汽輪機電液控制系統(tǒng)仿真驗收

汽輪機電液控制系統(tǒng)仿真驗收

DEH在實際投運前須經過設備出廠驗收。在系統(tǒng)安裝完成后，還需在現(xiàn)場進行啟動前的實驗及驗收。在各項功能正常后，機組再進行正式啟動。DEH系統(tǒng)在現(xiàn)場的啟動前驗收，是保證機組一次啟動成功的關鍵。DEH的驗收須通過仿真器或軟件仿真。本文介紹了新華公司DEH驗收的主要方法。

實驗一、概述汽輪機電液控制系統(tǒng)(DEH系統(tǒng))由計算機控制部分和液壓執(zhí)行機構(EH)部分組成。DEH是控制汽輪機運行的專用設備，主要對汽輪發(fā)電機組進行轉速控制、負荷控制、超速保護控制及各種在線試驗，并配合協(xié)調控制系統(tǒng)進行機組協(xié)調控制、AGC等。由于DEH控制邏輯比較復雜，且汽輪機首次沖轉啟動過程中，需解決機組本身的振動等主、輔機的一系列問題，要求DEH投自動，并能穩(wěn)定、可靠地控制機組轉速，不能出現(xiàn)由于PID參數(shù)、閥門曲線不符等造成的轉速控制不穩(wěn)。機組啟動中沒有時間給DEH進行大規(guī)模的組態(tài)修改。因而，要求在機組啟動前能對DEH的控制邏輯、保護邏輯、基本控制功能進行實驗驗證，初步確定PID參數(shù)等，同時驗證液壓系統(tǒng)動作靈活、可靠，滿足DEH控制要求，以保證機組一次啟動成功。對DEH系統(tǒng)的驗收，除了對設備的各部分，即DEH的計算機控制部分(一般簡稱DEH)、EH部分進行常規(guī)的檢驗外，還要對DEH的系統(tǒng)功能性能進行驗收。在機組閥門、油動機及液壓系統(tǒng)安裝完畢，分部調試及實驗完畢后，要將DEH與EH進行聯(lián)調，帶實際的閥門、油動機進行各項實驗。驗收合格后，才能進行機組的啟動。在機組啟動前對系統(tǒng)功能的驗收主要通過仿真來進行的。新華公司投運的所有DEH中，均堅持在廠內調試、出廠驗收及啟動前驗收均帶仿真器進行實驗，既方便了調試工作，又保證了系統(tǒng)的正確性及性能，所有投運機組均達到一次啟動成功。本文主要介紹DEH仿真試驗的方法及聯(lián)調的經驗。

二、DEH仿真試驗方法DEH一般由人機接口(MMI)站、控制處理計算機(DPU)及I/O卡件組成。MMI站是人機接口的界面，操作人員通過它監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)，并發(fā)出DEH的操作控制指令。DPU是控制系統(tǒng)的核心，接收來自MMI的指令及I/O卡件采集的狀態(tài)及過程參數(shù)，進行實時數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷，再通過I/O卡件輸出控制信號，并將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)送MMI站顯示、處理。I/O卡件負責現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，接收DPU送出的控制指令，控制現(xiàn)場設備。DEH的控制對象是汽輪發(fā)電機組，在機組啟動前對DEH進行試驗驗收，需依靠仿真。仿真一般有軟件仿真和硬件仿真兩種。

仿真是模擬汽輪發(fā)電機組的調節(jié)特性，即從主蒸汽壓力(流量)開始，經過汽輪機閥門及旁路閥門，產生汽輪機的機械功率、轉速、各段汽壓，再模擬電網(wǎng)特性，產生機組的輸出功率。DEH控制實際對象及硬件仿真試驗的簡圖如圖(一)。

硬件仿真時，DEH外接一個仿真器，接受DEH輸出的指令信號。仿真器顯示操作部分主要產生機組的狀態(tài)信號，如掛閘、并網(wǎng)、盤車等。仿真器接收這些信號，通過數(shù)學模型計算出汽機的轉速、功率、調節(jié)級壓力、排汽(抽汽)壓力等信號。輸入/輸出部分將這些信號送到DEH的I/O通道，使DEH控制器與模擬對象——仿真器構成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。

從圖(一)可以看出，硬件仿真器所接收及產生的信號類型與實際機組設備(如伺服閥)和變送器所接收和產生的信號類型完全一樣，所用的DEH的I/O也完全一樣。在仿真時，將到現(xiàn)場的線斷開，轉接到仿真器，做完仿真后，恢復現(xiàn)場接線即可。即圖一中所有開關朝下為仿真，朝上為實際機組。所以，對DEH控制器來說，并不知道信號是連到仿真器還是連到現(xiàn)場。做仿真時所用的DPU內的控制軟件、MMI內的軟件與實際機組中使用的完全相同。只要仿真器模型做得足夠精確，DEH控制仿真器還是控制實際機組，并無區(qū)別。只要仿真試驗正確，在現(xiàn)場設備正常的情況下，即可保證機組啟動正確。DEH設計中，為方便進行硬件仿真器的連接，我公司采用了仿真轉接端子排，將仿真器電纜接到仿真轉接端子排時，DEH與現(xiàn)場信號斷開，連接仿真器信號。拔除仿真器電纜，DEH卡即與現(xiàn)場信號連通，使用方便。DEH仿真器還可進行半實物仿真試驗。在公司實驗室或機組安裝現(xiàn)場，如EH系統(tǒng)安裝調試完畢，可將EH部分的信號取自實際系統(tǒng)。閥門指令、OPC信號是送到伺服閥、電磁閥；閥位反饋信號、機組掛閘信號等來自油動機的LVDT、EH安全系統(tǒng)壓力開關等；其它信號，如轉速、功率、汽壓、并網(wǎng)等，由于實際機組并未啟動，所以仍來自仿真器輸出。這樣，就可完成帶實際EH系統(tǒng)聯(lián)動的半實物仿真實驗，可以檢驗DEH控制系統(tǒng)包括EH系統(tǒng)的正確性及性能。采用軟件仿真時，無需外接仿真器或其它硬件的設備，但需安裝仿真軟件，如圖(二)。

即在MMI站中加入仿真器部分的操作、顯示軟件，在DPU中加入仿真軟件，并將原先的I/O映射表刪去，切除I/O站的掃描。DEH控制軟件中所需的信號，如轉速、功率等，并不來自I/O卡件，而是來自仿真軟件。仿真軟件的安裝實際上需對原先的DEH軟件進行更改。所以，仿真時用的軟件與控制實際機組時用的軟件件是不完全相同的。軟件仿真時，由于不需通過I/O卡件，也就檢測不到I/O通道，如轉速通道、伺服回路、超速保護控制。再加上軟件運行周期的影響，軟件仿真只能定性檢查控制系統(tǒng)的邏輯、控制功能。仿真的結果與實際差別較大。對于復雜的系統(tǒng)，由于仿真軟件本身較復雜，仿真軟件與控制軟件混合在一起，使仿真的可信度進一步下降。軟件仿真多用于對DEH控制軟件的邏輯、功能的初步定性檢查，或用于操作人員培訓之用。我公司一般均采用硬件仿真的方法來檢驗DEH。特別是對純電調、抽汽機組等復雜的機組。但對一些回路較少、功能相對簡單、重要性相對較低的DEH，如電液并存或控制同步器馬達的DEH，我們也采用軟件仿真的方法進行檢驗。但無論用何種方法，機組啟動前都要進行電－液聯(lián)調。

三、DEH系統(tǒng)的電－液聯(lián)調試驗在DEH控制器及液壓系統(tǒng)分別調試試驗后，DEH系統(tǒng)必須進行電－液聯(lián)調試驗，系統(tǒng)實驗合格后，才能進行機組的正式啟動。

(1)閥門位移變送器(LVDT)調整。LVDT調整使閥門機械零位，滿度與變送器信號對應，保證精度，線性度指標。

(2)閥門伺服閥帶油動機與DEH閥門控制卡進行伺服回路的閉環(huán)調試。伺服回路的滯緩率特性測試。伺服系統(tǒng)閉環(huán)調試保證執(zhí)行機構(閥門油動機)的良好的動作靈活性、跟隨性和定位精度。伺服回路不發(fā)生振蕩，也不產生過大的滯緩率。

(3)DEH系統(tǒng)安全系統(tǒng)動作時閥門快關測試。汽輪機控制超速的性能取決于DEH檢測轉速信號或甩負荷信號到發(fā)出指令，安全系統(tǒng)動作，最終閥門關閉的時間。在聯(lián)調時要對這一過程的時間進行測試。首先要保證閥門的快速關閉時間在設計值。300MW機組閥門快關時間為0.15秒，系統(tǒng)其它動作延時時間不應超過0.1秒。

(4)DEH帶液壓系統(tǒng)及實際油動機做混合仿真性能測試。新華公司DEH仿真器設計可以帶液壓系統(tǒng)及實際油動機進行仿真試驗，提供了用戶在機組啟動前帶油動機進行DEH各控制、保護功能驗收的條件，可按照控制功能要求進行各功能的實驗和驗收，保證機組安全、成功啟動。

四、DEH啟動前的功能驗收機組啟動前，DEH帶油動機進行仿真試驗時，主要是對DEH的基本控制功能進行檢驗和驗收。驗收的主要功能有：(1)升速控制、閥切換、暖機、過臨界轉速(2)自動同期接口(3)并網(wǎng)、帶初負荷

(4)升/降負荷控制、升負荷率、負荷限制(5)功率回路等的投切、開環(huán)、閉環(huán)負荷控制(6)遙控運行方式(CCS協(xié)調控制、AGC控制等)(7)單閥/順序閥運行方式及切換

(8)機組要求的啟動方式(高壓缸啟動、中壓缸啟動等)

(9)其它要求的控制功能(如一次調頻、機調壓、Runback、抽汽機組的抽汽調節(jié)功能等)(10)手動控制及手/自動切換(11)超速保護、甩負荷(12)超速保護試驗(13)閥門試驗

(14)機組要求實現(xiàn)的其它試驗功能(如汽門嚴密性試驗、噴油試驗等)

五、結論DEH系統(tǒng)在啟動前進行的聯(lián)調及仿真實驗是保證機組成功啟動的重要步驟，對純電調DEH等較為復雜的系統(tǒng)，采用硬件仿真方式較為合理。

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汽輪機電液控制系統(tǒng)仿真驗收[日期：201*-08-22][來自：新華控制工程有限公司]

DEH在實際投運前須經過設備出廠驗收。在系統(tǒng)安裝完成后，還需在現(xiàn)場進行啟動前的實驗及驗收。在各項功能正常后，機組再進行正式啟動。DEH系統(tǒng)在現(xiàn)場的啟動前驗收，是保證機組一次啟動成功的關鍵。DEH的驗收須通過仿真器或軟件仿真。本文介紹了新華公司DEH驗收的主要方法。

實驗一、概述汽輪機電液控制系統(tǒng)(DEH系統(tǒng))由計算機控制部分和液壓執(zhí)行機構(EH)部分組成。DEH是控制汽輪機運行的專用設備，主要對汽輪發(fā)電機組進行轉速控制、負荷控制、超速保護控制及各種在線試驗，并配合協(xié)調控制系統(tǒng)進行機組協(xié)調控制、AGC等。由于DEH控制邏輯比較復雜，且汽輪機首次沖轉啟動過程中，需解決機組本身的振動等主、輔機的一系列問題，要求DEH投自動，并能穩(wěn)定、可靠地控制機組轉速，不能出現(xiàn)由于PID參數(shù)、閥門曲線不符等造成的轉速控制不穩(wěn)。機組啟動中沒有時間給DEH進行大規(guī)模的組態(tài)修改。因而，要求在機組啟動前能對DEH的控制邏輯、保護邏輯、基本控制功能進行實驗驗證，初步確定PID參數(shù)等，同時驗證液壓系統(tǒng)動作靈活、可靠，滿足DEH控制要求，以保證機組一次啟動成功。對DEH系統(tǒng)的驗收，除了對設備的各部分，即DEH的計算機控制部分(一般簡稱DEH)、EH部分進行常規(guī)的檢驗外，還要對DEH的系統(tǒng)功能性能進行驗收。在機組閥門、油動機及液壓系統(tǒng)安裝完畢，分部調試及實驗完畢后，要將DEH與EH進行聯(lián)調，帶實際的閥門、油動機進行各項實驗。驗收合格后，才能進行機組的啟動。在機組啟動前對系統(tǒng)功能的驗收主要通過仿真來進行的。新華公司投運的所有DEH中，均堅持在廠內調試、出廠驗收及啟動前驗收均帶仿真器進行實驗，既方便了調試工作，又保證了系統(tǒng)的正確性及性能，所有投運機組均達到一次啟動成功。本文主要介紹DEH仿真試驗的方法及聯(lián)調的經驗。

二、DEH仿真試驗方法DEH一般由人機接口(MMI)站、控制處理計算機(DPU)及I/O卡件組成。MMI站是人機接口的界面，操作人員通過它監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)，并發(fā)出DEH的操作控制指令。DPU是控制系統(tǒng)的核心，接收來自MMI的指令及I/O卡件采集的狀態(tài)及過程參數(shù)，進行實時數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷，再通過I/O卡件輸出控制信號，并將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)送MMI站顯示、處理。I/O卡件負責現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，接收DPU送出的控制指令，控制現(xiàn)場設備。DEH的控制對象是汽輪發(fā)電機組，在機組啟動前對DEH進行試驗驗收，需依靠仿真。仿真一般有軟件仿真和硬件仿真兩種。

仿真是模擬汽輪發(fā)電機組的調節(jié)特性，即從主蒸汽壓力(流量)開始，經過汽輪機閥門及旁路閥門，產生汽輪機的機械功率、轉速、各段汽壓，再模擬電網(wǎng)特性，產生機組的輸出功率。DEH控制實際對象及硬件仿真試驗的簡圖如圖(一)。中國電力（）

硬件仿真時，DEH外接一個仿真器，接受DEH輸出的指令信號。仿真器顯示操作部分主要產生機組的狀態(tài)信號，如掛閘、并網(wǎng)、盤車等。仿真器接收這些信號，通過數(shù)學模型計算出汽機的轉速、功率、調節(jié)級壓力、排汽(抽汽)壓力等信號。輸入/輸出部分將這些信號送到DEH的I/O通道，使DEH控制器與模擬對象——仿真器構成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。

從圖(一)可以看出，硬件仿真器所接收及產生的信號類型與實際機組設備(如伺服閥)和變送器所接收和產生的信號類型完全一樣，所用的DEH的I/O也完全一樣。在仿真時，將到現(xiàn)場的線斷開，轉接到仿真器，做完仿真后，恢復現(xiàn)場接線即可。即圖一中所有開關朝下為仿真，朝上為實際機組。所以，對DEH控制器來說，并不知道信號是連到仿真器還是連到現(xiàn)場。做仿真時所用的DPU內的控制軟件、MMI內的軟件與實際機組中使用的完全相同。只要仿真器模型做得足夠精確，DEH控制仿真器還是控制實際機組，并無區(qū)別。只要仿真試驗正確，在現(xiàn)場設備正常的情況下，即可保證機組啟動正確。DEH設計中，為方便進行硬件仿真器的連接，我公司采用了仿真轉接端子排，將仿真器電纜接到仿真轉接端子排時，DEH與現(xiàn)場信號斷開，連接仿真器信號。拔除仿真器電纜，DEH卡即與現(xiàn)場信號連通，使用方便。DEH仿真器還可進行半實物仿真試驗。在公司實驗室或機組安裝現(xiàn)場，如EH系統(tǒng)安裝調試完畢，可將EH部分的信號取自實際系統(tǒng)。閥門指令、OPC信號是送到伺服閥、電磁閥；閥位反饋信號、機組掛閘信號等來自油動機的LVDT、EH安全系統(tǒng)壓力開關等；其它信號，如轉速、功率、汽壓、并網(wǎng)等，由于實際機組并未啟動，所以仍來自仿真器輸出。這樣，就可完成帶實際EH系統(tǒng)聯(lián)動的半實物仿真實驗，可以檢驗DEH控制系統(tǒng)包括EH系統(tǒng)的正確性及性能。采用軟件仿真時，無需外接仿真器或其它硬件的設備，但需安裝仿真軟件，如圖(二)。中國電力（）

即在MMI站中加入仿真器部分的操作、顯示軟件，在DPU中加入仿真軟件，并將原先的I/O映射表刪去，切除I/O站的掃描。DEH控制軟件中所需的信號，如轉速、功率等，并不來自I/O卡件，而是來自仿真軟件。仿真軟件的安裝實際上需對原先的DEH軟件進行更改。所以，仿真時用的軟件與控制實際機組時用的軟件件是不完全相同的。軟件仿真時，由于不需通過I/O卡件，也就檢測不到I/O通道，如轉速通道、伺服回路、超速保護控制。再加上軟件運行周期的影響，軟件仿真只能定性檢查控制系統(tǒng)的邏輯、控制功能。仿真的結果與實際差別較大。對于復雜的系統(tǒng)，由于仿真軟件本身較復雜，仿真軟件與控制軟件混合在一起，使仿真的可信度進一步下降。軟件仿真多用于對DEH控制軟件的邏輯、功能的初步定性檢查，或用于操作人員培訓之用。我公司一般均采用硬件仿真的方法來檢驗DEH。特別是對純電調、抽汽機組等復雜的機組。但對一些回路較少、功能相對簡單、重要性相對較低的DEH，如電液并存或控制同步器馬達的DEH，我們也采用軟件仿真的方法進行檢驗。但無論用何種方法，機組啟動前都要進行電－液聯(lián)調。三、DEH系統(tǒng)的電－液聯(lián)調試驗在DEH控制器及液壓系統(tǒng)分別調試試驗后，DEH系統(tǒng)必須進行電－液聯(lián)調試驗，系統(tǒng)實驗合格后，才能進行機組的正式啟動。

(1)閥門位移變送器(LVDT)調整。LVDT調整使閥門機械零位，滿度與變送器信號對應，保證精度，線性度指標。

(2)閥門伺服閥帶油動機與DEH閥門控制卡進行伺服回路的閉環(huán)調試。伺服回路的滯緩率特性測試。伺服系統(tǒng)閉環(huán)調試保證執(zhí)行機構(閥門油動機)的良好的動作靈活性、跟隨性和定位精度。伺服回路不發(fā)生振蕩，也不產生過大的滯緩率。

(3)DEH系統(tǒng)安全系統(tǒng)動作時閥門快關測試。汽輪機控制超速的性能取決于DEH檢測轉速信號或甩負荷信號到發(fā)出指令，安全系統(tǒng)動作，最終閥門關閉的時間。在聯(lián)調時要對這一過程的時間進行測試。首先要保證閥門的快速關閉時間在設計值。300MW機組閥門快關時間為0.15秒，系統(tǒng)其它動作延時時間不應超過0.1秒。

(4)DEH帶液壓系統(tǒng)及實際油動機做混合仿真性能測試。新華公司DEH仿真器設計可以帶液壓系統(tǒng)及實際油動機進行仿真試驗，提供了用戶在機組啟動前帶油動機進行DEH各控制、保護功能驗收的條件，可按照控制功能要求進行各功能的實驗和驗收，保證機組安全、成功啟動。

四、DEH啟動前的功能驗收機組啟動前，DEH帶油動機進行仿真試驗時，主要是對DEH的基本控制功能進行檢驗和驗收。驗收的主要功能有：(1)升速控制、閥切換、暖機、過臨界轉速中國電力（）

(2)自動同期接口(3)并網(wǎng)、帶初負荷

(4)升/降負荷控制、升負荷率、負荷限制(5)功率回路等的投切、開環(huán)、閉環(huán)負荷控制(6)遙控運行方式(CCS協(xié)調控制、AGC控制等)(7)單閥/順序閥運行方式及切換

(8)機組要求的啟動方式(高壓缸啟動、中壓缸啟動等)

(9)其它要求的控制功能(如一次調頻、機調壓、Runback、抽汽機組的抽汽調節(jié)功能等)(10)手動控制及手/自動切換(11)超速保護、甩負荷(12)超速保護試驗(13)閥門試驗

(14)機組要求實現(xiàn)的其它試驗功能(如汽門嚴密性試驗、噴油試驗等)

五、結論DEH系統(tǒng)在啟動前進行的聯(lián)調及仿真實驗是保證機組成功啟動的重要步驟，對純電調DEH等較為復雜的系統(tǒng)，采用硬件仿真方式較為合理。

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