摘  要：本文以HOLLIAS-DEH为基础介绍了DEH系统的组成、控制原理、控制功能以及在化工企业自备电厂机组中的应用。运行结果表明，系统性能稳定，能满足对自备电厂安全高效运行的要求。

    关键词： DEH；汽轮机；控制

    Abstract: Based on Hollias-DEH,this paper introduces the composition ,control theory,control functions of the DEH system,and the application of DEH in self-supply power plant of chemical enterprise.The operation result indicates that the stable system performance can meet the requirements of safe and high-efficient operation for self-supply power plant.

    Key words: DEH; turbine; control

    1   DEH综述

    汽轮机数字电液调节系统DEH（Digital Electric-Hydraulic Control System）分为电子控制系统部分和液压调节保安系统部分。

    硬件方面主要包括I/O控制柜、硬操盘、操作员站、工程师站等。控制柜中除配有常规DCS系统I/O模块外，还配有DEH专用模块。软件方面则通过先进的控制方案和图形化组态工具，可设计出完善的控制策略。它完成信号的采集、综合计算、逻辑处理、人机接口等方面的任务。

    液压系统就是DEH的执行机构，主要包括供油装置、油管路及附件、执行机构、危急遮断系统等。以下是液压系统主要部套，它们将电气控制信号转换为液压机械控制信号，最终控制汽轮机进汽阀门的开度。

    （1） 伺服阀（电液转换器）：将电气信号转换为与之对应的液压信号，与伺服控制单元、油动机等结合完成电压位置随动控制。

    （2） 滑阀：将油压、油口开度等信号进行综合放大，并通过油管路将信号传递到各油动机。

    （3） 油动机：它的活塞杆通过凸轮配汽机构或直接驱动进汽阀门。它与操纵座、伺服阀、行程测量元件LVDT等设备组成完整的油动机，完成位置随动，功率输出功能。

    （4） 调速泵：将转速转换为与之对应的液压信号，再通过滑阀进行综合放大。

    （5） 危急遮断器：当机组转速超过预定值时，危机遮断器立即动作，关闭主汽门、调门。

    （6） 电磁阀： DEH通过它可使调节阀快速关闭，或使机组打闸。

    （7） 测速探头：通常采用磁阻式测速探头，DEH的测速单元接受到测速探头的感应电压后，即可计算出机组的转速。

    伺服系统工作原理：DEH控制系统的阀位控制信号在伺服单元与油动机的实际行程LVDT信号综合，并经PI调节后，控制信号送到伺服阀（DDV阀）改变其油口开度，使油动机相应地上或下运动。当油动机行程达到阀位控制信号指定的位置后，油动机活塞的油口被封住，因此油动机活塞被定位在指定位置，从而调节阀也被定位在相应的位置。如图1所示。

    DDV阀与常规伺服阀比较，结构简化，可靠性高。

    快关转换阀为一弹簧复位式插装阀，阀芯上部连接快关控制油，喷咀接通错油门的脉动油。

    LVDT为一线性可变差动变压器，将油动机的位移变换为电信号，输入到DEH装置的伺服板，作为位移反馈。

    在汽轮发电机组并网前，DEH系统为转速闭环无差调节系统，可以实现自动升速控制。在机组同期并网时，使发电机带上初负荷，并由转速PI控制方式转为阀位控制方式。并网后DEH的控制方式可在阀位控制、功率控制、主汽压力控制方式之间无扰切换。

    在阀控方式下，操作员通过设置目标阀位或按阀位增减按钮控制油动机的开度。在阀位不变时，发电机功率将随蒸汽参数变化而变化。

    在功控方式下，操作员通过设置负荷率、目标功率来改变功率给定值，经过控制回路运算后控制油动机的开度。在给定功率不变时，油动机开度自动随蒸汽参数变化而变化，以保持发电机功率不变。

    在压控方式下，操作员通过设置压变率、目标压力来改变压力给定值，经过控制回路运算后控制油动机的开度。在给定压力不变时，油动机开度自动随蒸汽参数变化而变化，以保持主汽压力不变。

     为了确保机组的安全，还设置了多种限制保护功能、试验系统功能、辅助系统功能等。

    我公司的主要产品是离子膜烧碱和聚氯乙烯树脂。由于生产工艺需要，在离子膜烧碱工艺的电解工序要耗用大量电能。为了降低生产成本，我公司于2006年建立了热电联产自备电厂，其规模为3*75T/H循环流化床锅炉、2*12MW抽凝式汽轮机（C12-4.9/0.98型）、2*15MW空冷发电机，电厂主要向离子膜烧碱车间电解工段的整流变压器供电，同时由汽轮机的抽汽向各车间提供生产用汽。

    我厂用电和用汽存在特殊性，在离子膜烧碱工艺中，用电品质要求高:电压：10kV±5%  　　频率：50Hz±0.5。

    电压和频率波动过大或过快，就会引起电解槽跳闸，造成重大经济损失，不利于公司长期稳定安全地生产；同时，膜一车间的蒸发工序和电解工序以及树脂车间的汽提工序和干燥工序对蒸汽品质要求也较高。

    我公司安装的是由青岛捷能汽轮机股份有限公司生产的C12-4.9/0.98型抽凝式汽轮机。一个高压主汽阀由自动关闭器拖动，自动关闭器的开启为手动方式。五个高压调节阀由一个高压油动机通过杠杆和提板拉动。六个低压抽汽调节阀由一个低压油动机通过杠杆和提板拉动。本机组与另一台机组采用母管制方式供汽。在机组安装前，公司经过多方考察与调研，发现汽轮机原液压调节保安系统存在一些不足之处：

    （1） 调节阀为提板式拖动，其流量特性的非线性没有办法修正，在低转速时，调节阀很难准确控制转速。

    （2） 转速测量信号为脉冲油压，低转速时很难做到转速闭环控制。

    （3） 作用在油动机滑阀上的力，上端为弹簧力，下端为脉冲油压，在压力油压变化时会产生寄生反馈，会使油动机不稳定。

    （4） 在运行中，电、热负荷在被调整时会发生相互干扰，造成电热负荷波动较大。

    综合我公司化工生产及机组本身的客观情况，为了达到机组精确控制、快速响应、保证正常生产，我公司决定将原有机械式液压调节系统改造为低压透平油纯数字电液调节（DEH）系统。

    我公司DCS及DEH系统均采用了和利时公司的MACS-V系统。HOLLIAS-DEH系统共配置了2台DEH过程控制站，2台DEH操作员站，1台工程师站（与DCS系统共用），及相应的继电器操作回路、硬接线操作盘等。如图3、图4所示。

              

 

                

                

    通迅网络分为监控网络、系统网络、控制网络。监控网络(MNET)由100M高速冗余以太网络构成，用于完成工程师站的数据下装，操作员站的在线数据通讯。系统网络(SNET)由100M高速冗余以太网构成，用于完成现场控制站的数据下装，服务器与现场控制站之间的实时数据通讯。控制网络(CNET)由PROFIBUS-DP总线构成，用来实现过程I/O模块与现场控制站主控单元的通信。

    工程师站用于对应用系统进行数据库、控制逻辑算法、图形和报表等功能组态，并将组态数据下装到现场控制站和操作员站。

    操作员站可以完成系统各工艺流程画面及实时参数显示，控制分组调节，过程参数趋势曲线显示，报警处理，记录在线打印，运行状态及故障显示，控制参数设定及修改等。

    现场控制站由主控单元、各种I/O模块及现场电源模块等组成，主要完成：转速控制，阀门管理，伺服放大，阀位移测量的调制和解调，各种定值生成，功率、汽压、阀位等控制回路及逻辑运算等。以下是DEH专用模块介绍：

    （1） DEH专用测速模块FM163E，系统配有3块测速板组成三取二冗余结构。

    （2） DEH专用伺服模块FM146是伺服控制板，它与液压系统的伺服阀、油动机、LVDE组成电压—位移随动系统，系统配有2块伺服板，分别控制高压调节阀和低压调节阀。

    （3） 继电器操作回路完成现场电磁阀的驱动；电源失电及硬接线打闸逻辑；硬件甩负荷快关逻辑。

    （4） 硬接线手操盘安装在操作台上，用预制电缆与现场控制站连接，盘面上有调门行程显示，调门紧急手操按钮，打闸按钮（带保护盖）等。

    DEH采用MACS-V系统进行系统组态。主要有以下回路：

    （1）   转速控制回路；

    （2）   功率控制回路；

    （3）   阀门开度控制回路：该回路构成对高压调节阀开度的控制，维持阀位为定值；

    （4）   主汽压力控制（TPC）回路：构成对机前主汽压力的控制，维持锅炉出口压力稳定；

    （5）   抽汽压力控制回路；

    （6）   汽压（TPL）及真空保护控制回路；

    （7）   防超速保护控制回路（OPC）；

    （8）   快速减负荷控制回路（RB）；

    （9）   伺服放大LVDT反馈回路；

   （10）手动控制回路：该回路只能在并网状态下才能投入。

    以下改造说明均以一台汽轮机配置为例。

    （1） 调节系统

    拆除部件：同步器、抽汽调压器、节流孔、油路遮断器。

    保留部件：高压错油门、高压油动机（各一个）、低压错油门、低压油动机及活动试验油门、油压转换器（各一个）。

    新增部件：油动机控制集成块（2个）、LVDT（2对）、测速传感器等。

    DEH控制系统使用的电液转换器是MOOG公司的D634型直接驱动式伺服阀。如图4所示。

    （2） 保安系统

    拆除部件：启动阀、湿式电磁换向阀。

    保留部件：危急遮断器、危急遮断油门、轴向位移遮断器、电磁阀、主汽门。

    新增部件：OPC快关集成块、安全油压力开关组件。

   （3） 滤油器组件

    为确保DDV电液伺服阀可靠工作，各DDV阀的进油需经过滤油器过滤。滤油器组件由两个滤芯（20μ）和一个差压开关组成。

    DEH系统具有手动控制、操作员自动控制、遥控三种运行方式，各种运行方式间能无扰切换。由于我公司为孤网运行，遥控运行方式未用到。

    3.5  HOLLIAS-DEH控制系统的控制功能

    （1） 升速控制

    我公司由于汽轮机本身的特性限制，所以汽轮发电机组在并网前为手动操作，主油泵工作后，由DEH系统自动完成3000r/min定速。

   （2） 同期并网

    可与自动准同期装置配合，将机组转速调整到电网同步转速，以便迅速完成并网操作。并网时，自动使发电机带上初负荷。

   （3） 阀控方式

    司机通过CRT设置目标阀位或按增、减按钮改变总阀位给定值（单位为%），来调整机组负荷。我公司自备电厂孤网运行，机组正常运行时只投阀控。

   （4） 功控方式

   根据司机设置的目标负荷，自动调整机组负荷。

   （5） 压控方式

    根据司机设置的目标主汽压力，自动调整主汽压力。

   （6） 一次调频

    不调频死区在0~30r/min内连续可调。不等率在3%~6%内连续可调。功控、阀控均具有一次调频能力。DEH系统能适应孤网运行要求。当系统突然甩掉90％额定负荷，能通过一次调频、OPC超速保护维持带厂用电运行。

   （7） 解耦计算

    DEH对转速、负荷、抽汽压力进行控制，实现解耦计算，牵连调节。

   （8） 紧急手动

    系统出现故障时，系统自动切换到手动。操作员通过备用手操盘的增、减按钮来控制阀门开度，维持机组运行。

    为了确保机组的安全，DEH设置了以下限制保护功能。

    ①超速限制

    ②阀位限制

    ③高负荷限制

    ④主汽压力低限制

    ⑤快卸负荷

    我公司DEH系统只提供了接口，实际运行中并未用到此功能。

    ⑥低真空负荷限制

    ⑦超速保护

    原有机械超速保护、原有电气超速保护、DEH软件组态超速保护、DEH测速板硬件超速保护。

    超速保护试验用于检验103%n₀、110%n₀、机械超速保护的动作转速。

    阀门严密性试验可分别进行调门、主汽门严密性试验，并记录转子惰走时间。

    阀门活动试验可分别对各个油动机进行试验。

    停机可以进行仿真试验。

    转速控制范围：40～3600r/min

    转速控制精度：≤±1r/min

    转速不等率：3%～6%范围内在线可调

    甩负荷时转速超调量：<7%，维持3000r/min

    甩全负荷最大飞升转速：<8%

    （1） 控制系统以电调控制为主，硬手操控制为备用。

    （2） 主控单元冗余设计，互为热备用。重要信号采用三选中冗余设计。油动机LVDT反馈为双冗余高选。

    （3） DEH系统失电或液压系统工作油压消失时机组能安全停机。

    （4） 具有完善的保护系统，且能独立于调节系统工作。

    从我公司自备电厂向化工车间供电的具体情况来看，DEH调节系统比汽轮机原有液压调节系统存在很多优越性。

    （1） 采用DEH控制系统后，通过使用磁阻式测速探头、DDV电液转换器、LVDT、快关转换阀等克服了原有机械式液压调节的不足。通过组态能构成各种不同的控制系统，不仅使被调参数准确地维持在给定值上，而且扩展了汽轮机调节保安系统的功能。提高了机组控制精度及其平稳性和可靠性，可延长汽轮发电机组的使用寿命。

    （2） DEH可以与DCS实现一体化，既达到电厂内部信息资源共享，又减少了运行人员，节省了运行成本，提高了运行效率和经济效益。

    （3） 由于我公司用电负荷主要是6台电解槽的整流变压器，而电解槽可能因为其他辅机原因而跳闸，且有电解槽全跳闸的可能性。采用DEH控制系统后，可及时将转速维持在3000r/min，大大提高了电厂运行安全系统，从而避免由于汽轮机飞车或汽轮机组本体及辅机损坏而造成的重大经济损失。

    通过对近3年的机组运行情况总结，发现DEH系统充分体现了计算机控制的精确与便利及液压控制系统的快速响应、安全、驱动力强的特点。使汽轮发电机组平稳运行，降低了发生重大运行事故的机率，保证向化工生产提供高品质的电能及蒸汽，提高了公司的整体经济效益，所以DEH系统是未来电厂自动化运行中的发展趋势。

    [1]张建华主编.热工仪表及自动装置.北京:中国电力出版社,2005.

    [2]林文孚,胡燕编著.单元机组自动控制技术.北京:中国电力出版社,2003.

    [3]DEH操作画面说明.北京和利时公司,2006

    [4]DEH控制系统培训教材.北京和利时公司,2006