300MW DEH控制系統應用案例

一. 系統概述

隨著電站自動化過程控制理論和計算機技術的迅猛發展，對電站自動化過程控制系統的可靠性、復雜性、功能的完善性、系統的可維護性、人機界面的友好性、數據的可分析可管理性等各個方面都提出了愈來愈高的要求，系統之間的橫向數據交換、系統與管理層和現場儀表級的數據交換日益增加，現場總線的應用越來越廣泛，不同系統之間的準確、高速、大量的數據交換得以實現全集成、一體化的解決方案。

因此，傳統的DEH系統已經不能滿足現代電站自動化過程控制系統的設計標準和要求，HOLLiAS-MACS控制系統就是在這種形勢下開發的新一代過程控制系統，它是一個全集成的、結構完整、功能完善、面向整個電站生產過程的過程控制系統。 HOLLiAS-MACS是和利時公司結合最先進的計算機軟、硬件技術，面向電站過程控制應用場合的先進過程控制系統。

HOLLiAS-DEH控制系統基于HOLLiAS-MACS控制系統平臺，集成BTC (Basic Turbine Control) 及 ATC (Automatic Turbine Control)系統，以汽輪機轉速、負荷等為反饋信號，利用計算機閉環控制系統的原理控制機組的高、中壓調節閥的開度，從而控制流入機組高、中壓汽缸的蒸汽流量，進而控制汽輪機轉速和負荷，實現汽輪機的啟動、升速、定速、并網、帶負荷、協調控制等過程，最終達到汽輪機運行操作的全過程自動控制。和利時公司聯合華北電力大學專門開發出汽輪機熱應力計算監測系統，用于機組的壽命計算及安全保護控制功能，是大型汽輪機自動運行不可缺少的系統。

二. 系統主要功能

1、調節系統功能

汽輪機通常采用定-滑-定啟動模式。汽輪機啟動階段，鍋爐燃燒率維持不變。汽輪機所需的啟動蒸汽壓力由旁路系統控制，維持不變。蒸汽溫度由鍋爐溫控系統控制，維持不變。機組并網帶負荷且旁路閥全關后，逐漸增加鍋爐燃燒率，蒸汽升溫、升壓，滑參數加負荷。正常運行時，可由汽機或鍋爐維持蒸汽壓力不變，鍋爐溫控系統維持蒸汽溫度不變，通過改變汽機的調門、鍋爐燃燒率和給水量，以滿足電網對發電機功率的要求。

在ATC方式下，若機組的某些主要運行參數超出正常范圍，系統將發出報警信號及保持指令。若熱應力計算有效，系統將給出建議的負荷率。

(1) 升速控制

根據機組熱狀態，可控制機組全自動按經驗曲線完成升速率設置、暖機、過臨界轉速區，直到3000r/min定速。操作員可通過修改目標轉速、升速率或按保持按鈕，對升速過程進行手動控制。在ATC方式下，系統根據機組熱應力及機組運行參數，可自動給出保持指令，以控制啟動過程。

(2) 同期并網

DEH可與自動準同期裝置配合，將機組轉速調整到與電網同步的轉速，以便迅速完成并網操作。并網時，發電機自動帶上初負荷。

(3) 負荷控制

機組并網后，系統可在閥控、功控、壓控及CCS方式間無擾切換。

在閥控方式下，可設置目標閥位和閥位變化率，改變汽輪機調節閥的開度，從而調整機組負荷。

在功控方式下，可設置目標功率和負荷率，自動控制機組負荷。在熱應力控制投入下，熱應力計算程序分別給出建議升負荷率、降負荷率。

在壓控方式下，可設置目標壓力和壓變率，自動控制機前主汽壓力。在鍋爐輔機系統發生故障，發出快卸信號時，可自動投入壓控方式，由汽機維持主汽壓力。

DEH收到CCS主控器發來的CCS請求信號后，可轉為CCS方式。在CCS方式下，系統接收CCS的給定指令控制機組負荷。

(4) 一次調頻

一次調頻可根據實際轉速與給定轉速的偏差，自動調節油動機的開度，形成轉速比例調節，從而穩定網頻。

2、限制保護功能

(1) 超速限制

在油開關跳閘期間，當轉速超過3090r/min時，快速關調門。當轉速小于3060r/min時，控制系統恢復到轉速控制方式運行，調門開度受轉速PID控制。

在負荷大于10%期間，發生油開關跳閘時，快速關調門，同時控制系統切換到轉速PID方式，轉速目標給定3000r/min。2秒后控制恢復到轉速PID方式，將機組轉速維持到3000r/min。

在負荷大于30%期間，若遠方線路開關跳閘甩負荷，當加速度超過預定值時，快關調門。當加速度小于零時，控制系統恢復控制，由一次調頻轉速反饋維持機組轉速穩定。

(2) 閥位限制

當閥位給定大于閥位限制值時，閥位限制動作，關小閥位。

(3) 高負荷限制

高負荷限制功能投入期間，當實際負荷大于限制值時，高負荷限制動作，閥位給定以設定速率下降，調節閥油動機隨之關小。

(4) 低負荷限制

低負荷限制功能投入期間，當實際負荷小于限制值時，低負荷限制動作，閥位給定以設定速率增加，調節閥油動機隨之開大。

(5) 主汽壓力低限制

主汽壓力限制功能投入期間，當實際主汽壓力大于限制值時，主汽壓力限制動作，總閥位給定以設定速率下降，調節閥油動機隨之關小。

(6) 快卸負荷

快卸負荷功能投入期間，當快卸負荷剛動作，DEH 自動投入壓控，以維持主汽壓力。若快卸負荷動作時不能投入汽機壓控，則汽機總閥位給定以設定相應速率下降。

(7) 真空低限制

真空限制功能投入期間，當實際真空對應的負荷限制值小于實際負荷時，真空低限制動作，閥位給定以設定速率下降。

(8) 超速保護

·機械飛錘，整定到3300~3360r/min。

·TSI系統3取2超速保護，動作轉速3300 r/min。

·DEH 3取2測速板硬件超速保護，動作轉速3300 r/min。

·DEH軟件組態3取2超速保護，動作轉速3300 r/min。

3、試驗系統功能

(1) 103%超速限制試驗

用于檢驗103%超速限制的動作轉速。

(2) 超速保護試驗

用于檢驗各超速保護的動作轉速。

(3) 嚴密性試驗

用于檢測主汽門、調節汽門嚴密性。

(4) 噴油試驗

用于定期在線進行噴油試驗，活動危急遮斷器。

(5) 閥門活動試驗

用于定期在線對油動機進行全行程活動試驗。

(6) 高壓遮斷模塊試驗

用于在線進行高壓遮斷模塊試驗，檢驗高壓遮斷模塊動作是否靈活。

4、輔助系統功能

(1) 自動判斷熱狀態

根據機組沖轉前高壓內缸上半內壁溫度T的大小，將機組劃分為冷、溫、熱、極熱四種熱狀態，設置相應的初始升速率。

(2) 閥門管理

閥門配汽方式有單閥、順序閥兩種，可兼顧熱經濟性及壽命損耗。

(3) 自動閥門整定

閥門整定方式下，DEH改變閥位給定值，使油動機全行程走一遍，DEH自動記錄油動機全關、全開位置對應的LVDT油動機行程反饋電壓值，并使閥位給定值0%、100%模出的給定電壓值等于對應的全關、全開位置LVDT電壓值，即可使閥位給定值與油動機行程一一對應，無須頻繁手動調節。

(4) ATC控制

DEH采集高壓調節級后蒸汽溫度和高壓內缸上半內壁溫度、高中壓外缸進中壓汽缸處上半內壁溫度和隔板套上半內壁溫度（中壓第一級后），通過簡化模型分別計算出高中壓轉子表面和中心孔的體積溫度以及應力比率，根據體積溫度及應力比率的大小給出負荷率。

三. 系統特點

1、系統結構特點

▲分布與分散（Distributed & Decentralized）

·分布：運算邏輯分布，減小風險。

·分散：安裝地域分散，節省成本。

▲智能化與小型化（Smarter & Smaller）

·智能模塊，并且支持現場總線。

·超低功耗，小模塊結構。

2、主控制器特點

▲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 直接表面貼DRAM

·8MB 程序存儲（Flash）

·1MB 掉電保持SRAM

·全隔離網絡接口

·MTBF ：20萬小時

▲先進性

·冗余的工業以太網接口(10Base-T)

·內置冗余PROFIBUS-DP主站接口，可直接集成第三方系統

· 微內核實時多任務操作系統

·OPC Server接口軟件，可從控制器層連第三方軟件

·完全兼容IEC61131-3國際控制組態標準

·調節控制和ON-OFF控制功能

▲易用性

·熱插拔，MTTR小于2分鐘

·無跳線

3、I/O設備特點

·內嵌微控制器的智能IO

·每個模塊內置冗余PROFIBUS-DP從站接口

·支持熱插拔，可抗220電源沖擊

·每路獨立的ADC或DAC，實現路路隔離

·低密度設計（AIO每塊8點，DIO每塊16點）

·與現場完全電氣隔離

·小于3W的自身功耗

·通過預制轉端子板出線

·支持冗余的AIO

·免跳線，軟件選量程

·4U小模塊尺寸(40mm*176mm*125mm)

·熱電偶模塊抗干擾性能（如現場側接地）

·熱電阻的線組匹配適應回路

四. 系統應用

HOLLiAS-DEH控制系統已成功應用于貴州鴨溪電廠、貴州黔西電廠、江蘇淮陰發電廠、陜西清水川發電有限公司、福建龍巖坑口電廠等多臺哈汽、上汽、東汽生產的300MW機組，并得到了用戶的高度認可。