一.慨況．
寶鋼電廠1#350mw機(jī)組，是由三菱重工生產(chǎn)的一次中間再熱、雙缸雙排汽的凝汽式機(jī)組。汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原為電液并存型低壓透平油系統(tǒng)，正常運(yùn)行以電調(diào)為主，液調(diào)備用。兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)的跟蹤裝置互為獨(dú)立，可以相互跟蹤切換運(yùn)行。液調(diào)采用旋轉(zhuǎn)阻尼全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電調(diào)（mtm）是一套模擬電調(diào)裝置，與液壓系統(tǒng)配套使用的功-頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制汽機(jī)起動和正常運(yùn)行。
由于運(yùn)行年限較長，設(shè)備老化，備品備件缺乏，2002年3∽6月，電廠對該機(jī)組進(jìn)行大修。大修期間，新華控制工程有限公司對該機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將原調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為低壓純電調(diào)系統(tǒng)。
二、deh/meh系統(tǒng)改造
1．deh系統(tǒng)改造
拆除原液壓備用系統(tǒng)，以新華deh-iiia代替原模擬電調(diào)mtm，deh控制系統(tǒng)見圖1。
本機(jī)共有2只高壓主汽門油動機(jī)，8只高調(diào)門油動機(jī)，2只中壓主汽門油動機(jī)，2只中調(diào)油動機(jī)，所有油動機(jī)不更改。根據(jù)高調(diào)門開啟順序，伺服控制系統(tǒng)反饋和閥位行程指示要求，閥門活動試驗(yàn)方法要求及電液轉(zhuǎn)換器負(fù)載能力，調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造后的電液轉(zhuǎn)換器與各閥門油動機(jī)配置方式為：每只電液轉(zhuǎn)換器控制2只油動機(jī)，共計(jì)6只電液轉(zhuǎn)換器。
該配置方式，可供機(jī)組采用主汽門啟動方式，油動機(jī)與閥門的開啟順序由油動機(jī)調(diào)節(jié)，方便地進(jìn)行閥門活動試驗(yàn)。中壓主汽門油動機(jī)為開關(guān)型，受安全油控制。
高、中壓調(diào)門油動機(jī)每只電液轉(zhuǎn)換器的輸出控制油路上均并聯(lián)配備2只opc電磁閥，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷、超速103％額定轉(zhuǎn)速時(shí)，opc電磁閥動作，將高中壓調(diào)門瞬時(shí)關(guān)閉。每只電液轉(zhuǎn)換器中均設(shè)置了危急繼動器，當(dāng)安全油動作時(shí)，泄去油動機(jī)控制油，使高中壓調(diào)門快速關(guān)閉。
每只可調(diào)節(jié)汽門油動機(jī)上安裝一根閥位變送器（lvdt），該信號送入deh系統(tǒng)，以便監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行狀況。
保留原保安系統(tǒng)中的危急遮斷器、手動脫扣裝置、危急遮斷油門、試驗(yàn)滑閥、遙控復(fù)置裝置、噴油試驗(yàn)裝置等。取消軸向位移、低潤滑油壓、低真空及電磁脫扣等的組合裝置，軸位移、低油壓、低真空用壓力開關(guān)取代。
在控制2只中壓主汽門油動機(jī)的安全油路上，各增設(shè)一只試驗(yàn)電磁閥，電磁閥動作將安全油切斷，并使通至油動機(jī)的安全油泄放掉，使油動機(jī)動作，關(guān)閉中壓汽門進(jìn)行全行程活動試驗(yàn)。
2．meh系統(tǒng)改造
以新華meh代替原bfpt，保留小汽機(jī)就地電液轉(zhuǎn)換器和油動機(jī)。
三、deh/meh系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)
寶鋼1＃機(jī)改造deh、meh系統(tǒng)硬件配置主要由工程師站、操作員站（兼通訊接口站）、基本控制dpu、meh的dpu以及各種i/o卡件、后備手操盤等組成。
整個(gè)系統(tǒng)采用二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，*層采用以太網(wǎng)，第二層采用bitbus總線。系統(tǒng)共配三個(gè)mmi站，三個(gè)dpu站。各站及控制dpu之間，由冗余數(shù)據(jù)高速公路相連。各dpu控制處理單元與它的i/o站，通過冗余的bitbus工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連。
deh－iiia的基本控制部分，由一對冗余的dpu及相應(yīng)的i/o控制卡件組成。三塊轉(zhuǎn)速測量卡（mcp卡）、兩塊回路控制卡（lc卡）、兩塊模擬量輸入卡（ai卡）、兩塊開關(guān)量輸入卡（di卡）組成基本控制的信號輸入部分。do卡作為基本控制的開關(guān)量輸出。輸入i/o卡件及重要信號均采用三選二冗余配置。由另外三塊mcp卡（測速卡）、一塊超速保護(hù)卡（opc卡）及opc端子板，組成一個(gè)硬件的超速保護(hù)控制（opc）功能塊。6塊閥門控制卡（vcc卡）組成閥門伺服控制系統(tǒng)部分，每一塊vcc用于兩個(gè)閥門的控制。
一臺meh由一對dpu及一個(gè)i/o站組成；兩臺meh的控制是獨(dú)立的，其配置*相同。i/o站主要由測速卡、vcc卡、lc卡、di卡、do卡等組成，端子板布置在柜背面。
系統(tǒng)配置三臺人機(jī)接口站，兩臺用作操作員站（兼通訊接口站，完成deh與dcs系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊），一臺用作工程師站。
deh系統(tǒng)配有硬手操盤，以實(shí)現(xiàn)事故情況下通過硬件連接對閥門進(jìn)行手動后備操作，維持機(jī)組運(yùn)行。
deh/meh系統(tǒng)軟件功能與通常純冷凝機(jī)組類似，具有轉(zhuǎn)速控制、自動同期、負(fù)荷控制、一次調(diào)頻、協(xié)調(diào)控制、真空限負(fù)荷、閥切換及閥門試驗(yàn)等。控制方式有oa（操作員自動）、ats（應(yīng)力限制+程控曲線）及aps（apc應(yīng)力遙控），其中ats、aps屬汽機(jī)程控。
ats中簡易應(yīng)力計(jì)算邏輯由deh計(jì)算完成，產(chǎn)生ats時(shí)轉(zhuǎn)速保持信號和升負(fù)荷變化率，ats在并網(wǎng)后閥切換結(jié)束時(shí)退出,回到自動。在此方式下，并網(wǎng)前升速過程為自動進(jìn)行，自動給出轉(zhuǎn)速目標(biāo)值、升速率，自動進(jìn)行暖機(jī)。并網(wǎng)帶初負(fù)荷后，需運(yùn)行人員給出負(fù)荷的zui終目標(biāo)值。
aps中應(yīng)力計(jì)算由apc順控邏輯完成，apc自動給出機(jī)組的轉(zhuǎn)速目標(biāo)及升速率，并網(wǎng)初負(fù)荷（5%或10%）、主汽門/高調(diào)門切換指令，deh僅僅是接收、執(zhí)行apc的指令。aps與deh接口為開關(guān)量,由deh邏輯完成模擬量切換。
四、閥門伺服控制回路
由于一個(gè)電液轉(zhuǎn)換器控制兩個(gè)油動機(jī)，使得采用油動機(jī)位移作伺服回路反饋不方便，閥門伺服控制回路改用油壓反饋，原理如圖2所示。deh輸出的信號到vcc卡，轉(zhuǎn)換為閥位指今，功放輸出去控制電液轉(zhuǎn)換器，將電信號變換為控制油壓。控制油壓經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換為電壓信號反饋回來與閥位指令相比較，二者之差經(jīng)比例放大后，以電流形式（0-400ma）作用在電液轉(zhuǎn)換器上，zui終形成穩(wěn)定的控制油壓，油動機(jī)穩(wěn)定在對應(yīng)的位置。
兩個(gè)油動機(jī)位移（lvdt）送入功放端子板，進(jìn)入deh系統(tǒng)，便于檢測機(jī)組的運(yùn)行狀況。
大機(jī)電液轉(zhuǎn)換器的輸出油壓由壓力變送器檢測，變送器由功放端子板供電（24vdc），變送器整定范圍為0-0.4mpa，4-20ma輸出。油動機(jī)的油壓范圍為0.16-0.33mpa，對應(yīng)于deh中的0-指令。
大機(jī)電液轉(zhuǎn)換器機(jī)械零位調(diào)整為0.12mpa，即當(dāng)機(jī)組復(fù)置后，deh輸出指令為0，油動機(jī)控制油壓為0.12mpa。當(dāng)deh輸出指令逐漸增大到19.05%，功放板輸出電流約為50ma，對應(yīng)閥門控制油壓為0.16mpa，高壓調(diào)節(jié)汽門開始開啟。功放板輸出電流約為250ma時(shí)，調(diào)門開足。
小機(jī)伺服控制回路原理與大機(jī)相同，其電液轉(zhuǎn)換器為原設(shè)備，壓力變送器整定范圍為0-0.4mpa，4-20ma輸出。油動機(jī)的油壓范圍為0.059-0.286mpa，對應(yīng)于meh中的0-指令。
五、超速控制及超速保護(hù)
采用硬件實(shí)現(xiàn)超速控制及保護(hù)功能。它由三塊測速卡（mcp卡）、一塊硬件超速保護(hù)卡（opc）及一塊opc端子板（見圖3）組成。
三塊測速卡分別檢測三路測速探頭來的測速信號，送出轉(zhuǎn)速大于103％和110％信號。opc卡將103%和110％信號經(jīng)硬件三選二后送到opc端子板，zui終產(chǎn)生opc信號，去控制opc電磁閥。如果轉(zhuǎn)速超到110％，送出ast停機(jī)信號到ets系統(tǒng)，使汽輪機(jī)緊急停機(jī)。
三路轉(zhuǎn)速，三路中壓進(jìn)汽壓力和三路發(fā)電機(jī)電流輸入opc端子板（三選二），進(jìn)行汽機(jī)超速、汽機(jī)機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)功率不平衡判別。功率不平衡信號與汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號相疊加，opc動作點(diǎn)如圖4所示。轉(zhuǎn)速大于3210rpm，或功率不平衡差超過60%，opc立即動作，其它情況下的疊加見圖中斜線。
dpu軟件也有超速控制的功能，在轉(zhuǎn)速升高時(shí)也會關(guān)調(diào)門，起到超速控制的作用，但它起作用的速度比硬件慢。綜上，opc實(shí)現(xiàn)功能如下：
·超速保護(hù)103％（107％）：并網(wǎng)前，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的103％；并網(wǎng)后，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的107%（103％被屏蔽），deh立即發(fā)出指令，通過電液轉(zhuǎn)換器及opc電磁閥，快關(guān)高中壓調(diào)門。
·110％超速：當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速超過110％時(shí)，發(fā)出停機(jī)指令，迅速關(guān)閉全部閥門，使機(jī)組停機(jī)。
·甩負(fù)荷預(yù)關(guān)調(diào)門：在機(jī)組帶負(fù)荷30％以上時(shí)，在發(fā)生甩負(fù)荷的瞬間，機(jī)組轉(zhuǎn)速還沒有上升到opc保護(hù)動作轉(zhuǎn)速之前，deh提前關(guān)閉高中壓調(diào)門，起到有效的超速保護(hù)作用。
·瞬間甩負(fù)荷控制：如果發(fā)電機(jī)電功率驟減，汽機(jī)功率與發(fā)電機(jī)功率之差超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)，deh快速關(guān)閉高中壓調(diào)門，降低汽機(jī)功率，從而降低電網(wǎng)動態(tài)zui大功角，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。
·超速試驗(yàn)：通過deh可方便安全地進(jìn)行103％、107％、110％及機(jī)械超速試驗(yàn)。
六、deh與dcs系統(tǒng)通訊
dcs為西屋ovation系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)操作一體化，即在dcs操作員站上進(jìn)行deh/meh控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、報(bào)警等，deh與dcs通訊接口設(shè)計(jì)如圖5所示。
deh通信接口站、dcs側(cè)232/485轉(zhuǎn)換器、rlc卡及控制器均冗余配置，實(shí)現(xiàn)了deh與dcs通訊的冗余，確保機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。
deh側(cè)通訊接口軟件運(yùn)行于通信接口站，采用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)信是modbus協(xié)議。deh端作為從站，dcs端為主站，從站deh端執(zhí)行來自dcs端的指令，并將有關(guān)數(shù)據(jù)送到dcs端顯示。通訊正常，能夠滿足操作要求，只是該串口通訊方式數(shù)據(jù)傳遞速率較慢。
七、機(jī)組啟動投運(yùn)
寶鋼電廠1#350mw改造機(jī)組，于6月8日晚*次沖轉(zhuǎn)3000rpm成功，10日第二次沖轉(zhuǎn)成功，之后做電氣試驗(yàn)、并網(wǎng)帶負(fù)荷暖機(jī)。解列進(jìn)行超速試驗(yàn)（103%超速試驗(yàn)、107%超速試驗(yàn)、機(jī)械超速試驗(yàn)），陸續(xù)進(jìn)行了閥切換、功率回路投切、調(diào)壓回路投切、閥門松動試驗(yàn)及協(xié)調(diào)控制試驗(yàn)，投入真空限負(fù)荷、高低負(fù)荷限制等功能。分別采用aps、ats及oa方式?jīng)_轉(zhuǎn)成功。6月21日，該機(jī)組甩50%負(fù)荷試驗(yàn)成功，zui高轉(zhuǎn)速3089rpm。改造后的deh系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)間快，控制精度高，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于原調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
寶鋼電廠350mw機(jī)組低壓純電調(diào)的成功投運(yùn)，可為類似機(jī)組的改造提供借鑒。