湛江电厂2×300MW火力发电机组汽轮机数字电液 (DEH )控制系统应

一、项目概述

    能源是发展国民经济的基础工业。火力发电是我国开发能源的主要形式。300MW机组是我国当前及今后相当长一段时间火力发电的主力机组。为300MW机组装备自动化系统，提高机组的自动化运行水平是提高机组安全与经济运行的重要手段。DEH系统是目前监视与控制机组安全与经济运行的计算机自动化系统中的一个重要系统。属电力部立项的重点开发、研制的热控自动化重大技术装备项目。

    为了提高DEH的技术指标与性能，特别是为了制造真正能实用的DEH系统并降低造价，电力部提出并组织由东方汽机厂、太极计算机公司与西安热工所联合设计、合作开发电液并存型DEH（Digital Electro-Hydranlic）系统，安排湛江电厂的试点。于1994年9月成功地完成了试运行，经过一年的长期运行考核，于1996年1月通过了机械部、电力部、电子部三部联合评审与鉴定，结论是具有80年代末期世界先进水平。

二、方案设计

1、设计目标

    300MW火力机组的DEH系统属大型火力发电汽轮机组计算机闭环控制系统。由于被控对象为极高速运转的巨大的动力机械，一旦控制失误就会造成不堪设想的后果。因此无论从对DEH的总体功能、品质、可靠性以及对闭环系统的软硬件技术要求，其难度与责任都是极高的。

    设计的目标是以传统的液压系统保证机组安全、可靠地运行，电调控制系统则用来提高机组的动态品质和自动化水平。两套系统可独立地对汽轮机进行全过程的控制。正常运行时，由电调控制，液调系统自动跟踪，电调故障时，无扰切换到液调系统，以保证连续、可靠地对汽轮机的控制。当电调正常时，可再由液调切至电调。

2、总体设计思想

    DEH系统的设计是紧紧围绕可靠性和控制品质两个方面进行的，这体现在如下三个方面：

1）多种工作方式的设计

-- 基本控制方式（BTC：Basic Turbine Control）

    由微机控制机组转速和负荷。在机组未并网时，BTC将实际转速与设定值比较，对偏差值进行PID计算，送出控制信号驱动电液转换器，控制汽轮机转速。在机组并网后，BTC将转速反馈信号作为机组一次调频信号，BTC同时接收功率信号，把实际功率与负荷设定值进行比较，其偏差经PID计算，送出控制信号驱动电液转换器，控制机组负荷。

-- 手动控制方式（MTC：Manual Turbine Control）

    由手动控制模板和操作盘代行微机功能，控制机组转速与负荷。

-- 自动控制方式（ATC：Automatic Turbine Control）

    是比BTC更高一级的控制方式，以汽轮机发电机组运行参数为依据，汽轮机转子热应力和寿命管理为核心实现启停及变负荷全过程自动控制。

2）硬件的全冗余设计

-- BTC方式采用双机全冗余设计。基本控制配有A、B双机，A、B机各有自己独立的I/O通道全冗余结构。

-- 控制逻辑、控制回路和自动控制方式下的硬件系统的电源采用双电源并联供电，具有热备用功能。

3）多种硬件质量保证措施

-- 元器件老化筛选。

-- 防静电的安装与操作。

-- I/O模板直流电源电源拉偏检验。

-- 全系统高温、高湿强化老化。

三、系统组成

1、DEH控制系统硬件配置

    DEH控制系统由A、B、C机组成，由BITBUS局域网联接为专用型分散式控制系统。DEH的I/O容量如下：

-- A机：模入量32路；模出量8路；开入量48路；开出量32路；计数输入量3路。

-- B机：同A机。

-- C机：模入量96路；开入量32路；开出量32路；中断量16路。

2、DEH具有10种功能

-- 从冲转开始完成自动升速、长负荷。

-- 根据汽轮机热应力和寿命损耗的要求，自动选择升速率、升负荷率。

-- 汽轮机运行过程监视。

-- 主汽压力保护、快卸负荷功能。

-- 与同期装置配合实现同期并网。

-- 与协调控制系统配合实现机炉协调控制。

-- OPC超速保护功能。

-- 阀门活动试验功能。

-- 备用控制系统自动跟踪在线控制系统功能。

-- 参数越线报警，事故追忆功能。

3、DEH控制系统技术指标

-- 空负荷时，转速波动 ￡ ± 0.1％。

-- 额定负荷时，负荷波动 ￡ ± 1MW。

-- 机组速度不等率3％～6％范围内可调。

-- 油动机行程波动 ￡ 1.5％。

-- 额定参数下甩负荷的动态超速 < 9％，机组能维持空转。

-- 迟缓率 ￡ 0.1％。

-- 控制系统切换时，油动机行程波动 ￡ 1.5％。

-- 图象站画面转换时间< 1秒。

四、系统运行结果

    1994年9月DEH系统在湛江电厂1#300MW机组上一次投运成功，并于1994年12月通过了168小时试运行后，随机组长期投入生产运行。2#300MW机组DEH系统于1995年10月投运。1#300MW机组DEH系统为国产第一套投运的DEH系统，并能在任何状态（冷态、温态、热态、极热态）下顺利启机、升速、并网、带负荷，是第一套与机组协调控制系统配合投运、实现机炉协调控制的系统。于1996年1月通过了机械部、电力部、电子部三部联合鉴定。具有八十年代末期世界先进水平，现正在机械部申请科技进步奖。

五、市场情况

    湛江电厂两套300MW机组DEH系统的成功带来如下市场效果：

1、签约太原第一热电厂、安阳发电厂、鹤壁发电厂以及湛江发电厂3#、4#机共8台300MW机组DEH系统合同。

2、签约出口伊朗ARAK电厂4套325MW机组DEH系统合同。

六、用户报告

    东方汽轮机厂、太极计算机公司和西安热工所合作开发设计生产的300MW机组中压抗燃油电液并存型DEH数字电液控制系统首次用于我厂1#、2#机组，分别于1994年12月19日、1995年11月28日通过168小时考核，移交生产。

    1#机组94年夏天处理完现场问题及完成基础调试后，我们对DEH系统的IP组件进行了硬件测试，其结果精度都保证在0.3％范围内，达到了设计要求。

    接着用仿真器对DEH进行了系统功能测试，除"自动挂闸"，制造厂从安全考虑取消外，各功能正常，符合设计要求。

    1#机第一次试运行就用电调运行，升速、并网、带负荷情况都较好，转速和功率和稳定性、升速率和升负荷后的空转稳定性以及操作的简捷等均得到了我们的认可。

    在一年多的正常运行中，解决了转速通道全故障切液调、打闸信号未进DEH导致不清零等缺陷，满足了机组的长期运行的需要。