文献标识码：B文章编号：1003-0492（2022）12-058-04中图分类号：TP273

★ 李明（杭州和利时自动化有限公司，山东济南250000）

★ 李雄伟（杭州和利时自动化有限公司，陕西西安710061）

★ 张天宇（南京邮电大学通达学院，江苏扬州225127）

摘要：近年来，大量中小型汽轮发电机组在余热发电、垃圾焚烧发电等领域得到了广泛的应用，汽轮机DEH控制系统也由此得到了快速的发展。为提高生产工艺运行稳定性，面对设备仪器的快速更新，应用新型技术完善优化控制系统，可以提高汽轮发电机组的效率。本文结合项目实践对DEH控制系统在某项目现场的应用进行了简要总结。

关键词：高效汽轮机；国产化；DEH系统

在工业生产中，直接用汽轮机作为原动力机来驱动一些大型的机械设备。工业汽轮机既可使用燃料或利用各类工业生产流程在锅炉中产生的蒸汽，也可利用生产流程中的余汽。随着化工、炼油和冶金等工业的发展，以及节约能源的需求，工业汽轮机将得到更广泛的应用。为了更好地节约能源，小型工业汽轮机正日益受到重视。

在国内首批生物质发电项目中，普遍存在运行经济性问题，即便财政补贴到位、机组运行积极，企业仍勉强处于盈亏平衡点上。因此，目前如何提高汽轮机的效率成为迫切需要解决的技术问题。如果通过高效汽轮机改造可提高15%的效率，意味着同样燃料的情况下，可以多发15%的电，将大幅提高运行经济性。

汽轮机数字电液控制系统（DEH）是电站汽轮发电机组重要的组成部分，是汽轮机起动、停止、正常运行和事故工况下的调节控制器。DEH控制系统与EH系统组成的电液控制系统，通过控制汽轮机主汽门和调门的开度，实现对汽轮发电机组的转速、负荷、压力等的控制。近20年来，国内汽轮机控制系统的发展经历了一段较快的成长期，在火电、热电、新能源等行业中逐渐替代进口品牌产品。大量中小型汽轮发电机组在余热发电、垃圾焚烧发电等领域得到了广泛的应用，汽轮机DEH控制系统也由此得到了快速的发展。

和利时DEH在国内一流专家的指导下，从1997年成功开发应用，至今已经开发研制出适合于1000MW、600MW、300MW、200MW及中小机组的汽轮机数字式电液调节系统，应用范围遍布大型火电、热电联产、余热利用、生物质发电及工业拖动机组，能为各个用户提供专业化、个性化解决方案。和利时T800K系列DEH控制系统，以和利时HOLLiASMACS-K系统为平台，属于和利时DEH第三代产品。

某生物质热电项目引进高效反动式技术国产化后制造的新型汽轮机，应用和利时T800K系列DEH控制系统并网发电后，同样锅炉和相同蒸汽量，上网电量由6MW/h提高到7.2MW/h，每年增发电收益超过1000万元，效率明显优于传统机组。

1 系统硬件结构

该项目使用和利时DEH控制系统，硬件：T800K，软件：HOLLiASMACSV6；液压部分使用高压抗燃油MOOG761伺服阀，六线制位移传感器LVDT。执行机构采用国内较少见的2+3+3布置，包括：高压主汽阀执行机构（2套），高压调节汽阀执行机构（3套）及中压调节汽阀执行机构（3套）。其中DEH专用模块为伺服模块K-SV01和测速模块K-FC01。伺服模块K-SV01与现场电液转换器、油动机、位移传感器共同组成电液控制系统，实现对汽轮机调节阀的控制。伺服单元具有LVDT调制解调功能，伺服单元将下发的指令与LVDT反馈信号进行比较，完成调门的闭环控制功能。与K-FC01共同使用可以实现快速调频功能。伺服模块输出最大信号范围为-200mA～200mA，与DDV、MOOG、CPC、VOITH等常用伺服阀均可配套使用。一套DEH系统配置3块测速模块K-FC01，每一个模块既是一个测量卡件，也是一个转速保护卡件，单个卡件具有超速103%和110%报警输出，3块卡件通过硬接线方式组成超速3取2信号输出，可以减少误动和拒动的概率。同时，与伺服单元共同使用，可以实现DEH孤网运行功能。汽轮机高调和中调共6台油动机使用6块K-SV01伺服卡控制MOOG761伺服阀，接收±50mA控制信号，指令从K-SV01伺服卡SO通道输出，K-SV01接入六线制双支LVDT信号。

图1 系统硬件结构图

图2 系统网络结构图

2 系统软件方案

DEH系统由两大部分组成，即液压控制系统和电气控制系统。液压控制系统作为调节系统的动力单元，用以驱动阀门，使阀门的开度按着阀位指令而改变；电气控制系统实现各种控制功能，如转速控制、功率控制、主汽压力控制、手/自动切换等，并最终形成各个阀门的阀位指令。

该项目使用和利时MACSV6软件实现机组DEH控制方案，并结合机组特性进行了针对性优化调整，使之能够满足控制要求和技术要求。主要功能包含：控制回路、限制保护回路和试验回路。

机组设置升速和升负荷曲线，挂闸且满足启动条件后，3台高调油动机以顺序阀方式开启，经过精确的流量计算，以1850rpm/min的升速率，从盘车转速（160rpm）升速至额定转速（7535rpm），中间不经暖机，冲转时间不足5分钟。定速并各项试验完成，机组并网后自动初负荷，经热状态判断置位自动负荷曲线生效并计时，机组自动/手动方式升负荷至额定功率。

（1）机组升速过程中，DEH为转速闭环无差调节系统。给定转速与实际转速之差，经PID（中文）调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。操作员通过操作员站上的软操盘设置升速率、目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近，实际转速随之变化。国内常规机组包含转速临界区，当进入临界转速区时，需要自动以临界升速率快速过临界。在升速过程中，通常需对汽轮机进行暖机，以减小热应力。本次项目机组以固定1850rpm/min升速率进行升速，显著减少了机组启动所需时间。

（2）机组同期并网时，总阀位给定立即阶跃增加4~6%，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方便地无扰切换。并且可与协调控制主控器配合，完成机炉协调控制功能。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。本次项目机组并网后可直接进入功率控制方式，经热状态判断后以对应的负荷曲线在功控方式自动升负荷至额定功率。配合设置的计时器对升负荷过程进行监控，确保机组在负荷曲线范围内安全运行。

（3）为了确保机组的安全，还设置了多种超速限制、负荷限制、主汽压力限制及打闸保护功能。部分试验还需进行在线试验，如主汽门活动性试验，调门活动性试验，以验证机组运行可靠与正确。机组通过多个点位的温度传感器判断热状态，采集机组重要运行状态信号，计算运行曲线和参数，以顺序阀的阀门管理方式，按照安全、经济的原则自动完成汽轮机的启动升负荷及变工况控制。

图3 机组并网后的电调主控状态

图4 机组并网后的负荷限制功能

3 系统调试及应用总结

（1）流量折线实现的三调门顺序阀控制。汽轮机执行机构采用国内较少见的2+3+3布置，包括：高压主汽阀执行机构（2套），高压调节汽阀执行机构（3套）及中压调节汽阀执行机构（3套）。高调和中调共6台油动机使用6块K-SV01伺服卡进行控制，控制要求为固定顺序阀方式实现阀门管理。

机组升速与升负荷初期，均曾出现持续、明显波动的现象。升速时阀门微小波动（≤1mm）情况下，转速波动曾达到±30rpm。经详细排查与分析，3台高压调门的流量参数较特殊，阀门开启初始阶段流量变化大，阀门灵敏度高，对阀门控制精度和动态响应性能提出了高于常规机组的要求。经流量换算后采用DEH_CRTRRB设置顺序阀折线，将高压缸流量指令分配给CV1~CV3阀位给定，优化CV1~CV3伺服控制参数，检查维护位移传感器LVDT等各项工作，使用千分表固定于调门螺杆，以0.005mm的梯度反复进行拉阀试验，调试完成后定速7535转时波动≤±1rpm，最终实现了良好的控制效果。

（2）汽轮机升速和升负荷曲线自动控制。该系统升速和升负荷阶段，均要求按照曲线实现汽轮机自启动控制。调试初期并网后功率控制亦曾出现明显波动，不能稳定升负荷，功率闭环复位跳至阀位开环方式。该现象考虑为功率PID经验参数不适用所致。结合流量/开度曲线，引入功控PID参数估算方法。经计算后修改PID参数，微调后即取得了良好的功率控制效果。

图5 系统功率PID参数

图6 常顺序阀运行方式下的工艺状态

4 总结

该项目引进高效反动式汽轮机技术进行国产化，机组启动快速，自动化程度高，节省了操作员工作时间和强度。经专业机构测算，汽轮机效率可高出国内同行业汽轮机15%～20%，为工业过程自动化生产所需汽轮机提供了更优质的选择。同时国内小型存量机组也存在巨大的改造空间。2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。随着国内持续推进产业结构和能源结构调整，努力兼顾经济发展和绿色转型同步进行，效率低的老旧汽轮机组将逐步淘汰，生物质、垃圾发电、太阳能光热发电等新领域所需汽轮机有了更优质的选择，对配套的DEH控制系统也提出了新的要求和方向。

作者简介：

李  明（1984-），男，山东济南人，工程师，学士，现就职于杭州和利时自动化有限公司，研究方向为汽轮机控制技术。

李雄伟（1983-），男，陕西西安人，工程师，学士，现就职于杭州和利时自动化有限公司，研究方向为DEH系统设计。

张天宇（1999-），男，山东德州人，学士，现就读于南京邮电大学通达学院，研究方向为工厂过程自动化控制、DCS系统控制、DEH电液控制系统、PLC系统控制等。

参考文献：

[1] 陆会明．控制装置与仪表[M]. 北京: 机械工业出版社, 2007.

[2] 和利时. DEH工程调试及维护[Z]. 2021.

[3] 和利时. HOLLiAS_MACS_K系列硬件使用手册[Z]. 2019.

摘自《自动化博览》2022年12月刊