和利时 300MW机组DEH控制系统应用方案

• 关键词：DEH控制系统
• 摘要：随着电站自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，对电站自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求，系统之间的横向数据交换、系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加，现场总线的应用越来越广泛，不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现全集成、一体化的解决方案。

系统概述

随着电站自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，对电站自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求，系统之间的横向数据交换、系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加，现场总线的应用越来越广泛，不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现全集成、一体化的解决方案。

因此，传统的DEH系统已经不能满足现代电站自动化过程控制系统的设计标准和要求，HOLLiAS-MACS控制系统就是在这种形势下开发的新一代过程控制系统，它是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个电站生产过程的过程控制系统。HOLLiAS-MACS是和利时公司结合最先进的计算机软、硬件技术，面向电站过程控制应用场合的先进过程控制系统。

HOLLiAS DEH控制系统基于HOLLiAS-MACS控制系统平台，集成BTC （Basic Turbine Control） 及 ATC （Automatic Turbine Control）系统，以汽轮机转速、负荷等为反馈信号，利用计算机闭环控制系统的原理控制机组的高、中压调节阀的开度，从而控制流入机组高、中压汽缸的蒸汽流量，进而控制汽轮机转速和负荷，实现汽轮机的启动、升速、定速、并网、带负荷、协调控制等过程，最终达到汽轮机运行操作的全过程自动控制。和利时公司联合华北电力大学专门开发出汽轮机热应力计算监测系统，用于机组的寿命计算及安全保护控制功能，是大型汽轮机自动运行不可缺少的系统。

系统主要功能

l  调节系统功能

汽轮机通常采用定－滑－定启动模式。汽轮机启动阶段，锅炉燃烧率维持不变。汽轮机所需的启动蒸汽压力由旁路系统控制，维持不变。蒸汽温度由锅炉温控系统控制，维持不变。机组并网带负荷且旁路阀全关后，逐渐增加锅炉燃烧率，蒸汽升温、升压，滑参数加负荷。正常运行时，可由汽机或锅炉维持蒸汽压力不变，锅炉温控系统维持蒸汽温度不变，通过改变汽机的调门、锅炉燃烧率和给水量，以满足电网对发电机功率的要求。

在ATC方式下，若机组的某些主要运行参数超出正常范围，系统将发出报警信号及保持指令。若热应力计算有效，系统将给出建议的负荷率。

1)      升速控制

根据机组热状态，可控制机组全自动按经验曲线完成升速率设置、暖机、过临界转速区，直到3000r/min定速。操作员可通过修改目标转速、升速率或按保持按钮，对升速过程进行手动控制。在ATC方式下，系统根据机组热应力及机组运行参数，可自动给出保持指令，以控制启动过程。

2)      同期并网

DEH可与自动准同期装置配合，将机组转速调整到与电网同步的转速，以便迅速完成并网操作。并网时，发电机自动带上初负荷。

3)      负荷控制

机组并网后，系统可在阀控、功控、压控及CCS方式间无扰切换。

在阀控方式下，可设置目标阀位和阀位变化率，改变汽轮机调节阀的开度，从而调整机组负荷。

在功控方式下，可设置目标功率和负荷率，自动控制机组负荷。在热应力控制投入下，热应力计算程序分别给出建议升负荷率、降负荷率。

在压控方式下，可设置目标压力和压变率，自动控制机前主汽压力。在锅炉辅机系统发生故障，发出快卸信号时，可自动投入压控方式，由汽机维持主汽压力。

DEH收到CCS主控器发来的CCS请求信号后，可转为CCS方式。在CCS方式下，系统接收CCS的给定指令控制机组负荷。

4)       一次调频

一次调频可根据实际转速与给定转速的偏差，自动调节油动机的开度，形成转速比例调节，从而稳定网频。

l  限制保护功能

1)      超速限制

在油开关跳闸期间，当转速超过3090r/min时，快速关调门。当转速小于3060r/min时，控制系统恢复到转速控制方式运行，调门开度受转速PID控制。

在负荷大于10%期间，发生油开关跳闸时，快速关调门，同时控制系统切换到转速PID方式，转速目标给定3000r/min。2秒后控制恢复到转速PID方式，将机组转速维持到3000r/min。

在负荷大于30%期间，若远方线路开关跳闸甩负荷，当加速度超过预定值时，快关调门。当加速度小于零时，控制系统恢复控制，由一次调频转速反馈维持机组转速稳定。

2)      阀位限制

当阀位给定大于阀位限制值时，阀位限制动作，关小阀位。

3)      高负荷限制

高负荷限制功能投入期间，当实际负荷大于限制值时，高负荷限制动作，阀位给定以设定速率下降，调节阀油动机随之关小。

4)      低负荷限制

低负荷限制功能投入期间，当实际负荷小于限制值时，低负荷限制动作，阀位给定以设定速率增加，调节阀油动机随之开大。

5)      主汽压力低限制

主汽压力限制功能投入期间，当实际主汽压力大于限制值时，主汽压力限制动作，总阀位给定以设定速率下降，调节阀油动机随之关小。

6)      快卸负荷

快卸负荷功能投入期间，当快卸负荷刚动作，DEH 自动投入压控，以维持主汽压力。若快卸负荷动作时不能投入汽机压控，则汽机总阀位给定以设定相应速率下降。

7)      真空低限制

真空限制功能投入期间，当实际真空对应的负荷限制值小于实际负荷时，真空低限制动作，阀位给定以设定速率下降。

8)      超速保护

机械飞锤，整定到3300~3360r/min。

TSI系统3取2超速保护，动作转速3300 r/min。

DEH 3取2测速板硬件超速保护，动作转速3300 r/min。

DEH软件组态3取2超速保护，动作转速3300 r/min。

l  试验系统功能

1)      103%超速限制试验

用于检验103%超速限制的动作转速。

2)      超速保护试验

用于检验各超速保护的动作转速。

3)      严密性试验

用于检测主汽门、调节汽门严密性。

4)      喷油试验

用于定期在线进行喷油试验，活动危急遮断器。

5)      阀门活动试验

用于定期在线对油动机进行全行程活动试验。

6)      高压遮断模块试验

用于在线进行高压遮断模块试验，检验高压遮断模块动作是否灵活。

l  辅助系统功能

1)      自动判断热状态

根据机组冲转前高压内缸上半内壁温度T的大小，将机组划分为冷、温、热、极热四种热状态，设置相应的初始升速率。

2)      阀门管理

阀门配汽方式有单阀、顺序阀两种，可兼顾热经济性及寿命损耗。

3)      自动阀门整定

阀门整定方式下，DEH改变阀位给定值，使油动机全行程走一遍，DEH自动记录油动机全关、全开位置对应的LVDT油动机行程反馈电压值，并使阀位给定值0%、100%模出的给定电压值等于对应的全关、全开位置LVDT电压值，即可使阀位给定值与油动机行程一一对应，无须频繁手动调节。

4)      ATC控制

DEH采集高压调节级后蒸汽温度和高压内缸上半内壁温度、高中压外缸进中压汽缸处上半内壁温度和隔板套上半内壁温度（中压第一级后），通过简化模型分别计算出高中压转子表面和中心孔的体积温度以及应力比率，根据体积温度及应力比率的大小给出负荷率。

系统特点

l  系统结构特点

1)      分布与分散（Distributed & Decentralized）

分布：运算逻辑分布，减小风险；

分散：安装地域分散，节省成本。

2)      智能化与小型化（Smarter & Smaller）

智能模块，并且支持现场总线；

超低功耗，小模块结构。

l  主控制器特点

1)      可靠性

高速高能力嵌入式Intel586DX4-400

超低功耗:典型值5W，最大值7.5W

16MB 直接表面贴DRAM

8MB 程序存储（Flash）

1MB 掉电保持SRAM

全隔离网络接口

MTBF ：20万小时

2)      先进性

冗余的工业以太网接口（10Base-T）

内置冗余PROFIBUS-DP主站接口，可直接集成第三方系统

微内核实时多任务操作系统

OPC Server接口软件，可从控制器层连第三方软件

完全兼容IEC61131-3国际控制组态标准

调节控制和ON-OFF控制功能

3)      易用性

热插拔，MTTR小于2分钟

无跳线

l  I/O设备特点

内嵌微控制器的智能IO

每个模块内置冗余PROFIBUS-DP从站接口

支持热插拔，可抗220电源冲击

每路独立的ADC或DAC，实现路路隔离

低密度设计（AIO每块8点，DIO每块16点）

与现场完全电气隔离

小于3W的自身功耗

通过预制转端子板出线

支持冗余的AIO

免跳线，软件选量程

4U小模块尺寸（40mm*176mm*125mm）

热电偶模块抗干扰性能（如现场侧接地）

热电阻的线组匹配适应回路

系统应用

HOLLiAS-DEH控制系统已成功应用于贵州鸭溪电厂、贵州黔西电厂、江苏淮阴发电厂、陕西清水川发电有限公司、福建龙岩坑口电厂等40多台哈汽、上汽、东汽生产的300MW机组和600MW机组，并得到了用户的高度认可。