汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)仿真驗收

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汽輪機(jī)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(shí)際投運(yùn)前須經(jīng)過設(shè)備出廠驗收。在系統(tǒng)安裝完成后，還需在現(xiàn)場進(jìn)行啟動前的實(shí)驗及驗收。在各項功能正常后，機(jī)組再進(jìn)行正式啟動。DEH系統(tǒng)在現(xiàn)場的啟動前驗收，是保證機(jī)組一次啟動成功的關(guān)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(shí)驗一、概述汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)(DEH系統(tǒng))由計算機(jī)控制部分和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)(EH)部分組成。DEH是控制汽輪機(jī)運(yùn)行的專用設(shè)備，主要對汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、超速保護(hù)控制及各種在線試驗，并配合協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)組協(xié)調(diào)控制、AGC等。由于DEH控制邏輯比較復(fù)雜，且汽輪機(jī)首次沖轉(zhuǎn)啟動過程中，需解決機(jī)組本身的振動等主、輔機(jī)的一系列問題，要求DEH投自動，并能穩(wěn)定、可靠地控制機(jī)組轉(zhuǎn)速，不能出現(xiàn)由于PID參數(shù)、閥門曲線不符等造成的轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)。機(jī)組啟動中沒有時間給DEH進(jìn)行大規(guī)模的組態(tài)修改。因而，要求在機(jī)組啟動前能對DEH的控制邏輯、保護(hù)邏輯、基本控制功能進(jìn)行實(shí)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(jī)組一次啟動成功。對DEH系統(tǒng)的驗收，除了對設(shè)備的各部分，即DEH的計算機(jī)控制部分(一般簡稱DEH)、EH部分進(jìn)行常規(guī)的檢驗外，還要對DEH的系統(tǒng)功能性能進(jìn)行驗收。在機(jī)組閥門、油動機(jī)及液壓系統(tǒng)安裝完畢，分部調(diào)試及實(shí)驗完畢后，要將DEH與EH進(jìn)行聯(lián)調(diào)，帶實(shí)際的閥門、油動機(jī)進(jìn)行各項實(shí)驗。驗收合格后，才能進(jìn)行機(jī)組的啟動。在機(jī)組啟動前對系統(tǒng)功能的驗收主要通過仿真來進(jìn)行的。新華公司投運(yùn)的所有DEH中，均堅持在廠內(nèi)調(diào)試、出廠驗收及啟動前驗收均帶仿真器進(jìn)行實(shí)驗，既方便了調(diào)試工作，又保證了系統(tǒng)的正確性及性能，所有投運(yùn)機(jī)組均達(dá)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(diào)的經(jīng)驗。

二、DEH仿真試驗方法DEH一般由人機(jī)接口(MMI)站、控制處理計算機(jī)(DPU)及I/O卡件組成。MMI站是人機(jī)接口的界面，操作人員通過它監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、實(shí)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(jìn)行實(shí)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(fù)責(zé)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(shè)備。DEH的控制對象是汽輪發(fā)電機(jī)組，在機(jī)組啟動前對DEH進(jìn)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(jī)組的調(diào)節(jié)特性，即從主蒸汽壓力(流量)開始，經(jīng)過汽輪機(jī)閥門及旁路閥門，產(chǎn)生汽輪機(jī)的機(jī)械功率、轉(zhuǎn)速、各段汽壓，再模擬電網(wǎng)特性，產(chǎn)生機(jī)組的輸出功率。DEH控制實(shí)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(chǎn)生機(jī)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(xué)模型計算出汽機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率、調(diào)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(gòu)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(chǎn)生的信號類型與實(shí)際機(jī)組設(shè)備(如伺服閥)和變送器所接收和產(chǎn)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(zhuǎn)接到仿真器，做完仿真后，恢復(fù)現(xiàn)場接線即可。即圖一中所有開關(guān)朝下為仿真，朝上為實(shí)際機(jī)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(nèi)的控制軟件、MMI內(nèi)的軟件與實(shí)際機(jī)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(shí)際機(jī)組，并無區(qū)別。只要仿真試驗正確，在現(xiàn)場設(shè)備正常的情況下，即可保證機(jī)組啟動正確。DEH設(shè)計中，為方便進(jìn)行硬件仿真器的連接，我公司采用了仿真轉(zhuǎn)接端子排，將仿真器電纜接到仿真轉(zhuǎn)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(jìn)行半實(shí)物仿真試驗。在公司實(shí)驗室或機(jī)組安裝現(xiàn)場，如EH系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢，可將EH部分的信號取自實(shí)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(jī)組掛閘信號等來自油動機(jī)的LVDT、EH安全系統(tǒng)壓力開關(guān)等；其它信號，如轉(zhuǎn)速、功率、汽壓、并網(wǎng)等，由于實(shí)際機(jī)組并未啟動，所以仍來自仿真器輸出。這樣，就可完成帶實(shí)際EH系統(tǒng)聯(lián)動的半實(shí)物仿真實(shí)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(shè)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(zhuǎn)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(shí)際上需對原先的DEH軟件進(jìn)行更改。所以，仿真時用的軟件與控制實(shí)際機(jī)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(zhuǎn)速通道、伺服回路、超速保護(hù)控制。再加上軟件運(yùn)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(jié)果與實(shí)際差別較大。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于仿真軟件本身較復(fù)雜，仿真軟件與控制軟件混合在一起，使仿真的可信度進(jìn)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(xùn)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(diào)、抽汽機(jī)組等復(fù)雜的機(jī)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(dá)的DEH，我們也采用軟件仿真的方法進(jìn)行檢驗。但無論用何種方法，機(jī)組啟動前都要進(jìn)行電－液聯(lián)調(diào)。三、DEH系統(tǒng)的電－液聯(lián)調(diào)試驗在DEH控制器及液壓系統(tǒng)分別調(diào)試試驗后，DEH系統(tǒng)必須進(jìn)行電－液聯(lián)調(diào)試驗，系統(tǒng)實(shí)驗合格后，才能進(jìn)行機(jī)組的正式啟動。

(1)閥門位移變送器(LVDT)調(diào)整。LVDT調(diào)整使閥門機(jī)械零位，滿度與變送器信號對應(yīng)，保證精度，線性度指標(biāo)。

(2)閥門伺服閥帶油動機(jī)與DEH閥門控制卡進(jìn)行伺服回路的閉環(huán)調(diào)試。伺服回路的滯緩率特性測試。伺服系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)(閥門油動機(jī))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(chǎn)生過大的滯緩率。

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

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

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

(2)自動同期接口(3)并網(wǎng)、帶初負(fù)荷

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

(8)機(jī)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(diào)頻、機(jī)調(diào)壓、Runback、抽汽機(jī)組的抽汽調(diào)節(jié)功能等)(10)手動控制及手/自動切換(11)超速保護(hù)、甩負(fù)荷(12)超速保護(hù)試驗(13)閥門試驗

(14)機(jī)組要求實(shí)現(xiàn)的其它試驗功能(如汽門嚴(yán)密性試驗、噴油試驗等)

五、結(jié)論DEH系統(tǒng)在啟動前進(jìn)行的聯(lián)調(diào)及仿真實(shí)驗是保證機(jī)組成功啟動的重要步驟，對純電調(diào)DEH等較為復(fù)雜的系統(tǒng)，采用硬件仿真方式較為合理。

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