汽轮机数字电液调节系统deh控制的研究

汽轮机数字电液调节系统deh控制的研究

1deh控制系统dh是由电机的数字电液调节系统组成的。两部分既完成不同功能,又密切相关,调节系统通过伺服随动系统控制进汽阀门开度,使汽轮发电机的转速、功率等维持在规定值,保安系统的功能是在调节系统出现异常情况不能维持机组正常运行时,迅速关闭进汽阀门使其脱离危险工况。为确保能有效控制进入汽轮机的蒸汽,除设置了连续控制的调节阀外,还串接了两位控制的主汽阀。柳电公司2号机组汽轮机调节系统原来采用的是早期的低压透平油机械液压式调节系统,自动化水平较低,系统迟缓率大,调节精度低,机组不能自动启停,难以实现单元机组的CCS协调控制和将来AGC自动发电控制,,由于系统某些部件存在一定的缺陷,严重时影响到机组的安全稳定运行。改造采用北京和利时公司和东汽公司联合配套的高压抗燃油纯电调的DEH控制系统,其参数测量、比较放大部分、逻辑运算等采用计算机控制系统完成,执行机构由油动机操纵座构成,8个高、中压调节阀分别对应一个伺服控制系统,油动机与阀门之间采用一拖一的方式。通过伺服控制器和电液伺服阀,将电气与液压有机地联系起来,电气液压两部分密切配合协调工作组成了完整的DEH控制系统。由于采用了计算机控制技术,控制策略更加完善,系统在升速阶段为无差调节,发电机并网后可选功频调节、压力调节、阀位调节方式,以及与锅炉控制系统配合完成机炉协调控制,实现将来AGC自动发电控制,并且设置了完善的保护功能。DEH控制回路原理框图见图1。2deh系统功能2.1deh调节机组的控制调节系统有如下8个功能:①转速控制:机组挂闸启动到并网前,DEH系统为转速闭环无差调节,实现转速大范围(40～3600r/min)控制,系统根据机组的热状态自动设置相应的升速率(或人工在每分0～800r/min内设置),经转速PID调节器运算后控制调节门开度从而控制机组转速达到目标转速(300r/min)。②同期并网:转速达到3000r/min定速运行后,系统响应电气的自动同期请求,接收自动同期装置的同期增减信号控制机组转速,调节发电机组的相位和频率满足并网条件。③阀位控制:机组并网后带初负荷,自动转为阀控方式,操作人员设置目标阀位和阀位变化率(都是0～100%)来改变总阀位给定进而控制调节门开度来调整机组负荷,初负荷值等于当前主汽压力对应的负荷值加上当前阀位值,初负荷的设置避免机组刚并网时出现逆功率。④功率控制:机组并网并且负荷在5～250MW内,系统运行正常可投入功控模式,设置目标功率和功率变化率,经功率PID调节器运算后控制调节门开度,调整机组功率达到目标值。⑤压力控制:机组并网并且负荷在5～250MW内,系统运行正常可投入压控模式,设置目标压力和压力变化率,经压力PID调节器运算后控制调节门开度,调整机前主汽压力达到目标值。通常在锅炉铺机故障或锅炉压力调节不能自动时,DEH投压控帮助锅炉调节主汽压力。⑥协调控制:当机组带上基本负荷(120MW)后,锅炉燃烧投自动后DEH响应CCS(CoordinatedControlSystem)系统请求,接收CCS控制器来的阀位给定信号调节汽机调节门开度,完成机炉协调控制机组负荷。⑦一次调频:当DEH系统处于功控或阀控方式下,机组转速超出转速死区,一次调频功能动作,根据设定的不等率计算出一次调频给定,加到相应的功控、阀控回路中调节发电机组的频率,满足网频需要,保证发电品质。⑧AGC自动发电控制:此功能是DEH接收负荷管理中心ATC来的目标负荷控制发电机组的功率,目前未能实现。2.2保护总阀位的速率限制保护功能包括:①超速限制:转速超3090r/min,快关汽机调节门,转速小于3060r/min时恢复正常。油开关跳闸时,调节门快关2s,防止转速飞升,控制转速为3000r/min。②阀位高限制:当总阀位高于阀位限制值时,限制动作使总阀位以6%/m的速率下降到小于限制值后结束。③负荷高限制:机组负荷大于限制值时,限制动作使总阀位以6%/m的速率下降,负荷低于限制值或总阀位减到20%时动作结束。④主汽压力低限制:投入主汽压力低限制后,当机前主汽压力低于限制值时,限制动作使总阀位以6%/m的速率下降,压力高于限制值或总阀位减到20%时动作结束。⑤低真空负荷限制:投入低真空负荷限制后,当真空对应的负荷限制值小于实际负荷时限制动作使总阀位以12%/m的速度下降,直到负荷值在真空允许范围内。⑥快卸负荷保护:投入快卸负荷保护后,快卸1(发电机失磁)、快卸2(任一台送引风机跳)、快卸3(锅炉MFT动作)接点闭合,快卸动作使总阀位分别以6%/m、12%/m、30%/m的速率下降,功率分别减到170MW,120MW,30MW或总阀位减到20%或快卸信号接点断开,动作结束。⑦超速保护:有原来的机械超速保护,超速某一定值时,机械飞锤击出打闸,关闭汽门调门。有DEH软件组态超速保护,超速110%时总阀位给定置零,汽机打闸关闭汽门调门。有DEH测速板硬件超速保护,超速110%时开出打闸信号。2.3高压遮断模块试验系统功能包括:①超速保护试验:用于检验各机械飞锤的动作转速值。试验时DEH超速保护动作转速值自动改为3390r/min,作后备保护。②阀门严密性试验:在机组脱网后可分别进行调门、主汽门严密性试验,并记录转子惰走时间。③飞锤喷油试验:可在线进行喷油试验,用于活动危急遮断器飞锤,以防卡涩。④高压遮断试验:可在线进行试验,用于检验高压遮断模块动作是否灵活。⑤阀门活动试验:可分别对高中压主汽门、中压调节门进行活动试验,防止阀门卡涩,活动行程为100%～85%。2.4机组启动,系统运行辅助系统功能包括:①自动判断机组的热状态:系统根据机组冲转前高压内缸上壁温度的大小,将机组划分为冷、温、热、极热四热状态。②启动方式的选择:有高中压缸联合启动,高中压调节门同时开启,通流能力为1∶3有中压缸启动,目前硬件设备不具备,暂时未能实现。③阀门管理:利用西屋公司的阀门管理理念,有单阀、顺序阀两种阀门配汽方式,机组启动及低负荷(30%)时采用单阀方式,进汽均匀,暖机充分,减小热应力缩短启机时间。高负荷时采用顺序阀方式,减小阀门节流损失,提高经济效益。(4)参数监视:进行胀差、振动等危及机组安全的参数实时监视报敬。3安装调试的精确度一套控制系统得以正常运行,安装及调试是最重要、历时最长、问题最多的两个环节,安装调试是否精确到位,直接影响到系统功能的正常发挥及机组的安全。下面是在安装调试过程中问题较突出,我们认为值得重视的几个方面。3.1静态零位幅值lvdrLVDT位移传感器与伺服控制器FM146配套使用形成闭环系统控制伺服电磁阀进而控制高、中压调节阀门开度,这两者是DEH调节系统的核心部分。LVDT位移传感器采用六抽头传感器(四线制接法),油动机带动传感器移动,产生的交流信号经伺服控制器FM146调制解调换算成位移信号(0～100)。伺服控制器FM146是DEH专用的伺服模块,主要完成伺服阀控制信号放大,手自动控制的切换,LVDT信号调制解调,LVDT自动调零调幅,板自检报警,产生防伺服阀卡涩的振荡信号等功能。LVDT和FM146的静态零位幅值调试时,往往存在LVDT反馈值在全开全关时有些为负值,有些无变化,这是LVDT与FM146之间接线不对应的原因,LVDT说明书上其主副线圈的正负号与线的颜色对应关系与说明书上标示不符,需经不断比较调试才能正确接线。在静态FM146零幅值调试中,正确设置拨码开关很关键,一般设定LVDT的零值电压值为0.2～1.5V之间,尽量小些好,幅值电压值为3.5～4.8V之间,尽量大些好。两路LVDT的反馈值偏差应尽量小,这要求现场安装位移传感器LVDT要准确,提高系统控制精度。3.2deh系统的整定过程衡量一个系统的控制质量,专业上用稳、快、准来标记,稳即用超调量σp和衰减率Ψ来作指标,准即用动态偏差E(m)和稳态偏差E(∞)来作指标,快即用调节过渡时间Ts来作指标。要使系统调节性能真正达到稳、快、准,这就要求系统的控制器(PID调节器)的控制参数P,I,D值适当合理,得到最佳整定。这涉及到控制系统的工程整定,这一环节调试结果将直接影响到整个控制系统的控制质量,甚者将危及机组的安全经济运行。DEH系统主要控制转速及功率,而系统的调试大多是在汽机运行并网中进行,这就给整定带来了很大的难度,因此整定前应充分了解控制系统中调节器的参数P,I,D的调节规律及其对过程的影响。在调试整定的实践中,我们结合调节系统的专业知识总结出如下参数整定经验和方法。①比例带δ增加时,比例作用减小,系统的稳定性提高。②积分作用增强即Ti积分时间减小,降低系统的稳定性易超调。③比例带δ越小,比例控制作用就越强,被调量的最大动态偏差E(m)就越小。④PID调节器中,P比例作用是影响最大动态偏差E(m)的主要因素,因为积分作用是缓慢的,调节静态偏差E(∞),而微分作用是在多容惯性系统中缩短调节时间。⑤原参数的初始值的基础上,用试凑法按规律逐渐增大或减小参数,不能大幅度改变以免造成系统超调或震荡。据上述方法原则,DEH控制系统调试后的控制质量效果非常理想,下表列举DEH的转速控制在参数整定前后一些质量指标的对比,进一步说明参数的工程整定在系统调试中的重大作用(见表1)。从上表质量指标的对比来看,转速控制整定的结果几乎达到最佳的效果。用同样的方法对阀位控制、压力控制系统进行不断整定调试,DEH整个系统的控制精度都达到了标准的要求:转速控制精度≤±1r/min;甩负荷最大飞升转速≤4.5%额定转速负荷控制精度≤±0.5MW/min;压力控制精度≤0.1MPa/min4功能的改进和改进4.1deh控制设备设计根据DEH控制系统主要完成转速与功率的控制调节,正常运行时及在与锅炉控制系统配合进行协调控制后,DEH系统基本不用操作,故DEH操作画面设在汽机操作员站内,不单独设立操作站。这就造成有时某些参数偏差大时从其它控制模式切换到阀控方式时,即故障跳阀控,人员不知或画面切换不及时引起负荷波动大。针对这问题我们设计了两个方案,一是故障跳阀控时,发出声音报警并推出DEH主控画面;二是推出另一幅DEH控制画面并闪光报警。经多次验证,采取第二套方案,使运行人员在限制报警动作使控制方式切为阀控时,能及时调整DEH系统,同时又能兼顾汽机其它设备的操作,不受报警刺耳声扰乱心神影响操作的正确与迅速性。4.2ao和deh实际阀位的信号存在偏差在实际运行过程中,DEH系统进行CCS控制切换时,负荷波动较大,约6～8MW,造成系统机炉调节系统振荡。由于DEH与CCS的接口考虑到信号传送速度要满足要求,用硬接线的方法,但是信号在AO模块输出,AI模块输入的换算过程中存在一定的偏差,即CCS跟踪的总阀位与DEH实际阀位有偏差,在CCS投入时CCS跟踪的总阀位信号控制调门开度,投入前后信号偏差大从而引起负荷波动。为此我们在CCS投入时保持当前DEH实际阀位,等到CCS控制器调节好后,DEH系统才接收CCS控制器调节信号以一定的变化率控制调门开度,从而避免了较大的负荷波动,效果非常好。4.3试验结束时关闭主汽门,确定未跳闸时装置在开机做主汽门严密性试验时,汽机转速达到可接受转速时(约3min)引起汽机跳闸。DEH系统在做主汽门严密性试验进行到可接受转速时试验结束,自动打开主汽门,打开主汽门同时需要快关高中压调节门2s,防止转速飞升。因此试验结束时关闭的主汽门即将打开时又瞬间关闭调节门,猝然引起EH油压过低,小于7.8MPa,而联泵动作也未能及时提高EH油压力,造成EH油压过低从而引起汽机跳闸。为此制定了检查方法,先将三取二的油压过低信号强制为零,再做主汽门严密性,试验结束汽机未跳闸。取消强制的油压底信号,启动两台EH油泵做试验未引起汽机跳闸。为此我们建议运行人员在做上述试验时,启动两台EH油泵,保证油压足够高,同时设置了试验结束能自动停止,从而保证了试验得以顺利进行。在系统实际应用过程中,我们还对其某些功能作了相应的改进,使其更