摘要：綏中發電有限責任公司一期工程安裝兩台俄制800MW機組，汽輪機為俄羅斯列寧格勒金屬工廠生產的К-800-240-5型超臨界壓力、一次中間再熱、五缸六排汽、單軸凝汽式汽輪機，DEH （Digital Electro-Hydraulic）系統為汽輪機廠配套生產的電液並存調節系統。2004年在大修期間對#1機組DEH系統進行了改造，系統改造后採用抗燃油純電調控制方案，實際運行效果良好。本文重點對本次改造的背景、改造方案、改造后系統構成和實現功能進行了重點介紹，對功能實現過程中出現的問題進行了分析並提出解決方案。
關鍵詞：800MW機組 DEH 改造
1 改造背景綏電1號機組DEH系統是由俄羅斯列寧格勒金屬工廠配套生產的電液並存調節系統，控制裝置採用ЗЧСР-М2型計算機控制系統，其電子部分由ЗЧсР－Ｍ２型微處理器構成，主要包括：具有 16位數字處理能力的Ｋ１８１０系列ＢＭ８６型微處理器和ＫＰ１８１０ＢＭ８７運算協處理器。液壓部分採用中壓抗燃油系統，主要執行機構由同步器電機МУТ、電液轉換器ЭГП、預保護電磁鐵ЭМВ構成。
該系統主要存在下列問題：
（1）控制系統設備元器件老化、抗干擾能力差，經常發生計算機死機，板件故障等問題，威脅機組的安全、穩定、經濟運行；
（2）液壓部分存在同步器卡澀、遲緩率大等問題。通過同步器電機經中間滑閥控制全部高、中壓調門，風險集中，調節方式落後，調節品質差，控制精度低，負荷波動較大；
（3）備品備件不足且無備件來源；
（4）操作煩瑣，系統模擬功能不完善；
（5）模擬量模件精度低，不易調整；
（6）模件匹配性差，更換模件需要重新調整；
（7）無事故追憶系統，無法進行事故分析；
（8）系統無操作員監視畫面。
綏中發電有限責任公司地處東北、華北兩大電網的支承點位置，且兩台800MW機組單機容量為兩大電網之最，由於俄供汽輪機調節系統存在諸多問題，制約了汽輪機控制系統調節品質的提高，妨礙了機組CCS（Coordinate Control System,協調控制系統）的投入，以及AGC（Automatic Generation Control，自動發電控制）功能的實現。在東北電網與華北電網聯網后，為了適應現代化大電網的要求，滿足電網各種運行方式的需要，必須對綏電1號機組DEH系統進行現代化改造。
2 改造方案2.1 參考方案
目前國內DEH系統採用的方案有以下幾種：
（1）同步器控制
（2）電液並存（包括聯合控制、切換控制兩種）
（3）透平油純電調控制（包括保留凸輪配汽機構、去掉凸輪配汽機構兩種）
（4）抗燃油純電調控制
2.2 確定方案
綜合上述方案在國內300MW及以上機組的應用經驗，根據目前綏電公司800MW機組的實際運行情況，諮詢遼寧電科院、汽輪機廠家專家，共同意見為抗燃油純電調系統具有工作壓力大，有效保證提升力，對機組可以實現可變閥門管理，最大限度減少液壓環節，提高動態調節品質，可以在機組啟動運行的不同階段進行全周進汽和部分進汽選擇，使機組以更為經濟的方式運行，控制用油的獨立性和抗燃油的使用最大限度消除了油質影響和火災隱患等優點，是一勞永逸、安全可靠的最佳方案。最後確定綏電1號機組DEH系統改造採用抗燃油純電調控制方案。
抗燃油純電調控制系統，工作油壓14.0Mpa，系統中的每一台汽門均採用一台汽門配置一台油動機、一台電液伺服閥、一台操縱座、一台卸荷閥，油動機與調節汽門操縱座為同軸直接驅動方式。改造后的汽輪機DEH系統取消了原機械液壓調節系統中的同步器、調速器、調速器滑閥、中間滑閥等裝置，更換調節閥操縱座，在調節閥的操縱座上放置抗燃油油動機，直接拖動調節閥閥桿。保留原系統中的機械液壓保安裝置，增加了高、中壓主汽閥和調節閥油動機及操縱座，實現了每個調節閥配備一個獨立的高壓伺服執行機構。自動關閉器也採用了開關式高壓抗燃油執行機構，增加了防超速電磁閥組（OPC）、停機電磁閥組（AST）、EH供油裝置。系統控制部分採用世界上先進的集散控制系統，設計借鑒、吸收引進型300MW/600MW汽輪機組的控制策略和運行經驗，具有豐富的控制功能和優良的控制品質，並符合以下設計原則：
（1）系統符合「故障-安全」設計準則，當系統失電時保證可靠停機，並對可能的誤操作應採取有效的防範措施；
（2）系統具有自診斷、自恢復和抗干擾能力；
（3）系統依據分層、分散控制原則，除了控制器冗餘外，對重要的I/O信號和I/O模件也進行冗餘配置；
（4）冗餘的高速通訊網路保證信息通暢，並具有與DCS的通訊介面；
（5）除滿足機組啟動運行控制要求外，系統具有足夠的I/O裕量和能力以便未來進行功能擴展；
（6）功能設計應符合標準化、通用化、模塊化的原則；
（7）操作站設計符合人機工程學要求，人機界面友好，信息豐富，操作簡便可靠。
3 系統構成DEH系統改造後主要由控制部分和液壓部分構成，控制部分電子設備採用了ABB北京貝利控制有限公司的Symphony集散控制系統，液壓部分採用了哈爾濱汽輪機控制工程有限公司成套的高壓抗燃油EH裝置。下面就這兩部分分別進行介紹。
3.1 控制部分
3.1.1 系統硬體
本次DEH改造控制部分硬體由三面控制櫃組成，其中模件櫃一面，端子櫃兩面。從功能上分為三個部分：汽機基本控制（BTC）、超速保護（OPC）和汽機自啟停（ATC），分別由三對互為冗餘的控制器（BRC100）和相應的功能子模件完成。系統配備一台Conductor NT操作員站，通過ICI 與網路相連，一台COMPOSER工程師站，通過CPM 與系統相連。硬體配置示意圖如圖（一）所示：
圖(一) DEH系統硬體配置示意圖
下面對其中的主要硬體做重點介紹：
（1）控制器（BRC100）
BRC100是Symphony系統高性能、高處理能力的過程式控制制器，它與INFI-90系統在功能、通訊以及結構上完全兼容，比MFP11/12功能更強大，是它的升級換代產品。BRC100採用了32位處理器，主頻32MHz，具有2Mb靜態隨機存儲器（SRAM）、12kb非易失隨機存儲器（NVRAM）以及1Mb的Flash ROM，可通過功能碼、C、BASIC、Batch 90等工具組態編程。
（2）頻率計數子模件（IMFCS01）
IMFCS01 是DEH 專用的轉速測量子模件，它將安裝在汽輪機前箱內磁阻式轉速探頭測量出來的脈衝信號調製、整形、採樣后變換成電信號，經過控制匯流排送給控制器。每塊IMFCS01 接受一路轉速脈衝信號，本系統配置了三塊IMFCS01子模。
（3）液壓伺服子模件（IMHSS03）
IMHSS03是DEH專用的閥門伺服子模件，它實際上是一塊智能I/O 模件，通過IMHSS03上的處理器完成蒸汽閥門的精確定位控制。每塊IMHSS03 控制一個可調蒸汽閥門（modulated steam valve），本系統配置了10 塊IMHSS03，其中：TV×2、GV×4、IV×4。
（4）操作員站（Conductor NT）
本系統操作員站為Conductor NT，為DEH 操作畫面提供了方便的手段。運行人員通過操作員站實現對汽輪機的控制。針對綏電800MW汽輪機DEH系統的特點，設計了如下畫面，包括總貌、棒圖、趨勢、報警信息、操作面板等，不僅為運行人員提供了操作手段，還可以通過畫面監視汽輪機的運行狀態。
3.1.2 系統軟體
ABB Symphony系統是一個優秀的集散控制系統，它的系統軟體以多功能處理器（MFP/BRC）為核心，具有使用方便、便於調試、容易理解，充分適應了其硬體設計的特點，既滿足了從簡單到複雜的控制迴路、順控、優化控制的有關策略，又能用搭積木的方法對控制對象進行設計和組態。
Symphony系統是專門為過程式控制制設計的，它以生產過程中多種控制工藝流程和演算法、控制技術為依據，經過ABB公司不斷優化完善，形成了特殊的功能碼。功能碼內存放了大量演算法和相關參數，並固化在MFP/BRC中。
功能碼是一種標準的子程序，按照職能可劃分為以下11大類200餘種：
* 函數運算類
* 常數設定類
* 控制演算法類（PID）
* 信號轉換和選擇類
* 硬體介面類
* I/O類
* 脈衝與定時器類
* 模件控制類
* 通訊類
* 高級編程語言介面類
* 其它類
對多功能處理器的組態，可使用這些功能碼，利用運行在Windows NT環境下的Composer組態工具，實現DEH控制功能。
3.2 液壓部分
DEH系統改造后,拆除原系統中液壓部分的調節部套及相應油管路，保留原液壓調節保安系統中的危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、危急遮斷器槓桿,增加就地打閘和掛閘組件,機械保安油為1.2MPa的低壓透平油。液壓調節系統控制油為14MPa的磷酸脂抗燃油，配備一個獨立的高壓抗燃油供油裝置。低壓透平油與高壓抗燃油通過薄膜閥進行隔離，防止混油。每一個進汽閥門均有一個執行機構控制其開關，其中中壓主汽閥、熱段排汽閥、Ⅲ、Ⅳ段抽汽閥執行機構為開關型兩位式執行機構，高壓主汽閥執行機構和高、中壓調節閥執行機構為伺服式執行機構，可以接受來自於DEH控制系統的(40mA的閥位控制信號，控制其開度，所有閥門執行機構的工作介質均為高壓抗燃油，單側進油，除熱段排汽閥外所有閥門執行機構均靠液壓力開啟閥門，彈簧力關閉閥門。
改造后的液壓部分按其功能可分為以下幾部分：
（1）供油系統：包括供油裝置、自循環冷卻系統、自循環再生過濾系統以及油管路和附件（油管路、高壓蓄能器、低壓蓄能器、膨脹支架等）。
（2）執行機構：包括高、中壓主汽閥執行機構各2台，高、中壓調節閥執行機構各4台，熱段排汽閥執行機構2台、Ⅲ、Ⅳ段抽汽閥執行機構各1台。
（3）危急遮斷：包括危急遮斷電磁閥組件、超速保護電磁閥組件、薄膜閥、危急遮斷器。
（4）機械超速與手動停機：包括危急遮斷器槓桿、危急遮斷器滑閥、就地打閘組件。
（5）啟動掛閘部分：包括由掛閘電磁閥組20/RS等組成的掛閘組件。
本次改造液壓部分的安裝是一項很重要的工作, 抗燃油系統對油質的要求很高，安裝時如果讓石棉、焊渣、管子端部的毛刺、灰塵等進入油管路，將會造成EH系統油管路節流孔堵塞，液壓元件卡死失靈，特別是閥芯閥套配合間隙只有3微米的伺服閥，一旦卡死，蒸汽閥門就無法控制，機組不能正常運行。所以要求油循環后油質顆粒度必須達到SAE2級或MOOG5級的標準，油循環時間的長短將影響整個工程的工期。本次改造在液壓系統安裝前把所有的不鏽鋼油管路用高溫低壓蒸汽進行了沖洗，加之在安裝時注意了安裝工藝並做好了油管路的清潔工作，在油循環時只用了一周時間油質就達到了要求，為後期的電、液聯調贏得了時間。這一成功做法也為同類機組的改造積累了經驗。
4 實現功能DEH系統改造後主要控制汽輪機轉速、主蒸汽壓力、功率，即從汽輪機掛閘、沖轉、暖機、過臨界、同期併網、帶初負荷到帶滿負荷的整個過程，通過控制高、中壓主汽門和高、中壓調速汽門等執行機構來實現，同時具備防止汽輪機超速的保護邏輯。
4.1 基本控制部分
基本控制部分是DEH的核心，它提供與轉速、主蒸汽壓力、負荷控制相關的邏輯、調節迴路，所有閉環控制的PID調節器和伺服閥介面均通過一對冗餘的BRC100控制器實現。這部分還包括與自動控制有關的其他功能，如設定值/變化率發生器、限值設定、閥門切換、閥門管理、閥門試驗、控制迴路切換以及閥門校驗等。與基本控制有關的重要模擬量，如發電機有功功率、主蒸汽壓力、中壓缸排汽壓力和調節級壓力採取三取二方式。下面對與改造前DEH系統相比部分新增的功能進行重點介紹。
3.2 液壓部分
DEH系統改造后,拆除原系統中液壓部分的調節部套及相應油管路，保留原液壓調節保安系統中的危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、危急遮斷器槓桿,增加就地打閘和掛閘組件,機械保安油為1.2MPa的低壓透平油。液壓調節系統控制油為14MPa的磷酸脂抗燃油，配備一個獨立的高壓抗燃油供油裝置。低壓透平油與高壓抗燃油通過薄膜閥進行隔離，防止混油。每一個進汽閥門均有一個執行機構控制其開關，其中中壓主汽閥、熱段排汽閥、Ⅲ、Ⅳ段抽汽閥執行機構為開關型兩位式執行機構，高壓主汽閥執行機構和高、中壓調節閥執行機構為伺服式執行機構，可以接受來自於DEH控制系統的(40mA的閥位控制信號，控制其開度，所有閥門執行機構的工作介質均為高壓抗燃油，單側進油，除熱段排汽閥外所有閥門執行機構均靠液壓力開啟閥門，彈簧力關閉閥門。
改造后的液壓部分按其功能可分為以下幾部分：
（1）供油系統：包括供油裝置、自循環冷卻系統、自循環再生過濾系統以及油管路和附件（油管路、高壓蓄能器、低壓蓄能器、膨脹支架等）。
（2）執行機構：包括高、中壓主汽閥執行機構各2台，高、中壓調節閥執行機構各4台，熱段排汽閥執行機構2台、Ⅲ、Ⅳ段抽汽閥執行機構各1台。
（3）危急遮斷：包括危急遮斷電磁閥組件、超速保護電磁閥組件、薄膜閥、危急遮斷器。
（4）機械超速與手動停機：包括危急遮斷器槓桿、危急遮斷器滑閥、就地打閘組件。
（5）啟動掛閘部分：包括由掛閘電磁閥組20/RS等組成的掛閘組件。
本次改造液壓部分的安裝是一項很重要的工作, 抗燃油系統對油質的要求很高，安裝時如果讓石棉、焊渣、管子端部的毛刺、灰塵等進入油管路，將會造成EH系統油管路節流孔堵塞，液壓元件卡死失靈，特別是閥芯閥套配合間隙只有3微米的伺服閥，一旦卡死，蒸汽閥門就無法控制，機組不能正常運行。所以要求油循環后油質顆粒度必須達到SAE2級或MOOG5級的標準，油循環時間的長短將影響整個工程的工期。本次改造在液壓系統安裝前把所有的不鏽鋼油管路用高溫低壓蒸汽進行了沖洗，加之在安裝時注意了安裝工藝並做好了油管路的清潔工作，在油循環時只用了一周時間油質就達到了要求，為後期的電、液聯調贏得了時間。這一成功做法也為同類機組的改造積累了經驗。
4 實現功能DEH系統改造後主要控制汽輪機轉速、主蒸汽壓力、功率，即從汽輪機掛閘、沖轉、暖機、過臨界、同期併網、帶初負荷到帶滿負荷的整個過程，通過控制高、中壓主汽門和高、中壓調速汽門等執行機構來實現，同時具備防止汽輪機超速的保護邏輯。
4.1 基本控制部分
基本控制部分是DEH的核心，它提供與轉速、主蒸汽壓力、負荷控制相關的邏輯、調節迴路，所有閉環控制的PID調節器和伺服閥介面均通過一對冗餘的BRC100控制器實現。這部分還包括與自動控制有關的其他功能，如設定值/變化率發生器、限值設定、閥門切換、閥門管理、閥門試驗、控制迴路切換以及閥門校驗等。與基本控制有關的重要模擬量，如發電機有功功率、主蒸汽壓力、中壓缸排汽壓力和調節級壓力採取三取二方式。下面對與改造前DEH系統相比部分新增的功能進行重點介紹。
4.1.1 遠方掛閘
導致汽輪機跳閘的原因總結起來有兩個：一個是汽輪機危急保安裝置動作后保安油壓消失，薄膜閥動作后將AST母管內EH抗燃油泄掉，所有閥門關閉；另外一個是AST跳閘塊上AST電磁閥動作后直接將抗燃油泄掉引起閥門全部關閉。遠方掛閘的作用就是複位危急保安機構，即DEH通過控制安裝在汽輪機前箱附近的板式氣動掛閘電磁閥使得保安油壓重新建立起來；複位ETS則是指通過ETS操作盤送出複位AST跳閘電磁閥指令，使AST跳閘電磁閥恢復帶電狀態，從而恢復AST母管油壓。掛閘時間長度為10秒的脈衝信號，即命令發出10秒后自動消失。
4.1.2 轉速控制
綏電800MW汽輪機啟動方式分為中壓缸啟動和高、中壓缸聯合啟動，通過控制高、中壓調速汽門來實現。運行人員通過DEH畫面設定目標轉速和升速率，一旦目標值發生改變，程序自動進入保持狀態，當運行人員選擇」GO」命令后，轉速給定按照事先設定的升速率向目標值爬升，轉速PID調節器在偏差的作用下輸出增加，根據不同的啟動方式開啟相應的調速汽門，汽輪機實際轉速隨之上升。當轉速給定與目標值相等時，程序自動進入保持狀態，等待運行人員發出新的目標值。升速過程中，運行人員可隨時發出保持命令（臨界區除外），這時轉速給定等於當前實際轉速，汽輪機將停止升速，保持當前轉速。
為保證汽輪機安全通過臨界區，當實際轉速在1600-2300RPM時，轉速進入臨界區，此時，升速率自動設置為500RPM/min。轉速臨界區的範圍可通過工程師站在線修改。3000RPM定速后，可以進行自動同期。DEH對從同期裝置發出的增/減脈衝指令進行累加，產生轉速目標值，並通過限幅器將累加后的目標值限制在同期轉速允許範圍內（2985～3015RPM）。如果自動同期方式無法投入，其原因如下：
* 轉速超出2985～3015RPM範圍
* 汽輪機跳閘
* 發電機併網
* 系統轉速故障
* 自同期裝置未發出允許信號
* 自同期增/減信號品質壞
4.1.3 單閥/順序閥切換
單閥/順序閥切換的目的是為了提高機組的經濟性和快速性，實質是通過噴嘴的節流配汽（單閥控制）和噴嘴配汽（順序閥控制）的無擾切換，解決變負荷過程中均勻加熱與部分負荷經濟性的矛盾。單閥方式下，蒸汽通過高壓調節閥和噴嘴室在360°全周進入調節級動葉，調節級葉片加熱均勻，有效地改善了調節級葉片的應力分配，使機組可以較快改變負荷。但由於所有調節閥均部分開啟，節流損失較大。順序閥方式則是讓調節閥按照預先設定的次序逐個開啟和關閉，在一個調節閥完全開啟之前，另外的調節閥保持關閉狀態，蒸汽以部分進汽的形式通過調節閥和噴嘴室，節流損失大大減小，機組運行的熱經濟性得以明顯改善，但同時對葉片產生衝擊，容易形成部分應力區，機組負荷改變速度受到限制。因此，冷態啟動或低參數下變負荷運行期間，採用單閥方式能夠加快機組的熱膨脹，減小熱應力，延長機組壽命。額定參數下變負荷運行時，機組的熱經濟性是電廠運行水平的考核目標，採用順序閥方式能有效地減小節流損失，提高汽輪機熱效率。
對於定壓運行帶基本負荷的工況，調節閥接近全開狀態，這時節流調節和噴嘴調節的差別很小，單閥/順序閥切換的意義不大。對於滑壓運行調峰的變負荷工況，部分負荷對應於部分壓力，調節閥也近似於全開狀態，這時閥門切換的意義也不大。對於定壓運行變負荷工況，在變負荷過程中希望用節流
