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

汽輪機數(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)通過伺服隨動系統(tǒng)控制進(jìn)汽閥門開度,使汽輪發(fā)電機的轉(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組正常運行時,迅速關(guān)閉進(jìn)汽閥門使其脫離危險工況。為確保能有效控制進(jìn)入汽輪機的蒸汽,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號機組汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)原來采用的是早期的低壓透平油機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng),自動化水平較低,系統(tǒng)遲緩率大,調(diào)節(jié)精度低,機組不能自動啟停,難以實現(xiàn)單元機組的CCS協(xié)調(diào)控制和將來AGC自動發(fā)電控制,,由于系統(tǒng)某些部件存在一定的缺陷,嚴(yán)重時影響到機組的安全穩(wěn)定運行。改造采用北京和利時公司和東汽公司聯(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)測量、比較放大部分、邏輯運算等采用計算機控制系統(tǒng)完成,執(zhí)行機構(gòu)由油動機操縱座構(gòu)成,8個高、中壓調(diào)節(jié)閥分別對應(yīng)一個伺服控制系統(tǒng),油動機與閥門之間采用一拖一的方式。通過伺服控制器和電液伺服閥,將電氣與液壓有機地聯(lián)系起來,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)。由于采用了計算機控制技術(shù),控制策略更加完善,系統(tǒng)在升速階段為無差調(diào)節(jié),發(fā)電機并網(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)配合完成機爐協(xié)調(diào)控制,實現(xiàn)將來AGC自動發(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圖1。2deh系統(tǒng)功能2.1deh調(diào)節(jié)機組的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)有如下8個功能:①轉(zhuǎn)速控制:機組掛閘啟動到并網(wǎng)前,DEH系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速閉環(huán)無差調(diào)節(jié),實現(xiàn)轉(zhuǎn)速大范圍(40～3600r/min)控制,系統(tǒng)根據(jù)機組的熱狀態(tài)自動設(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)器運算后控制調(diào)節(jié)門開度從而控制機組轉(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定速運行后,系統(tǒng)響應(yīng)電氣的自動同期請求,接收自動同期裝置的同期增減信號控制機組轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)發(fā)電機組的相位和頻率滿足并網(wǎng)條件。③閥位控制:機組并網(wǎng)后帶初負(fù)荷,自動轉(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%)來改變總閥位給定進(jìn)而控制調(diào)節(jié)門開度來調(diào)整機組負(fù)荷,初負(fù)荷值等于當(dāng)前主汽壓力對應(yīng)的負(fù)荷值加上當(dāng)前閥位值,初負(fù)荷的設(shè)置避免機組剛并網(wǎng)時出現(xiàn)逆功率。④功率控制:機組并網(wǎng)并且負(fù)荷在5～250MW內(nèi),系統(tǒng)運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)器運算后控制調(diào)節(jié)門開度,調(diào)整機組功率達(dá)到目標(biāo)值。⑤壓力控制:機組并網(wǎng)并且負(fù)荷在5～250MW內(nèi),系統(tǒng)運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)器運算后控制調(diào)節(jié)門開度,調(diào)整機前主汽壓力達(dá)到目標(biāo)值。通常在鍋爐鋪機故障或鍋爐壓力調(diào)節(jié)不能自動時,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)機組帶上基本負(fù)荷(120MW)后,鍋爐燃燒投自動后DEH響應(yīng)CCS(CoordinatedControlSystem)系統(tǒng)請求,接收CCS控制器來的閥位給定信號調(diào)節(jié)汽機調(diào)節(jié)門開度,完成機爐協(xié)調(diào)控制機組負(fù)荷。⑦一次調(diào)頻:當(dāng)DEH系統(tǒng)處于功控或閥控方式下,機組轉(zhuǎn)速超出轉(zhuǎn)速死區(qū),一次調(diào)頻功能動作,根據(jù)設(shè)定的不等率計算出一次調(diào)頻給定,加到相應(yīng)的功控、閥控回路中調(diào)節(jié)發(fā)電機組的頻率,滿足網(wǎng)頻需要,保證發(fā)電品質(zhì)。⑧AGC自動發(fā)電控制:此功能是DEH接收負(fù)荷管理中心ATC來的目標(biāo)負(fù)荷控制發(fā)電機組的功率,目前未能實現(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)汽機調(diào)節(jié)門,轉(zhuǎn)速小于3060r/min時恢復(fù)正常。油開關(guān)跳閘時,調(diào)節(jié)門快關(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,限制動作使總閥位以6%/m的速率下降到小于限制值后結(jié)束。③負(fù)荷高限制:機組負(fù)荷大于限制值時,限制動作使總閥位以6%/m的速率下降,負(fù)荷低于限制值或總閥位減到20%時動作結(jié)束。④主汽壓力低限制:投入主汽壓力低限制后,當(dāng)機前主汽壓力低于限制值時,限制動作使總閥位以6%/m的速率下降,壓力高于限制值或總閥位減到20%時動作結(jié)束。⑤低真空負(fù)荷限制:投入低真空負(fù)荷限制后,當(dāng)真空對應(yīng)的負(fù)荷限制值小于實際負(fù)荷時限制動作使總閥位以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)電機失磁)、快卸2(任一臺送引風(fēng)機跳)、快卸3(鍋爐MFT動作)接點閉合,快卸動作使總閥位分別以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%或快卸信號接點斷開,動作結(jié)束。⑦超速保護(hù):有原來的機械超速保護(hù),超速某一定值時,機械飛錘擊出打閘,關(guān)閉汽門調(diào)門。有DEH軟件組態(tài)超速保護(hù),超速110%時總閥位給定置零,汽機打閘關(guān)閉汽門調(diào)門。有DEH測速板硬件超速保護(hù),超速110%時開出打閘信號。2.3高壓遮斷模塊試驗系統(tǒng)功能包括:①超速保護(hù)試驗:用于檢驗各機械飛錘的動作轉(zhuǎn)速值。試驗時DEH超速保護(hù)動作轉(zhuǎn)速值自動改為3390r/min,作后備保護(hù)。②閥門嚴(yán)密性試驗:在機組脫網(wǎng)后可分別進(jìn)行調(diào)門、主汽門嚴(yán)密性試驗,并記錄轉(zhuǎn)子惰走時間。③飛錘噴油試驗:可在線進(jìn)行噴油試驗,用于活動危急遮斷器飛錘,以防卡澀。④高壓遮斷試驗:可在線進(jìn)行試驗,用于檢驗高壓遮斷模塊動作是否靈活。⑤閥門活動試驗:可分別對高中壓主汽門、中壓調(diào)節(jié)門進(jìn)行活動試驗,防止閥門卡澀,活動行程為100%～85%。2.4機組啟動,系統(tǒng)運行輔助系統(tǒng)功能包括:①自動判斷機組的熱狀態(tài):系統(tǒng)根據(jù)機組沖轉(zhuǎn)前高壓內(nèi)缸上壁溫度的大小,將機組劃分為冷、溫、熱、極熱四熱狀態(tài)。②啟動方式的選擇:有高中壓缸聯(lián)合啟動,高中壓調(diào)節(jié)門同時開啟,通流能力為1∶3有中壓缸啟動,目前硬件設(shè)備不具備,暫時未能實現(xiàn)。③閥門管理:利用西屋公司的閥門管理理念,有單閥、順序閥兩種閥門配汽方式,機組啟動及低負(fù)荷(30%)時采用單閥方式,進(jìn)汽均勻,暖機充分,減小熱應(yīng)力縮短啟機時間。高負(fù)荷時采用順序閥方式,減小閥門節(jié)流損失,提高經(jīng)濟效益。(4)參數(shù)監(jiān)視:進(jìn)行脹差、振動等危及機組安全的參數(shù)實時監(jiān)視報敬。3安裝調(diào)試的精確度一套控制系統(tǒng)得以正常運行,安裝及調(diào)試是最重要、歷時最長、問題最多的兩個環(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)揮及機組的安全。下面是在安裝調(diào)試過程中問題較突出,我們認(rèn)為值得重視的幾個方面。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)閥門開度,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),油動機帶動傳感器移動,產(chǎn)生的交流信號經(jīng)伺服控制器FM146調(diào)制解調(diào)換算成位移信號(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放大,手自動控制的切換,LVDT信號調(diào)制解調(diào),LVDT自動調(diào)零調(diào)幅,板自檢報警,產(chǎn)生防伺服閥卡澀的振蕩信號等功能。LVDT和FM146的靜態(tài)零位幅值調(diào)試時,往往存在LVDT反饋值在全開全關(guān)時有些為負(fù)值,有些無變化,這是LVDT與FM146之間接線不對應(yīng)的原因,LVDT說明書上其主副線圈的正負(fù)號與線的顏色對應(yīng)關(guān)系與說明書上標(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)的整定過程衡量一個系統(tǒng)的控制質(zhì)量,專業(yè)上用穩(wěn)、快、準(zhǔn)來標(biāo)記,穩(wěn)即用超調(diào)量σp和衰減率Ψ來作指標(biāo),準(zhǔn)即用動態(tài)偏差E(m)和穩(wěn)態(tài)偏差E(∞)來作指標(biāo),快即用調(diào)節(jié)過渡時間Ts來作指標(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控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量,甚者將危及機組的安全經(jīng)濟運行。DEH系統(tǒng)主要控制轉(zhuǎn)速及功率,而系統(tǒng)的調(diào)試大多是在汽機運行并網(wǎng)中進(jìn)行,這就給整定帶來了很大的難度,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)律及其對過程的影響。在調(diào)試整定的實踐中,我們結(jié)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)的專業(yè)知識總結(jié)出如下參數(shù)整定經(jīng)驗和方法。①比例帶δ增加時,比例作用減小,系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。②積分作用增強即Ti積分時間減小,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,被調(diào)量的最大動態(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態(tài)偏差E(m)的主要因素,因為積分作用是緩慢的,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)的對比,進(jìn)一步說明參數(shù)的工程整定在系統(tǒng)調(diào)試中的重大作用(見表1)。從上表質(zhì)量指標(biāo)的對比來看,轉(zhuǎn)速控制整定的結(jié)果幾乎達(dá)到最佳的效果。用同樣的方法對閥位控制、壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷整定調(diào)試,DEH整個系統(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),正常運行時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操作畫面設(shè)在汽機操作員站內(nèi),不單獨設(shè)立操作站。這就造成有時某些參數(shù)偏差大時從其它控制模式切換到閥控方式時,即故障跳閥控,人員不知或畫面切換不及時引起負(fù)荷波動大。針對這問題我們設(shè)計了兩個方案,一是故障跳閥控時,發(fā)出聲音報警并推出DEH主控畫面;二是推出另一幅DEH控制畫面并閃光報警。經(jīng)多次驗證,采取第二套方案,使運行人員在限制報警動作使控制方式切為閥控時,能及時調(diào)整DEH系統(tǒng),同時又能兼顧汽機其它設(shè)備的操作,不受報警刺耳聲擾亂心神影響操作的正確與迅速性。4.2ao和deh實際閥位的信號存在偏差在實際運行過程中,DEH系統(tǒng)進(jìn)行CCS控制切換時,負(fù)荷波動較大,約6～8MW,造成系統(tǒng)機爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)振蕩。由于DEH與CCS的接口考慮到信號傳送速度要滿足要求,用硬接線的方法,但是信號在AO模塊輸出,AI模塊輸入的換算過程中存在一定的偏差,即CCS跟蹤的總閥位與DEH實際閥位有偏差,在CCS投入時CCS跟蹤的總閥位信號控制調(diào)門開度,投入前后信號偏差大從而引起負(fù)荷波動。為此我們在CCS投入時保持當(dāng)前DEH實際閥位,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)信號以一定的變化率控制調(diào)門開度,從而避免了較大的負(fù)荷波動,效果非常好。4.3試驗結(jié)束時關(guān)閉主汽門,確定未跳閘時裝置在開機做主汽門嚴(yán)密性試驗時,汽機轉(zhuǎn)速達(dá)到可接受轉(zhuǎn)速時(約3min)引起汽機跳閘。DEH系統(tǒng)在做主汽門嚴(yán)密性試驗進(jìn)行到可接受轉(zhuǎn)速時試驗結(jié)束,自動打開主汽門,打開主汽門同時需要快關(guān)高中壓調(diào)節(jié)門2s,防止轉(zhuǎn)速飛升。因此試驗結(jié)束時關(guān)閉的主汽門即將打開時又瞬間關(guān)閉調(diào)節(jié)門,猝然引起EH油壓過低,小于7.8MPa,而聯(lián)泵動作也未能及時提高EH油壓力,造成EH油壓過低從而引起汽機跳閘。為此制定了檢查方法,先將三取二的油壓過低信號強制為零,再做主汽門嚴(yán)密性,試驗結(jié)束汽機未跳閘。取消強制的油壓底信號,啟動兩臺EH油泵做試驗未引起汽機跳閘。為此我們建議運行人員在做上述試驗時,啟動兩臺EH油泵,保證油壓足夠高,同時設(shè)置了試驗結(jié)束能自動停止,從而保證了試驗得以順利進(jìn)行。在系統(tǒng)實際應(yīng)用過程中,我們還對其某些功能作了相應(yīng)的改進(jìn),使其更