荷控制相关的逻辑、调节回路，所有闭环控制的PID调节器和伺服阀接口均通过一对冗余的BRC100控制器实现。这部分还包括与自动控制有关的其他功能，如设定值/变化率发生器、限值设定、阀门切换、阀门管理、阀门试验、控制回路切换以及阀门校验等。与基本控制有关的重要模拟量，如发电机有功功率、主蒸汽压力、中压缸排汽压力和调节级压力采取三取二方式。下面对与改造前DEH系统相比部分新增的功能进行重点介绍。
4.1.1　远方挂闸
导致汽轮机跳闸的原因总结起来有两个：一个是汽轮机危急保安装置动作后保安油压消失，薄膜阀动作后将AST母管内EH抗燃油泄掉，所有阀门关闭；另外一个是AST跳闸块上AST电磁阀动作后直接将抗燃油泄掉引起阀门全部关闭。远方挂闸的作用就是复位危急保安机构，即DEH通过控制安装在汽轮机前箱附近的板式气动挂闸电磁阀使得保安油压重新建立起来；复位ETS则是指通过ETS操作盘送出复位AST跳闸电磁阀指令，使AST跳闸电磁阀恢复带电状态，从而恢复AST母管油压。挂闸时间长度为10秒的脉冲信号，即命令发出10秒后自动消失。
4.1.2　转速控制
绥电800MW汽轮机启动方式分为中压缸启动和高、中压缸联合启动，通过控制高、中压调速汽门来实现。运行人员通过DEH画面设定目标转速和升速率，一旦目标值发生改变，程序自动进入保持状态，当运行人员选择”GO”命令后，转速给定按照事先设定的升速率向目标值爬升，转速PID调节器在偏差的作用下输出增加，根据不同的启动方式开启相应的调速汽门，汽轮机实际转速随之上升。当转速给定与目标值相等时，程序自动进入保持状态，等待运行人员发出新的目标值。升速过程中，运行人员可随时发出保持命令（临界区除外），这时转速给定等于当前实际转速，汽轮机将停止升速，保持当前转速。
为保证汽轮机安全通过临界区，当实际转速在1600-2300RPM时，转速进入临界区，此时，升速率自动设置为500RPM/min。转速临界区的范围可通过工程师站在线修改。3000RPM定速后，可以进行自动同期。DEH对从同期装置发出的增/减脉冲指令进行累加，产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（2985～3015RPM）。如果自动同期方式无法投入，其原因如下：
* 转速超出2985～3015RPM范围
* 汽轮机跳闸
* 发电机并网
* 系统转速故障
* 自同期装置未发出允许信号
* 自同期增/减信号品质坏
4.1.3　单阀/顺序阀切换
单阀/顺序阀切换的目的是为了提高机组的经济性和快速性，实质是通过喷嘴的节流配汽（单阀控制）和喷嘴配汽（顺序阀控制）的无扰切换，解决变负荷过程中均匀加热与部分负荷经济性的矛盾。单阀方式下，蒸汽通过高压调节阀和喷嘴室在360°全周进入调节级动叶，调节级叶片加热均匀，有效地改善了调节级叶片的应力分配，使机组可以较快改变负荷。但由于所有调节阀均部分开启，节流损失较大。顺序阀方式则是让调节阀按照预先设定的次序逐个开启和关闭，在一个调节阀完全开启之前，另外的调节阀保持关闭状态，蒸汽以部分进汽的形式通过调节阀和喷嘴室，节流损失大大减小，机组运行的热经济性得以明显改善，但同时对叶片产生冲击，容易形成部分应力区，机组负荷改变速度受到限制。因此，冷态启动或低参数下变负荷运行期间，采用单阀方式能够加快机组的热膨胀，减小热应力，延长机组寿命。额定参数下变负荷运行时，机组的热经济性是电厂运行水平的考核目标，采用顺序阀方式能有效地减小节流损失，提高汽轮机热效率。
对于定压运行带基本负荷的工况，调节阀接近全开状态，这时节流调节和喷嘴调节的差别很小，单阀/顺序阀切换的意义不大。对于滑压运行调峰的变负荷工况，部分负荷对应于部分压力，调节阀也近似于全开状态，这时阀门切换的意义也不大。对于定压运行变负荷工况，在变负荷过程中希望用节流

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