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[摘 要]传统的机械液压式汽轮机控制系统已不能满足越来越高的电力自动化要求，随着计算机技术、网络通讯技术和自动控制技术的发展应用，汽轮机数字式电液控制系统（DEH）得到广泛采用。文章对某热电厂汽轮机控制系统的DEH改造进行了分析。
[关键词]汽轮机；控制系统；DEH
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0017-01
1 前言
焦作煤业（集团）公司李封热电厂1#汽轮机原为武汉汽轮机厂生产的N-3.43/0.89型中温中压凝汽式汽轮机，额定功率25MW，控制方式为机械液压系统。随着发电技术的进步，小型机组在经济效益方面的短板越来越明显，在国家节能环保政策引导下，该厂准备把#1汽轮发电机组改造成型号为C-3.43/1.67的抽汽机组，向周边厂矿及居民小区提供热源，以降低能耗，提高经济效益。由于传统的机械液压控制系统存在调节性能差、迟缓率大、负荷波动大、甚至甩负荷，不能实现机炉协调控制等缺陷，为了提高汽机控制精度及自动化水平，决定采用数字式纯电调（DEH）控制方式。
2 汽轮机控制技术的发展
早期的汽轮机普遍采用机械液压式控制系统，实现转速的自动调节，简称MHC[1]。其转速-功率静态特性是固定的，运行中不能进行实时调节，也只具有转速调节和超速保护功能。随着汽轮机制造技术的发展，单机容量增大，电网自动控制水平提高，MHC已不能满足汽轮机的控制要求。20世纪60年代出现了模拟电液调节系统（AHC）。该系统调节部分由电子元件组成，运算精度高，方便进行信号综合，适应多种工况，并且可以方便地进行操作、调整和修改；执行机构采用液压伺服装置，输出推力大，相应速度快。随着计算机在工业控制领域的广泛应用，汽轮机功频电调装置进一步发展为以计算机为基础的数字式电液控制系统，这种系统称为DEH（DIGITAL ELECTRO-HYDRAULIC CONTROL，简称DEH）。早期的DEH多以小型机为核心组成，随着计算机技术的发展和电厂对控制设备要求的提高，以微机为基础的分散控制系统出现后，近期的汽轮机DEH逐步转向以DCS为基础。
3 DEH系统原理与功能
3.1 DEH系统调节原理
汽轮机数字式电液控制系统是集调节、程序控制、数据处理与监视、保护、试验等多种功能于一体的综合控制系统，DEH接受转速、发电机功率、调节级压力和其他设备状态信息，经计算机处理后，输出汽轮机各控制阀门位置的设定值信号，通过电液伺服回路去控制汽轮机主汽门和调节汽门，以控制进入汽轮机高、中压缸的蒸汽流量，实现汽轮发电机组的转速控制和负荷控制[2]。其调节原理如图1所示：
该系统采用了功率和频率两个调节信号，有三种基本调节回路。
（1） 转速调节回路。它用于单机运行工况，在机组启动时升速、并网和在停机时（包括甩负荷过程中）控制转速。
（2） 功率调节回路。在机组并入电网运行时或机组在电网中不承担一次调频任务时，频差放大器（转速调节回路）均无输出信号，此时，机组由功率调节回路控制。
（3） 功-频调节回路。当汽轮机参与一次调频时，调节系统构成了功率-频率调节回路，此时，频率、功率调节回路均参与工作。无论是功率频道产生不平衡，还是频率通道产生不平衡，都将引起调节系统动作，直至系统趋于稳定。
3.2 DEH系统的基本功能
DEH一般具有以下基本功能[3]：
一、汽轮机的自动控制
汽轮机启动时，DEH装置发出控制信号，通过高压主汽门中的预启阀进行升速和暖机。当转速升到约2900r/min时，进行主汽门到高压调门的切换，由高压调门继续进行转速控制，直至机组达到同步转速。在负荷控制阶段，DEH按一次调频和二次调频的要求，对机组进行转速和功率的反饋调节。
二、汽轮机超速保护
为防止超速而引起汽轮机的损坏，DEH配有三种超速保护：
1）甩全负荷保护；
2）甩部分负荷保护；
3）超速保护，包括103%超速保护和110%超速保护。
三、汽轮机状态监视
汽轮发电机组的运行状态，以及DEH的运行方式等，主要通过操作员站上的CRT画面进行监视
四、汽轮机的自启停（ATC）
当操作人员选择ATC启动后，就能使汽轮机从盘车转速自动升至同步转速，并网后可接带负荷，同时尽可能降低启动过程的热应力，使机组启动和增负荷的时间减少。
4 改造措施
数字式电液控制系统采用分散型控制系统（DCS）为基础，工程师站和操作员站以WINDOWS为平台；控制软件采用组态方式，通讯方式改进为以太网通讯。其发展的主要特点是软件和硬件都广泛采用标准化产品，是现代控制系统发展的趋势[4]。
在改造中，采用浙江中控技术股份有限公司的数字电液控制系统（DEH）对该机组进行系统改造，具体改造措施包括：控制站部分、系统软件和硬件部分、保护系统、执行机构和油系统的改造。
控制站部分：包括主控制卡、I/O卡件、电源设备、通讯接口部分等，用于接收现场参数信号、逻辑运算、发出指令等。
系统软件和硬件部分：系统软件包括工程师站和操作员站的控制系统软件和一些应用软件，系统硬件部分包括工程师站和操作员站的主机、显示器、键盘、鼠标等。主要是为热控工程师提供逻辑组态、故障分析等为运行人员提供运行状态、信息、监视、操作等功能。
保护系统：包括2个OPC电磁阀和4个AST电磁阀，完成超速等故障紧急情况下对汽轮发电机组的停机保护功能。
执行机构：主要有电液伺服阀、油动机等部分组成，负责带动自动主汽门和高中压调门。
油系统：由于系统规模较小，控制油和润滑油都由汽机拖动的主油泵供油，并设一台辅助油泵备用。
该汽轮机控制系统（DEH）以微处理器为基础，应用网络通讯技术，在整个DCS中作为一个控制站，共同完成整个发电机组的控制调节功能，系统软件AdvanTro-Pro运行于Windows98系统下，方便实现系统软硬件组态功能。图2、图3是其中的监控画面。
5 结论
自试运成功两年来，改造后的1#机组一直在正常运行，系统稳定、维护方便；机组控制精度高，功能丰富、性能可靠；汽机进汽方式灵活合理，效率高；保证了汽轮机机组安全运行。同时，DEH系统在应用中也会出现电源、接线、卡件等等方面的小故障，这就要求运行维护人员不断学习、总结经验，加强设备维护管理，熟悉DEH控制系统，提高发现问题、解决问题的能力，保证机组的安全经济运行。
参考文献
[1] 苗军.热力过程自动化[M].北京.中国电力出版社，2002年.
[2] 杨学熊.热电厂自动控制技术及发展趋势[J].中国仪器仪表，2001，（1）：28—30
[3] 赵兴海主编.单元机组集控运行[M].北京.机械工业出版社，2013年.
[4] 李江全.计算机控制技术与组态应用[M].北京.清华大学出版社，2013年.
[关键词]汽轮机；控制系统；DEH
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0017-01
1 前言
焦作煤业（集团）公司李封热电厂1#汽轮机原为武汉汽轮机厂生产的N-3.43/0.89型中温中压凝汽式汽轮机，额定功率25MW，控制方式为机械液压系统。随着发电技术的进步，小型机组在经济效益方面的短板越来越明显，在国家节能环保政策引导下，该厂准备把#1汽轮发电机组改造成型号为C-3.43/1.67的抽汽机组，向周边厂矿及居民小区提供热源，以降低能耗，提高经济效益。由于传统的机械液压控制系统存在调节性能差、迟缓率大、负荷波动大、甚至甩负荷，不能实现机炉协调控制等缺陷，为了提高汽机控制精度及自动化水平，决定采用数字式纯电调（DEH）控制方式。
2 汽轮机控制技术的发展
早期的汽轮机普遍采用机械液压式控制系统，实现转速的自动调节，简称MHC[1]。其转速-功率静态特性是固定的，运行中不能进行实时调节，也只具有转速调节和超速保护功能。随着汽轮机制造技术的发展，单机容量增大，电网自动控制水平提高，MHC已不能满足汽轮机的控制要求。20世纪60年代出现了模拟电液调节系统（AHC）。该系统调节部分由电子元件组成，运算精度高，方便进行信号综合，适应多种工况，并且可以方便地进行操作、调整和修改；执行机构采用液压伺服装置，输出推力大，相应速度快。随着计算机在工业控制领域的广泛应用，汽轮机功频电调装置进一步发展为以计算机为基础的数字式电液控制系统，这种系统称为DEH（DIGITAL ELECTRO-HYDRAULIC CONTROL，简称DEH）。早期的DEH多以小型机为核心组成，随着计算机技术的发展和电厂对控制设备要求的提高，以微机为基础的分散控制系统出现后，近期的汽轮机DEH逐步转向以DCS为基础。
3 DEH系统原理与功能
3.1 DEH系统调节原理
汽轮机数字式电液控制系统是集调节、程序控制、数据处理与监视、保护、试验等多种功能于一体的综合控制系统，DEH接受转速、发电机功率、调节级压力和其他设备状态信息，经计算机处理后，输出汽轮机各控制阀门位置的设定值信号，通过电液伺服回路去控制汽轮机主汽门和调节汽门，以控制进入汽轮机高、中压缸的蒸汽流量，实现汽轮发电机组的转速控制和负荷控制[2]。其调节原理如图1所示：
该系统采用了功率和频率两个调节信号，有三种基本调节回路。
（1） 转速调节回路。它用于单机运行工况，在机组启动时升速、并网和在停机时（包括甩负荷过程中）控制转速。
（2） 功率调节回路。在机组并入电网运行时或机组在电网中不承担一次调频任务时，频差放大器（转速调节回路）均无输出信号，此时，机组由功率调节回路控制。
（3） 功-频调节回路。当汽轮机参与一次调频时，调节系统构成了功率-频率调节回路，此时，频率、功率调节回路均参与工作。无论是功率频道产生不平衡，还是频率通道产生不平衡，都将引起调节系统动作，直至系统趋于稳定。
3.2 DEH系统的基本功能
DEH一般具有以下基本功能[3]：
一、汽轮机的自动控制
汽轮机启动时，DEH装置发出控制信号，通过高压主汽门中的预启阀进行升速和暖机。当转速升到约2900r/min时，进行主汽门到高压调门的切换，由高压调门继续进行转速控制，直至机组达到同步转速。在负荷控制阶段，DEH按一次调频和二次调频的要求，对机组进行转速和功率的反饋调节。
二、汽轮机超速保护
为防止超速而引起汽轮机的损坏，DEH配有三种超速保护：
1）甩全负荷保护；
2）甩部分负荷保护；
3）超速保护，包括103%超速保护和110%超速保护。
三、汽轮机状态监视
汽轮发电机组的运行状态，以及DEH的运行方式等，主要通过操作员站上的CRT画面进行监视
四、汽轮机的自启停（ATC）
当操作人员选择ATC启动后，就能使汽轮机从盘车转速自动升至同步转速，并网后可接带负荷，同时尽可能降低启动过程的热应力，使机组启动和增负荷的时间减少。
4 改造措施
数字式电液控制系统采用分散型控制系统（DCS）为基础，工程师站和操作员站以WINDOWS为平台；控制软件采用组态方式，通讯方式改进为以太网通讯。其发展的主要特点是软件和硬件都广泛采用标准化产品，是现代控制系统发展的趋势[4]。
在改造中，采用浙江中控技术股份有限公司的数字电液控制系统（DEH）对该机组进行系统改造，具体改造措施包括：控制站部分、系统软件和硬件部分、保护系统、执行机构和油系统的改造。
控制站部分：包括主控制卡、I/O卡件、电源设备、通讯接口部分等，用于接收现场参数信号、逻辑运算、发出指令等。
系统软件和硬件部分：系统软件包括工程师站和操作员站的控制系统软件和一些应用软件，系统硬件部分包括工程师站和操作员站的主机、显示器、键盘、鼠标等。主要是为热控工程师提供逻辑组态、故障分析等为运行人员提供运行状态、信息、监视、操作等功能。
保护系统：包括2个OPC电磁阀和4个AST电磁阀，完成超速等故障紧急情况下对汽轮发电机组的停机保护功能。
执行机构：主要有电液伺服阀、油动机等部分组成，负责带动自动主汽门和高中压调门。
油系统：由于系统规模较小，控制油和润滑油都由汽机拖动的主油泵供油，并设一台辅助油泵备用。
该汽轮机控制系统（DEH）以微处理器为基础，应用网络通讯技术，在整个DCS中作为一个控制站，共同完成整个发电机组的控制调节功能，系统软件AdvanTro-Pro运行于Windows98系统下，方便实现系统软硬件组态功能。图2、图3是其中的监控画面。
5 结论
自试运成功两年来，改造后的1#机组一直在正常运行，系统稳定、维护方便；机组控制精度高，功能丰富、性能可靠；汽机进汽方式灵活合理，效率高；保证了汽轮机机组安全运行。同时，DEH系统在应用中也会出现电源、接线、卡件等等方面的小故障，这就要求运行维护人员不断学习、总结经验，加强设备维护管理，熟悉DEH控制系统，提高发现问题、解决问题的能力，保证机组的安全经济运行。
参考文献
[1] 苗军.热力过程自动化[M].北京.中国电力出版社，2002年.
[2] 杨学熊.热电厂自动控制技术及发展趋势[J].中国仪器仪表，2001，（1）：28—30
[3] 赵兴海主编.单元机组集控运行[M].北京.机械工业出版社，2013年.
[4] 李江全.计算机控制技术与组态应用[M].北京.清华大学出版社，2013年.