215MW机组汽轮机数字电液控制系统改造和应用秦玲玲

215MW机组汽轮机数字电液控制系统改造和应用秦玲玲

秦玲玲

（山西漳泽发电厂山西省长治市046021）

摘要：介绍了漳泽发电厂苏制215MW发电机组DEH改造前存在的问题，DEH系统改造方案及系统配置以及改造后系统实现的功能。分析了机组在运行中出现的问题，提出了相应的技术措施。

关键词：漳泽发电厂；215MW发电机；数字电液控制系统；功能；措施

0引言

漳泽发电厂（下文简称漳电）3-6号机组均为原苏联制造的K—215-130-1型亚临界、中间再热、单轴、三缸两排汽凝汽式汽轮发电机组，单机容量为215MW。机组原调速系统为机械液压式调节系统，传递介质为透平油。采用凸轮配汽执行机构，通过同步器滑阀组、油动机控制凸轮配汽机构，喷嘴调节方式对汽轮机进行转速控制和负荷调节。

1改造前调节系统存在的主要问题

高、中压调速汽门只能按照各自凸轮型线，依次进行开启，调节方式灵敏度低、迟缓率大、负荷响应慢、适应力差，尤其在3号高调门开启前后（对应负荷为120~140MW）易造成负荷不稳定现象。

保安油、润滑油、调速油采用一套油系统，油路中不可避免的夹带杂质，容易造成调节滑阀卡涩，严重影响机组的安全运行。

2汽轮机数字电液控制系统（DigitalEletro-HydraulicControlDEH）改造方案和系统配置

2.1改造方案

结合热控分散控制系统（DistributedControlSystemDCS）改造，采用哈汽控制工程公司的技术和设备，北京国电智深控制公司的EDPF-2000分散控制系统进行DEH改造。采取一对一的方式来实现对汽轮机的控制，即DEH发出的阀位控制指令通过8块伺服功放卡分别送到8个调节汽门（4个高压调节阀、4个中压调节阀）的电液伺服阀上，将电气信号转化成液压信号，由安装在油动机上的高压抗燃油执行机构直接带动调速汽门的蒸汽阀杆开启和关闭；高/中压自动关闭器也实现了开关式高压抗燃油机构；增加了超速保护控制（OverspeedProtectionControlOPC）和超速跳闸装置（AutoShut-DownTripAST），保留了传统的透平油危急遮断装置，并通过薄膜阀与高压抗燃油系统连接。

2.2系统配置

漳电DEH系统配置了1台工程师站、1台操作员站和1个DEH硬手操盘，单独设计了一个分布式处理单元（DistributedProcessingUnitDPU）柜，柜内布置了2个冗余的DPU，通过高速输入/输出（Input/OutputI/O）总线与EDPF-2000系统的过程I/O模块进行通讯。系统配置见图1。

图1漳电DEH系统配置

3改造后的系统功能

3.1汽机挂闸/开主汽门

DEH改造后，利用透平油来控制高压抗燃油，从而实现对主汽门、调门的控制。挂闸后，挂闸电磁阀带电，将危急遮断器滑阀排泄油口关闭，薄膜阀上腔保安油压建立，使薄膜阀关闭，AST母管油压建立，具备了开启主汽门条件。

3.2升速控制

升速控制方式有手动和自动两种。自动升速由高压缸上缸金属壁温来确定是冷态、温态、热态或极热态。

3.3同期与并网

DEH设有自动和手动同期两种方式，同期范围是2970-3030转。油开关合闸后，为了防止逆功率运行，DEH自动带初负荷2MW。

3.4并网运行方式

机组并网带初负荷后，系统自动默认为阀位控制方式，运行人员可根据实际情况选择负荷控制、主汽压控制和阀位控制。三种控制回路相互跟踪和闭锁，回路之间的相互切换不会造成负荷的波动。

3.5阀门管理

在冷态启动或低参数下变负荷时一般采用单阀方式。在变负荷过程中希望用节流调节改善均热过程，而当均热过程完成后，又希望用喷咀调节来改善机组效率，因此这种工况下要求运行方式采用单阀/顺序阀切换来实现两种调节方式的无扰切换。

3.6超速保护

漳电DEH设计了三道防止汽机超速的措施，即103%OPC超速保护、110%AST电气超速跳闸和机械超速跳闸。

4改造后出现的问题和采取的技术措施

4.1系统软、硬件衔接存在漏洞

DEH系统改造完成后，在机组调试和运行过程中，出现了一些问题，这里仅举2例说明：首先是系统软、硬件衔接存在漏洞，即DEH转速信号处理逻辑与测速卡相互衔接存在漏洞。

（1）故障现象。

为了验证DPU主、副站切换对DCS系统的影响，利用#6机组停机的机会，在负荷降到50MW时，在电子间进行所有DPU主、副站切换试验。当切换DEH的DPU时导致了停机。

（2）原因分析。

经过检查逻辑组态，发现停机是由于DEH转速信号故障所致。漳电DEH系统转速信号故障逻辑设计如下：DEH系统有三路转速信号，三路转速信号通过并接端子分别送入2块测速卡。三路转速分别进入2块测速卡后，经过三取高分别产生一路转速信号，送入DPU控制器中参与逻辑运算，并且两路转速在DPU中进行品质判断运算，产生的2个开关量点在DPU逻辑中相“与”，然后去启动停机保护回路。

图2原设计的停机保护逻辑

（3）DEH的DPU控制器多次切换试验分析。

当DEH的DPU控制器主、副站进行切换时，转速信号不时有发生品质坏，启动保护停机的现象，经过检查分析确定是在切换过程中转速卡件瞬间通讯中断，导致转速信号品质坏。

在DPU重新启动正常后的瞬间，停机逻辑中脉冲算法模块的时间要回零，造成脉冲信号发生一次，也导致启动保护停机。由于这种情况存在，DPU控制器主、副站冗余备用不但没有任何意义，反而会造成停机事故，这是一个重大安全隐患，因此要进行分析解决。

（4）采取的措施。

发电机组在正常带负荷运行情况下，汽轮机转速只受电网的频率影响，而且机组并网带负荷后，汽轮机转速就不参与调节运算，并且考虑到电网负荷波动或机组突然甩负荷等因素，造成汽轮机超速，还有OPC（103％超速）、AST（110％超速）保护功能，因此可以这样认为，机组并网后不能仅仅因为两路转速信号品质坏就紧急停机，而应作为报警条件，通知检修人员及时处理，运行人员根据实际情况进行操作。所以两路转速信号品质坏停机条件应“与”上油开关未闭合。

另一方面又多次试验，检查DPU重启后，脉冲算法模块时间回零问题。DCS系统逻辑中脉冲算法模块的时间数，在组态时必须赋给一个模拟量中间点，经过反复试验发现问题就出在这，当脉冲算法模块用的模拟量中间点的初值时“0”时，DPU重启后脉冲算法的时间会瞬间回零，并重新发一次脉冲；而模拟量中间点的初值是脉冲算法模块所需的时间数时，这一问题就会得到解决。首先利用6号机组停机机会，根据确定的方案，对DEH系统转速信号故障逻辑进行了改进，具体改进的原理图见图3。由图3可知，两路转速信号品质坏“与”上油开关未闭合去启动停机，并且相应的脉冲算法模块所用的模拟量中间点的初值，本文都改为相应的脉冲算法模块所需的时间数。

图3改进后的停机保护逻辑

4.2主汽门活动试验引起负荷波动

（1）故障现象。

3号机运行人员在做左高主汽门活动试验时，调速汽门出现异常波动现象（调速汽门最大关闭到5%），机组负荷出现小幅波动。24s后，系统恢复正常。

（2）原因分析。

故障发生后，根据DCS系统历史数据及SOE（SequenceOfEvent）的动作记录，对故障原因进行了细致的分析：3号机在做左中、右中主汽门活动试验时，转速信号未发生异常，在3号机左高主汽门活动试验结束时，转速信号出现了非正常的瞬时波动，转速最高达3098转/分，造成超速保护OPC动作，致使调门发生大幅波动。因此转速信号的瞬时波动是造成调门波动的直接原因。说明主汽门活动试验引起了转速信号波动。初步判断是测速卡受主汽门活动继电器动作时的电磁干扰影响，使转速信号发生突变（测速卡和主汽门活动继电器安装于同一DPU柜）。

为了查出引起转速波动的原因，在机组停运时，对其进行了反复试验。发现在活动试验电磁阀失电的一瞬间，有时出现“转速不可靠”报警，有时OPC超速动作。改进后的回路如图4所示，图中实线为原接线，虚线部分是新加回路，电磁线圈就可通过二极管放电，避免了上述现象的发生。实践证明改造是相当成功的。从图4不难发现转速信号的波动是由电磁阀的反向电流引起的。

图4主汽门活动试验电磁阀回路改进图

由于转速信号是弱电，很容易受强电的干扰。当电磁阀带电后，线圈就会产生反向电势；当接点A要断开时，由于线圈中的反向电势的存在，就会在回路中产生反向电流，这样只有通过接点A进行放电，使其过电流产生拉弧，从而干扰转速信号。

（3）采取的措施。

实践证明改造是相当成功的。DEH柜在布置柜内设备时，继电器与转速信号线距离太近。因此，对于重要的信号，为了减少干扰，就必须进行特殊的处理。

5结语

4台机组DEH系统改造后，运行情况良好，各项指标均达到控制要求。改造后负荷调整、控制变化范围小，转速控制精度达到了士1转/分，负荷控制精度达到了士1MW。DEH系统在漳泽电厂215MW机组上的成功改造，对国内200MW级的发电机组的技术改造具有重要借鉴意义。