抽汽式汽轮机调节系统说明书概要.docx
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抽汽式汽轮机调节系统说明书概要
Z700.08/01版本A
C15-4.90/0.981-3型
15MW抽汽式汽轮机
调节系统说明书
南京汽轮电机（集团）有限责任公司
南京汽轮电机（集团）有限责任公司
代号Z700.08/01版本A
代替
C15-4.90/0.981-315MW抽汽式汽轮机调节系统说明书
共24页第1页
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审定
批准
A
1
3
2003调Z510-002
鲍军03.6
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底图号
旧底图号
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目次
1引言
本说明书为C15-4.9/0.981-3型抽汽式汽轮机调节保安系统的安装，调试以及日后的使用维护和检修提供必要的依据。
本说明书分别列出了调节（控制）、保安、供油及热工系统的主要技术规范，并对其工作原理，功能，调整与试验，系统各部套的主要安装数据等进行介绍；并简单介绍了汽轮机热工控制系统。
在使用说明书时，还需要随时参考本机组的其他有关文件和图纸，特别是与调节系统有关的系统总图及相关部套图纸。
2调节保安系统的主要技术规范
序号
项目
单位
技术规范
备注
1
汽轮机额定转速
r/min
3000
2
汽轮机额定抽汽压力
MPa（a）
0.981
3
汽轮机额定抽汽压力调整范围
MPa（a）
0.785～1.275
4
油泵进口油压
MPa
0.1～0.15
5
主油泵出口油压
MPa
～1.27
6
转速不等率
%
3～6
7
迟缓率
%
≤0.2
8
压力不等率
%
≤10
9
油动机最大行程
mm
155
10
中压油动机最大行程
mm
100
11
危急遮断器动作转速
r/min
3270～3330
12
危急遮断器复位转速
r/min
3055±15
13
喷油试验时危急遮断器动作转速
r/min
2920±30
14
转速表超速保护值（停机）
r/min
3270
15
转子轴向位移报警值（付推定位）
mm
+1.0或-0.6
负为反向
16
转子轴向位移保护值
mm
+1.3或-0.7
停机值
17
润滑油压降低报警值
MPa
0.05～0.055
18
润滑油压降低报警值
MPa
0.04
19
润滑油压降低保护值（停机）
MPa
0.02～0.03
20
润滑油压降低保护值（停盘车）
MPa
0.015
21
润滑油压升高报警值（停电动泵）
MPa
0.16
22
主油泵出口油压低报警值
MPa
1.0
23
轴承回油温度报警值
℃
65
24
轴瓦温度报警值
℃
100
25
冷凝器真空降低报警值
MPa
-0.087
26
冷凝器真空降低保护值（停机值）
MPa
-0.061
27
轴承座振动报警值
mm
0.06
28
主蒸汽压力高报警值
MPa（a）
5.1
29
主蒸汽温度高报警值
℃
480
30
电液驱动器供油压力额定值
MPa
3.5
31
电液驱动器供油压力低报警
MPa
2.5
32
电液驱动器供油压力低停机
MPa
1.0
33
电液驱动器供油温度高报警值
℃
60
34
电液驱动器供油温度低报警值
℃
40
35
电控油箱油位高报警值
mm
+100
36
电控油箱油位低报警值
mm
-100
37
DEH控制器超速停机值
r/min
3270
3.调节系统的工作原理和系统介绍
抽汽式汽轮机调节系统采用数字电液调节系统（简称DEH），采用DEH系统将比一般液压系统控制精度高，自动化水平大大提高，热电负荷自整性也高，它能实现升速（手动或自动），配合电气并网，负荷控制（阀位控制或功频控制），抽汽热负荷控制及其他辅助控制，并与DCS通讯，控制参数在线调整和超速保护功能等。
能使汽轮机适应各种工况并长期安全运行。
3.1基本原理
并网前在升速过程中，转速闭环为无差控制，505E控制器将测量的机组实际转速和给定转速的偏差信号经软件分析处理及PID运算后作为给定输入到阀位控制器并与油动机反馈信号比较后将其偏差放大成电流信号来控制电液驱动器及调节阀门开度，从而减少转速偏差，达到转速无差控制，当转速达到3000/min时，机组可根据需要定速运行，此时DEH可接受自动准同期装置发出的或运行人员手动操作指令，调整机组实现同步，以便并网。
机组并网后，如果采用功率闭环控制，可根据需要决定DEH使机组立即带上初负荷，DEH实测机组功率和机组转速作为反馈信号，转速偏差作为一次调频信号对给定功率进行修正，功率给定与功率反馈比较后，经PID运算和功率放大后，通过电液驱动器和油动机控制调节阀门开度来消除偏差信号，对机组功率实现无差调节，若功率不反馈，则以阀位控制方式运行，即通过增加转速设定，开大调节汽阀，增加进汽量达到增加负荷的目的。
在甩负荷时，DEH自动将负荷调节切换到转速调节方式。
机组容量较小时建议可不采用功率闭环控制。
在机组带上一定电负荷后可根据需要带热负荷时可以投入抽汽控制。
DEH控制器根据机组工况图对机组电负荷及抽汽压力或流量进行自整控制。
3.2DEH系统构成
3.2.1机械超速保安系统（详见5.1）
3.2.2主汽门自动关闭器及控制装置（启动阀）。
主汽门能够实现远程控制及现场手动。
功能结构图如下，启动阀控制主汽门执行机构（主汽门自动关闭器）上下动作进而控制主汽门开启。
启动阀的操作可手动也可通过伺服电机控制，同时启动阀可以对机组挂闸（机械超速复位），在正常运行时安全油将启动阀右部切换阀顶起，接通启动油路开启主汽门，在停机时安全油泄掉，切换阀切断启动油，并泄掉自动关闭器的油缸腔室中的油，使主汽门快速关闭。
活动滑阀可在机组运行时在线活动主汽门以妨其卡涩。
具体控制可由热工继电器回路实现，也可由DCS软伺放实现，为确保机组安全，在停机后控制启动阀电机反向旋转（即退回启动阀）关闭主汽门。
以妨事故后挂闸主汽门突然打开造成机组转速飞升。
3.2.3伺服执行机构，主要包括电液驱动器，油动机（两套）。
电液伺服阀为动圈式双极型位置输出（积分型），作为油动机的先导机构拖动错油门控制油动机活塞动作。
油动机错油门与电液伺服阀通过杠杆机械半刚性连接。
同时原错油门下的单向阀保留，在保安系统遮断状况下，事故油仍可关闭油动机。
其结构原理见右图。
电液伺服阀是汽轮机电液控制系统设计的关键电—位移转换元件，它能把微弱的电气信号通过电液放大转换为具有相当大的作用力的位移输出。
电液伺服阀主要由动圈式力马达、控制滑阀及随动活塞三大部分组成，控制滑阀与随动活塞之间采用直接位置反馈，安装方式采用板式连接。
详见电液转换器说明书。
3.2.4电液驱动器供油系统（详见4.2）
3.2.5DEH装置
DEH装置核心部分，主要采用美国WOODWORD公司产品，其型号为WOODWORD505E及其DRFD阀位控制器。
WOODWARD505E是基于32位微处理器适合单抽汽轮机控制用的数字控制器。
它集现场组态控制和操作盘于一体。
操作盘包括一个两行（24个字符）显示，一个有30个操作键的的面板，操作盘用来组态505E在线调整参数和操作汽轮机起停及运行。
通过操作面板上的两行液晶屏可观察控制参数的实际值和设定值。
3.2.5.1505E控制器控制回路
505E控制器内有三个相互独立的控制器通道：
转速/负荷控制PID回路、辅助控制PID回路、抽汽控制PID回路。
前两者通过低选输出，另外有一个PID控制回路可串接在转速控制回路上用于串级控制。
其通讯接口有三种。
控制器有三种操作模式：
程序模式、运行模式和服务模式，程序模式用于组态控制器的功能以适合具体的控制要求，程序模式一旦组态后不再改变，直至需要改变控制功能时。
运行模式主要用于操作汽轮机启动正常运行至停机整个控制过程。
服务模式可以在运行状态修改设定参数，根据具体汽轮机控制需要通过编程组态用于相应的系统.本系统只用其部分功能其框图见上图。
3.2.5.2输入及输出
本系统控制器有两个控制回路输出为4-20mA，负载能力为360ohm（也可通过软件组态选用20-160mA，负载能力为60ohm），同时可以加颤振电流为0-10mA；
505E控制器有两个转速传感器输入，其信号输入为高选；
模拟量输入为4-20mA，有六个通道可用于组态满足具体使用，输入阻抗为200ohm。
可用于功率及主汽压输入，由于只有一个通道是隔离的，当采用其余通道输入时需考虑信号隔离问题。
模拟量输出为4-20mA，有六个通道可用于组态满足具体使用，负载能力为600ohm。
可用于输出某一变量，例如转速用于显示等。
接点输入为干接点，共有16个，其中4个指定：
用于停机（机组正常要求常闭），外部
复位（闭合短脉冲信号），转速升高（闭合短脉冲信号）、转速降低（闭合脉冲信号）。
其余接点可组态使用，用于并网运行汽轮机的控制系统必须组态两个用于发电机及电网短路器，汽机跳闸后若不带厂用电可将发电机断路器状态信号同时并在这两个接点上（机组并网正常要求常闭），另外也可组态外部停机（闭合短脉冲信号），投入解除抽汽控制（投入时为常闭，解除时为常开），外部运行（闭合短脉冲信号），抽汽升高（闭合短脉冲信号）、抽汽降低（闭合脉冲信号）。
继电器输出容量为28VDC，1A，共有八个继电器，其中两个用于指定为停机及报警，停机继电器正常带电，停机时不带电，另外抽汽机组可组态抽汽投入状态继电器，其余继电器可组态所需功能，同样也可组态停机。
505E控制器电源为24VDC/150W。
3.2.5.3控制系统用输入测量元件
主要有测速元件，测阀位行程元件，测功及测压元件。
3.2.5.3.1测速元件
测速元件可以用磁电式或涡流式测速头，本系统采用磁电式传感器。
磁电式传感器内装永久磁钢，在其端面磁头处形成磁场，一旦该处磁阻发生变化，传感器内部线圈即能感应输出响应的交流电压信号。
在旋转体上安装导磁体发讯齿轮或孔板，齿轮模数大于2，传感器可安装在径向。
传感器端面距齿轮顶1mm左右，距离较小则感应出较大的输出信号，传感器输出为双芯屏蔽线，其屏蔽网线与双芯线中任一根相并联后再连结至505E转速测量通道“-”端。
在采用自动升速时，控制系统将控制汽轮机从零转速升速，这样需要转速传感器在较低转速就有控制器可以检测的输出信号，可将传感器距齿顶距离减小。
3.2.5.3.2测阀位行程元件
阀位行程用位移传感器利用差动变压器原理，将直线运动的机械位移转换成与之相对应的电量输出，从而进行阀门位移的反馈，由阀位控制器向传感器初级线圈供激磁电压，其次级线圈感应电压送至阀位控制器处理，用于阀位反馈控制。
其线性度一般可达0.1%，输出灵敏度一般为0.1-1V/mm；分辨率为0.1μm；且传感器要求测量范围宽；时间常数小；动态响应快。
3.2.5.3.3测功及测压元件
测压元件采用常规电容式两线制压力变送器，压力变送器供电可以外部供电或控制器本身供电，由于505E控制器的模拟量输入通道只有一路是隔离的，当压力输入采用不隔离通道时，必须考虑输入隔离问题，否则须用505E本身供电（通过505E内部跳线），建议采用外供电方式。
测功元件采用发电机端功率变送器。
3.3DEH系统功能
汽轮机组采用由数字式电液控制系统（DEH系统）实现的纯电调控制方式，并网前对汽轮机进行转速控制，在并网后对汽轮机进行负荷控制。
并能在下列任何一种机组运行方式下安全经济地运行：
—纯凝工况；
—抽汽工况；
DEH系统的基本自动控制功能是汽轮机的转速控制和负荷（热电负荷）控制功能。
负荷控制是通过提高转速设定完成的，同时它也具有其他辅助功能。
3.3.1启动升速及转速控制和保护
可以选择自动，手动，半自动三种启动方式之一，这三种方式的切换只有在停机后在控制器程序组态中改变来实现，本系统一般常用前两种方式。
在DEH控制下可进行电超速保护试验,机械超速保护试验。
具有超速保护（109%）功能。
3.3.2同步及自动初负荷控制
机组定速后，可由运行人员通过手动或“自动准同期”装置发出的转速增减信号调整机组转速以便并网。
机组并网后，DEH立即自动使机组带上一定的初始负荷以防止机组逆功率运行，当不采用功频控制时控制器将不设初负荷。
3.3.3负荷控制及甩负荷
DEH系统能在汽轮发电机并入电网后可根据运行情况或电厂运行规程，运行人员通过操作控制器转速设定控制汽轮发电机从接带初始负荷直到带满目标负荷，并应能根据电网要求，参与一次调频。
系统具备开环和闭环两种控制方式去改变或维持汽轮发电机的负荷。
开环控制根据转速给定值及频差信号确定阀门的开度指令。
该种方式即阀位控制方式。
闭环控制则以汽轮发电机的实发功率（或汽轮机的调节级压力）作为反馈信号进行负荷自动调节。
该种方式即为功频控制方式。
负荷控制可以通过在并网后增加或减少转速设定来实现。
抽汽控制可自动或手动投入，在自动投入情况下，在抽汽菜单显示时操作投入。
然后通过增加或减少抽汽压力设定即可增减抽汽负荷。
投入抽汽控制时控制器将对机组热电负荷进行自整控制。
当机组甩负荷时控制器立即切换到转速控制方式并切除功率和抽汽控制。
维持汽轮机在同步转速（2950r/min）下空转，以便汽机能迅速重新并网。
3.3.4操作及通讯
所有控制指令可以通过控制器本身键盘、触点、遥控或通讯方式。
控制器配备有RS-232，RS-422，RS-485三种通讯接口供用户选择与DCS通讯。
通讯协议采用MODBUS协议。
例如转速设定升降可以通过505E面板ADJ键调节，也可以通过505E外部转速升降触点控制。
硬接线开关量采用干接点，模拟量采用4-20mA。
所有控制指令可以通过控制器本身键盘，遥控或通讯方式输入。
下图为505E操作面板。
面板功能键介绍：
505E控制器面板由30个操作键和24个字符LED液晶显示屏组成，LED液晶显示屏可显示505E控制器在控制汽轮机过程中的所有信息，操作键可完成控制汽轮机的所有操作。
功能键描述：
SCROLL即面板中间菱形键，在运行或组态模式时在同级菜单之间左右移动，或在同一
级菜单内上下移动。
SELECT用于选择505显示屏中两行中的变量，只有带@符号的参数才可以通过ADJ键调
整。
只有当屏幕中两行都是可调整参数（动态及标定模式时）用SELECT键及@
确定哪一行参数调整，当屏幕上只有一个变量时该键与@符号位置无关。
ADJ在运行状态用于调整参数大小。
PRGM当停机后该键用于选择进入组态模式，在运行模式时该键可查询组态模式参数
（参数不可修改）。
RUN发出运行命令。
STOP发出可控制停机命令，该键功能可在服务模式取消。
RESET清除运行模式的报警及停机，在停机后按下该键可回到控制状态起始位置。
0/NO输入0/NO或取消某个功能。
1/YES输入1/YES或投入某个功能。
2/ACTR输入2或在运行模式显示控制器的输出（驱动器位置）。
3/CONT输入3或在运行模式显示所控制的参数，用SCROLL键可滚动显示最后跳闸原因
及达到最高转速及就地、遥控状态（如果选择该功能的话）。
4/CAS输入4或在运行模式显示串级控制信息。
5/RMT输入5或在运行模式显示遥控转速设定点信息。
6/LMTR输入6或在运行模式显示阀位限制器信息。
7/SPEED输入7或在运行模式显示速度控制信息。
8/AUX输入8或在运行模式显示辅助控制信息。
9/KW输入9或在运行模式显示功率控制信息。
./EXTR输入小数点或在运行模式显示抽汽控制信息。
CLEAR清除组态及运行模式下的项目退出当前状态。
ENTER在组态模式输入新的值；在运行模式允许直接输入设定值。
。
DYNAMICS在运行模式调整当前所控制的动态参数。
DECIMAL输入小数点。
ALARM（F1）显示报警原因，可用SCROLL滚动翻屏。
OVERSPEEDTESTENABLE（F2）用作超速试验。
F3可组态功能键。
F4可组态功能键。
EMERGENCYSHUTDOWNBUTTON用作紧急停机。
在运行模式时，前面板30个键不是一直都处于激活状态，只有是可激活的键在被按下时，在LED屏幕上才会显示其功能菜单并可对其显示状态进行操作，当某热键（AUX、CASC，KW等）功能键没有组态时，而它们被按下时，505LED将会显示“FUNCTIONNOTPROGRAMMED”信息。
下面是功能键使用介绍。
当设定点步不处于遥控或跟踪时，当设定点显示时ADJ键一直处于激活状态。
当设定点步不处于遥控或跟踪时，当设定点显示时，ENTER键不论ADJ键是否一直处于激活状态，一直处于激活状态。
YES/NO当某一状态指示被显示时和是有效时，一直处于激活状态。
AUX、CASC，KW、RMT、F3、F4功能键只有被组态后才是可激活的。
SPEED、ACTR、LMTR、CONT、DYN键一直都是处于激活状态。
PRGM、RUN、STOP、RESET、ALARM键一直都是处于激活状态。
OVERSPEEDTESTENBL键只有当OSPD许可是才是可激活的。
3.3.5自诊断及系统保护
每次启动前，DEH控制器可以自诊断控制器组态，接线及内部硬件是否正常。
可对运行过程中控制参数在线进行故障诊断并给出报警指示。
当机组超速或程序组态中需要保护项目处于保护状态时。
DEH控制器执行停机。
3.3.6系数调节、监测
DEH控制器可以在线调整控制参数,并监测设定参数,实际参数,及控制参数。
3.3.7阀位控制器
阀位控制器为双通道，每个通道接受505E控制器的输出信号及油动机行程反馈信号，其差值经过功放后接到电液驱动器的输入，控制电液驱动器的输出。
阀位控制器内部有PI调节，可以达到较高控制精度，利用内部可调的颤振电流叠加到输出可以克服电液驱动器卡涩，零位偏置电流调整用于静态零位调整。
3.3.8具有远方挂闸，遥控开关主汽门，在线活动主汽门功能。
4供油系统
本汽轮机供油系统是由两部分组成，一部分是由主油泵为主组成的低压供油系统，主要用于向汽轮发电机组各轴承提供润滑油及调节保安系统提供压力油；另一部分主要是叶片泵等组成的高压供油系统专为DEH中电液驱动器供油。
这两部分供油系统是相互独立的。
本机组推荐采用GB11120-89中规定的L-TSA46汽轮机油，在冷却水温度经常低于15℃情况下，允许用GB11120-89中规定的L-TSA32汽轮机油来代替。
电液驱动器用油采用GB11120-89中规定的L-TSA46汽轮机油
4.1低压供油系统
主要包括主油泵,注油器Ⅰ,注油器Ⅱ,主油泵启动排油阀,高压交流油泵,交，直流润滑油泵,油箱,冷油器,滤油器,润滑油压力控制器及过压阀等。
离心式主油泵由汽轮机主轴直接带动，正常运转时主油泵出口油压为1.27MPa,出油量为3.0m3/min,该压力油除供给调节系统及保安系统外,大部分是供给两只注油器的。
两只注油器并联组成，注油器Ⅰ出口油压为0.12MPa,向主油泵进口供油，而注油器Ⅱ的出口油压为0.22MPa，经冷油器,滤油器后供给润滑油系统。
机组启动时应先开低压润滑交流油泵，以便在低压的情况下驱除油管道及各部件中的空气。
然后再开启高压交流油泵，进行调节保安系统的试验调整和机组的启动。
在汽轮机起动过程中，由高压交流电动油泵供给调节保安系统和通过注油器供给各轴承润滑用油。
为了防止压力油经主油泵泄走，在主油泵出口装有逆止阀。
同时还装有主油泵启动排油阀，以使主油泵在起动过程油流畅通。
当汽轮机升速至额定转速时（主油泵出口油压高于电动油泵出口油压），可通过出口管道上的阀门减少供油量，然后停用该泵，由主油泵向整个机组的调节保安和润滑系统供油。
在停机时，可先启动高压电动油泵，在停机后的盘车过程中再切换成交流润滑油泵。
为了防止调节系统因压力油降低而引起停机事故,所以当主油泵出口油压降低至1.0MPa时,由压力开关使高压交流油泵自动启动投入运行。
当运行中发生故障，润滑油压下降时，由润滑油压力控制器使交流润滑油泵自动启动，系统另备有一台直流润滑油泵，当润滑油压下降而交流润滑油泵不能正常投入工作时，由润滑油压力控制器使直流润滑油泵自动启动，向润滑系统供油。
正常的润滑油压力为:
0.078～0.147MPa
油压降低时要求:
小于0.078MPa发讯号
小于0.054MPa交流润滑油泵自动投入
小于0.039MPa直流润滑油泵自动投入
小于0.02MPa自动停机
小于0.015MPa停盘车装置
注意：
机组正常运行时，电动辅助油泵都应停止运行，除非在特殊情况下，允许启动投入运行。
在润滑油路中设有一个低压油过压阀，当润滑油压高于0.15MPa左右即能自动开启，将多余油量排回油箱，以保证润滑油压维持在0.08～0.15MPa范围内。
油动机的排油直接引入油泵组进口，这样，当甩负荷或紧急停机引起油动机快速动作时，不致影响油泵进口油压，从而改善了机组甩负荷特性。
4.2电液驱动器供油系统
电控专用供油系统与主轴驱动的由主油泵提供润滑系统和安全用油的主供油系统分开,以保证电液转换器用油不受污染，确保机组安全可靠地运行。
独立电控专用供油系统由油箱、叶片泵、溢流阀、单向阀、精密双筒滤油器、冷油器以及油压、油温报警、电加热器、等设备组成。
该套油系统为双泵系统，正常运行时一台泵工作，另外一台泵备用，当油温高时可投入冷却器，当工作压力降低时可投入另外一台油泵，运行前必须确保油质合格，双筒滤油器可在线切换，滤油精度为10μ，滤油器压差大时可报警。
油箱容量为600l,泵流量为30l/min，电机功率为4KW/1500r/min，系统工作压力为3.5MPa，油质采用L-TSA46汽轮机油，油液清洁度要求达到NAS6级。
油箱安装在汽机中间平台。
油压高低可用溢流阀调定，两个溢流阀调定压力可相差0.5MPa。
冷却水阻约0.1MPa，流量为60l/min。
5保安系统
本系统包括机械液压保安装置和电气保护装置两部分，机组设置了三套遮断装置：
运行人员手动紧急脱扣的危急遮断装置;超速脱扣的危急遮断器;电动脱扣的电磁保护装置.主要保护项目有超速，轴向位移，润滑油压降低，轴承回油温度偏高，冷凝器真空低及油开关跳闸，DEH保护停机等。
当出现保护（停机）信号时，立即使主汽门，调节汽阀关闭。
当出现报警信号时，声、光信号同时报警；油开关跳闸信号，可根据具体情况确定关闭调节汽阀，或者同时关闭主汽门.主汽门的关闭是通过保安油的泄放达到的，调节汽阀关闭是通过建立事故油来实现的。
抽汽阀的关闭既可以通过主汽门的关闭接出的电信号,又可以通过电气保护信号直接控制。
保安油的泄放通过保护部套的动作实现。
事故油的建立一方面通过保安油泄放使危急继动器动作,另一方面电气保护部套（电磁保护装置）
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