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600MW汽轮机DEH系统初探


广安电厂 600MW 汽轮机数字电液控制 DEH 系统初探
摘要 本文就广安电厂汽轮机数字电液控制系统的组成、控制功能及其实现 做了说明,并积累平常的工作经验,介绍常见故障现象及处理方法;同时 对 EH 油系统、电液伺服阀的日常维护也提出了见解。

关键词 数字电液 功能实现 故障处理 日常维护

目的 随着汽轮发电机组容量的增大、蒸汽参数的提高,对机组的安全性、 经济性及其自动控制水平的要求也愈来愈高。作为 600MW 的大型机组,汽 轮机数字电液控制系统(DEH)已被广泛采用。 在平常运行及维护中,各 个电厂或多或少有些差异,也会出现一些问题。本人平常负责 DEH 系统的 运行维护工作,对在运行和维护中出现的问题及解决办法有一定的积累。 现就广安电厂的 DEH 系统及问题处理做一简单介绍,以供交流和提高。

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引言
广安电厂 600MW 机组采用了东方汽轮机厂生产的全电调型汽轮机数字 电液控制系统(DEH),其控制部分采用美国西屋公司的 OVATION 分散控制系 统,液压部分为东汽厂生产高压抗燃油系统。 。从整个系统的调试与运行情 况来看,其功能是完善的,性能是可靠的。但也暴露出一些设计、组态及 设备上的问题,通过分析、判断和处理,解决了一些实际问题,为机组的 安全稳定运行做出了积极贡献。

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作者: 刘自愿

正文 一、 系统概述
汽轮机控制系统主要是控制汽轮发电机组的转速和功率,从而满足电 厂供电的要求。它可以控制汽轮机从挂闸、冲转、暖机、同期并网、带初 始负荷至带满负荷的全过程。具体而言,DEH 主要控制高压主汽门(MSV) 、 四个高压调门(CV) 、两个中压主汽门(RSV) 、两个中压调门(ICV) 、油系 统中的各个电磁阀和 EH 油泵、通风阀(BDV)及倒暖阀(VV)等。DEH 投入 锅炉自动(即汽机远控)时,从模拟量控制系统(MCS)接收负荷指令,此 时 DEH 仅作为 MCS 的执行机构。 1、硬件组成:广安电厂 DEH 控制部分由三个柜子组成,其中有 DROP41、 DROP42 控制柜和一个继电器柜还有操作员接口站、工程师站。 2、模件:DEH 中各种模件共 55 块,控制器是冗余配置,通讯也是冗余 配置。 3、操作员站(SUN)操作员接口站是重要的人机接口.有操作灵活方便、 信息存贮量大等诸多优点。运行人员可通过操作站,参与整个控制过程, 并可对控制过程和参数进行监视和记录。操作站共设计了图形操作界面, 其中菜单画面 1 幅,流程、操作员可从全厂总貌画面中点击 DEH 快捷键进 入 DEH 主菜单。 4、工程师站(EWS)EWS 是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统 的工具。配有西屋组态软件工具。这里不作介绍。 5、液压部分由一个 0.76m3 的油箱、二个高压油泵、二组高压蓄能器、 四组低压蓄能器、十个油动机、油过滤器及冷却回路、再生滤油装置以及

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作者: 刘自愿

高压遮断块等组成。 二、 系统主要功能介绍 DEH 主要控制汽轮发电机组转速和功率, 它完成汽轮机从挂闸、 冲转、 暖机、同期并网、带初始负荷及带全负荷的全过程。具体而言,DEH 主要控 制 2 个高压主汽门 MSV、4 个高压调门 CV、2 个中压主汽门 RSV 和 2 个中压 调门 ICV 以及油系统中各个电磁阀。DEH 接受锅炉控制方式时,从 MCS 中 接收负荷指令,此时 DEH 作为 MCS 的执行机构。 1、挂闸:使汽机的保护系统处于警戒状态。 2、阀门校验:阀门校验过程就是当液压系统准备好后,通过阀门全行 程的开/关,记录有关数据的过程,以期达到阀位控制精确,并使阀位控制 具有尽可能好的性能。校验后阀位给定信号与油动机升程的关系为:给定 0~100 对应升程 0~100%。 为保证此对应关系的良好线性度,我们在进行了初校后,又调整 LVDT 铁芯或套筒,作进一步细调,使 LVDT 的有效工作区处于中间线性段。 整定伺服系统静态关系目的在于使油动机在整个全行程上均能被伺服 阀控制。为了保证阀位有良好的线性度,要求油动机上作反馈用的 LVDT, 在安装时应使其铁芯在中间线性段移动。在汽轮机整定前必须分别对油动 机整定。油动机整定通过一台 PC 机(用超级终端软件)进行校验。 一般在作完静态关系的整定之后,还需进行线性度的测试。此时,在 超级终端中发出开门指令,例如:demand = 20.0,在就地测量阀门实际行 程。记录开门指令、阀门实际行程和阀门位置反馈,阀门实际开度和阀门 位置反馈之差不能大于阀门全行程的 1%

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3、启动前的控制;自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温度的高 低判断机组状态,对高压部分的转子、汽缸和主汽阀进行自动预暖,以减 少启动过程中的热冲击,缩短启动时间。可更加实际情况选择高中压联合 启动或中压缸启动方式。 4、转速控制: 在汽轮发电机组并网前,DEH 为转速闭环无差调节系 统。其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差,经 PID 调节器运算 后,通过伺服系统控制油动机开度,使实际转速跟随给定转速变化。转速 控制器计算产生阀门的流量指令,该指令通过阀门流量曲线分配以产生每 一 CV 及 ICV 的开度指令。高压缸启动时,中压调门一开始就接近全开,依 靠高调门进行转速调节。中压缸启动时,若选择暖机运行方式,机组转速 在 400 转以下时,CV 阀微开,进行高压缸暖机;当转速大于 400 转时,CV 阀开度不变,ICV 阀打开;若不选择暖机运行方式,则高调门不开启,仅开 启中压调门。在给定目标转速后,给定转速自动以设定的升速率向目标转 速逼近。当进入临界转速区时,自动将升速率改为 300r/min/min 快速冲过 去(如操作员设定速率大于 300r/min/min 则以操作员设定速率为准) 。在 升速过程中,通常需对汽轮机进行中速、高速暖机,以减少热应力。 5、负荷控制:有负荷控制 PI 调节器,它将设定值与实际功率进行比 较,经 PID 运算后输出负荷控制指令控制高压调门和中压调门开度;也有 调节级压力反馈方式。目前我厂运行主要采用负荷反馈方式。如投用协调 方式时, 将自动切除负荷反馈或调节级压力反馈, DEH 接收 CCS 给出的负荷 指令。 6、甩负荷控制:由于大容量汽轮机的转子时间常数较小,汽缸的容积

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时间常数较大。在发生甩负荷时,汽轮机的转速飞升很快,若仅靠系统的 转速反馈作用,最高转速有可能超过 110%,而发生汽轮机遮断。为此必须 设置一套甩负荷超速限制逻辑。 在机组甩负荷≥15%额定负荷且≤40%额定负荷时, 加速度继电器动 DEH 作,迅速关闭中压调节阀,同时使目标转速及给定转速改为 3000r/min,一 段时间后,中压调节阀恢复由伺服阀控制,最终使汽轮机转速稳定在 3000r/min,以便事故消除后能迅速并网。 当机组甩负荷≥40%额定负荷时, 功率-负荷不平衡继电器动作, DEH 迅 速关闭高压调节阀和中压调节阀,同时使目标转速及给定转速改为 3000r/min,一段时间后,高压调节阀和中压调节阀恢复由伺服阀控制,最 终使汽轮机转速稳定在 3000r/min,以便事故消除后能迅速并网。 7、超速保护和负荷不平衡保护:超速保护有 DEH 电超速 110%保护、TS 电气超速 110%保护、机械超速 110%~112%保护三种。 在线试验:阀门活动试验、超速试验、喷油试验、电磁阀试验、严密 性试验 9、控制方式切换:DEDH 紧急手动方式、手控制方式、自动控制方式和 自启动控制方式,除由紧急手动切换到手动控制方式外,从低级到高级的 切换必需有操作员指令,而从高级到低级的切换可自动完成,也可通过操 作员指令完成。 三、系统常见故障分析与处理 1、油动机自振荡 油动机自振荡的原因有很多,正常情况下,阀门在非线性区的小范围

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调节是有一些振荡的,但这不是高频振荡或等幅振荡不停,如出现上述两 种情况则需查清原因: ⑴先检查伺服阀的输出信号(电压) 。 ⑵检查伺服阀“+”“-”两根接线是否有一根接地,若接地则会串 、 进感应电压引起伺服阀高频振荡。 ⑶LVDT 故障(抖动) ,EH 伺服阀堵塞等也可引起油动机振荡。 2、VCC(阀门控制卡)卡故障的判定和处理 (1)先观察自检中 VP 卡的状态看是否有故障指示 (2)检查其输出是否正常 注意:更换时,应注意适当的利用 DEH 本身的控制逻辑做到不影响运 行。再进行更换,可以避免换卡时的瞬间扰动。 (3)挂闸不成功:主要表现在所有阀关信号未送出、ETS 有跳闸条件存 在没有复位、220VDC 未送出、挂闸电磁阀插头未插好;ZS1 和 ZS2 信号未 送出;电磁阀卡涩或电磁阀烧坏 (4)负荷波动大:主要是阀门的流量特性不匹配造成的,只有通过调整 压力来避开这些点。 四、高压抗燃油系统及设备 1、高压抗燃油系统的组成: 油泵、控制阀、油缸、油箱、蓄能器、滤油器和热交换器等组成。其中 液压控制阀分为压力控制阀和方向控制阀,压力控制阀我厂采用了溢流阀 和卸荷阀两种压力控制阀。方向控制阀采用了单向阀和电磁换向阀。 2、汽轮机高压抗燃油系统典型故障及维护

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(1)油压低落 表1 序号 1 2 3 引起汽轮机高压抗燃油系统油压低落的原因及解决办法 解决办法 迅速停油泵焊接所断油管 更换蓄能器内胆或充气

产生原因 油管断裂造成大量油外泄 两个以上的高压蓄能器内胆漏气

在没挂闸的情况下操作 DEH 给油 把阀位指令设为 0 后在挂闸 动机以阀位指令

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油泵泄漏过大或损坏 高压油至回油的截止阀没关 (2)油温过高

更换油泵 找出该截止阀并关闭

油温长期高于 60 时,抗燃油的酸值将升高,油质将变坏。 表2 序号 1 2 3 4 5 油箱油温升高的原因及解决办法 解决办法 重新调整整定值或更换此阀 降低水温 重新调整或更换此开关 打开冷却水进出水开关 检修并打开电磁水阀旁路开关

产生原因 溢流阀动作导致溢流 冷却水温超过 35 冷却水控制开关失灵 冷却水进出水开关未开 冷却水控制电路故障

五、电液伺服阀 1、伺服阀是电液转换元件,又是功率放大元件,它能把微小的电气信 号转换为大功率的液压输出。 它的性能的优劣对电液调节系统的影响很大。 因此,它是电液调节系统的核心和关键。 在电液调节系统中, 电液伺服阀接收计算机运行处理后的开大或关小调
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节阀的电气信号,并使电信号转换为液压信号,该信号驱动伺服阀主阀移 动,并经放大后控制高压油通道,使高压油进入油动机下腔,油动机活塞 上移,经传动机构带动调节阀开启,或者是使压力油自活塞下腔泄出,在 油动机弹簧的作用下,活塞下移关闭调节阀。当油动机活塞移动时,同时 带动线性位移传感器,将油动机活塞的机械位移转变为电气信号,作为反 馈信号,与前述经计算机运行处理的电气信号叠加,直至叠加后的电气信 号数值为零时,调节阀便停止移动,停留在一个新的平衡位置上,从而实 现调节阀开口的自动跟随控制。 2、伺服阀的故障模式: 电液伺服阀的几种典型故障、 故障原因及现象见下表, 通过它可以及时 地分析、诊断和排除电液伺服阀及电液调节系统出现的故障,从而保证机 组的安全、稳定、经济运行。 项目 力 矩 马 达 故障模式 故障原因 现象 1、线圈断线 零件加工粗糙 阀无动作,驱动电流 I=0 2、衔铁卡住或受到 工 作 气 隙 内 有 阀无动作 限位 杂物 3、球头磨损或脱落 伺服阀性能下降,不稳定, 磨损 频繁调整 4、紧固件松动 振动 零偏增大,可能引起伺服阀 螺钉未拧到位 失效 防松设计不完 善 5、弹簧管疲劳 系统迅速失效,伺服阀逐渐 疲劳 产生振动,系统振荡,严重 的管路也振动 6、反馈杆弯曲 疲 劳 或 人 为 所 阀不能正常工作, 零偏很大, 致 控制电流可能到最大 1、喷嘴或节流孔局 系统零偏增大,系统频响大 油液污染 部堵塞或全部堵塞 幅度下降,系统不稳定。
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喷 嘴

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挡 板 滑阀 放大 器

2、滤芯堵塞

1、刃边磨损 2、径向阀芯磨损 3、滑阀卡滞 密封件老化

其他

逐渐堵塞,引起频响有所下 油液污染 降,伺服阀的分辨率下降, 严重的可引起系统摆动 泄漏、流体噪音增大,系统 磨损 零偏增大,逐渐不稳定 泄漏逐渐增大,零偏增大, 磨损 增益下降 污染、变形 波形失真、卡死 寿 命 已 到 或 油 阀内、外渗油,可导致伺服 液不适所致 阀的堵塞

3、电液调节系统由电液伺服阀故障引起的常见故障 (1)油动机拒动:在排除控制信号故障的前提下,造成油动机拒动的主 要原因是电液伺服阀卡涩。严格控制油质,是解决问题的关键。 (2)汽门突然失控; (3)汽门摆动; (4)油动机迟缓率大; (5)油动机关不到位。 4、电液伺服阀故障的主要原因 (1)油质老化:主要表现为污染颗粒度的增加、酸值升高、电阻率降低; (2)使用环境恶劣:主要为环境温度高,加剧抗燃油的裂化; (3)使用了与油液不相容的密封件。 5、电液伺服阀的故障处理 电液伺服阀属于高精密元件,现场无法进行检测维修,需要专业技术人 员利用专门的设备和仪器进行检验、调整和处理。电液伺服阀发生故障后, 一般不能自行恢复,正确的做法是拆下来送到专用设备上由专业技术人员 处理。

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作者: 刘自愿

结论 本文结合广安电厂汽轮机控制系统 DEH 实际,介绍了系统组成、控制 功能,并对运行维护中出现的问题、故障做出了分析判断,提出了解决办 法。对电厂从事汽轮机专业运行和检修的过程技术人员具有一定的参考和 借鉴价值。

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作者: 刘自愿

参考文献 1、 《四川广安发电厂三期新建 2*600MW 机组 DCS 调试报告》 ,西安热工 研究院; 2、 《汽轮机 EH 油系统及电液伺服阀》 ,电力部液压控制质量检验测试中 心。 作者简介 经历:刘自愿,重庆市巴南区人。2007 年 7 月毕业于重庆电力高等专科 学校热能与动力工程专业,毕业后进入四川广安发电有限责任公司热控队 工作。对广安电厂的 DEH 系统有一定的见解。

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标题

广安电厂 600MW 机组汽轮机数字电液控制 DEH 系统初探

作者

刘自愿

单位

四川广安发电有限责任公司

地址

四川省广安市广安区代市镇


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