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文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2022）12-058-04中圖分類號：TP273

★ 李明（杭州和利時自動化有限公司，山東濟南250000）

★ 李雄偉（杭州和利時自動化有限公司，陜西西安710061）

★ 張天宇（南京郵電大學通達學院，江蘇揚州225127）

摘要：近年來，大量中小型汽輪發電機組在余熱發電、垃圾焚燒發電等領域得到了廣泛的應用，汽輪機DEH控制系統也由此得到了快速的發展。為提高生產工藝運行穩定性，面對設備儀器的快速更新，應用新型技術完善優化控制系統，可以提高汽輪發電機組的效率。本文結合項目實踐對DEH控制系統在某項目現場的應用進行了簡要總結。

關鍵詞：高效汽輪機；國產化；DEH系統

在工業生產中，直接用汽輪機作為原動力機來驅動一些大型的機械設備。工業汽輪機既可使用燃料或利用各類工業生產流程在鍋爐中產生的蒸汽，也可利用生產流程中的余汽。隨著化工、煉油和冶金等工業的發展，以及節約能源的需求，工業汽輪機將得到更廣泛的應用。為了更好地節約能源，小型工業汽輪機正日益受到重視。

在國內首批生物質發電項目中，普遍存在運行經濟性問題，即便財政補貼到位、機組運行積極，企業仍勉強處于盈虧平衡點上。因此，目前如何提高汽輪機的效率成為迫切需要解決的技術問題。如果通過高效汽輪機改造可提高15%的效率，意味著同樣燃料的情況下，可以多發15%的電，將大幅提高運行經濟性。

汽輪機數字電液控制系統（DEH）是電站汽輪發電機組重要的組成部分，是汽輪機起動、停止、正常運行和事故工況下的調節控制器。DEH控制系統與EH系統組成的電液控制系統，通過控制汽輪機主汽門和調門的開度，實現對汽輪發電機組的轉速、負荷、壓力等的控制。近20年來，國內汽輪機控制系統的發展經歷了一段較快的成長期，在火電、熱電、新能源等行業中逐漸替代進口品牌產品。大量中小型汽輪發電機組在余熱發電、垃圾焚燒發電等領域得到了廣泛的應用，汽輪機DEH控制系統也由此得到了快速的發展。

和利時DEH在國內一流專家的指導下，從1997年成功開發應用，至今已經開發研制出適合于1000MW、600MW、300MW、200MW及中小機組的汽輪機數字式電液調節系統，應用范圍遍布大型火電、熱電聯產、余熱利用、生物質發電及工業拖動機組，能為各個用戶提供專業化、個性化解決方案。和利時T800K系列DEH控制系統，以和利時HOLLiASMACS-K系統為平臺，屬于和利時DEH第三代產品。

某生物質熱電項目引進高效反動式技術國產化后制造的新型汽輪機，應用和利時T800K系列DEH控制系統并網發電后，同樣鍋爐和相同蒸汽量，上網電量由6MW/h提高到7.2MW/h，每年增發電收益超過1000萬元，效率明顯優于傳統機組。

1 系統硬件結構

該項目使用和利時DEH控制系統，硬件：T800K，軟件：HOLLiASMACSV6；液壓部分使用高壓抗燃油MOOG761伺服閥，六線制位移傳感器LVDT。執行機構采用國內較少見的2+3+3布置，包括：高壓主汽閥執行機構（2套），高壓調節汽閥執行機構（3套）及中壓調節汽閥執行機構（3套）。其中DEH專用模塊為伺服模塊K-SV01和測速模塊K-FC01。伺服模塊K-SV01與現場電液轉換器、油動機、位移傳感器共同組成電液控制系統，實現對汽輪機調節閥的控制。伺服單元具有LVDT調制解調功能，伺服單元將下發的指令與LVDT反饋信號進行比較，完成調門的閉環控制功能。與K-FC01共同使用可以實現快速調頻功能。伺服模塊輸出最大信號范圍為-200mA～200mA，與DDV、MOOG、CPC、VOITH等常用伺服閥均可配套使用。一套DEH系統配置3塊測速模塊K-FC01，每一個模塊既是一個測量卡件，也是一個轉速保護卡件，單個卡件具有超速103%和110%報警輸出，3塊卡件通過硬接線方式組成超速3取2信號輸出，可以減少誤動和拒動的概率。同時，與伺服單元共同使用，可以實現DEH孤網運行功能。汽輪機高調和中調共6臺油動機使用6塊K-SV01伺服卡控制MOOG761伺服閥，接收±50mA控制信號，指令從K-SV01伺服卡SO通道輸出，K-SV01接入六線制雙支LVDT信號。

圖1 系統硬件結構圖

圖2 系統網絡結構圖

2 系統軟件方案

DEH系統由兩大部分組成，即液壓控制系統和電氣控制系統。液壓控制系統作為調節系統的動力單元，用以驅動閥門，使閥門的開度按著閥位指令而改變；電氣控制系統實現各種控制功能，如轉速控制、功率控制、主汽壓力控制、手/自動切換等，并最終形成各個閥門的閥位指令。

該項目使用和利時MACSV6軟件實現機組DEH控制方案，并結合機組特性進行了針對性優化調整，使之能夠滿足控制要求和技術要求。主要功能包含：控制回路、限制保護回路和試驗回路。

機組設置升速和升負荷曲線，掛閘且滿足啟動條件后，3臺高調油動機以順序閥方式開啟，經過精確的流量計算，以1850rpm/min的升速率，從盤車轉速（160rpm）升速至額定轉速（7535rpm），中間不經暖機，沖轉時間不足5分鐘。定速并各項試驗完成，機組并網后自動初負荷，經熱狀態判斷置位自動負荷曲線生效并計時，機組自動/手動方式升負荷至額定功率。

（1）機組升速過程中，DEH為轉速閉環無差調節系統。給定轉速與實際轉速之差，經PID（中文）調節器運算后，通過伺服系統控制油動機開度，使實際轉速跟隨給定轉速變化。操作員通過操作員站上的軟操盤設置升速率、目標轉速后，給定轉速自動以設定的升速率向目標轉速逼近，實際轉速隨之變化。國內常規機組包含轉速臨界區，當進入臨界轉速區時，需要自動以臨界升速率快速過臨界。在升速過程中，通常需對汽輪機進行暖機，以減小熱應力。本次項目機組以固定1850rpm/min升速率進行升速，顯著減少了機組啟動所需時間。

（2）機組同期并網時，總閥位給定立即階躍增加4~6%，使發電機帶上初負荷，并由轉速PI控制方式轉為閥位控制方式。并網后DEH的控制方式可在閥位控制、功率控制、主汽壓力控制方式之間方便地無擾切換。并且可與協調控制主控器配合，完成機爐協調控制功能。在閥控方式下，操作員通過設置目標閥位或按閥位增減按鈕控制油動機的開度。在閥位不變時，發電機功率將隨蒸汽參數變化而變化。本次項目機組并網后可直接進入功率控制方式，經熱狀態判斷后以對應的負荷曲線在功控方式自動升負荷至額定功率。配合設置的計時器對升負荷過程進行監控，確保機組在負荷曲線范圍內安全運行。

（3）為了確保機組的安全，還設置了多種超速限制、負荷限制、主汽壓力限制及打閘保護功能。部分試驗還需進行在線試驗，如主汽門活動性試驗，調門活動性試驗，以驗證機組運行可靠與正確。機組通過多個點位的溫度傳感器判斷熱狀態，采集機組重要運行狀態信號，計算運行曲線和參數，以順序閥的閥門管理方式，按照安全、經濟的原則自動完成汽輪機的啟動升負荷及變工況控制。

圖3 機組并網后的電調主控狀態

圖4 機組并網后的負荷限制功能

3 系統調試及應用總結

（1）流量折線實現的三調門順序閥控制。汽輪機執行機構采用國內較少見的2+3+3布置，包括：高壓主汽閥執行機構（2套），高壓調節汽閥執行機構（3套）及中壓調節汽閥執行機構（3套）。高調和中調共6臺油動機使用6塊K-SV01伺服卡進行控制，控制要求為固定順序閥方式實現閥門管理。

機組升速與升負荷初期，均曾出現持續、明顯波動的現象。升速時閥門微小波動（≤1mm）情況下，轉速波動曾達到±30rpm。經詳細排查與分析，3臺高壓調門的流量參數較特殊，閥門開啟初始階段流量變化大，閥門靈敏度高，對閥門控制精度和動態響應性能提出了高于常規機組的要求。經流量換算后采用DEH_CRTRRB設置順序閥折線，將高壓缸流量指令分配給CV1~CV3閥位給定，優化CV1~CV3伺服控制參數，檢查維護位移傳感器LVDT等各項工作，使用千分表固定于調門螺桿，以0.005mm的梯度反復進行拉閥試驗，調試完成后定速7535轉時波動≤±1rpm，最終實現了良好的控制效果。

（2）汽輪機升速和升負荷曲線自動控制。該系統升速和升負荷階段，均要求按照曲線實現汽輪機自啟動控制。調試初期并網后功率控制亦曾出現明顯波動，不能穩定升負荷，功率閉環復位跳至閥位開環方式。該現象考慮為功率PID經驗參數不適用所致。結合流量/開度曲線，引入功控PID參數估算方法。經計算后修改PID參數，微調后即取得了良好的功率控制效果。

圖5 系統功率PID參數

圖6 常順序閥運行方式下的工藝狀態

4 總結

該項目引進高效反動式汽輪機技術進行國產化，機組啟動快速，自動化程度高，節省了操作員工作時間和強度。經專業機構測算，汽輪機效率可高出國內同行業汽輪機15%～20%，為工業過程自動化生產所需汽輪機提供了更優質的選擇。同時國內小型存量機組也存在巨大的改造空間。2020年9月中國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。隨著國內持續推進產業結構和能源結構調整，努力兼顧經濟發展和綠色轉型同步進行，效率低的老舊汽輪機組將逐步淘汰，生物質、垃圾發電、太陽能光熱發電等新領域所需汽輪機有了更優質的選擇，對配套的DEH控制系統也提出了新的要求和方向。

作者簡介：

李  明（1984-），男，山東濟南人，工程師，學士，現就職于杭州和利時自動化有限公司，研究方向為汽輪機控制技術。

李雄偉（1983-），男，陜西西安人，工程師，學士，現就職于杭州和利時自動化有限公司，研究方向為DEH系統設計。

張天宇（1999-），男，山東德州人，學士，現就讀于南京郵電大學通達學院，研究方向為工廠過程自動化控制、DCS系統控制、DEH電液控制系統、PLC系統控制等。

參考文獻：

[1] 陸會明．控制裝置與儀表[M]. 北京: 機械工業出版社, 2007.

[2] 和利時. DEH工程調試及維護[Z]. 2021.

[3] 和利時. HOLLiAS_MACS_K系列硬件使用手冊[Z]. 2019.

摘自《自動化博覽》2022年12月刊