东汽600MW汽轮机DEH系统功能分析优化

李海军

摘 要：汽轮机数字式电液控制系统（DEH）是大型火电机组重要的控制和保护系统。DEH运行中出现的问题直接关系到大型火电机组安全稳定运行。东汽600MW汽轮机在运行中曾出现并网时逆功率动作、升速时转速飞升和电源切换OPC动作的问题。本文针对这三项问题进行具体分析，提出优化方案。能够解决机组由于负荷抖动引起逆功率动作造成并网延时的问题，能够避免由于转速飞升造成汽轮机损坏的事故，也能够解决ETS直流电源故障导致OPC动作的隐患。

关键词：DEH 逆功率 转速控制

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）09-0-01

引言

汽轮机数字式电液控制系统DEH 是大型火电机组不可或缺的组成部分，是汽轮机启动、停止、正常运行和事故工况下的调节控制器。DEH 系统通过控制汽轮机主汽门和调门的开度，实现对汽轮发电机组的转速、负荷、压力等的控制。如果DEH 安全可靠性不高，将可能造成汽轮机控制不稳，主保护误动、拒动，导致机组非计划停运，甚至损坏汽轮机部件。目前投运的大型火电机组DEH 系统多由汽轮机厂家配套提供，由于安全理念和设计思路的不同，部分DEH 存在一定的安全隐患，也曾多次出现功能异常的情况。

一、信息简介

大唐国际托克托发电有限责任公司（以下简称“托克托电厂”）三四期发电机组均为600MW直接空冷机组，锅炉为东方锅炉厂制造的亚临界、自然循环、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛、全钢构架的∏型汽包炉。锅炉设计压力为19.1MPa，最大连续蒸发量为2070t/h（ECR为1876t/h），额定蒸汽温度为541℃。汽轮发电机组及其控制系统（DEH）由东方汽轮机厂制造，DCS系统为美国西屋公司OVATION系统，该系统是集过程控制及企业管理信息技术为一体的融合了当今世界最先进的计算机与通讯技术于一身的典范。其采用了高速度、高可靠性、高开放性的通讯网络，具有多任务、多数据采集及潜在的控制能力。

二、运行中DEH系统出现的问题

1.机组启动并网时发生一次调频动作，机组逆功率跳闸的问题

原因分析：

机组在并网时，负荷测点发生突变，负荷数值值由0MW瞬时摆动至123MW，DEH侧一次调频投入条件为负荷大于60MW，一次调频自动投入运行，由于在同期并网过程中，机组负荷处于上下摆动过程，机组转速与电网频率存在偏差，造成一次调频动作，汽轮机综合阀位指令减小，在运行人员未能采取措施前，机组逆功率动作，机组跳闸。

2.汽轮机在惰走过程中重新挂闸冲车，发生转速飞升的问题

原因分析：

当汽机跳闸时，DEH系统将由自动（AUTO）切至手動（MANUAL）方式，DEH给定转速（DMDSPD）跟踪实际转速（SPEED）；机组经重新挂闸、运行（RUN）、投自动（AUTO）操作后，给定转速（DMDSPD）将保持当前给定转速不变，转速控制PID在给定转速（DMDSPD）和实际转速（SPEED）产生偏差时将开始运算，运算结果转换为阀门综合阀位指令（REF、CVREF、ICVREF），在经运行操作进行（GO）指令后，送至调门伺服卡的调门给定指令（ICVDMD）由“-3%”切换至当前中调门综合阀位指令（ICVREF），伺服卡开始运算并控制中调门开启。

实际操作过程如下：

机组跳闸后汽机转速惰走至186rpm时，机组已对DEH系统进行了挂闸、RUN、AUTO等三步操作，汽机给定转速保持186rpm不变，汽机继续惰走，当实际转速低于186rpm时，转速控制PID开始运算，当前因出现其他问题，运行员未操作GO指令进行冲车。在此时间内，转速控制PID由于给定转速和实际转速有偏差，一直在运算中，当运行员操作GO指令开始冲车时，距离操作AUTO指令时间已过去将近1个小时，转速控制PID运算结果转换为中调门综合阀位指令（ICVREF）已达最高的100%，导致了在进行GO操作后，中调门给定指令（ICVDMD）立即变为100%，中调门全开，转速10秒内由0rpm飞升至1621rpm。

3.在进行ETS继电器回路直流电源切换时，机组OPC动作的问题

原因分析

机组中修停机时进行汽轮机ETS继电器柜直流电源切换实验，断开机组ETS继电器柜直流110V电源第一路开关SW3时，机组汽轮机调门全部关闭，后经检查分析为OPC动作导致。

OPC动作回路分DCS逻辑回路和ETS继电器回路两个部分，具体动作条件如下：

3.1DCS逻辑回路包含103%超速和运行中发电机解列两个条件，其中103%超速动作OPC的条件为汽轮机未跳闸且DEH模拟量转速通道不故障，也不是在超速实验的情况下，DEH系统三个模拟量转速三取中转速信号大于3090rpm触发，转速信号低于3060rpm后OPC信号自动复位。发电机解列动作OPC条件为汽轮机未跳闸且机组负荷大于18MW情况下，发电机并网信号（三取二）消失，触发三秒脉冲信号。

3.2 ETS继电器回路动作OPC的条件为机组负荷大于18MW且并网信号（三取二）消失，其中机组负荷大于18MW信号由DEH控制器逻辑判断后送至ETS继电器柜。

并网信号首先送至ETS继电器柜，经继电器扩展后，一路送至DEH系统，另一路在ETS继电器回路中使用。由于ETS继电器回路中并网信号扩展继电器为常带电信号，在电源切换时继电器瞬间失电，造成并网信号瞬间消失，导致OPC动作。

三、DEH逻辑分析及具体优化办法

1.DEH一次调频逻辑优化

在汽轮机已挂闸、转速信号无故障、未并网信号已消失的条件下，机组负荷大于60MW后一次调频自动投入运行，如在并网的同时，负荷测点出现瞬时抖动，一次调频很可能投入运行，由于并网瞬间存在转速偏差，一次调频就会动作，并网带初负荷的功能将可能被一次调频阀位抵消，逆功率动作，机组跳闸。endprint

分析一次调频投入逻辑，在其它条件满足时，负荷大于60MW时一次调频即时投入，没有避开负荷测点瞬间抖动的能力，以上情况就很可能出现。针对此逻辑的问题，在未并网信号后增加延时逻辑，就能够很好的避开负荷抖动的影响，避免此类事件的发生。

2.汽轮机转速控制逻辑优化

分析转速控制逻辑，机组经重新挂闸、运行（RUN）、投自动（AUTO）操作后，给定转速（DMDSPD）将保持当前给定转速不变。如果在汽轮机惰走过程中执行了如上操作，给定转速已保持，实际转速还在下降，形成转速偏差，PID就会运算。为防止此种情况发生，对逻辑进行如下优化，增加汽轮机跳闸信号，在汽轮机跳闸信号触发后，使给定转速一直跟踪实际转速，只有在运行人员执行（GO）操作后，复位跳闸信号，给定转速开始跟踪设定转速指令，给定转速和实际转速出现偏差，PID才开始运行，就能避免转速飞升的情况发生。

3.汽轮机ETS硬回路优化

汽轮机ETS硬回路中OPC动作回路如下：

三个并网信号分别用于驱动三个继电器，继电器一组触点将三个并网信号送至DEH逻辑回路，另一组触点使用硬回路三取二判断后接入OPC动作回路。机组负荷大于18MW条件下，并网信号消失会导致高调门及中调门快关电磁阀得电动作，关闭高调门及中调门，即实现OPC功能。

分析如上回路，由于机组并网后，繼电器均为常带电状态，电源切换采用继电器切换方式，由于单纯继电器切换不能做到无缝切换，在电源第一路电源失电的瞬间，常带电继电器会出现瞬间失电的情形，并网信号瞬间消失导致OPC条件回路动作，短时全部关闭高中压调门，此种情况下，会对机组安全运行造成极其不利的影响，故需对回路进行优化。

具体优化方法为将OPC动作回路中并网信号改为汽轮机103%超速信号，将负荷大于18MW信号改为未进行超速试验信号，汽轮机实际103%超速时驱动继电器带电，触发OPC动作。汽轮机正常转速时继电器不带电，这样在电源切换过程中，超速信号所带继电器不会动作，无法形成闭合回路，OPC也无法动作，汽轮机高中压调门就不会有运行中 突然关闭的风险。

结语

随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量日益增大，电网对发电企业的要求日益严峻，热工控制逻辑的严谨完善，是保证大型火力发电机组安全稳定运行必备条件。DEH 系统作为大型汽轮机的主要控制系统，其功能的完善更是重中之重，DEH系统的安全可靠，能直接减少火电机组的非停异停，有效保证主设备的安全。本文通过对DEH系统曾出现问题进行详细分析，指出DEH系统中一次调频、转速控制回路及OPC动作回路中存在的问题，提出了合理的优化方案，为汽轮机设备的安全稳定运行保驾护航。

参考文献

[1]朱晓星 火电机组DEH系统安全可靠性评估

[2]国家发展和改革委员会，火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件（DL/T 996-2006）

[3]东方汽轮机厂 数字电液控制系统说明书endprint