金富强 魏立斌
新疆广汇新能源有限公司，新疆 哈密839303
摘 要：
本公司热电厂3台汽轮机DEH电液调节系统，在运行过程中经常出现故障，导致发电机甩负荷。为了提高热电厂发电机组DEH+ETS控制系统的稳定性，减少和避免因硬件和软件故障造成停车事故所带来的经济损失。保留现场所有仪控设备完全不变情况下，将发电机组DEH+ETS控制系统进行升级。取消服务器配置、ETS中PLC控制及与DEH系统之间的通讯，将ETS控制并入升级后的系统中，提高控制系统的可靠性。本文对调速系统存在的问题进行了分析，详细介绍了汽轮机DEH电液调节系统改造的具体情况。
关键词：
汽轮机;?DEH系统;?ETS;?伺服系统;?
引言
本公司热电厂现有3台汽轮机，控制系统采用的是杭州和利时公司的DEH+ETS系统，系统硬件为SM系列，软件版本号为MACSV5.2.4。该控制系统配置操作员站4台，工程师站1台，其中工程师站和1#发电机操作站兼做服务器。汽轮机调门采用的是机械液压阀位反馈方式。机组调节采用DEH数字电液调节方式，DEH电调控制系统采用美国Woodward公司的MicroNet TM Simplex控制系统，负责汽轮机的启停及负荷调整，是汽轮机运行关键监控与控制平台。
1 改造背景
1.1 汽轮机液压系统运行中存在的问题
1）汽轮机调门运行的不稳定性对DEH控制系统的影响越来越大。由于机组投运时间较长，调门的机械液压反馈系统逐渐出现磨损、精度差等问题,调门的控制效果一直不稳定，而DEH系统内部进行热电联产牵联解耦运算，对调门稳定性和线性关系有很高的要求，但调门的问题限制了DEH控制性能的发挥，加剧了机组的不稳定性，加减负荷缓慢，负荷波动大甚至出现跳车事故发生。
2）汽轮机电液伺服系统中油动机的控制未纳入到伺服闭环回路中，采用的是机械反馈方式，且控制油压通过调节滑阀上的平衡弹簧来稳定，调节精度差。
3）汽轮机液压反馈结构、部件环节多，运行中容易卡涩，控制系统就会受到滑阀摩擦力的影响，使油动机在加减负荷过程中不容易准确到位，运行人员很难掌握。
4）汽轮机伺服调节阀的流量特性差，且油动机输出刚度差并存在卡涩现象，使系统的稳定性变差并存有滑负荷现象。
1.2 汽轮机DEH系统运行中存在的问题
1)DEH数字电液调节系统卡件故障率逐渐增高，且当前控制系统卡件Woodward公司已停产，新一代产品卡件无法替代当前卡件，一旦卡件出现故障，将导致发电机无法开机或发电机停机事故发生。同时DEH控制系统上位机监控软件版本较老，仅支持Windows 2000操作系统平台，而目前市场已无法购买到支持Windows 2000操作系统的计算机，操作站计算机出现故障后电脑主机需要订做，且采购周期较长，影响DEH系统的正常运行。
2)ETS中PLC控制及与DEH系统之间的通讯经常出现故障，DCS人员处理起来非常困难。
2 DEH系统优化方案
2.1 液压系统冗余电磁阀组优化
动力装置配置3台CC50-8.83/4.12/0.981型50MW双抽凝汽式汽轮机，目前汽轮机液压系统由单套电磁阀组控制，当控制电磁阀组的某一部件产生异常情况后，易导致汽轮机调节系统出现问题，严重影响汽轮机组的正常运行，对全厂装置稳定生产造成影响。
鉴于以上原因，提出对液压系统进行冗余电磁阀组改造，避免单套电磁阀组出现故障时引起的运行问题，具体优化实施步骤如下：
1）对原液压调节系统中的高调油动机、中调油动机、低调油动机及其反馈装置、调节滑阀、节流孔调节装置及相关联的油管路拆除并进行封堵，避免异物进入；
2）对原液压调节系统中的OPC快关电磁阀进行拆除；
3）保留原系统中的安保控制部分，包括危急遮断器、主汽阀自动关闭器、磁力断路油门装置、挂闸、打闸等装置，保留配汽机构和机头手动打闸停机装置及危急遮断器喷油试验装置；
4）对原液压系统低压透平油调节系统进行更换，增加高压调节阀油动机、中压抽汽调节阀油动机和低压抽汽调节阀油动机各1套，并为其配有带独立高压透平油油源的电液伺服系统。
5）加装采用控制油压为1.6MPa抗磨液压油为独立油源站1套，油源站由油箱、高压油泵、马达、美国UE低压压力开关组件、调压电磁阀和蓄能器等部件组成，分散并集成到各电液执行器上，并加装与电液转换器配套的伺服油动机（3套）OPC快关组件、隔膜阀、无锡河埒磁阻式测速传感器。
通过液压系统冗余电磁阀组的改造，可以极大提高汽轮机运行的稳定性，保证全厂装置的稳定运行。
2.2 DEH系统优化
DEH系统优化的目的是为了提高动力站发电机组DEH+ETS控制系统的稳定性，减少和避免因硬件和软件故障造成停车事故所带来的经济损失。保留现场所有仪控设备完全不变情况下，将现有发电机组DEH、ETS系统硬件、软件全部升级更换为和利时最新版的K系列产品。现有的4台操作员站及1台工程师站全部升级更换，操作系统升级为Windows 10系统，每套DEH+ETS系统设置独立的冗余控制器。DCS系统、DEH+ETS系统控制站电源必须是冗余配置。每一套控制器电源，CPU，通讯卡都是完全独立的，无相互的电气耦合,无单一故障点。取消服务器配置，取消ETS中PLC控制及与DEH系统之间的通讯，将ETS控制并入升级后的系统中，提高控制系统的可靠性。具体优化步骤如下：
（1）原DEH系统和ETS系统I/O点数统计及硬件配置
（2）旧DEH+ETS系统信号电缆拆除与标记、旧机柜拆除与新机柜安装及现场线缆接线；
（3）新现场线缆接线结束，对I/O点核实无误，给系统进行上电，对所有I/O点进行打点校验，对控制回路测试确保正确后、对相关联锁回路进行测试，同时做好调试记录；
（4）新DEH+ETS回路及控制策略组态，将原来逻辑存在的问题与工艺人员结合汽轮机联锁方案进行优化。
（5）画面组态调试、单体试车及机组开车条件确认等直到系统验收合格，交付工艺试车；
3 汽轮机ETS改造后机组性能
3.1 调门控制的高可靠性
新增的高、中、低压调节阀油动机电液伺服系统，油动机控制包含在伺服控制回路中，采用闭环控制方式，由双冗余的LVDT作为调门行程反馈信号源，测量取得高选值实现位置反馈(2个LVDT反馈误差在5%以内），可100%连续调节工作。调节阀采用杠杆驱动方式，伺服系统的油动机可直接压缩操纵座内的弹簧，拉起阀门，高调阀阀门开启方向与油动机移动方向一致，具有高可靠性，调门的控制效果好。
中压提板和低压旋转隔板开启方向与油动机移动方向相反，可靠性高，调阀控制效果良好。
3.2 汽轮机的安全启动及并网前试验
当液压控制油压到1.6MPa时，三个安全油压开关高在1MPa闭合后，进行挂闸成功后启动汽机，转速控制包括曲线升速和操作员自动两种方式，可以平稳地进行升速并随时进入转速保持。并网前试验主要进行调门严密性试验及超速试验，调门的严密性试验有验证试验合格的转速公式（N=PP0×100，其中N为试验合格转速，P为当前主汽压力，P0为额定主汽压力）,试验过程中可以根据公式判断严密性试验是否合格。超速试验时，点击试验按钮，输入目标转速3100rpm，当转速大于3090rpm后，OPC动作，随后转速稳定至3000rpm,OPC试验合格；点击“OPT超速试验”按钮，输入目标转速3300rpm，当转速大于3270rpm时，DEH超速停机信号发出，由ETS控制停机，汽轮机停机，OPT电超速试验合格；点击“机械超速”按钮，将目标转速设置为3365rpm，当转速上升至3360rpm前装机子动作，机械超速试验合格。
3.3 可靠的负荷调整操作
发电机并网后，DEH的控制回路从转速回路控制自动切换到阀控回路控制，通过高调门控制进汽及负荷，当电负荷达到30MW时可投入一、二段抽汽阀控回路，控制该级调门抽汽压力，解耦功能手动投入或解除，。工艺操作人员通过控制调门的阀位开度，可以稳定地进行加减负荷操作。
3.4 安全的联锁停机
能够可靠实现汽轮机的联锁停机，主要包括胀差大、发变组故障停机、DEH保护停机、TSI汽机超速、手动紧急停机、紧急停机按钮，停机信号分别送达DCS及DEH，提醒工艺相关监护人员对停机后的处置，对发变机组的安全稳定运行起到很好的保护作用，DEH联锁逻辑如下图所示。
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图DEH联锁逻辑图
3.5 可靠的拉阀整定功能
拉阀整定由阀位整定和拉阀测试两部分组成。阀位整定又有手动和自动两种模式。手动整定时：整定前先要保证两支LVDT位移传感器安装高度保持一致，同时要保证调阀全关时阀杆的最末端刻度不能露在阀筒外，阀杆的最上端刻度线要伸出阀筒外；机械位置核实完再进行挂闸，安全油压开关闭合后，要启动一台高压油泵，然后将DEH监控画面翻到“伺服整定”画面，投入相应调阀的调整开关，手动输入拉阀速率、阀门目标值，同时注意监控LVDT反馈值，将高选值输入到调零调幅画面的幅值中，随后将手动写值开关退出，手动整定结束。自动整定时：也需要将LVDT的安装高度调整一致，挂闸同时开启一台高压油泵，在DEH监控画面“伺服整定”界面中，打开要整定的调阀伺服整定按钮，确保手动写值按钮退出后，然后点击自动调零调幅，整定值达到100%时，自动整定结束。整定完成后，下一步进入拉阀测试阶段，第一要打开维修开关，设置拉阀速率为（100rpm～400rpm）之间，同时输入目标阀位（0～100%），现场有专人实时反馈调阀的刻度值，和指令同时记录，保证指令与反馈值基本一致，试验完成后将维修开关退出，拉阀测试结束。
4 总结
动力站2#、3#汽轮机DEH调速系统自2020年12月份优化实施完成后，汽轮机运行更加稳定，各调阀控制效果非常好，开车加负荷更及时，大大缩短了加负荷时间，从优化后运行到现在，没有出现由于汽轮机DEH调速系统故障造成发电机解裂的情况，根本问题得到了彻底解决，保证了动力发电机组的“安稳长满优”长周期运行。同时经济效益显著提高，而且避免了由于汽轮机负荷调整不及时造成的锅炉减负荷和开减温减压器外送蒸汽的情况。
参考文献
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