汽轮机数字电液控制系统的国产化进程

刘大蔚，钟旭波，杨成银，张建创，张国明，孙 城

(国能浙江公司北仑第一发电有限公司，杭州 315824)

0 引 言

现阶段，汽轮机组向着大容量、高参数方向发展。并对目前的分散控制系统(DCS)的整体控制效果提出了更高的需求[1]。其中，汽轮机数字电液控制系统(DEH)是电站机组集控的重要环节。DEH控制系统是汽轮发电机组重要的组成部分，分管控制汽轮发电机组的起动、停止、正常运行和事故工况下的调节。DEH控制系统与电液伺服执行机构，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控制、负荷控制、压力控制、阀门管理、和汽机超速保护等。

至今，汽轮机控制系统的发展已经经历了三个阶段：第一代，机械液压调节系统阶段；第二代，电液调节系统阶段；第三代，数字式电液控制系统阶段。在20世纪70-80年代，初期DEH控制系统大都是各大汽轮机厂家分别研制的专用控制系统。受限于当时的技术水平，控制系统的可靠性较低，通常采用电调与液调并存的方式来满足可用率的要求，在此期间，DEH技术发展缓慢。20世纪80年代，发达国家开始将航空领域先进的液压技术以及计算机网络通信技术引入汽轮机控制领域，成功研制了高压抗燃油电液控制系统。计算机控制部分用分散控制系统(DCS)替代了汽轮机专用控制器。然而，高压抗燃油DEH控制系统成本较高，不适合中小机组。20世纪90年代末国内开始研究透平油电调及应用，随着直接驱动式伺服阀(DDV阀)引进汽轮机控制领域后，低压透平油DEH控制系统在中小机组上得到了广泛的应用。

1 国产化面临的挑战

超超临界1 000 MW汽轮机DEH控制系统现在国内仍需要进口。国产化超超临界1 000 MW汽轮机组DEH系统，既可解决1 000 MW超超临界汽轮机组DEH控制系统国产化问题，也可以为国家节约大量外汇[2]。

长期以来，DEH控制系统对于广大运行人员与热控人员来说是一个“黑匣子”，而理解DEH控制系统逻辑是汽轮机数字电液控制系统国产化的重要一步。造成这一困局的主要原因DEH逻辑中的存在大量难以理解的类似于乱码形式的字母，这对想读懂DEH逻辑的工作人员来说，构成了一大障碍。DEH逻辑经过一段时间的发展与技术革新后，经常会对逻辑进行各种各样的修改，通常对于逻辑的修改是增加多于删除，最终导致存在一些弃用的逻辑，混淆读者的视线。

国电浙江北仑第三发电有限公司6号、7号机组分别于2008年和2009年投产，属于国内早期投产的超超临界百万机组，具有机组容量大、运行参数高、系统惯性大等特点。其中DEH系统使用的是西门子T3000系统，与上汽超超临界汽轮机配套，DCS采用艾默生OVATION系统，DEH系统与DCS系统的信号传输主要通过硬接线及通讯来实现。目前1 000 MW超超临界机组DEH系统其具有涵括范围广、程控启停机、ETS条件多、临界转速区宽、冲转升速快、无ETS在线试验、高压缸补气、温度准则多等特点，同时存在没有设计程控启停机步序帮助、阀门反馈信号无冗余备用、转速目标值允许设在临界转速区内等不足。6号、7号机组投产运行至今已超过十年，而DEH系统电子设备已近使用寿命，暴露出了一系列问题，包括：

(1)故障率逐渐增加，严重威胁机组安全稳定运行；

(2)备品备件价格昂贵，且部分已经停产；

(3)西门子系统网络安全漏洞频出，直接影响控制系统安全；

(4)DEH系统与DCS系统通讯传输的稳定性、实时性及准确性有所欠缺；

(5)直接翻译国外系统的控制逻辑不可靠，易出问题。这些问题都严重影响到机组的安全稳定运行。为国内首次研发与应用1 000 MW超超临界汽轮机DEH控制系统就显得十分迫切。

2 国内外DEH发展研究概况

国外调速系统试验、建模、仿真等技术都已经逐步走向成熟。在国外，大型电力企业希望通过机组的建模收集数据以进行相关研究和技术改进，这些企业致力于将汽轮机及其调速系统的建模仿真规范化、制度化和标准化，并着手建立相应的数据库，积累数据。国内现阶段，大体是针对某一个DEH系统进行分析，其分析焦点主要集中在：事故原因的分析、事故发生后的对策、某种控制方案特性的分析以及DEH系统逻辑分析优化等等。在DEH控制系统国产化研究的过程中，国电智深公司做出了较大贡献。国电智深融合自动化产品和技术创新研发及工程应用经验，推出了具有全自主知识产权的工业控制产品及解决方案——EDPF工控平台。2015年EDPF-NT+系统应用于世界首1 000 MW二次再热超超临界发电机组(泰州)。基于EDPF NT+系统进行了核电汽轮机DEH系统研究。在研究中，分析了核电汽轮机DEH系统所需要的整体配置，包括硬件配置，功能架构配置，基本控制功能配置。为有效降低核电汽轮机组热耗率，提高运行经济性，为核电发电企业降低发电成本，提高利润产生积极的影响。

2015年，在东方自控、和利时、鸿山电厂的努力下，完成了鸿山2×1 000 MW新建机组的DEH控制系统调试任务。国产化DEH 控制系统在1 000 MW超超临界燃煤发电机组的首次成功投用，填补了百万机组国产DEH顺利投运入运行的空白，促进了国产化控制系统的发展[3]。

3 结束语

目前，国产的智深DEH系统、和利时DEH系统、新华DEH系统，和国际上流行的ABB symphony DEH系统，西屋DEH-Ⅲ系统，西门子的TELEPERM XP DEH系统，日立的D-EHG/HITASS系统，在设计上、实施中各有特点。虽然各个系统的设计思路不同，但如上厂家依托自身DCS系统的优势，在功能上各占优势，且均有良好的运行记录。然而各大厂商的垄断，阻碍了DEH技术的进步。所以当前的技术突破的重点，应该是集合众家之长，使DEH系统更加完善。