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朱亞清（1975－）男，廣東電白人，高級工程師，工學學士，主要從事電廠熱工自動控制的調試和控制優化的研究工作。

摘要：對OVATION分散控制系統組成的汽輪機數字電液調節系統（DEH）中的目標值、設定值、GV主控指令及一次調頻等邏輯回路進行了剖析。當一次調頻回路參數設置不當，目標值的跟蹤會疊加上一個額外的數值，由于跟蹤回路的循環累加運算，對汽輪機調門造成了極大的擾動，威脅機組安全運行。針對此問題，以一臺600MW超臨界機組為例，講述一起DEH投遙控時引起調門波動，最后造成機組跳閘的經過，對調門波動的原因進行了分析，提出預防措施。

關鍵詞：汽輪機數字電液調節系統（DEH）；一次調頻；參數設置；調門波動；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超臨界燃煤發電機組，汽輪機為上海汽輪機廠制造的超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式N600-24.2/566/566型汽輪機，汽輪機控制系統采用上海汽輪機廠配套提供的由OVATION分散控制系統組成的數字電液調節系統（DEH）。1號機組投產以后，發生一起在投入DEH遙控時，引起調門關閉，造成機組跳閘的事故。通過對DEH的遙控接口、目標值、設定值、GV（Governor Valve）主控指令及一次調頻等回路進行分析，找出引起調門波動的原因，采取有效措施解決了問題。上海汽輪機廠提供的這種DEH擁有很多用戶，這個問題的分析和解決具有廣泛的借鑒意義和警示作用。

1 事故經過

    某日晚上8點，1號機組負荷605MW，一次調頻投入狀態，DEH在本地的閥位控制方式下運行，DEH設定值為618MW。20:06:37，準備將機組投入CCS（Coordinate Control System）方式，運行人員按照CCS的投入步驟，先在DEH操作畫面投入DEH遙控方式。就在DEH投入遙控方式瞬間，DEH目標值和設定值迅速由618MW下降到129MW，機組負荷也由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，DEH開始接受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目標值沒有立即由129MW上升到427MW，而是以60MW/min的上升速率向427MW靠近。20:06:53，DEH目標值上升到143MW，由于汽機調門關閉太多而又未能及時開回，對鍋爐造成太大沖擊，最后由于主蒸汽溫度高MFT（Main Fuel Trip），跳閘過程曲線如圖1所示。

   
                       1 DEH設定值           2 CCS至DEH負荷設定值
                       3 機組負荷            4 CCS側DEH已投入遙控
                         圖1   機組跳閘過程記錄曲線

2 原因分析

    從表面來看，事故是在DEH投遙控時發生的，一般都會懷疑是DEH與CCS的接口存在問題。但從記錄曲線來看，由于EH與CCS兩系統間傳輸信號的延遲，DEH投入遙控后，大約經過了2s，CCS才收到DEH的遙控投入信號。CCS收到DEH遙控投入信號前，汽機主控輸出一直跟蹤DEH的設定值，收到遙控投入信號后，汽機主控轉為手動方式，輸出保持不變，由于DEH設定值的迅速減小，汽機主控輸出只跟蹤到427MW。CCS采用開關量進行開大/減小DEH目標值的方式對DEH進行遙控，并且具有60MW/min的速率限制。DEH目標值在投入遙控方式后即由618MW變為了129MW，顯然不是由CCS控制造成的，同時，DEH目標值的減小是在CCS收到遙控投入信號之前就發生了，更加說明了這一點。所以，造成調門關閉的原因應該發生在DEH內。另外，機組在調試期間一次調頻是沒有投入的，期間DEH投遙控的操作一直都正常，沒有出現過調門波動的現象。而此次投入DEH遙控時，機組一次調頻是在投入狀態的，而且當時的調頻量大約為+8MW左右，很有可能，引起調門波動與DEH一次調頻回路有關。

2.1 DEH邏輯分析

    DEH的遙控接口、目標值、設定值、GV主控指令及一次調頻回路如圖2所示，該邏輯比較復雜，為了分析方便，對部分回路進行了簡化，該邏輯的運算掃描周期為0.1s。

    DEH各功能之間緊密聯系，邏輯上一點點的錯誤或疏忽，甚至是邏輯塊運算掃描順序的改變，都會影響到機組的安全運行，筆者曾處理過多起DEH投遙控時引起調門波動的事故，在此有必要對邏輯進行一下分析。

   

                    圖2   DEH目標值、設定值、GV主控指令及一次調頻回路邏輯圖

2.1.1目標值產生回路

    如圖2中左半部分所示，轉速和負荷控制的目標值均由同一個邏輯回路完成，根據機組的不同控制方式和運行狀態自動切換。機組并網前，目標值為轉速目標；并網后，閥位控制方式下，目標值是以MW為單位的閥位目標指令；功率投入方式下，是以MW為單位的功率目標值；調節級壓力投入方式下，是以MW為單位的調節級壓力目標值；功率和調節級壓力均投入方式下，則組成以功率回路為主調、調節級壓力為副調的串級調節系統，目標值是以MW為單位的功率目標值。

    操作畫面上顯示的目標值為邏輯回路中的TARGET變量值，設置目標值時，先輸入DEHTARG的值，再按“確定”后產生一個脈沖信號DMDENT將DEHTARG選入目標值回路。

    未投入遙控方式時，遙控目標值ADSTARG跟蹤設定值REFDMD。遙控方式下，REMTRK信號為“1”，將遙控目標值ADSTARG選入目標值回路。REMOTE信號也為“1”，完成目標值回路的跟蹤，同時使遙控目標值回路起作用。遙控目標值回路每個運算周期對遙控送來的X135信號進行累加，形成遙控目標值ADSTARG。CCS發出增大DEH目標值指令時，ADSUPC為“1”，選擇數值0.1送到X135，遙控目標值回路的累加運算使ADSTARG信號值每個運算周期增加0.1，運算周期為0.1s，所以速率為60MW/min。同理，CCS發出減小DEH目標值指令時，ADSDNC為“1”，使X135信號為-0.1，遙控目標值回路的累加運算使ADSTARG信號減小。當沒有增、減指令時，X135信號為0，遙控目標值ADSTARG信號保持不變。

2.1.2設定值產生回路

    目標值經過一個速率限制回路后，就形成了設定值。設定值是根據速率限制進行循環累加運算形成，速率限制有升速率和負荷率，在遙控投入的方式下，負荷率自動選擇為一個比較大的值100MW/min。

2.1.3 GV主控指令產生回路

    GV主控指令信號X285即是機組的流量需求指令，是以%為單位的，其形成邏輯回路見圖2的右上半部分。此信號送到閥門管理回路，控制汽輪機各調門的開啟。

    在機組并網前，BRON為“0”，X285為轉速控制器PI的輸出WSOUT；并網后，X285信號根據機組的不同控制方式選擇相應的控制輸出，如調節級壓力投入方式，為IMPOUT；功率投入方式，則為MWOUT；閥位控制方式，則為VLOUT。其中VLOUT同時是以%為單位的歸一設定值，由設定值REFDMD按機組最大負荷值轉換為%后再疊加上一次調頻信號X151%后形成，機組的最大負荷值按640MW進行計算，轉換系數為100÷640=0.15625。

2.1.4一次調頻回路

    一次調頻量根據電網的要求對FX曲線函數進行設置，調頻不靈敏區為±2r/min、不等率δ=5%、調頻量限幅6%額定負荷，則FX按表1進行設置。

                          表1   一次調頻轉速-負荷修正量

    
   
     一次調頻投入前，FREIN為“0”，調頻量X151為0MW，一次調頻不起作用。投入一次調頻后，FREIN為“1”，X151為FX的輸出。

2.1.5目標值和設定值的跟蹤回路

    目標值和設定值中最復雜最容易出錯的就是其跟蹤，在機組控制方式或機組狀態改變時，目標值和設定值需要跟蹤一下X158信號，以實現無擾切換。

    跟蹤信號X158的形成如圖2的右下半部分所示，每次控制方式或運行狀態改變時，均會產生一個1s的脈沖信號DEMDTRK使目標值和設定值跟蹤為X185的值，主要變化有如下幾種：

   （1）機組跳閘，TNL為“1”，X185為0。

   （2）機組掛閘，TNL為“0”，X185選擇為當前轉速值WS。

   （3）機組并網，BRON為“1”，GV主控指令X285乘上轉換系數6.4后形成以MW為單位的數值，再加上并網瞬間的初始負荷值X635，然后減去一次調頻量X151MW，最后送到X185。并網瞬間，產生一個運算周期的脈沖信號BRCL，使初負荷值為X635，BRCL必須為一個運算周期的脈沖，否則由于循環累加運算使機組并網后的初負荷不正確，如BRCL脈沖為1s，則會造成機組并網后的初負荷為設計值的10倍。

   （4）機組脫網，BRON為“0”，產生一個脈沖信號使X185選擇為3000r/min。

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

   （6）功率回路退出時，MWI為“0”，若調節級壓力在投入方式，則調節級壓力IMP轉換為以MW為單位的值IMPMW后，再減去一次調頻量X151MW，最后送到X185；若調節級壓力在退出方式，GV主控指令X285乘上轉換系數6.4后形成以MW為單位的數值，再減去一次調頻量X151MW后，送到X185。

   （7）調節級壓力回路投入時，IMPI為“1”，調節級壓力值IMP并乘上一個轉換系數后轉換為以MW為單位的值IMPMW，然后再減去一次調頻量X151MW，最后送到X185。

   （8）調節級壓力回路退出時，IMPI為“0”，若功率在投入方式，則機組實際功率值MW減去一次調頻量X151MW后，送到X185；若功率在退出方式，則GV主控指令X285乘上轉換系數6.4后形成以MW為單位的數值，再減去一次調頻量X151MW后，送到X185。

   （9）投入DEH遙控時，發出強制退出功率和調節級壓力指令，同時產生一個1s的脈沖信號DEMDTRK使目標值和設定值跟蹤X185。要注意的是，建議在DEH閥位控制方式下進行投入遙控的操作，否則會造成波動，如在功率投入方式下投遙控，遙控投入前REFDMD是功率設定值，投入后REFDMD變為閥位設定值，但CCS的目標值無法快速跟蹤為閥位設定值，仍保持為功率設定值，結果造成波動。

    因為歸一設定值VLOUT已疊加了一次調頻量X151%，因此，跟蹤信號X185必須減去一次調頻量X151MW，才能實現切換時的無擾，由于VLOUT和X185的單位綱量不同，因此，必須正確設置轉換系數K1和K2，使跟蹤信號上的一次調頻量剛好全部抵消。

2.2 調門關閉原因

    檢查DEH的邏輯參數，發現一次調頻量X151轉換為%和MW的轉換系數不正確，K1、K2分別被設置為0.045和6.4。根據目標值和設定值的跟蹤計算，投入DEH遙控的1s內，REFDMD按以下公式進行10次運算：

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

    將REFDMD=618MW、X151=8MW、K1=0.045、K2=6.4代入式1進行10次計算，計算結果REFDMD為129.04MW，與今次事故調門關閉的情況基本一致，可見，是一次調頻量的轉換系數K1、K2設置的不正確，導致了此次機組跳閘事故的發生。

    根據FX函數的設置可知調頻量X151是以MW為單位來表示的，轉換為%的系數應該與REFDMD的轉換是一致的，所以K1應該是0.15625而不是0.045，而K2應該是1而不是6.4。經后來查證，K1、K2是在進行一次調頻試驗時進行修改的，而修改前K1、K2為默認值1，也是不正確的。

3 防范措施

    一次調頻參數的小小改動，造成了一次機組跳閘事故，可見，邏輯參數設置的不當，也會危及機組的安全運行。DEH邏輯設計嚴密，必須對邏輯進行全面深入分析，對其徹底掌握后，才允許對邏輯參數進行修改。

    設置一次調頻參數時，要根據調頻量的單位，對其轉換系數進行正確的設置，如本案例中的調頻量X151是以MW為單位的，所以正確的K1、K2應分別為0.15625和1，若單位為%，則K1、K2分別為1和6.4。機組投入一次調頻前，K1、K2默認值為1是不正確的，必須設置正確后才能投入一次調頻，這一點需要特別的注意。

    DEH系統靜態調試時，要對各項功能進行所有情況下的仿真測試，徹底消除邏輯存在的隱患。如對DEH遙控功能測試時，至少要在DEH變負荷過程中、功率回路投入、調節級壓力回路投入、一次調頻投入（分有/無調頻量情況下分別進行）等方式下進行投/退遙控功能的測試，檢查DEH系統是否正常。

4 結束語

    DEH邏輯功能強大，結構復雜，各項功能緊密結合為一個有機整體，任何一個功能的小小改動，均有可能引起其它功能的不正常，進行DEH功能的改動或邏輯修改，要慎之又慎。邏輯修改時，要以修改部分為起點，逐級向上和向下深入，對DEH整體邏輯進行全面分析，確保邏輯的改動不影響其它功能，最后才能實施。邏輯修改后，還要進行相關功能全面仿真測試，才能保證機組安全運行。