汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)deh控制的研究

汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)deh控制的研究

1deh控制系統(tǒng)dh是由電機(jī)的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成的。兩部分既完成不同功能,又密切相關(guān),調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)伺服隨動(dòng)系統(tǒng)控制進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度,使汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率等維持在規(guī)定值,保安系統(tǒng)的功能是在調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況不能維持機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),迅速關(guān)閉進(jìn)汽閥門(mén)使其脫離危險(xiǎn)工況。為確保能有效控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽,除設(shè)置了連續(xù)控制的調(diào)節(jié)閥外,還串接了兩位控制的主汽閥。柳電公司2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原來(lái)采用的是早期的低壓透平油機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng),自動(dòng)化水平較低,系統(tǒng)遲緩率大,調(diào)節(jié)精度低,機(jī)組不能自動(dòng)啟停,難以實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組的CCS協(xié)調(diào)控制和將來(lái)AGC自動(dòng)發(fā)電控制,,由于系統(tǒng)某些部件存在一定的缺陷,嚴(yán)重時(shí)影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。改造采用北京和利時(shí)公司和東汽公司聯(lián)合配套的高壓抗燃油純電調(diào)的DEH控制系統(tǒng),其參數(shù)測(cè)量、比較放大部分、邏輯運(yùn)算等采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完成,執(zhí)行機(jī)構(gòu)由油動(dòng)機(jī)操縱座構(gòu)成,8個(gè)高、中壓調(diào)節(jié)閥分別對(duì)應(yīng)一個(gè)伺服控制系統(tǒng),油動(dòng)機(jī)與閥門(mén)之間采用一拖一的方式。通過(guò)伺服控制器和電液伺服閥,將電氣與液壓有機(jī)地聯(lián)系起來(lái),電氣液壓兩部分密切配合協(xié)調(diào)工作組成了完整的DEH控制系統(tǒng)。由于采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù),控制策略更加完善,系統(tǒng)在升速階段為無(wú)差調(diào)節(jié),發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后可選功頻調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、閥位調(diào)節(jié)方式,以及與鍋爐控制系統(tǒng)配合完成機(jī)爐協(xié)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)將來(lái)AGC自動(dòng)發(fā)電控制,并且設(shè)置了完善的保護(hù)功能。DEH控制回路原理框圖見(jiàn)圖1。2deh系統(tǒng)功能2.1deh調(diào)節(jié)機(jī)組的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)有如下8個(gè)功能:①轉(zhuǎn)速控制:機(jī)組掛閘啟動(dòng)到并網(wǎng)前,DEH系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速閉環(huán)無(wú)差調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速大范圍(40～3600r/min)控制,系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組的熱狀態(tài)自動(dòng)設(shè)置相應(yīng)的升速率(或人工在每分0～800r/min內(nèi)設(shè)置),經(jīng)轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后控制調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度從而控制機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速(300r/min)。②同期并網(wǎng):轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min定速運(yùn)行后,系統(tǒng)響應(yīng)電氣的自動(dòng)同期請(qǐng)求,接收自動(dòng)同期裝置的同期增減信號(hào)控制機(jī)組轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的相位和頻率滿足并網(wǎng)條件。③閥位控制:機(jī)組并網(wǎng)后帶初負(fù)荷,自動(dòng)轉(zhuǎn)為閥控方式,操作人員設(shè)置目標(biāo)閥位和閥位變化率(都是0～100%)來(lái)改變總閥位給定進(jìn)而控制調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷,初負(fù)荷值等于當(dāng)前主汽壓力對(duì)應(yīng)的負(fù)荷值加上當(dāng)前閥位值,初負(fù)荷的設(shè)置避免機(jī)組剛并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)逆功率。④功率控制:機(jī)組并網(wǎng)并且負(fù)荷在5～250MW內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)行正常可投入功控模式,設(shè)置目標(biāo)功率和功率變化率,經(jīng)功率PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后控制調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度,調(diào)整機(jī)組功率達(dá)到目標(biāo)值。⑤壓力控制:機(jī)組并網(wǎng)并且負(fù)荷在5～250MW內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)行正常可投入壓控模式,設(shè)置目標(biāo)壓力和壓力變化率,經(jīng)壓力PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后控制調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度,調(diào)整機(jī)前主汽壓力達(dá)到目標(biāo)值。通常在鍋爐鋪機(jī)故障或鍋爐壓力調(diào)節(jié)不能自動(dòng)時(shí),DEH投壓控幫助鍋爐調(diào)節(jié)主汽壓力。⑥協(xié)調(diào)控制:當(dāng)機(jī)組帶上基本負(fù)荷(120MW)后,鍋爐燃燒投自動(dòng)后DEH響應(yīng)CCS(CoordinatedControlSystem)系統(tǒng)請(qǐng)求,接收CCS控制器來(lái)的閥位給定信號(hào)調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度,完成機(jī)爐協(xié)調(diào)控制機(jī)組負(fù)荷。⑦一次調(diào)頻:當(dāng)DEH系統(tǒng)處于功控或閥控方式下,機(jī)組轉(zhuǎn)速超出轉(zhuǎn)速死區(qū),一次調(diào)頻功能動(dòng)作,根據(jù)設(shè)定的不等率計(jì)算出一次調(diào)頻給定,加到相應(yīng)的功控、閥控回路中調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的頻率,滿足網(wǎng)頻需要,保證發(fā)電品質(zhì)。⑧AGC自動(dòng)發(fā)電控制:此功能是DEH接收負(fù)荷管理中心ATC來(lái)的目標(biāo)負(fù)荷控制發(fā)電機(jī)組的功率,目前未能實(shí)現(xiàn)。2.2保護(hù)總閥位的速率限制保護(hù)功能包括:①超速限制:轉(zhuǎn)速超3090r/min,快關(guān)汽機(jī)調(diào)節(jié)門(mén),轉(zhuǎn)速小于3060r/min時(shí)恢復(fù)正常。油開(kāi)關(guān)跳閘時(shí),調(diào)節(jié)門(mén)快關(guān)2s,防止轉(zhuǎn)速飛升,控制轉(zhuǎn)速為3000r/min。②閥位高限制:當(dāng)總閥位高于閥位限制值時(shí),限制動(dòng)作使總閥位以6%/m的速率下降到小于限制值后結(jié)束。③負(fù)荷高限制:機(jī)組負(fù)荷大于限制值時(shí),限制動(dòng)作使總閥位以6%/m的速率下降,負(fù)荷低于限制值或總閥位減到20%時(shí)動(dòng)作結(jié)束。④主汽壓力低限制:投入主汽壓力低限制后,當(dāng)機(jī)前主汽壓力低于限制值時(shí),限制動(dòng)作使總閥位以6%/m的速率下降,壓力高于限制值或總閥位減到20%時(shí)動(dòng)作結(jié)束。⑤低真空負(fù)荷限制:投入低真空負(fù)荷限制后,當(dāng)真空對(duì)應(yīng)的負(fù)荷限制值小于實(shí)際負(fù)荷時(shí)限制動(dòng)作使總閥位以12%/m的速度下降,直到負(fù)荷值在真空允許范圍內(nèi)。⑥快卸負(fù)荷保護(hù):投入快卸負(fù)荷保護(hù)后,快卸1(發(fā)電機(jī)失磁)、快卸2(任一臺(tái)送引風(fēng)機(jī)跳)、快卸3(鍋爐MFT動(dòng)作)接點(diǎn)閉合,快卸動(dòng)作使總閥位分別以6%/m、12%/m、30%/m的速率下降,功率分別減到170MW,120MW,30MW或總閥位減到20%或快卸信號(hào)接點(diǎn)斷開(kāi),動(dòng)作結(jié)束。⑦超速保護(hù):有原來(lái)的機(jī)械超速保護(hù),超速某一定值時(shí),機(jī)械飛錘擊出打閘,關(guān)閉汽門(mén)調(diào)門(mén)。有DEH軟件組態(tài)超速保護(hù),超速110%時(shí)總閥位給定置零,汽機(jī)打閘關(guān)閉汽門(mén)調(diào)門(mén)。有DEH測(cè)速板硬件超速保護(hù),超速110%時(shí)開(kāi)出打閘信號(hào)。2.3高壓遮斷模塊試驗(yàn)系統(tǒng)功能包括:①超速保護(hù)試驗(yàn):用于檢驗(yàn)各機(jī)械飛錘的動(dòng)作轉(zhuǎn)速值。試驗(yàn)時(shí)DEH超速保護(hù)動(dòng)作轉(zhuǎn)速值自動(dòng)改為3390r/min,作后備保護(hù)。②閥門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn):在機(jī)組脫網(wǎng)后可分別進(jìn)行調(diào)門(mén)、主汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn),并記錄轉(zhuǎn)子惰走時(shí)間。③飛錘噴油試驗(yàn):可在線進(jìn)行噴油試驗(yàn),用于活動(dòng)危急遮斷器飛錘,以防卡澀。④高壓遮斷試驗(yàn):可在線進(jìn)行試驗(yàn),用于檢驗(yàn)高壓遮斷模塊動(dòng)作是否靈活。⑤閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn):可分別對(duì)高中壓主汽門(mén)、中壓調(diào)節(jié)門(mén)進(jìn)行活動(dòng)試驗(yàn),防止閥門(mén)卡澀,活動(dòng)行程為100%～85%。2.4機(jī)組啟動(dòng),系統(tǒng)運(yùn)行輔助系統(tǒng)功能包括:①自動(dòng)判斷機(jī)組的熱狀態(tài):系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組沖轉(zhuǎn)前高壓內(nèi)缸上壁溫度的大小,將機(jī)組劃分為冷、溫、熱、極熱四熱狀態(tài)。②啟動(dòng)方式的選擇:有高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng),高中壓調(diào)節(jié)門(mén)同時(shí)開(kāi)啟,通流能力為1∶3有中壓缸啟動(dòng),目前硬件設(shè)備不具備,暫時(shí)未能實(shí)現(xiàn)。③閥門(mén)管理:利用西屋公司的閥門(mén)管理理念,有單閥、順序閥兩種閥門(mén)配汽方式,機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷(30%)時(shí)采用單閥方式,進(jìn)汽均勻,暖機(jī)充分,減小熱應(yīng)力縮短啟機(jī)時(shí)間。高負(fù)荷時(shí)采用順序閥方式,減小閥門(mén)節(jié)流損失,提高經(jīng)濟(jì)效益。(4)參數(shù)監(jiān)視:進(jìn)行脹差、振動(dòng)等危及機(jī)組安全的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視報(bào)敬。3安裝調(diào)試的精確度一套控制系統(tǒng)得以正常運(yùn)行,安裝及調(diào)試是最重要、歷時(shí)最長(zhǎng)、問(wèn)題最多的兩個(gè)環(huán)節(jié),安裝調(diào)試是否精確到位,直接影響到系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮及機(jī)組的安全。下面是在安裝調(diào)試過(guò)程中問(wèn)題較突出,我們認(rèn)為值得重視的幾個(gè)方面。3.1靜態(tài)零位幅值lvdrLVDT位移傳感器與伺服控制器FM146配套使用形成閉環(huán)系統(tǒng)控制伺服電磁閥進(jìn)而控制高、中壓調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度,這兩者是DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部分。LVDT位移傳感器采用六抽頭傳感器(四線制接法),油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳感器移動(dòng),產(chǎn)生的交流信號(hào)經(jīng)伺服控制器FM146調(diào)制解調(diào)換算成位移信號(hào)(0～100)。伺服控制器FM146是DEH專用的伺服模塊,主要完成伺服閥控制信號(hào)放大,手自動(dòng)控制的切換,LVDT信號(hào)調(diào)制解調(diào),LVDT自動(dòng)調(diào)零調(diào)幅,板自檢報(bào)警,產(chǎn)生防伺服閥卡澀的振蕩信號(hào)等功能。LVDT和FM146的靜態(tài)零位幅值調(diào)試時(shí),往往存在LVDT反饋值在全開(kāi)全關(guān)時(shí)有些為負(fù)值,有些無(wú)變化,這是LVDT與FM146之間接線不對(duì)應(yīng)的原因,LVDT說(shuō)明書(shū)上其主副線圈的正負(fù)號(hào)與線的顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系與說(shuō)明書(shū)上標(biāo)示不符,需經(jīng)不斷比較調(diào)試才能正確接線。在靜態(tài)FM146零幅值調(diào)試中,正確設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)很關(guān)鍵,一般設(shè)定LVDT的零值電壓值為0.2～1.5V之間,盡量小些好,幅值電壓值為3.5～4.8V之間,盡量大些好。兩路LVDT的反饋值偏差應(yīng)盡量小,這要求現(xiàn)場(chǎng)安裝位移傳感器LVDT要準(zhǔn)確,提高系統(tǒng)控制精度。3.2deh系統(tǒng)的整定過(guò)程衡量一個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量,專業(yè)上用穩(wěn)、快、準(zhǔn)來(lái)標(biāo)記,穩(wěn)即用超調(diào)量σp和衰減率Ψ來(lái)作指標(biāo),準(zhǔn)即用動(dòng)態(tài)偏差E(m)和穩(wěn)態(tài)偏差E(∞)來(lái)作指標(biāo),快即用調(diào)節(jié)過(guò)渡時(shí)間Ts來(lái)作指標(biāo)。要使系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能真正達(dá)到穩(wěn)、快、準(zhǔn),這就要求系統(tǒng)的控制器(PID調(diào)節(jié)器)的控制參數(shù)P,I,D值適當(dāng)合理,得到最佳整定。這涉及到控制系統(tǒng)的工程整定,這一環(huán)節(jié)調(diào)試結(jié)果將直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量,甚者將危及機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。DEH系統(tǒng)主要控制轉(zhuǎn)速及功率,而系統(tǒng)的調(diào)試大多是在汽機(jī)運(yùn)行并網(wǎng)中進(jìn)行,這就給整定帶來(lái)了很大的難度,因此整定前應(yīng)充分了解控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的參數(shù)P,I,D的調(diào)節(jié)規(guī)律及其對(duì)過(guò)程的影響。在調(diào)試整定的實(shí)踐中,我們結(jié)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)總結(jié)出如下參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)和方法。①比例帶δ增加時(shí),比例作用減小,系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。②積分作用增強(qiáng)即Ti積分時(shí)間減小,降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性易超調(diào)。③比例帶δ越小,比例控制作用就越強(qiáng),被調(diào)量的最大動(dòng)態(tài)偏差E(m)就越小。④PID調(diào)節(jié)器中,P比例作用是影響最大動(dòng)態(tài)偏差E(m)的主要因素,因?yàn)榉e分作用是緩慢的,調(diào)節(jié)靜態(tài)偏差E(∞),而微分作用是在多容慣性系統(tǒng)中縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。⑤原參數(shù)的初始值的基礎(chǔ)上,用試湊法按規(guī)律逐漸增大或減小參數(shù),不能大幅度改變以免造成系統(tǒng)超調(diào)或震蕩。據(jù)上述方法原則,DEH控制系統(tǒng)調(diào)試后的控制質(zhì)量效果非常理想,下表列舉DEH的轉(zhuǎn)速控制在參數(shù)整定前后一些質(zhì)量指標(biāo)的對(duì)比,進(jìn)一步說(shuō)明參數(shù)的工程整定在系統(tǒng)調(diào)試中的重大作用(見(jiàn)表1)。從上表質(zhì)量指標(biāo)的對(duì)比來(lái)看,轉(zhuǎn)速控制整定的結(jié)果幾乎達(dá)到最佳的效果。用同樣的方法對(duì)閥位控制、壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷整定調(diào)試,DEH整個(gè)系統(tǒng)的控制精度都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求:轉(zhuǎn)速控制精度≤±1r/min;甩負(fù)荷最大飛升轉(zhuǎn)速≤4.5%額定轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制精度≤±0.5MW/min;壓力控制精度≤0.1MPa/min4功能的改進(jìn)和改進(jìn)4.1deh控制設(shè)備設(shè)計(jì)根據(jù)DEH控制系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)速與功率的控制調(diào)節(jié),正常運(yùn)行時(shí)及在與鍋爐控制系統(tǒng)配合進(jìn)行協(xié)調(diào)控制后,DEH系統(tǒng)基本不用操作,故DEH操作畫(huà)面設(shè)在汽機(jī)操作員站內(nèi),不單獨(dú)設(shè)立操作站。這就造成有時(shí)某些參數(shù)偏差大時(shí)從其它控制模式切換到閥控方式時(shí),即故障跳閥控,人員不知或畫(huà)面切換不及時(shí)引起負(fù)荷波動(dòng)大。針對(duì)這問(wèn)題我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)方案,一是故障跳閥控時(shí),發(fā)出聲音報(bào)警并推出DEH主控畫(huà)面;二是推出另一幅DEH控制畫(huà)面并閃光報(bào)警。經(jīng)多次驗(yàn)證,采取第二套方案,使運(yùn)行人員在限制報(bào)警動(dòng)作使控制方式切為閥控時(shí),能及時(shí)調(diào)整DEH系統(tǒng),同時(shí)又能兼顧汽機(jī)其它設(shè)備的操作,不受報(bào)警刺耳聲擾亂心神影響操作的正確與迅速性。4.2ao和deh實(shí)際閥位的信號(hào)存在偏差在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,DEH系統(tǒng)進(jìn)行CCS控制切換時(shí),負(fù)荷波動(dòng)較大,約6～8MW,造成系統(tǒng)機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)振蕩。由于DEH與CCS的接口考慮到信號(hào)傳送速度要滿足要求,用硬接線的方法,但是信號(hào)在AO模塊輸出,AI模塊輸入的換算過(guò)程中存在一定的偏差,即CCS跟蹤的總閥位與DEH實(shí)際閥位有偏差,在CCS投入時(shí)CCS跟蹤的總閥位信號(hào)控制調(diào)門(mén)開(kāi)度,投入前后信號(hào)偏差大從而引起負(fù)荷波動(dòng)。為此我們?cè)贑CS投入時(shí)保持當(dāng)前DEH實(shí)際閥位,等到CCS控制器調(diào)節(jié)好后,DEH系統(tǒng)才接收CCS控制器調(diào)節(jié)信號(hào)以一定的變化率控制調(diào)門(mén)開(kāi)度,從而避免了較大的負(fù)荷波動(dòng),效果非常好。4.3試驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉主汽門(mén),確定未跳閘時(shí)裝置在開(kāi)機(jī)做主汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí),汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到可接受轉(zhuǎn)速時(shí)(約3min)引起汽機(jī)跳閘。DEH系統(tǒng)在做主汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)進(jìn)行到可接受轉(zhuǎn)速時(shí)試驗(yàn)結(jié)束,自動(dòng)打開(kāi)主汽門(mén),打開(kāi)主汽門(mén)同時(shí)需要快關(guān)高中壓調(diào)節(jié)門(mén)2s,防止轉(zhuǎn)速飛升。因此試驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉的主汽門(mén)即將打開(kāi)時(shí)又瞬間關(guān)閉調(diào)節(jié)門(mén),猝然引起EH油壓過(guò)低,小于7.8MPa,而聯(lián)泵動(dòng)作也未能及時(shí)提高EH油壓力,造成EH油壓過(guò)低從而引起汽機(jī)跳閘。為此制定了檢查方法,先將三取二的油壓過(guò)低信號(hào)強(qiáng)制為零,再做主汽門(mén)嚴(yán)密性,試驗(yàn)結(jié)束汽機(jī)未跳閘。取消強(qiáng)制的油壓底信號(hào),啟動(dòng)兩臺(tái)EH油泵做試驗(yàn)未引起汽機(jī)跳閘。為此我們建議運(yùn)行人員在做上述試驗(yàn)時(shí),啟動(dòng)兩臺(tái)EH油泵,保證油壓足夠高,同時(shí)設(shè)置了試驗(yàn)結(jié)束能自動(dòng)停止,從而保證了試驗(yàn)得以順利進(jìn)行。在系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,我們還對(duì)其某些功能作了相應(yīng)的改進(jìn),使其更