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朱亞清（1975－）男，廣東電白人，高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事電廠熱工自動(dòng)控制的調(diào)試和控制優(yōu)化的研究工作。

摘要：對(duì)OVATION分散控制系統(tǒng)組成的汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中的目標(biāo)值、設(shè)定值、GV主控指令及一次調(diào)頻等邏輯回路進(jìn)行了剖析。當(dāng)一次調(diào)頻回路參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，目標(biāo)值的跟蹤會(huì)疊加上一個(gè)額外的數(shù)值，由于跟蹤回路的循環(huán)累加運(yùn)算，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)造成了極大的擾動(dòng)，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。針對(duì)此問(wèn)題，以一臺(tái)600MW超臨界機(jī)組為例，講述一起DEH投遙控時(shí)引起調(diào)門(mén)波動(dòng)，最后造成機(jī)組跳閘的經(jīng)過(guò)，對(duì)調(diào)門(mén)波動(dòng)的原因進(jìn)行了分析，提出預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）；一次調(diào)頻；參數(shù)設(shè)置；調(diào)門(mén)波動(dòng)；跳閘

Abstract: The paper analyzes the logic circuits of the turbine Digital Electro-Hydraulic control system (DEH) composed of the OVATION distributed control system., which include the target, setpoint, GV master, and primary frequency regulation etc. When the setting of parameters in primary frequency regulation is inappropriate, the tracking loop of target value will be superimposed an additional value. Because of the cycle cumulative operation of the tracking loop, it causes great disturbance to the turbine governing valve, which will threaten safe operation of unit. By taking this problem of a 600MW supercritical generating unit as an example, this paper introduces that putting DEH to remote control mode caused fluctuations to the governing valve of turbine, The paper also analyzes the reasons of fluctuations to the governing valve, and puts forward some preventive measures.

Key words: Turbine digital electro-hydraulic control system(DEH)；Primary Frequency；Parameter Setting；Governor Valve Fluctuation；Trip

    某電廠一期工程2×600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠制造的超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式N600-24.2/566/566型汽輪機(jī)，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用上海汽輪機(jī)廠配套提供的由OVATION分散控制系統(tǒng)組成的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）。1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)以后，發(fā)生一起在投入DEH遙控時(shí)，引起調(diào)門(mén)關(guān)閉，造成機(jī)組跳閘的事故。通過(guò)對(duì)DEH的遙控接口、目標(biāo)值、設(shè)定值、GV（Governor Valve）主控指令及一次調(diào)頻等回路進(jìn)行分析，找出引起調(diào)門(mén)波動(dòng)的原因，采取有效措施解決了問(wèn)題。上海汽輪機(jī)廠提供的這種DEH擁有很多用戶，這個(gè)問(wèn)題的分析和解決具有廣泛的借鑒意義和警示作用。

1 事故經(jīng)過(guò)

    某日晚上8點(diǎn)，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷605MW，一次調(diào)頻投入狀態(tài)，DEH在本地的閥位控制方式下運(yùn)行，DEH設(shè)定值為618MW。20:06:37，準(zhǔn)備將機(jī)組投入CCS（Coordinate Control System）方式，運(yùn)行人員按照CCS的投入步驟，先在DEH操作畫(huà)面投入DEH遙控方式。就在DEH投入遙控方式瞬間，DEH目標(biāo)值和設(shè)定值迅速由618MW下降到129MW，機(jī)組負(fù)荷也由605MW驟降到300MW，主汽壓力由24.2MPa驟升到32MPa。2秒后，CCS收到DEH遙控已投入信號(hào)，DEH開(kāi)始接受CCS的控制。CCS送到DEH的指令值為427MW，但由于速率限制的作用，DEH目標(biāo)值沒(méi)有立即由129MW上升到427MW，而是以60MW/min的上升速率向427MW靠近。20:06:53，DEH目標(biāo)值上升到143MW，由于汽機(jī)調(diào)門(mén)關(guān)閉太多而又未能及時(shí)開(kāi)回，對(duì)鍋爐造成太大沖擊，最后由于主蒸汽溫度高M(jìn)FT（Main Fuel Trip），跳閘過(guò)程曲線如圖1所示。

   
                       1 DEH設(shè)定值           2 CCS至DEH負(fù)荷設(shè)定值
                       3 機(jī)組負(fù)荷            4 CCS側(cè)DEH已投入遙控
                         圖1   機(jī)組跳閘過(guò)程記錄曲線

2 原因分析

    從表面來(lái)看，事故是在DEH投遙控時(shí)發(fā)生的，一般都會(huì)懷疑是DEH與CCS的接口存在問(wèn)題。但從記錄曲線來(lái)看，由于EH與CCS兩系統(tǒng)間傳輸信號(hào)的延遲，DEH投入遙控后，大約經(jīng)過(guò)了2s，CCS才收到DEH的遙控投入信號(hào)。CCS收到DEH遙控投入信號(hào)前，汽機(jī)主控輸出一直跟蹤DEH的設(shè)定值，收到遙控投入信號(hào)后，汽機(jī)主控轉(zhuǎn)為手動(dòng)方式，輸出保持不變，由于DEH設(shè)定值的迅速減小，汽機(jī)主控輸出只跟蹤到427MW。CCS采用開(kāi)關(guān)量進(jìn)行開(kāi)大/減小DEH目標(biāo)值的方式對(duì)DEH進(jìn)行遙控，并且具有60MW/min的速率限制。DEH目標(biāo)值在投入遙控方式后即由618MW變?yōu)榱?29MW，顯然不是由CCS控制造成的，同時(shí)，DEH目標(biāo)值的減小是在CCS收到遙控投入信號(hào)之前就發(fā)生了，更加說(shuō)明了這一點(diǎn)。所以，造成調(diào)門(mén)關(guān)閉的原因應(yīng)該發(fā)生在DEH內(nèi)。另外，機(jī)組在調(diào)試期間一次調(diào)頻是沒(méi)有投入的，期間DEH投遙控的操作一直都正常，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)調(diào)門(mén)波動(dòng)的現(xiàn)象。而此次投入DEH遙控時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻是在投入狀態(tài)的，而且當(dāng)時(shí)的調(diào)頻量大約為+8MW左右，很有可能，引起調(diào)門(mén)波動(dòng)與DEH一次調(diào)頻回路有關(guān)。

2.1 DEH邏輯分析

    DEH的遙控接口、目標(biāo)值、設(shè)定值、GV主控指令及一次調(diào)頻回路如圖2所示，該邏輯比較復(fù)雜，為了分析方便，對(duì)部分回路進(jìn)行了簡(jiǎn)化，該邏輯的運(yùn)算掃描周期為0.1s。

    DEH各功能之間緊密聯(lián)系，邏輯上一點(diǎn)點(diǎn)的錯(cuò)誤或疏忽，甚至是邏輯塊運(yùn)算掃描順序的改變，都會(huì)影響到機(jī)組的安全運(yùn)行，筆者曾處理過(guò)多起DEH投遙控時(shí)引起調(diào)門(mén)波動(dòng)的事故，在此有必要對(duì)邏輯進(jìn)行一下分析。

   

                    圖2   DEH目標(biāo)值、設(shè)定值、GV主控指令及一次調(diào)頻回路邏輯圖

2.1.1目標(biāo)值產(chǎn)生回路

    如圖2中左半部分所示，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷控制的目標(biāo)值均由同一個(gè)邏輯回路完成，根據(jù)機(jī)組的不同控制方式和運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換。機(jī)組并網(wǎng)前，目標(biāo)值為轉(zhuǎn)速目標(biāo)；并網(wǎng)后，閥位控制方式下，目標(biāo)值是以MW為單位的閥位目標(biāo)指令；功率投入方式下，是以MW為單位的功率目標(biāo)值；調(diào)節(jié)級(jí)壓力投入方式下，是以MW為單位的調(diào)節(jié)級(jí)壓力目標(biāo)值；功率和調(diào)節(jié)級(jí)壓力均投入方式下，則組成以功率回路為主調(diào)、調(diào)節(jié)級(jí)壓力為副調(diào)的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，目標(biāo)值是以MW為單位的功率目標(biāo)值。

    操作畫(huà)面上顯示的目標(biāo)值為邏輯回路中的TARGET變量值，設(shè)置目標(biāo)值時(shí)，先輸入DEHTARG的值，再按“確定”后產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)DMDENT將DEHTARG選入目標(biāo)值回路。

    未投入遙控方式時(shí)，遙控目標(biāo)值A(chǔ)DSTARG跟蹤設(shè)定值REFDMD。遙控方式下，REMTRK信號(hào)為“1”，將遙控目標(biāo)值A(chǔ)DSTARG選入目標(biāo)值回路。REMOTE信號(hào)也為“1”，完成目標(biāo)值回路的跟蹤，同時(shí)使遙控目標(biāo)值回路起作用。遙控目標(biāo)值回路每個(gè)運(yùn)算周期對(duì)遙控送來(lái)的X135信號(hào)進(jìn)行累加，形成遙控目標(biāo)值A(chǔ)DSTARG。CCS發(fā)出增大DEH目標(biāo)值指令時(shí)，ADSUPC為“1”，選擇數(shù)值0.1送到X135，遙控目標(biāo)值回路的累加運(yùn)算使ADSTARG信號(hào)值每個(gè)運(yùn)算周期增加0.1，運(yùn)算周期為0.1s，所以速率為60MW/min。同理，CCS發(fā)出減小DEH目標(biāo)值指令時(shí)，ADSDNC為“1”，使X135信號(hào)為-0.1，遙控目標(biāo)值回路的累加運(yùn)算使ADSTARG信號(hào)減小。當(dāng)沒(méi)有增、減指令時(shí)，X135信號(hào)為0，遙控目標(biāo)值A(chǔ)DSTARG信號(hào)保持不變。

2.1.2設(shè)定值產(chǎn)生回路

    目標(biāo)值經(jīng)過(guò)一個(gè)速率限制回路后，就形成了設(shè)定值。設(shè)定值是根據(jù)速率限制進(jìn)行循環(huán)累加運(yùn)算形成，速率限制有升速率和負(fù)荷率，在遙控投入的方式下，負(fù)荷率自動(dòng)選擇為一個(gè)比較大的值100MW/min。

2.1.3 GV主控指令產(chǎn)生回路

    GV主控指令信號(hào)X285即是機(jī)組的流量需求指令，是以%為單位的，其形成邏輯回路見(jiàn)圖2的右上半部分。此信號(hào)送到閥門(mén)管理回路，控制汽輪機(jī)各調(diào)門(mén)的開(kāi)啟。

    在機(jī)組并網(wǎng)前，BRON為“0”，X285為轉(zhuǎn)速控制器PI的輸出WSOUT；并網(wǎng)后，X285信號(hào)根據(jù)機(jī)組的不同控制方式選擇相應(yīng)的控制輸出，如調(diào)節(jié)級(jí)壓力投入方式，為IMPOUT；功率投入方式，則為MWOUT；閥位控制方式，則為VLOUT。其中VLOUT同時(shí)是以%為單位的歸一設(shè)定值，由設(shè)定值REFDMD按機(jī)組最大負(fù)荷值轉(zhuǎn)換為%后再疊加上一次調(diào)頻信號(hào)X151%后形成，機(jī)組的最大負(fù)荷值按640MW進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)換系數(shù)為100÷640=0.15625。

2.1.4一次調(diào)頻回路

    一次調(diào)頻量根據(jù)電網(wǎng)的要求對(duì)FX曲線函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，調(diào)頻不靈敏區(qū)為±2r/min、不等率δ=5%、調(diào)頻量限幅6%額定負(fù)荷，則FX按表1進(jìn)行設(shè)置。

                          表1   一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速-負(fù)荷修正量

    
   
     一次調(diào)頻投入前，F(xiàn)REIN為“0”，調(diào)頻量X151為0MW，一次調(diào)頻不起作用。投入一次調(diào)頻后，F(xiàn)REIN為“1”，X151為FX的輸出。

2.1.5目標(biāo)值和設(shè)定值的跟蹤回路

    目標(biāo)值和設(shè)定值中最復(fù)雜最容易出錯(cuò)的就是其跟蹤，在機(jī)組控制方式或機(jī)組狀態(tài)改變時(shí)，目標(biāo)值和設(shè)定值需要跟蹤一下X158信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。

    跟蹤信號(hào)X158的形成如圖2的右下半部分所示，每次控制方式或運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生一個(gè)1s的脈沖信號(hào)DEMDTRK使目標(biāo)值和設(shè)定值跟蹤為X185的值，主要變化有如下幾種：

   （1）機(jī)組跳閘，TNL為“1”，X185為0。

   （2）機(jī)組掛閘，TNL為“0”，X185選擇為當(dāng)前轉(zhuǎn)速值WS。

   （3）機(jī)組并網(wǎng)，BRON為“1”，GV主控指令X285乘上轉(zhuǎn)換系數(shù)6.4后形成以MW為單位的數(shù)值，再加上并網(wǎng)瞬間的初始負(fù)荷值X635，然后減去一次調(diào)頻量X151MW，最后送到X185。并網(wǎng)瞬間，產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算周期的脈沖信號(hào)BRCL，使初負(fù)荷值為X635，BRCL必須為一個(gè)運(yùn)算周期的脈沖，否則由于循環(huán)累加運(yùn)算使機(jī)組并網(wǎng)后的初負(fù)荷不正確，如BRCL脈沖為1s，則會(huì)造成機(jī)組并網(wǎng)后的初負(fù)荷為設(shè)計(jì)值的10倍。

   （4）機(jī)組脫網(wǎng)，BRON為“0”，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)使X185選擇為3000r/min。

   （5）功率回路投入時(shí)，MWI為“1”，機(jī)組實(shí)際功率MW減去一次調(diào)頻量X151MW后，送到X185。

   （6）功率回路退出時(shí)，MWI為“0”，若調(diào)節(jié)級(jí)壓力在投入方式，則調(diào)節(jié)級(jí)壓力IMP轉(zhuǎn)換為以MW為單位的值IMPMW后，再減去一次調(diào)頻量X151MW，最后送到X185；若調(diào)節(jié)級(jí)壓力在退出方式，GV主控指令X285乘上轉(zhuǎn)換系數(shù)6.4后形成以MW為單位的數(shù)值，再減去一次調(diào)頻量X151MW后，送到X185。

   （7）調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路投入時(shí)，IMPI為“1”，調(diào)節(jié)級(jí)壓力值IMP并乘上一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)后轉(zhuǎn)換為以MW為單位的值IMPMW，然后再減去一次調(diào)頻量X151MW，最后送到X185。

   （8）調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路退出時(shí)，IMPI為“0”，若功率在投入方式，則機(jī)組實(shí)際功率值MW減去一次調(diào)頻量X151MW后，送到X185；若功率在退出方式，則GV主控指令X285乘上轉(zhuǎn)換系數(shù)6.4后形成以MW為單位的數(shù)值，再減去一次調(diào)頻量X151MW后，送到X185。

   （9）投入DEH遙控時(shí)，發(fā)出強(qiáng)制退出功率和調(diào)節(jié)級(jí)壓力指令，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)1s的脈沖信號(hào)DEMDTRK使目標(biāo)值和設(shè)定值跟蹤X185。要注意的是，建議在DEH閥位控制方式下進(jìn)行投入遙控的操作，否則會(huì)造成波動(dòng)，如在功率投入方式下投遙控，遙控投入前REFDMD是功率設(shè)定值，投入后REFDMD變?yōu)殚y位設(shè)定值，但CCS的目標(biāo)值無(wú)法快速跟蹤為閥位設(shè)定值，仍保持為功率設(shè)定值，結(jié)果造成波動(dòng)。

    因?yàn)闅w一設(shè)定值VLOUT已疊加了一次調(diào)頻量X151%，因此，跟蹤信號(hào)X185必須減去一次調(diào)頻量X151MW，才能實(shí)現(xiàn)切換時(shí)的無(wú)擾，由于VLOUT和X185的單位綱量不同，因此，必須正確設(shè)置轉(zhuǎn)換系數(shù)K1和K2，使跟蹤信號(hào)上的一次調(diào)頻量剛好全部抵消。

2.2 調(diào)門(mén)關(guān)閉原因

    檢查DEH的邏輯參數(shù)，發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻量X151轉(zhuǎn)換為%和MW的轉(zhuǎn)換系數(shù)不正確，K1、K2分別被設(shè)置為0.045和6.4。根據(jù)目標(biāo)值和設(shè)定值的跟蹤計(jì)算，投入DEH遙控的1s內(nèi)，REFDMD按以下公式進(jìn)行10次運(yùn)算：

    REFDMDn=X185n=(REFDMDn-1×0.15625+X151 n-1×K1)×6.4-X151 n-1×K2     （1）
   
    式中n為當(dāng)前運(yùn)算的結(jié)果；n-1為上一周期的運(yùn)算結(jié)果。

    將REFDMD=618MW、X151=8MW、K1=0.045、K2=6.4代入式1進(jìn)行10次計(jì)算，計(jì)算結(jié)果REFDMD為129.04MW，與今次事故調(diào)門(mén)關(guān)閉的情況基本一致，可見(jiàn)，是一次調(diào)頻量的轉(zhuǎn)換系數(shù)K1、K2設(shè)置的不正確，導(dǎo)致了此次機(jī)組跳閘事故的發(fā)生。

    根據(jù)FX函數(shù)的設(shè)置可知調(diào)頻量X151是以MW為單位來(lái)表示的，轉(zhuǎn)換為%的系數(shù)應(yīng)該與REFDMD的轉(zhuǎn)換是一致的，所以K1應(yīng)該是0.15625而不是0.045，而K2應(yīng)該是1而不是6.4。經(jīng)后來(lái)查證，K1、K2是在進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行修改的，而修改前K1、K2為默認(rèn)值1，也是不正確的。

3 防范措施

    一次調(diào)頻參數(shù)的小小改動(dòng)，造成了一次機(jī)組跳閘事故，可見(jiàn)，邏輯參數(shù)設(shè)置的不當(dāng)，也會(huì)危及機(jī)組的安全運(yùn)行。DEH邏輯設(shè)計(jì)嚴(yán)密，必須對(duì)邏輯進(jìn)行全面深入分析，對(duì)其徹底掌握后，才允許對(duì)邏輯參數(shù)進(jìn)行修改。

    設(shè)置一次調(diào)頻參數(shù)時(shí)，要根據(jù)調(diào)頻量的單位，對(duì)其轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行正確的設(shè)置，如本案例中的調(diào)頻量X151是以MW為單位的，所以正確的K1、K2應(yīng)分別為0.15625和1，若單位為%，則K1、K2分別為1和6.4。機(jī)組投入一次調(diào)頻前，K1、K2默認(rèn)值為1是不正確的，必須設(shè)置正確后才能投入一次調(diào)頻，這一點(diǎn)需要特別的注意。

    DEH系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試時(shí)，要對(duì)各項(xiàng)功能進(jìn)行所有情況下的仿真測(cè)試，徹底消除邏輯存在的隱患。如對(duì)DEH遙控功能測(cè)試時(shí)，至少要在DEH變負(fù)荷過(guò)程中、功率回路投入、調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路投入、一次調(diào)頻投入（分有/無(wú)調(diào)頻量情況下分別進(jìn)行）等方式下進(jìn)行投/退遙控功能的測(cè)試，檢查DEH系統(tǒng)是否正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

    DEH邏輯功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各項(xiàng)功能緊密結(jié)合為一個(gè)有機(jī)整體，任何一個(gè)功能的小小改動(dòng)，均有可能引起其它功能的不正常，進(jìn)行DEH功能的改動(dòng)或邏輯修改，要慎之又慎。邏輯修改時(shí)，要以修改部分為起點(diǎn)，逐級(jí)向上和向下深入，對(duì)DEH整體邏輯進(jìn)行全面分析，確保邏輯的改動(dòng)不影響其它功能，最后才能實(shí)施。邏輯修改后，還要進(jìn)行相關(guān)功能全面仿真測(cè)試，才能保證機(jī)組安全運(yùn)行。