200MW汽轮机DEH控制系统结构及甩负荷仿真分析

J 第 39卷 第 3期 l997年 6．日 汽 轮 机 技 术 TURBINE TECHN0LOGY 200MW 汽轮机 DEH控制系统结构功能 及甩负荷仿真分析 王春月 徐基豫 ，^l‘zff 一 一 丁M ； (『f (哈尔滨汽轮机有限责任公司) (哈尔滨I业大学) ‘ 李学军 (哈尔滨电站成套I程公司) 目t摘要】在分析2。OMW~ ．。EH控制系统功能的基础上．根据系统的结构、环节特性和运行 条件对DEH系统甩负荷特性进行了仿真研究，阐述了主要参数对 系统的影响，提出了改善亲控甩 ． 。E恤 关键词：遗丝垫．DEH 制墨堕． 入 0 前 言 甩负荷仿真 DEH承 ’ 拢 随 着 电站 自动化水 平 的提 高，国产 200MW 汽轮机越来越多地配置了数字电液 控制 系统(DEH)，但原来的液调系统还保 留。两个系统都能独立地工作，都是通过中间 滑阀实现对机组的控制，但一般都以电调为 主，液调为辅。电调出现故障时切换到液调运 行，故障排除后再切回到电调，所以说电调是 控制和管理汽轮机运行的棱心，其控制部分 的工作状态和动态性能直接影响着整个机组 的运行，尤其是 DEH在机组甩负荷工况下 的控制过程和控制品质更为重要。因为在实 际机组上不可能多次进行甩负荷试验，如果 这样作，不仅耗时耗资，而且操作不当还会危 及机组安全和寿命，所以本文针对 200MW 机组DEH，在基本结构和功能分析及模型建 立的基础上进行了计算机仿真，旨在反映 DEH系统在不同整定参数下对机组主要运 行参数(如转速、阀位、主蒸汽压力、再热汽压 收稿日期{19 一10一l2 力等)的动态响应过程， 便为确定电调系统 甩负荷整定参数提供依据。 1 DEH控制系统的基本结构和 功能 作 为 DEH 系 统 控 制 对 象 的 国 产 200MW 汽轮机为三缸=排汽中间再热式汽 轮机．其转子的几何尺寸小，重量轻，转动惯 量小，所 其转速对负荷的变化响应快。 DEH控制系统利用汽轮机转速、电机输出功 率信号的反馈和实际运行的具体来完成 对汽轮机调门的控制，达到控制汽轮机正常 运行的目的。 1．1 DEH系统的转速、负荷及超速保护控 制(OPC)功能 ~OOMW 中间再热式汽轮机 DEH控制 系统主要由3部分组成： 1．转速控制回路 2．功率控制回路i 3．OPC控制回路。 O 维普资讯 http://www.cqvip.com l62 汽 轮 机 技 术 第 39卷 整个 DEH控制系统不仅可以实现机组 玲态、热态启动控制、同步转速控制、机组并 网接带初始负荷、正常加减负荷以及参与电 网一次调频功能，而且可以实现机组超速保 护功能 ，完成甩负荷运行工况。其系统如图 l 所示。 围 1 DEH系坑图 1．2 系统的功能 1．2．1 转速控制回路 在机组并同之前，无论是冷态启动还是 热态启动。转速调节都是无差调节，根据操作 员设定或经验曲线及寿命管理要求控制机组 升速到同步转速。完成升速功能。并网后， DEH可以投入一次调频回路，频差信号af 形成补偿功率的信号Ⅳ，一去△，，修正负荷 设定值 Ⅳ。，这样机组出力随着电网额差变化 及时得到修正，达到机组参与一次调频的目 的。当机组带基本负荷时。将一次调频回路切 除，系统按设定值 Ⅳ。控制机组负荷，不再受 电网频率变化的影响。当机组解列时，转速回 路按给定值 n0=3000rJmin控制汽轮机。 1．2．2 功率控制回路 按负荷设定值 Ⅳ=No+Ⅳ，为给定信号 (一次调频回路切除时 N=N。)，当功率反馈 信号 Ⅳ．投入时，Ⅳ一Ⅳ 经功率 PI调节器输 出一个0～5V的阀位指令信号给功放，由功 放控制电液转换器。使汽轮机调门达到与负 荷设定值相对应的位置。功率回路切除时，可 以手动控制阀门来增减负荷。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 3期 王春月等：200MW 汽轮机 DEH控制系统结构功能及甩负荷仿真分析 163 1．2．3 超 速保 护 OPC控 制 OPC有两个功能：OPC的 110 超速保 护功能和 OPC的 103 超速控制功能。 OPC的 110 功 能就是 当转速 超过 3300r／min时，DEH硬件 OPC输 出一接点 信号控制电磁解脱器动作，使机组跳机 OPC 的 103 功能就是当转速超过 3090r／min或 机组 自电同解列时，DEH输出一5V信号去 功放给定端，使汽轮机调门迅速关闭．当其转 速降到 3090r／rain以下时，OPC输出的一5V 信号解除。其控制逻辑如图2所示。 图2 OPC的 lO3％控制逻辑图 甩负荷控制系统的仿真分析 根据对 DEH控制系统的结构功能分析 并结合现场调试运行的实践经验，建立了如 图3所示的200MW 中间再热式机组控制系 统数学模型。在这个模型中考虑了高低压旁 路的控制作用和微分器在机组甩负荷时使中 间滑阍、中调门快速动作的特性。 设高调门的阀位为GV，中调门的阀位 为IV，汽轮机转速为 ，主汽压为P。，再热汽 压为 。为了可靠地关闭阕门 在 DEH输出 到功放前的电压指令在小于某一电压值时阀 门均为关闭状态，这一电压范围设为 AV．在 一 I ， ＼ ∥＼m ＼ ＼ ， 。 ’＼＼J’＼＼J。 、。。。。一 不同的 PI参数、不同的 △ 情况下，作甩 200MW 负荷的仿真试验，其结果如图4～图 7所示。 3 仿真结果分析 图 4和图 5的仿真结果明．△ 一0．25 V固定不变时，调整 PI参数可以使系统稳 定．但发现当△ ≥0．5V时，无论怎样调 P1 参数，系统稳定性都很差。这说明系统的稳定 性与 PI参数的整定有直接关系．但也受到 △ 死区的限制。 图 5～图 7是 PI参数不变，△ 从0V升 到0．5V的过程，发现△ =0V系统稳定性 180r／min ． ＼ { ∥ 2935r／min 圈 4 =10、J一10、△V 0 25V甩 200MW 负荷仿真曲线 图 5 5 t=7、 V一0．25V甩 200MW 负荷仿真曲线 维普资讯 http://www.cqvip.com I64 汽 轮 机 技 术 第 39卷 剜 扑 螺 暮瓤硎鼻 嚣悻唇壬 善 0 ∞匝 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 3期 王春月等：200MW汽轮机DEH控制系统结构功能及甩负荷仿真分析 165 318,3~r／mEn m I ＼A V一 图 6 p=5、J一7、d 宅0V甩 200M1,V负荷仿真曲线 极好；当其增加到0．25V时，稳定性也相对可 以，系统经过两个周波就稳定下来}当其增加 到0．5V时，系统则发生了等幅振荡。从这些 仿真曲线中可以看出，当系统 Pl参数固定不 变时。系统的控制品质与△v死区有关．其转 速的最低值很大程度上取决于 d 的大小。 从以上4个仿真曲线中可以观察到这样 一 个现象 ，其最低飞升转速基本上是一样的， 这是因为最高飞升转速是由DEH硬件OPC 回路和微分器共同控制的结果，其控制逻辑 和控制过程在仿真中都是一样的，与P1参数 无关 。 5 结 论 DEH输出到功放的阀位指令信号，在保 ， ＼ n＼ 』r、＼ 肚、＼ ＼＼J — -弋 图 7 一5、J一7、△ 暑0．5v甩 200MW 负荷仿真曲线 证调门可靠地关闭前提下，死区4 应尽量 减小，其整定值在0．15V~0．25V的范围是 比较理想的。这时，再调整PI参数，可以使系 统稳定性有保证。值得一提的是机组冷态启 动、热态启动和甩负荷时，其蒸汽参数差别很 大，所以H 参数也应该是各不相同 叁 考 文献 1 熊光楞．控御系统数字仿真．北京t清华大学出版杜 19a2 2 倪维斗，棘基穗'自动调节原理与遗平机械自动调节 北京{机槭工业出版社，1991 (上接第 150页) 响其余二板的正常工作l 5，使用并行接口通讯速度快、可靠性高； 6．抗干扰能力强； 7．使用GALl6V8诊断故障，并由每块 板上的红、绿灯(LR，LG)显示，红灯显示故 障状态，绿灯显示正常工作状态。 4 结束语 三选二容错表决器和其他可靠性手段相 比，具有可靠性高，运算速度快。节省硬件材 料等优点，是一个非常有效的可靠性装置。汽 轮机数字控制系统使用三选二容错表决器可 大大地提高其可靠性。保证机组安全地运行。 参 考 文献 1 美邑 wood啪fd调建器公司．遗平控树 ，1993 2 方建痒蝙著．MCS~96系列8098单片机原理与应用技 术．天津科学技术出版社，199o 3 叶道盏-高可靠性数字超逮保护装置的研究．汽轮机技 术，1994，36(4) 维普资讯 http://www.cqvip.com