9 汽轮机DEH系统改造方案测试与分析.docVIP

2008年全国发电厂热工自动化专业会议论文集汽轮机DEH系统改造方案测试与分析徐德勤 李云鹏（华能大连电厂）摘 要：华能大连电厂两台机组的DEH系统在改造过程中，根据实际情况形成了两种技术方案，本文介绍了这两种改造方案测试对比情况，并对试验结果进行分析，确定了DEH系统改造所采用的最终方案。实践证明在目前的技术水平下还无法在控制器中实现汽轮机调节阀的闭环控制。关键词：DEH 功率放大卡件 闭环控制华能大连电厂的1号、2号汽轮机为TC2F-40型亚临界单轴、双缸、双排汽口、中间再热反动凝汽式汽轮机，额定功率350MW，由三菱公司制造。调节系统采用数字电液（DEH）控制系统，由汽机控制计算机、DEH控制卡件、电液转换器和液压系统构成，液压控制介质为低压透平油。汽轮机数字控制信号由汽机控制计算机发出，指令信号的选择处理，反馈闭环运算及指令信号放大全部由DEH卡件完成，最终放大输出0250mA信号至现场的伺服机构电液转换器。这种系统中阀门开度的闭环控制在卡件中由硬件完成，即“硬控制”方式。由于控制设备老化，两台机组相继进行DCS改造，原DEH系统的汽机控制计算机和DEH卡件也要随之更新改造，现场设备和液压系统不变。在改造当时，新采用的DCS硬件设备中没有与系统相匹配的的大功率输出DEH运算及功放卡件，针对这一问题，对DEH进行改造形成了两种技术方案：一种是定制一种造价较低的功率放大卡件，这种卡件只对输出信号进行放大，没有计算功能，计算功能在DCS控制器中由逻辑完成，即“软控制”方式。另一种方案是保留原三菱DEH卡件和“硬控制”方式，上位的汽机控制计算机随DCS改造进行更改。为了确定最终方案，在2号机组DCS改造过程中对这两种方案进行了对比试验。实践证明在目前的技术水平下还无法在控制器中实现汽轮机调节阀的闭环控制。1 在控制器中完成阀位闭环控制在DEH阀门驱动控制中必须引入阀位反馈才能形成对汽轮机调节阀的快速、准确的闭环控制控制。目前绝大多数DEH系统中汽轮机调节阀控制在专用的硬卡件中实现，在华能大连电厂TC2F-40型汽轮机DEH系统改造中曾经尝试在ovation控制器中实现对汽轮机调节阀的闭环控制，效果不理想。1.1 在控制器中完成阀位闭环控制的实现方式汽轮机DEH系统的指令及反馈系统如图1.1所示，机组DCS采用OVATION控制系统，汽轮机的阀门指令由OVATION控制器运算并由AO卡件输出420mA信号，考虑到汽轮机安全运行，AO卡件采用三重冗余方式。信号经电缆传送至功率放大卡件，放大为0250mA信号，输出至现场的电液转换器。阀门油动机控制油压值在工作范围内与阀门的开度呈线性函数关系，因此阀门控制油压值作为阀门开度反馈值输送入回OVATION控制系统，AI卡件采集到此420mA信号，经转换后送至控制器进行运算。控制模块PID2接受反馈值，其设定值为PID1的输出值，PID2根据设定值与汽机阀门实际开度反馈值来调控阀门开度，形成内环闭环控制。PID1的设定值来自操作员输入或协调系统指令，汽机转速或功率信号作为反馈值，形成外环闭环控制。内环回路控制汽机阀门达到设定开度及消除阀门内扰，功率放大卡件不具备闭环控制功能，只是完成对指令信号进行放大输出及回送功能，其原理图如图1.2 。由OVATION系统发出的三路指令信号经三取中模块取出一路420mA信号，经卡件运算放大后输出0250mA电流信号，放大后的电流信号输出至电液转换器，转换成油压信号并经两级放大后驱动油动机控制汽机阀门开、关。功率放大卡件具备内部信号超差检测报警和输出信号转换回读功能，报警信号和回读值输送回DCS系统用于监视。图1.1 软控制方式的DEH系统指令及反馈系统图1.2 功率放大卡件原理图1.2 机组负荷的控制效果控制模块PID1的参数仍沿用原来整定好的参数，对新增的PID2模块进行参数整定，表1.1是负荷设定值为280MW时部分参数下的机组负荷控制情况。由表1.1中可见负荷最大偏差值达20MW.，机组负荷反复波动，不能稳定在设定值上。这种控制方式对汽机阀门开度调节效果较差，会造成锅炉主汽压力波动，随之煤量、风量、给水量发生波动，影响整个协调控制系统的控制品质。这种状况不符合DCS控制规范中对汽轮机控制要求，也没能达到改造前的控制水平。虽经反复多次对回路参数进行试验整定，控制效果仍不理想。表1.1机组负荷控制情况表PID2参数转速变化最大值（MW）偏差值（MW）PGAIN=0.8INTG=0DRAT=033020PGAIN=0.6INTG=1DRAT=0.1265-15PGAIN=0.6INTG=2DRAT=0.0252899 PGAIN：比例增益； INTG：积分时间； DART：微分速率2 在汽轮机控制卡件中完成阀位闭环控制TC2F-40型汽轮机采用低压透平油驱动汽机控制阀，控制E/H转换器需要250mA大电流。在华能大连电厂2机组DCS更改工程中采用西屋公司的ovation系统没用相适应的驱动模件。所以DEH系统改造中曾经尝试在ovation控制器中实现对汽轮机调节阀的闭环控制，但效果不理想。在实际的工程中选择原三菱公司DEH卡件与ovation系统配合完成控制阀位的闭环控制功能。2.1 在汽轮机控制卡件中完成阀位闭环控制的实现方式在这种系统构成中，DCS仍采用OVATION控制系统，汽轮机控制卡件采用原三菱公司DEH卡件。系统构成原理图如2.1图2.1硬控制方式的DEH系统指令及反馈系统从图2.1中可见，与方案一主要区别在于所采用的DEH输出功率放大卡件不同，从而阀位的闭环控制方式也不同。这种控制方式中没有PID2控制模块，这部分功能在功率放大卡件（TAD）内部由硬件实现。三菱公司DEH卡件原理图如图2.2图2.2 三菱公司DEH卡件原理图汽轮机阀门指令由OVATION系统发出后经中值选择卡件（MSS） “三取中”处理，得出中间值，送至TAD卡件，TAD卡件同时接收汽机阀门开度油压反馈信号，计算二者偏差后形成阀门开度控制指令，最后经功率放大器放大，输出0250mA信号至电液转换器。汽轮机最终的转速和功率仍由PID1控制。2.2 对转速的控制效果PID1的参数仍沿用原来整定好的参数，由于没有PID2控制模块，无需对这部分进行新的参数整定，对TAD卡件可作适当增益调整。表2.1是机组负荷在设定值210MW,280MW和350MW时对机组负荷的控制情况。表2.1机组负荷控制情况表转速设定值（MW）转速变化最大值（MW）偏差值（MW）2102121280279-13503500由表2.1中可见在各负荷设定值上，负荷控制都很平稳，负荷最大差值在1MW范围内，符合机组控制要求，控制效果较好。3 对两种技术方案控制效果的分析两种方案从控制策略角度讲是一致的，不同的是阀门开度控制回路（内环回路）实现方式：一种是“软控制”方式在DCS控制器中由软件完成，一种是“硬控制”方式在DEH功放卡件中由硬件完成，最终两种控制方案的效果差异很大。通过对整个控制系统深入分析发现，二者内环回路的执行时间是决定控制成功与否的关键。在“硬控制”方式中，三菱DEH卡的回路运算周期约为6ms，而“软控制”方式回路中，整个回路完成一遍运算要经过AI卡采集、控制器计算、AO卡输出三个环节。根据OVATION控制系统硬件参数特性，AI卡采集周期为50ms, 控制器计算周期为30ms，AO卡转换输出周期为50ms，这样完成一次回路运算在0130ms之间，按概率分析，大部分回路执行时间在5070ms左右，远大于前一种控制方式，造成了控制信号的滞后。根据计算机控制器通采样定理，当系统的采用周期大于被控对象特性周期的12时，在控制过程中，控制系统性能降低，品质变差，甚至发生振荡。因此，汽机功率控制不稳的主要原因是控制系统的滞后性造成的。4 结论汽轮机运行特性要求DEH系统的信号处理和运算速度必须具有快速性，“快速”是DEH控制系统最基本、最重要的特性之一。在DCS控制器中对阀门开度进行闭环控制的“软控制”方式，其设备技术指标达不到DEH系统要求，无法完成机组控制任务，因此这一方案被淘汰，最终确定DEH系统改造采用保留原DEH卡件的方案。D