DEH控制系统主要功能.docx

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DEH控制系统主要功能

控制系统主要功能

本章讲述了DEH控制系统所完成的主要功能：

1自动挂闸。

2自动整定伺服系统静态关系。

3启动前的控制和启动方式：

   自动判断热状态。

4转速控制：

   设置目标转速、设置升速率、过临界、暖机、3000r/min定速。

5负荷控制：

并网带初负荷；

升负荷：

目标、负荷率、暖机；

负荷控制；

主汽压力控制；

一次调频；

CCS控制；

阀位限制；

主汽压力限制。

6超速保护。

7在线试验：

喷油试验；

电气超速试验、机械超速试验；

阀门活动试验；

主遮断电磁阀试验；

阀门严密性试验。

8自动/手动方式之间的切换。

9ATC热应力控制。

10ETS保护停机系统控制

4－1整定伺服系统静态关系

整定伺服系统静态关系的目的在于使油动机在整个全行程上均能被伺服阀控制。

阀位给定信号与油动机升程的关系为：

给定0％～100％――升程0％～100％

为保持对此关系有良好的线性度，要求油动机上作反馈用的LVDT，在安装时，应使其铁芯在中间线性段移动。

在汽轮机启动前，可同时对7个油动机快速地进行整定，以减少调整时间。

油动机整定只能在OIS上选择操作。

在启动前，整定条件为：

汽轮机挂闸

所有阀全关

注意：

必须确认主汽阀前无蒸汽，以免整定时，汽轮机失控。

整定期间，转速大于100r/min时，机组自动打闸。

DEH接收到油动机整定指令后，全开、全关油动机，并记录LVDT在两极端位置的值，自动修正零位、幅度，使给定、升程满足上述关系。

为保证上述关系有良好的线性，可先进行LVDT零位校正，给定值为50，移动LVDT的安装位置，使油动机行程为50％即可。

4－2挂闸

挂闸就是使汽轮机的保护系统处于警戒状态的过程。

危急遮断器采用飞环式结构。

高压安全油与油箱回油由危急遮断装置的杠杆进行控制。

汽轮机已挂闸为危急遮断装置的各杠杆复位，高压安全油与油箱的回油口被切断，压力开关PS1、PS2、PS3发出讯息，高压保安油压建立。

挂闸允许条件：

汽轮机已跳闸；

所有主汽阀全关。

当上述条件满足时，即允许挂闸。

操作员发出挂闸指令后，DEH中相应继电器带电闭合，使复位电磁阀1YV带电导通，透平润滑油进入危急遮断装置，推动杠杆移动，高压安全油至油箱的回油被切断，PS1、PS2、PS3发讯，当DEH接收到高压安全油油压建立信号，挂闸完成。

4－3启动前的控制

1自动判断热状态

汽轮机的启动过程，对汽机、转子是一个加热过程。

为减少启动过程的热应力，对于不同的初始温度，应采用不同的启动曲线。

高中压缸联合启动时，自动根据汽轮机调节级处高压内缸壁温T的高低划分机组热状态。

T<320℃              冷态；

320℃≤T<420℃    温态；

420℃≤T<445℃    热态；

445℃≤T            极热态。

中压缸启动时，自动根据中压内缸壁温T的高低划分机组热状态。

T<305℃              冷态；

305℃≤T<420℃    温态；

420℃≤T<490℃    热态；

490℃≤T            极热态。

注：

启动状态具体温度限值以主机启动运行说明书为准。

2高压调节阀阀壳预暖

汽轮机冲转前，可以选择对高压调节阀阀壳预暖。

当高压调节阀阀壳预暖功能投入时，右侧高压主汽阀微开，可同时对4个高压调节阀阀壳进行预暖。

3选择启动方式

汽轮机启动方式有二种：

中压缸启动、高中压缸联合启动。

DEH默认的启动方式为中压缸启动，在机组已挂闸但未运行前也可通过操作员站选择高中压缸联合启动方式。

4－4转速控制

在汽轮发电机组并网前，DEH为转速闭环无差调节系统。

其设定点为给定转速。

给定转速与实际转速之差，经PID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。

转速控制器计算产生阀门的流量指令，该指令通过阀门流量曲线分配以产生每一CV及ICV的开度指令。

高中压缸联合启动时，中压调门一开始就接近全开，依靠高调门进行转速调节。

中压缸启动时，若选择暖机运行方式，机组转速在400r/min以下时，CV阀微开，进行高压缸暖机；当转速大于400转时，CV阀开度不变，ICV阀打开；若不选择暖机运行方式，则高压调门不开启，仅开启中压调门。

在给定目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。

当进入临界转速区时，自动将升速率改为300r/min/min快速冲过去（如操作员设定速率大于300r/min/min则以操作员设定速率为准）。

在升速过程中，通常需对汽轮机进行中速、高速暖机，以减少热应力。

1目标转速

除操作员可通过OIS设置目标转速外，在下列情况下DEH自动设置目标转速：

汽机刚挂闸时，目标为当前转速；

油开关刚断开时，目标为3000r/min；

汽机已跳闸，目标为零；

目标超过上限时，将其改为3060r/min或3360r/min；

自启动方式下，目标由ATC来；

目标错误地设在临界区内时，将其改为小于临界转速区下限的特定值。

2升速率

操作员设定，速率在0r/min/min～500r/min/min。

操作员未设定的情况下，冷态启动时速率为100r/min/min，温态启动时速率为150r/min/min，热态、极热态启动时速率为300r/min/min。

自启动方式下，速率由ATC软件选择得出。

在临界转速区内，速率为300r/min/min。

3临界转速

轴系临界转速当前设定值为（可根据实际情况进行修改）：

第一阶：

910r/min～1113r/min

第二阶：

1541r/min～1946r/min

4摩擦检查

当实际转速达到200r/min时，操作CRT上的“摩擦检查（FRIC  CHK）”按钮，关闭所有的阀门，汽机转速逐渐下降，进行摩擦检查，完成后再设定相应的升速率及目标转速，机组重新升速。

5暖机

汽机暖机转速通常定为1500r/min、3000r/min，故目标值通常设为1500r/min、3000r/min，到达目标转速值后，可自动停止升速进行暖机。

若在升速过程中，需暂时停止升速，可进行如下操作:

不在ATC方式时，操作员发保持指令；

在ATC方式下时，退出ATC方式后发保持指令；

在临界转速区内时，保持指令无效，只能修改目标转速。

63000r/min定速

汽轮机转速稳定在3000±2r/min上，各系统进行并网前检查。

发电机做假并网试验，以检查自动同期系统的可靠性及调整的准确性。

在试验期间，发电机电网侧的隔离开关断开发出假并网试验信号。

与正常情况一样同期系统通过DEH、发电机励磁系统改变发电机频率和电压。

当满足同期条件时，油开关闭合。

由于隔离开关是断开的，实际上发电机并未并网。

故在假并网试验期间，DEH接收到假并网试验信号，在油开关闭合时，并不判定为发电机并网。

这样可防止由于并网加初负荷，而引起转速升高。

7外同期

机组并网前，当DEH接收到同期装置发来的“同期请求”信号时，根据同期装置的“同期增”、“同期减”信号自动调整汽机转速，这就是“外同期”方式。

当同期条件均满足时，油开关才可合闸。

4－5负荷控制

1并网带初负荷

当同期条件均满足时，油开关合闸，DEH立即增加给定值使发电机带上5％的初负荷，以避免出现逆功率。

2升负荷

在汽轮发电机组并网后，DEH为实现一次调频，调节系统配有转速反馈。

在试验或带基本负荷时，也可投入负荷控制或主汽压力控制。

在负荷控制投入时，目标和给定值均以MW形式表示。

在主汽压力控制投入时，目标和给定值均以MPa形式表示。

在此两种控制方式均切除时，目标和给定值以额定压力下总流量的百分比形式表示。

在设定目标后，给定值自动以设定的负荷率向目标值逼近，随之发电机负荷逐渐增大。

在升负荷过程中，通常需对汽轮机进行暖机，以减少热应力。

2.1目标

除操作员可通过OIS设置目标外，在下列情况下，DEH自动设置目标：

负荷控制刚投入时，目标为当前负荷值（MW）；

主汽压力控制刚投入时，目标为当前主汽压力（MPa）；

发电机刚并网时，目标为初负荷给定值（%）；

手动状态，目标为阀门总流量指令（%）；

负荷控制或主汽压力控制刚切除时，目标为阀门总流量指令（%）；

跳闸时，目标为零；

CCS控制方式下，目标为CCS给定（%）；

目标太大时，改为上限值115%或640MW。

2.2负荷率

  操作员设定，负荷率在0MW/min～100MW/min内；

  自启动方式下，负荷率由ATC选择得出；

  若目标以百分比表示时，则负荷率也相应用百分比形式。

2.3暖机

汽轮机在升负荷过程中，考虑到热应力、胀差等各种因素，通常需进行暖机。

若需暂停升负荷，可进行如下操作:

不在CCS方式时，操作员发保持指令；

在CCS方式下时，退出CCS方式后发保持指令。

2.4定－滑－定升负荷

在高低压旁路阀全关后，锅炉增加燃烧，高压调节阀维持90%额定值。

随着蒸汽参数的增加负荷逐渐增大。

在滑压升负荷期间，一般不投负荷控制或主汽压力控制。

若需暖机，应由燃烧控制系统维持燃烧水平，来保持负荷不变，否则应投负荷控制或主汽压力控制，通过调节阀的节流作用，来保持负荷不变。

3负荷控制方式

3.1负荷控制

负荷控制器是一个PI调节器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出指令控制CV阀和ICV阀。

在满足以下条件后，可由操作员投入该控制器：

机组已并网，负荷在30.0MW～600MW之间；

功率信号正常；

主汽压力控制未投入；

负荷限制未动作；

TPC未动作；

系统处于自动方式；

一次调频未动作。

负荷控制器切除条件：

操作员切除该控制器；

负荷小于30.0MW或大于600MW；

功率信号故障；

汽机已跳闸；

到滑压点时；

TPC动作；

手动方式；

一次调频动作；

高、低负荷限制动作；

油开关断开  。

负荷控制与主汽压力控制不能同时投入，应先切除一个，另一个才能投入。

在负荷控制投入时，设定点以MW形式表示。

采  用PID无差调节，稳态时实际负荷等于设定值。

3.2主汽压力控制

主汽压力控制器是一个PI调节器，它比较设定值与主汽压力，经过计算输出指令控制CV阀和ICV阀。

当满足以下条件时，可由操作员投入该控制器：

控制系统处于自动方式；

负荷控制未投入；

主汽压力信号正常；

TPC未动作；

一次调频未动作；

负荷限制未动作。

主汽压力控制器切除条件：

操作员将其切除；

主汽压力故障；

设定点与实际主汽力之差大于1Mpa；

TPC动作；

一次调频动作；

负荷限制动作；

油开关断开；

汽机已跳闸。

主汽压力控制与负荷控制不能同时投入，应先切除一个，另一个才能投入。

在主汽压力控制投入时，设定点以MPa形式表示。

采用PID无差调节，稳态时实际主汽压力等于设定的值。

3.3一次调频

汽轮发电机组在并网运行时，为保证电网的稳定，从而保证供电品质，通常应投入一次调频功能。

当机组转速在死区范围内时，频率调整给定为零，一次调频不动作。

当转速在死区范围以外时，一次调频动作，频率调整给定按不等率随转速变化而变化。

一次调频功能投入条件：

自动状态且转速回路无故障；

负荷初次大于10%额定负荷后。

不等率在3～6%内可调，初步设为4.5%。

死区在0r/min～30r/min内可调，初步设为2r/min。

死区范围为:

3000±死区值。

3.4CCS控制

此时汽机的阀门总指令受锅炉控制系统控制。

当满足以下条件，可由操作员投入CCS控制：

控制系统在自动方式；

机组已并网；

接收到CCS请求信号及CCS指令信号正常；

TPC未动作。

切除CCS控制的条件：

TPC动作；

高、低负荷限制动作；

手动方式；

无CCS请求或CCS指令信号故障；

油开关断开。

在CCS方式下，DEH的目标等于CCS给定，一次调频死区改为30r/min。

在投入CCS前应先切除负荷控制、主汽压力控制。

CCS给定信号与目标及总阀位给定的对应关系为:

4mA～20mA对应0%～100%。

CCS给定信号代表作总的阀位给定。

3.5主汽压力低保护（TPC）

在锅炉系统出现某种故障不能维持主汽压力时，可通过关小调门开度减少蒸汽流量的方法使主汽压力恢复正常。

TPC功能投入条件：

并网；

主汽压力信号正常；

自动方式。

TPC功能切除条件：

油开关断开；

主汽压力信号故障；

手动方式。

主汽压力限制值上电缺省值为16MPa，操作员可在TPC功能切除时，在8MPa～18MPa内设置此限制值。

在TPC功能投入期间，若主汽压力低于设置的限制值，则TPC动作。

动作时，设定点在刚动作时的基础上，以1%/秒的变化率减小。

同时目标和总的阀位参考量，也跟随着减小。

若主汽压力回升到限制值之上，则停止减设定点。

若主汽压力一直不回升，实际负荷降到一定值时，停止减。

在TPC动作时，自动切除负荷控制、主汽压力控制、CCS控制方式。

4负荷限制

4.1高负荷限制

汽轮发电机组由于某种原因，在一段时间内不希望负荷带得太高时，操作员可在570MW～660MW内设置高负荷限制值，该值将限制实际功率不得大于此值。

4.2低负荷限制

汽轮发电机组由于某种原因，  在一段时间内不希望负荷带得太低时，操作员可在0MW～60MW内设置低负荷限制值，该值将限制实际功率不得小于此值。

5阀位限制

汽轮发电机组由于某种原因，在一段时间内，不希望阀门开得太大时，操作员可在0%～120%内设置阀位限制值。

DEH总的阀位给定值为负荷参考量与此限制值之间较小的值。

为防止阀位跳变，阀位限制值加有变化率限制，变化率为1%/秒。

4－6超速保护

1超速限制

为避免汽轮机转速飞升，并且超速打闸的方法称为超速限制。

1.1甩负荷

由于大容量汽轮机的转子时间常数较小，汽缸的容积时间常数较大。

在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，若仅靠系统的转速反馈作用，最高转速有可能超过110%，而发生汽轮机遮断。

为此必须设置一套甩负荷超速限制逻辑。

在机组甩负荷时，DEH超速限制继电器动作，迅速关闭高压及中压调节阀，同时使目标转速及给定转速改为3000r/min，一段时间后，调节阀恢复由伺服阀控制，最终使汽轮机转速稳定在3000r/min，以便事故消除后能迅速并网。

1.2加速度限制

当汽轮机转速大于3060r/min、加速度大于49r/min/s时，加速度限制回路动作，快速关闭中压调节阀，抑制汽轮机的转速飞升。

1.3功率－负荷不平衡

当甩负荷情况发生时，这个回路用来避免汽轮机超速。

当汽轮机功率（用中排压力表征）与汽轮机负荷（用发电机负荷表征）不平衡时，  会导致汽轮机超速。

当中排压力与发电机负荷之间的偏差超过设定值时，功率－负荷不平衡继电器动作，快速关闭中压调节阀，抑制汽轮机的转速飞升。

1.4103%超速

因汽轮机若出现超速，对其寿命影响较大。

除对汽轮机进行超速试验时，转速需超过103%额定转速外，其它任何时候均不允许超过103%额定转速（因网频最高到51Hz即102%）。

正常运行时，一旦转速超过103%，则迅速动作超速限制电磁阀，关闭高、中压调节阀，油动机保持全关，转速低于103%额定转速时，超速限制电磁阀失电，调节阀恢复由伺服阀控制。

2超速保护

若汽轮机的转速太高，由于离心应力的作用，会损坏汽轮机。

虽然为防止汽轮机超速，DEH系统中配上了超速限制功能，但万一转速限制不住，超过预定转速则立即打闸，迅速关闭所有主汽阀、调节阀。

为了安全可靠，系统中设置了多道超速保护:

DEH电气超速保护110%；

危急遮断飞环机械超速保护110%～112%。

4－7在线试验

1喷油试验

喷油试验的目的是活动飞环，防止出现卡涩，确保危急遮断器飞环在机组一旦出现超速，达110%～112%额定转速时能迅速飞出遮断汽轮机，保证机组安全。

此试验是将油喷到飞环中增大离心力，使之飞出。

但飞环因喷油试验飞出不应打闸。

为此，增加了试验用隔离电磁阀。

做喷油试验时，隔离电磁阀4YV带电，检测到隔离电磁阀在隔离位后，2YV带电，油喷进危急遮断器中，飞环击出，ZS2发讯，然后使2YV失电，过一段时间后，1YV自动挂闸，挂上闸后，再使隔离电磁阀失电，全部试验过程结束。

喷油试验允许条件：

喷油试验按钮在试验位；

转速在2985r/min～3015r/min内。

2超速试验

在汽轮机首次安装或大修后，必须验证超速保护的动作准确性。

对每一路超速保护都应进行试验验证。

做超速试验时，将DEH的目标转速设置为3360r/min，慢慢提升汽轮机转速，到达被试验的一路超速保护的动作转速时，此路超速保护动作，遮断汽轮机。

因此超速试验也叫提升转速试验。

DEH可自动记录汽轮机遮断转速以及最高转速。

2.1DEH电气超速试验

在DEH“超速试验”操作画上，将目标设为3310r/min，机组转速由3000r/min开始缓慢上升。

当转速到达3300r/min时，DEH发出打闸指令遮断汽轮机，关闭各个主汽门和调门。

2.2机械超速试验

在DEH“超速试验”操作画上选择，  DEH将目标转速设置为3360r/min  ，机组转速由3000  r/min开始缓慢上升到飞环动作转速，遮断汽机。

飞环动作转速在110%～111%之间满足要求。

3阀门活动试验

为确保阀门活动灵活，需定期对阀门进行活动试验，以防止卡涩。

为减小试验过程中负荷的变动，建议投入负荷控制。

阀门活动试验允许条件：

所有主汽阀全开；

负荷在150MW～600MW内；

自动状态；

非CCS方式；

阀门活动试验包括高压主汽阀活动试验、中压主汽阀活动试验（带中压调节阀一起活动）、高压调节阀活动试验。

3.1MSV阀活动试验

右侧开始试验时，MSVR以10%/秒的速度从全开位到全关位，当MSVR关到

10%时，MSVR快关阀带电，全关到零位，然后，MSVR快关阀失电，MSVR以10%/秒的速度从全关位到全开位。

左侧开始试验时，MSVL试验电磁阀带电，MSVL从全开位到全关位，当MSVL关到10%时，MSVL快关阀带电，全关到零位，然后，MSVL试验电磁阀及快关阀失电，MSVL从全关位到全开位。

注：

MSVR及MSVL不能同时试验。

3.2CV阀活动试验

CV1试验时，CV1以10%/秒的速度从当前阀位到全关位，当关到10%时，快关阀带电，全关到零位，然后，CV1快关阀失电，CV1以10%/秒的速度从全关位开启到试验前的阀位。

CV2、CV3、CV4活动试验同CV1。

注：

当有一个CV阀试验时，其它CV阀不能同时试验。

3.3ICV及RSV活动试验

左侧试验时，ICVL以10%/秒的速度从当前阀位到全关位，当关到10%时，快关阀带电，全关到零位，接着，RSVL试验电磁阀带电，RSVL从全开位到全关位，当RSVL关到10%时，RSVL快关阀带电，全关到零位，然后，RSVL试验电磁阀及快关阀失电，RSVL从全关位到全开位，接着，ICVL快关阀失电，ICVL以10%/秒的速度从全关位开启到试验前的阀位。

右侧活动试验同左侧。

注：

当左侧试验时，右侧不能同时试验。

4主遮断电磁阀试验

在高压遮断集成块上有四个主遮断电磁阀5YV、6YV、7YV、8YV及各自的试验压力开关，四个主遮断电磁阀应分别做试验，确保做试验时不打闸。

5阀门严密性试验

汽轮机启机后并网之前，应进行主汽阀和调节阀的严密性试验。

即在额定真空时，当高、中压主汽阀或高、中压调节阀关闭以后，汽轮机转速应迅速下降至转速n以下，n可按下式进行计算：

1000r/min⨯n=P/P0

式中：

P为当前主蒸汽压力，应不低于50％额定主蒸汽压力

P0为额定主蒸汽压力

试验开始后，DEH按照上式计算出一个可接受转速，然后计算从当前转速下降到可接受转速所经过的时间。

运行人员根据汽机转速是否达到可接受转速来判断主汽阀或调节阀的关闭是否严密。

4－8自动/手动方式之间的切换

汽机控制方式分为自动、手动方式。

若自动部分出现故障，则切到汽机手动方式运行。

有下列情况则退出自动方式：

阀门严密性试验；

刚并网时，转速小于2980r/min。

无上述情况且阀位限制不动作，则允许投入自动方式。

4－9ATC热应力控制

1在ATC方式下，DEH的控制参数为：

油开关断开时，目标转速等于0r/min、200r/min、1500r/min、3000r/min，升速率为120r/min/min，180r/min/min，360r/min/min。

机组并网后，负荷率在1.5MW/min～30MW/min内，以0.5MW/min为步长变化。

暖机时发负荷保持指令。

2转子应力计算

对高压转子来说，计算高压第一级后应力，对中压转子来说，计算再热蒸汽入口处的应力，在这两处，应力最大。

高压转子应力计算如下，首先，根据主蒸汽流量、主蒸汽温度及修正蒸汽流量（根据无负荷时的汽轮机转速计算得出）计算出第一级后的蒸汽温度。

转子表面的传热系数从蒸汽流量函数得到。

根据第一级后蒸汽温度及传热系数，计算得到转子的温度场（温度分布）。

然后，根据转子表面温度、转子平均温度、转子中心孔温度计算得到转子表面应力及转子中心孔应力。

中压转子应力计算方法与高压转子相同。

只不过蒸汽温度是通过直接测量得到的。

由于热应力有滞后效应，因此根据蒸汽温度或压力的变化得到其预期值，使用预期值进行控制。

当高压和中压转子应力被选作控制参数时，以应力水平不超限来选择合适的升速率或负荷率。

3监视和顺序控制

ATC有下列两个检查功能：

a）  条件检查：

当完成任一控制步骤要转到下一控制步骤前，检查规定的汽轮机及其辅助设备的条件是否得到满足；

b）  当ATC执行任一控制步骤时，连续检查规定的条件。

监视功能：

当主汽轮机或它的辅助设备不满足要求的条件时，相关的不满足项显示在操作员站上，以提示运行人员。

4ATC控制方式

它是一种汽轮机自动启动的方式。

它监视所有的条件，当所有条件得到满足时，ATC根据控制步骤自动启动汽轮机。

当违反条件出现时，ATC将违反条件告知运行人员，并停止顺序启动。

运行人员可以设法满足条件，或者忽略它，然后执行启动顺序。

退出ATC控制时，除了应力计算以外，ATC不执行任何操作。

4-10ETS控制系统

ETS是汽轮机危急遮断系统（Emergency  Trip  System）的英文缩写，其作用是当危及汽轮机本体安全的情况出现时，输出跳闸指令，使汽轮机迅速跳闸。

当下述任一条件出现时，ETS输出跳闸指令，使就地高、中压主汽门及高、中压调门的两组跳闸电磁阀失电，使汽轮机跳闸：

--旁路阀故障停机；

--润滑油压非常低（三取二）；

--抗燃油压力非常低（三取二）；

--低排A温度非常高（三取二）；

--低排B温度非常高（三取二）；

--TSI超速停机（三取二）；

--凝汽器（A）真空非常低（三取二）；

--凝汽器（B）真空非常低（三取二）；

--轴承金属温度非常高；

--高排金属温度非常高；

--汽机/发电机轴承金属温度非常高；

--轴向位移非常高（三取二）；

--高压缸胀差非常高；

--低压缸胀差非常高；

--发电机故障跳闸；