汽轮机电液控制系统仿真验收
汽轮机电液控制系统仿真验收
DEH在实际投运前须经过设备出厂验收。在系统安装完成后，还需在现场进行启动前的实验及验收。在各项功能正常后，机组再进行正式启动。DEH系统在现场的启动前验收，是保证机组一次启动成功的关键。DEH的验收须通过仿真器或软件仿真。本文介绍了新华公司DEH验收的主要方法。
实验一、概述汽轮机电液控制系统(DEH系统)由计算机控制部分和液压执行机构(EH)部分组成。DEH是控制汽轮机运行的专用设备，主要对汽轮发电机组进行转速控制、负荷控制、超速保护控制及各种在线试验，并配合协调控制系统进行机组协调控制、AGC等。由于DEH控制逻辑比较复杂，且汽轮机首次冲转启动过程中，需解决机组本身的振动等主、辅机的一系列问题，要求DEH投自动，并能稳定、可靠地控制机组转速，不能出现由于PID参数、阀门曲线不符等造成的转速控制不稳。机组启动中没有时间给DEH进行大规模的组态修改。因而，要求在机组启动前能对DEH的控制逻辑、保护逻辑、基本控制功能进行实验验证，初步确定PID参数等，同时验证液压系统动作灵活、可靠，满足DEH控制要求，以保证机组一次启动成功。对DEH系统的验收，除了对设备的各部分，即DEH的计算机控制部分(一般简称DEH)、EH部分进行常规的检验外，还要对DEH的系统功能性能进行验收。在机组阀门、油动机及液压系统安装完毕，分部调试及实验完毕后，要将DEH与EH进行联调，带实际的阀门、油动机进行各项实验。验收合格后，才能进行机组的启动。在机组启动前对系统功能的验收主要通过仿真来进行的。新华公司投运的所有DEH中，均坚持在厂内调试、出厂验收及启动前验收均带仿真器进行实验，既方便了调试工作，又保证了系统的正确性及性能，所有投运机组均达到一次启动成功。本文主要介绍DEH仿真试验的方法及联调的经验。
二、DEH仿真试验方法DEH一般由人机接口(MMI)站、控制处理计算机(DPU)及I/O卡件组成。MMI站是人机接口的界面，操作人员通过它监视系统状态、实时数据，并发出DEH的操作控制指令。DPU是控制系统的核心，接收来自MMI的指令及I/O卡件采集的状态及过程参数，进行实时数据处理和逻辑判断，再通过I/O卡件输出控制信号，并将系统的数据送MMI站显示、处理。I/O卡件负责现场的数据采集，接收DPU送出的控制指令，控制现场设备。DEH的控制对象是汽轮发电机组，在机组启动前对DEH进行试验验收，需依靠仿真。仿真一般有软件仿真和硬件仿真两种。
仿真是模拟汽轮发电机组的调节特性，即从主蒸汽压力(流量)开始，经过汽轮机阀门及旁路阀门，产生汽轮机的机械功率、转速、各段汽压，再模拟电网特性，产生机组的输出功率。DEH控制实际对象及硬件仿真试验的简图如图(一)。
硬件仿真时，DEH外接一个仿真器，接受DEH输出的指令信号。仿真器显示操作部分主要产生机组的状态信号，如挂闸、并网、盘车等。仿真器接收这些信号，通过数学模型计算出汽机的转速、功率、调节级压力、排汽(抽汽)压力等信号。输入/输出部分将这些信号送到DEH的I/O通道，使DEH控制器与模拟对象——仿真器构成一个完整的闭环系统。
从图(一)可以看出，硬件仿真器所接收及产生的信号类型与实际机组设备(如伺服阀)和变送器所接收和产生的信号类型完全一样，所用的DEH的I/O也完全一样。在仿真时，将到现场的线断开，转接到仿真器，做完仿真后，恢复现场接线即可。即图一中所有开关朝下为仿真，朝上为实际机组。所以，对DEH控制器来说，并不知道信号是连到仿真器还是连到现场。做仿真时所用的DPU内的控制软件、MMI内的软件与实际机组中使用的完全相同。只要仿真器模型做得足够精确，DEH控制仿真器还是控制实际机组，并无区别。只要仿真试验正确，在现场设备正常的情况下，即可保证机组启动正确。DEH设计中，为方便进行硬件仿真器的连接，我公司采用了仿真转接端子排，将仿真器电缆接到仿真转接端子排时，DEH与现场信号断开，连接仿真器信号。拔除仿真器电缆，DEH卡即与现场信号连通，使用方便。DEH仿真器还可进行半实物仿真试验。在公司实验室或机组安装现场，如EH系统安装调试完毕，可将EH部分的信号取自实际系统。阀门指令、OPC信号是送到伺服阀、电磁阀；阀位反馈信号、机组挂闸信号等来自油动机的LVDT、EH安全系统压力开关等；其它信号，如转速、功率、汽压、并网等，由于实际机组并未启动，所以仍来自仿真器输出。这样，就可完成带实际EH系统联动的半实物仿真实验，可以检验DEH控制系统包括EH系统的正确性及性能。采用软件仿真时，无需外接仿真器或其它硬件的设备，但需安装仿真软件，如图(二)。
即在MMI站中加入仿真器部分的操作、显示软件，在DPU中加入仿真软件，并将原先的I/O映射表删去，切除I/O站的扫描。DEH控制软件中所需的信号，如转速、功率等，并不来自I/O卡件，而是来自仿真软件。仿真软件的安装实际上需对原先的DEH软件进行更改。所以，仿真时用的软件与控制实际机组时用的软件件是不完全相同的。软件仿真时，由于不需通过I/O卡件，也就检测不到I/O通道，如转速通道、伺服回路、超速保护控制。再加上软件运行周期的影响，软件仿真只能定性检查控制系统的逻辑、控制功能。仿真的结果与实际差别较大。对于复杂的系统，由于仿真软件本身较复杂，仿真软件与控制软件混合在一起，使仿真的可信度进一步下降。软件仿真多用于对DEH控制软件的逻辑、功能的初步定性检查，或用于操作人员培训之用。我公司一般均采用硬件仿真的方法来检验DEH。特别是对纯电调、抽汽机组等复杂的机组。但对一些回路较少、功能相对简单、重要性相对较低的DEH，如电液并存或控制同步器马达的DEH，我们也采用软件仿真的方法进行检验。但无论用何种方法，机组启动前都要进行电－液联调。
三、DEH系统的电－液联调试验在DEH控制器及液压系统分别调试试验后，DEH系统必须进行电－液联调试验，系统实验合格后，才能进行机组的正式启动。
(1)阀门位移变送器(LVDT)调整。LVDT调整使阀门机械零位，满度与变送器信号对应，保证精度，线性度指标。
(2)阀门伺服阀带油动机与DEH阀门控制卡进行伺服回路的闭环调试。伺服回路的滞缓率特性测试。伺服系统闭环调试保证执行机构(阀门油动机)的良好的动作灵活性、跟随性和定位精度。伺服回路不发生振荡，也不产生过大的滞缓率。
(3)DEH系统安全系统动作时阀门快关测试。汽轮机控制超速的性能取决于DEH检测转速信号或甩负荷信号到发出指令，安全系统动作，最终阀门关闭的时间。在联调时要对这一过程的时间进行测试。首先要保证阀门的快速关闭时间在设计值。300MW机组阀门快关时间为0.15秒，系统其它动作延时时间不应超过0.1秒。
(4)DEH带液压系统及实际油动机做混合仿真性能测试。新华公司DEH仿真器设计可以带液压系统及实际油动机进行仿真试验，提供了用户在机组启动前带油动机进行DEH各控制、保护功能验收的条件，可按照控制功能要求进行各功能的实验和验收，保证机组安全、成功启动。
四、DEH启动前的功能验收机组启动前，DEH带油动机进行仿真试验时，主要是对DEH的基本控制功能进行检验和验收。验收的主要功能有：(1)升速控制、阀切换、暖机、过临界转速(2)自动同期接口(3)并网、带初负荷
(4)升/降负荷控制、升负荷率、负荷限制(5)功率回路等的投切、开环、闭环负荷控制(6)遥控运行方式(CCS协调控制、AGC控制等)(7)单阀/顺序阀运行方式及切换
(8)机组要求的启动方式(高压缸启动、中压缸启动等)
(9)其它要求的控制功能(如一次调频、机调压、Runback、抽汽机组的抽汽调节功能等)(10)手动控制及手/自动切换(11)超速保护、甩负荷(12)超速保护试验(13)阀门试验
(14)机组要求实现的其它试验功能(如汽门严密性试验、喷油试验等)
五、结论DEH系统在启动前进行的联调及仿真实验是保证机组成功启动的重要步骤，对纯电调DEH等较为复杂的系统，采用硬件仿真方式较为合理。
扩展阅读：汽轮机电液控制系统仿真验收
中国电力（）
汽轮机电液控制系统仿真验收[日期：201*-08-22][来自：新华控制工程有限公司]
DEH在实际投运前须经过设备出厂验收。在系统安装完成后，还需在现场进行启动前的实验及验收。在各项功能正常后，机组再进行正式启动。DEH系统在现场的启动前验收，是保证机组一次启动成功的关键。DEH的验收须通过仿真器或软件仿真。本文介绍了新华公司DEH验收的主要方法。
实验一、概述汽轮机电液控制系统(DEH系统)由计算机控制部分和液压执行机构(EH)部分组成。DEH是控制汽轮机运行的专用设备，主要对汽轮发电机组进行转速控制、负荷控制、超速保护控制及各种在线试验，并配合协调控制系统进行机组协调控制、AGC等。由于DEH控制逻辑比较复杂，且汽轮机首次冲转启动过程中，需解决机组本身的振动等主、辅机的一系列问题，要求DEH投自动，并能稳定、可靠地控制机组转速，不能出现由于PID参数、阀门曲线不符等造成的转速控制不稳。机组启动中没有时间给DEH进行大规模的组态修改。因而，要求在机组启动前能对DEH的控制逻辑、保护逻辑、基本控制功能进行实验验证，初步确定PID参数等，同时验证液压系统动作灵活、可靠，满足DEH控制要求，以保证机组一次启动成功。对DEH系统的验收，除了对设备的各部分，即DEH的计算机控制部分(一般简称DEH)、EH部分进行常规的检验外，还要对DEH的系统功能性能进行验收。在机组阀门、油动机及液压系统安装完毕，分部调试及实验完毕后，要将DEH与EH进行联调，带实际的阀门、油动机进行各项实验。验收合格后，才能进行机组的启动。在机组启动前对系统功能的验收主要通过仿真来进行的。新华公司投运的所有DEH中，均坚持在厂内调试、出厂验收及启动前验收均带仿真器进行实验，既方便了调试工作，又保证了系统的正确性及性能，所有投运机组均达到一次启动成功。本文主要介绍DEH仿真试验的方法及联调的经验。
二、DEH仿真试验方法DEH一般由人机接口(MMI)站、控制处理计算机(DPU)及I/O卡件组成。MMI站是人机接口的界面，操作人员通过它监视系统状态、实时数据，并发出DEH的操作控制指令。DPU是控制系统的核心，接收来自MMI的指令及I/O卡件采集的状态及过程参数，进行实时数据处理和逻辑判断，再通过I/O卡件输出控制信号，并将系统的数据送MMI站显示、处理。I/O卡件负责现场的数据采集，接收DPU送出的控制指令，控制现场设备。DEH的控制对象是汽轮发电机组，在机组启动前对DEH进行试验验收，需依靠仿真。仿真一般有软件仿真和硬件仿真两种。
仿真是模拟汽轮发电机组的调节特性，即从主蒸汽压力(流量)开始，经过汽轮机阀门及旁路阀门，产生汽轮机的机械功率、转速、各段汽压，再模拟电网特性，产生机组的输出功率。DEH控制实际对象及硬件仿真试验的简图如图(一)。中国电力（）
硬件仿真时，DEH外接一个仿真器，接受DEH输出的指令信号。仿真器显示操作部分主要产生机组的状态信号，如挂闸、并网、盘车等。仿真器接收这些信号，通过数学模型计算出汽机的转速、功率、调节级压力、排汽(抽汽)压力等信号。输入/输出部分将这些信号送到DEH的I/O通道，使DEH控制器与模拟对象——仿真器构成一个完整的闭环系统。
从图(一)可以看出，硬件仿真器所接收及产生的信号类型与实际机组设备(如伺服阀)和变送器所接收和产生的信号类型完全一样，所用的DEH的I/O也完全一样。在仿真时，将到现场的线断开，转接到仿真器，做完仿真后，恢复现场接线即可。即图一中所有开关朝下为仿真，朝上为实际机组。所以，对DEH控制器来说，并不知道信号是连到仿真器还是连到现场。做仿真时所用的DPU内的控制软件、MMI内的软件与实际机组中使用的完全相同。只要仿真器模型做得足够精确，DEH控制仿真器还是控制实际机组，并无区别。只要仿真试验正确，在现场设备正常的情况下，即可保证机组启动正确。DEH设计中，为方便进行硬件仿真器的连接，我公司采用了仿真转接端子排，将仿真器电缆接到仿真转接端子排时，DEH与现场信号断开，连接仿真器信号。拔除仿真器电缆，DEH卡即与现场信号连通，使用方便。DEH仿真器还可进行半实物仿真试验。在公司实验室或机组安装现场，如EH系统安装调试完毕，可将EH部分的信号取自实际系统。阀门指令、OPC信号是送到伺服阀、电磁阀；阀位反馈信号、机组挂闸信号等来自油动机的LVDT、EH安全系统压力开关等；其它信号，如转速、功率、汽压、并网等，由于实际机组并未启动，所以仍来自仿真器输出。这样，就可完成带实际EH系统联动的半实物仿真实验，可以检验DEH控制系统包括EH系统的正确性及性能。采用软件仿真时，无需外接仿真器或其它硬件的设备，但需安装仿真软件，如图(二)。中国电力（）
即在MMI站中加入仿真器部分的操作、显示软件，在DPU中加入仿真软件，并将原先的I/O映射表删去，切除I/O站的扫描。DEH控制软件中所需的信号，如转速、功率等，并不来自I/O卡件，而是来自仿真软件。仿真软件的安装实际上需对原先的DEH软件进行更改。所以，仿真时用的软件与控制实际机组时用的软件件是不完全相同的。软件仿真时，由于不需通过I/O卡件，也就检测不到I/O通道，如转速通道、伺服回路、超速保护控制。再加上软件运行周期的影响，软件仿真只能定性检查控制系统的逻辑、控制功能。仿真的结果与实际差别较大。对于复杂的系统，由于仿真软件本身较复杂，仿真软件与控制软件混合在一起，使仿真的可信度进一步下降。软件仿真多用于对DEH控制软件的逻辑、功能的初步定性检查，或用于操作人员培训之用。我公司一般均采用硬件仿真的方法来检验DEH。特别是对纯电调、抽汽机组等复杂的机组。但对一些回路较少、功能相对简单、重要性相对较低的DEH，如电液并存或控制同步器马达的DEH，我们也采用软件仿真的方法进行检验。但无论用何种方法，机组启动前都要进行电－液联调。三、DEH系统的电－液联调试验在DEH控制器及液压系统分别调试试验后，DEH系统必须进行电－液联调试验，系统实验合格后，才能进行机组的正式启动。
(1)阀门位移变送器(LVDT)调整。LVDT调整使阀门机械零位，满度与变送器信号对应，保证精度，线性度指标。
(2)阀门伺服阀带油动机与DEH阀门控制卡进行伺服回路的闭环调试。伺服回路的滞缓率特性测试。伺服系统闭环调试保证执行机构(阀门油动机)的良好的动作灵活性、跟随性和定位精度。伺服回路不发生振荡，也不产生过大的滞缓率。
(3)DEH系统安全系统动作时阀门快关测试。汽轮机控制超速的性能取决于DEH检测转速信号或甩负荷信号到发出指令，安全系统动作，最终阀门关闭的时间。在联调时要对这一过程的时间进行测试。首先要保证阀门的快速关闭时间在设计值。300MW机组阀门快关时间为0.15秒，系统其它动作延时时间不应超过0.1秒。
(4)DEH带液压系统及实际油动机做混合仿真性能测试。新华公司DEH仿真器设计可以带液压系统及实际油动机进行仿真试验，提供了用户在机组启动前带油动机进行DEH各控制、保护功能验收的条件，可按照控制功能要求进行各功能的实验和验收，保证机组安全、成功启动。
四、DEH启动前的功能验收机组启动前，DEH带油动机进行仿真试验时，主要是对DEH的基本控制功能进行检验和验收。验收的主要功能有：(1)升速控制、阀切换、暖机、过临界转速中国电力（）
(2)自动同期接口(3)并网、带初负荷
(4)升/降负荷控制、升负荷率、负荷限制(5)功率回路等的投切、开环、闭环负荷控制(6)遥控运行方式(CCS协调控制、AGC控制等)(7)单阀/顺序阀运行方式及切换
(8)机组要求的启动方式(高压缸启动、中压缸启动等)
(9)其它要求的控制功能(如一次调频、机调压、Runback、抽汽机组的抽汽调节功能等)(10)手动控制及手/自动切换(11)超速保护、甩负荷(12)超速保护试验(13)阀门试验
(14)机组要求实现的其它试验功能(如汽门严密性试验、喷油试验等)
五、结论DEH系统在启动前进行的联调及仿真实验是保证机组成功启动的重要步骤，对纯电调DEH等较为复杂的系统，采用硬件仿真方式较为合理。
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