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5张掖DEHETS功能说明书
第五篇
汽轮机数字电液调节系统（DEH）
汽轮机紧急跳闸系统（ETS）
功能说明书
2005年11月25日
目录
1、系统概述1
1.1、控制系统原理1
2、DEH控制系统主要功能5
2.1、自动挂闸5
2.2、整定伺服系统静态关系5
2.3、启动前的控制和启动方式6
2.4、启动方式6
2.5、转速控制7
2.6、负荷控制8
3、负荷控制方式9
3.1、调节级压力控制9
3.2、负荷控制9
3.3、主汽压力控制10
3.4、一次调频10
3.5、CCS控制11
3.6、主汽压力限制（TPC）11
3.7、快卸负荷11
3.8、限制12
3.9、功率/负荷不平衡12
4、超速保护13
4.1、超速限制13
4.2、超速保护13
5、在线试验13
5.1、喷油试验13
5.2、超速试验13
5.3、阀门活动试验14
5.4、压遮断电磁阀试验16
5.5、密性试验16
6、控制方式切换17
7、ATR热应力控制17
1、系统概述
本章主要阐述了汽轮机控制系统的控制原理以及D300N型汽轮机的一些结构特点。
1.1、控制系统原理
1.1.1、DEH的主要任务
DEH的主要任务就是调节汽轮机的转速，使之维持等转速运行。
在讨论汽轮发电机组的转速控制时，通常将汽轮发电机轴系看作一个整体旋转刚体。
转子的转动方程为:
J.dω/dt=MT-MG-Mf（2-1）
式中:
J--汽轮发电机组转子的转动惯量（Kg.m.s2）
ω--转子的旋转角速度（s-1）
MT--汽轮机蒸汽转矩（N.m）
MG--发电机电磁转矩（N.m）
Mf--各种阻力矩（N.m）
转动惯量对于特定的机组安装完成后，即为一常数，DEH要控制的转速n与角速度ω成正比.
ω=2πf=2πn/60
其中:
f--频率（s-1）
n--转速（r/min）
由汽轮机工作原理知，蒸汽转矩MT为:
MT=4.73DH0η0e/n（N.m）（2-2）
式中:
D--进入汽轮机的蒸汽流量（Kg/h）
H0--绝热焓降（KJ/Kg）
η0e--汽轮机相对效率
n--转速（r/min）
发电机电磁转矩MG，它主要取决于负载的特性，可表示为
MG=K1+K2.n+K3.n2（2-3）
式中，K1，K2，K3为随机变量，且均为正值。
各种阻力矩Mf，它与转速、真空、轴系油温等很多因素有关，可视随转速增大的随机变量。
由式（2-1）可知，若由于某种原因n↑→MT↓，MG↑，Mf↑→dω/dt<0，n↓，重新回到新的平衡位置，即汽轮发电机组具有一定的自平衡能力（并网前，MG为零，故自平衡能力更差）。
在外界扰动下，若没有汽轮机调节系统，单靠其自平衡能力是远远不够的。
从式（2-2）可知，只要采用适当的手段控制汽轮机的D，即能改变MT，使MT始终跟随MG变化，以维持转速n即供电频率在规定的范围内，满足国家对供电品质的要求。
实际汽轮机控制系统都是通过执行机构（油动机）来控制安装在进汽口上的调节汽阀来改变MT，以调节汽轮机的转速。
1.1.2、DEH的执行机构
D300N型汽轮机高压缸进汽口上配有四个调节汽阀，中压缸进汽口上配有2个中压主汽及调节联合汽阀，为保证汽机的安全运行，还配有相应的2个主汽阀。
所述的8个进汽阀均采用液压执行机构油动机来驱动，以满足动作时间短、定位精度高的要求，在高压缸排汽口处还配有高排逆止阀，此外在所有抽汽口都配有抽汽逆止阀，以保证机组安全。
汽轮机的工作转速为3000r/min。
当电网中的负荷变动时，引起汽轮机转速随之变动，汽轮机调节系统中的测速环节测量到汽轮机的实际转速，并与额定转速3000r/min相比较后，通过频差放大、调节器伺服控制等环节来控制高、中压调节阀CV、ICV的开度，形成转速负反馈，使转速变化维持在预定范围内。
汽轮机的上述10个进汽阀均采用高压抗燃油为工质的油动机驱动，6个调节阀CV、ICV与一侧高压主汽阀MSV用伺服阀与DEH的微机接口实现连续控制。
其余2个中压主汽阀RSV和另一侧高压主汽阀MSV采用电磁阀与DEH接口实现两位控制。
为保证汽轮机的安全运行，在液压系统中，还配有几套冗余的保护部套：
a）危急遮断器、飞环及试验电磁阀；
b）遮断、超速、压力开关组件；
c）机械停机电磁铁；
d）手动停机机构。
高压抗燃油油源也配有2套冗余的压力油泵，以保证连续供油。
1.1.3、DEH与电网调频
汽轮机控制系统的主要任务就是通过改变调节阀的开度来调节汽轮机的转速。
汽轮发电机组在并网运行时，其转速与电网频率相对应。
电网中所有发电机输出功率的总和与所有负载消耗功率的总和平衡时，电网频率保持稳定，即并网机组的转速要由电网中所有机组共同调节。
对电网中快速的、小的负荷变动量所引起的转速变动，汽轮机调节系统可利用锅炉的蓄能，不用改变其负荷设定点，调节系统测到转速的变化，自动改变调节阀的开度，即改变发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，来调节汽轮机的转速，这就是一次调频。
为使电网中各台机组所承担的一次调频量基本平衡，且控制系统稳定，这要求各机组的静态特性曲线基本相同。
描述汽轮发电机组，在稳定工况下，功率与转速的关系，称为调节系统的静态特性。
其斜率大小通常由转速不等率δ表示。
δ=（n1-n2）/n0（2--4）
式中：
n1--空负荷转速（设定点不变）；
n2--满负荷转速（设定点不变）；
n0--额定转速。
一般δ在3%～6%内，出厂为4.5%。
由于调节系统中阀门存在较大的非线性，虽经修正，仍可能存在非线性。
在工作点附近可引入局部不等率δ*的概念，来表示在此工作点附近承担一次调频的大小。
δ*=-（dn/dN）.N0/n0.100%（2--5）
式中：
N--发电机功率；
n0--额定转速；
dn/dN--在静态曲线上，转速相对于功率的导数。
在同样的转速偏差下，δ（δ*）大的机组，功率变化量小；δ（δ*）小的机组，功率变化量大。
调节系统的静特性一般可通过计算的方法求得。
假设蒸汽参数和其它辅助系统在额定条件下，分别计算测速、频差放大、伺服驱动及阀门等各环节的静态特性，可算出调节系统的静态特性，从而求得不等率δ,δ*。
对于电网中带基本负荷的机组，为使其能长期在经济工况点运行，在汽轮机调节系统中可人为地加入一次调频死区。
转速在死区以内时，此台机组不参加一次调频，即此时局部不等率δ*为无穷大。
对于电网大的负荷变动量（通常变化的速率较慢）所引起的转速变动，可采用改变调节系统负荷设定点的方法，改变发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，来调节汽轮机的转速，这就是二次调频。
改变调节系统的设定点，可使静特性线平移，从而在同样的转速下，可对应不同的功率。
现代汽轮发电机组均为中间再热单元制机组，即一台锅炉配一台汽轮机，因而为很好地完成二次调频的任务，不仅要适当改变汽轮机控制系统的负荷设定点，而且还要适当改变锅炉控制系统的负荷设定点，以保证能提供足够的能量及锅炉的安全运行，这就是所谓的协调控制。
电网中一般由指定的机组参加二次调频。
这些机组接受自动调频控制器的信号执行二次调频任务。
对于大的负荷变化，电网中另设一些调峰机组，承担调峰任务。
调峰机组接受调度中心给出的负荷变化指令，改变所承担的负荷。
调度中心一般根据负荷变化的统计规律制定调度计划，以对调峰机组发出增减负荷的指令。
1.1.4、汽轮机启动方式
高中压联合启动是一种传统的启动方式。
即为蒸汽分别同时从过热器（再热器）通过高压调节（中压调节阀）进入高压缸（中压缸）做功，最终将汽轮机带到额定工作状态。
在启动过程中，为减少中压调节阀的节流损失，同时还要减少中间再热器对系统的影响。
高中压调节阀在各自的工作压力下，其通流能力之比为1:
3。
中压缸启动是一种很特殊的启动方式。
启动之前要进行高压缸和高压主汽阀预暖，使高压缸壁温和高主阀体温度达到150度。
预暖完成后，在旁路自动方式下，蒸汽从中压调节进入中压缸做功。
并网后，为使机组稳定，进行缸切换，让高中压调节阀的通流能力之比为1:
3。
在启动过程中，高压缸一般采用全周进汽（节流调节）方式，这样可受热均匀，减小热应力。
在正常运行中，由于汽缸温度场已基本稳定，高压缸一般采用部分进汽（喷嘴调节）方式，以减少节流损失，提高效率。
在启动过程中，由于转子、汽缸的几何尺寸很大，且受热面温度升高较快。
为减小汽轮机的热应力，需在升速和升负荷期间的某些点上停留，这叫作暖机。
转子总有其固有的自振频率。
在转子旋转期间，当其未平衡完的偏心质量所产生的激振频率与自振频率一致时，转子发生共振，此时的转速称为临界转速。
由于共振的幅度随时间的增大而增大，振动幅度太大将损坏汽轮发电机组，因此要求汽轮机快速通过临界转速区。
汽轮发电机组通常需要并网运行。
同期并网指汽轮发电机组带到工作转速后，安全地将发电机与电网并接的过程。
同期并网的条件为合闸，油开关两侧（发电机、电网）间各相位的电位差等于零。
即要求两侧电压同相序、同电压、同频率、同相位。
7ＤＥＨ接受双路交流２２０Ｖ/３０００ＶＡ不停电电源，内部有冗余设计，一路失电，另一路可自动接通。
其直流电源采用了冗余技术，即一块电源模件故障，仍然不影响系统的正常工作。
带CPU的控制器，按所完成的控制任务不同，在系统中分为两组：
自动控制、自启动。
每一组配置有冗余的处理器。
超速保护及自动控制部分：
主要完成转速测量以及各种紧急情况的处理，如甩负荷、负荷不平衡、超速限制、超速遮断等；完成参数的设置、反馈环路的投切、控制方式的选择、电磁阀试验、喷油试验.完成伺服控制、手动自动方式选择、快卸、单阀/顺序阀、挂闸等等。
自启动部分：
主要完成信号检测与替换、参数越限报警保持、自动启动、应力计算。
2、DEH控制系统主要功能
2.1、自动挂闸
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。
汽轮机挂闸状态为危急遮断装置的各杠杆复位，高压安全油与油箱的回油被切断，压力开关PS1、PS2、PS3发出讯息（>7.8MPa），高压保安油建立。
挂闸允许条件：
a）汽轮机已跳闸；
b）所有进汽阀全关。
当有“停机”和“所有阀关”信号，即允许挂闸。
DEH接收到挂闸指令后，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，高压安全油油压建立，同时高压遮断电磁阀6YV、7YV、8YV、9YV带电。
2.2、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%
为保持此对应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，可分别对7个油动机快速地进行整定。
油动机整定通过一台PC机（配有超级终端）来操作。
在启动前，整定条件为：
a）汽轮机挂闸；
b）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。
为保证上述关系有良好的线性，可先进行零位校正。
零位校正时，给定值为50，移动LVDT的安装位置，使油动机行程为50％即可。
作静态关系整定时，用专用电缆把须校验的阀定位器同PC机串口连接起来，打开超级终端，按“ENTER”键，使阀定位器进入“Local”模式。
（超级终端设置：
Baudrate=19200，Bits=8bits，StopBits=Onestopbit，Parity=Noparity）
静态关系整定分零位校验、满位校验、全行程校验。
在超级终端中键入“CALBOT”校验零位；键入“CALTOP”校验满位；键入“CALFULL”校验全行程。
选择校验方式后，等待结果。
一般在作完静态关系的整定之后，还需进行线性度的测试。
此时，在超级终端中发出开门指令，例如：
demand=20.0，在就地测量阀门实际行程。
记录开门指令、阀门实际行程和阀门位置反馈，阀门实际开度和阀门位置反馈之差不能大于阀门全行程的1%。
2.3、启动前的控制和启动方式
2.3.1、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。
DEH在每次运行时，自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温T的高低划分机组热状态。
T＜150℃冷态
150℃≤T＜300℃温态
300℃≤T＜400℃热态
400℃≤T极热态
2.3.2、高压缸预暖
启动前，可利用高压旁路蒸汽，通过RFV预暖阀从高压缸排汽口引入高压缸进行预暖。
司机发出预暖指令，打开RFV预暖阀及关闭抽真空阀VV，关闭高排逆止阀，待高压缸温度达到规定值（150℃）后，保持一小时，关闭RFV预暖阀，高压缸预暖完成。
2.3.3、高压主汽阀预暖
运行人员发出预暖指令，将一侧高压主汽阀开启10％，将主蒸汽引入两主汽阀体内，当1#主汽门和#主汽门阀体温度达到规定值（150℃），或者高压主汽门阀壳内外温度偏差小于38℃后，延时1小时，预暖结束，关闭高压主汽阀。
2.4、启动方式
2.4.1、中压缸启动
在预暖完成并具备启动条件后，打开VV阀，司机在OIS上选择“中压缸（IPSTART）”，逐渐开启中压调门,机组升速至3000r/min。
并网后,机组带初负荷,设置目标负荷、负荷率,按“进行/保持（GO/HOLD）”按钮，此时画面应当显示“进行（GO）”字样,机组开始升负荷。
为保持中间再热压力不变，低旁逐渐关闭，当低旁全关时，可进行高中压缸切换，按下“缸切换（CASCHG）”按钮,高、中压缸开始切换，即高压调节阀逐渐开启，为维持主蒸汽压力不变，高旁开始关闭，当高、中压缸进汽比例达到1：
3时，即认为切换完成，高、中压调门同时参与控制。
当缸切换进行时,将切除负荷控制,将VV阀关闭。
2.4.2、高中压缸联合启动
当旁路系统性能不完善或热态、极热态启动时，可采用高、中压缸联合启动方式,此时，高、中压调节阀同时开启。
2.5、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。
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400r/min/min快速冲过去。
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。
2.5.1、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:
汽机刚运行时，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3060或3360r/min；
目标错误地设在临界区内时，将其自动改为临界转速区下限值-20。
2.5.2、升速率
操作员设定，速率在（0，400）r/min/min。
在临界转速区内，速率为400r/min/min。
2.5.3、临界转速
轴系临界转速计算值为:
第一阶:
1399r/min电机转子一阶；
第二阶:
1679r/min高中压转子一阶；
第三阶:
1753r/min低压转子一阶；
第四阶:
3456r/min电机转子二阶；
为避开临界转速，DEH设置了两个临界转速区，其临界转速区的范围为：
第一临界转速区：
1350～1450r/min；
第二临界转速区：
1630～1800r/min。
2.5.4、暖机
汽机暖机转速通常定为1200，2000r/min，故目标值通常设为1200，2000，3000r/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:
操作员发出“保持（HOLD）”指令。
在临界转速区内时，保持指令无效。
2.5.5、3000r/min定速,假并网试验
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。
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。
2.5.6、按经验曲线自动升转速、升负荷
机组可按当时的热状态（冷态、温态、热态、极热态），完成从冲转、升速、过临界转速、并网带初负荷直到目标负荷的全过程自动控制。
升速及升负荷曲线由当时的热状态确定，司机可通过操作员站对目标值、速率（负荷率）、暖机时间进行人为干预。
2.6、负荷控制
2.6.1、并网、升负荷及负荷正常调节
2.6.1.1、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，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。
由于刚并网时，未投入负荷控制，故用主蒸汽压力修正应增加的给定值。
给定值=原值+3+f（p0）
刚并网时，目标也等于此给定值。
2.6.1.2、升负荷
在汽轮发电机组并网后，DEH具有实现一次调频功能。
在带基本负荷后，可投入负荷控制。
在负荷控制投入时，目标和给定值均以MW形式表示。
在负荷控制切除时，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。
1、目标负荷
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）；
调节级压力控制刚投入时，目标为当前调节级压力值（MPa）；
主汽压力控制刚投入时，目标为当前主汽压力值（MPa）；
发电机刚并网时，目标为初负荷给定值（%）；
手动状态，目标为参考量（%）（阀门总流量指令）；
控制回路刚切除时，目标为参考量（%）；
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110%或310MW。
2、负荷率
操作员设定，负荷率在（0，100）MW/min内；
单阀/顺序阀转换时，负荷率为5.0MW/min；
CCS控制方式下，负荷率为100MW/min。
若目标以百分比表示时，则负荷率也相应用百分比形式。
刚并网时初负荷率为8MW/min。
3、负荷控制方式
3.1、调节级压力控制
调节级压力控制器是一个PI调节器，它比较设定压力与实际调节级压力，经过计算后输出信号控制ICV阀和CV阀。
当满足以下条件时，通过OIS可将该控制器投入：
a）DEMAND小于90%；
b）控制系统处于自动方式；
c）负荷控制器未投入；
d）汽机已带负荷，调节级压力在3~15MPa间；
e）压力信号正常；
f）TPC未动作；
g）RUNBACK未动作。
该控制器切除条件：
a）操作员将其切除；
b）该压力信号故障；
c）到滑压点时；
d）TPC动作；
e）汽机跳闸；
f）油开关跳闸；
g）调节级压力小于3Mpa或大于15Mpa或故障；
h）RUNBACK动作；
i）手动方式。
3.2、负荷控制
负荷控制器是一个PID控制器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出信号控制CV阀和ICV阀。
在满足以下条件后，可由操作员投入该控制器：
a）机组已并网，负荷在8.0MW～320MW之间；
b）功率信号正常；
c）调节压力控制未投入；
d）主汽压力控制未投入；
e）CCS控制未投入；
f）快卸未动作；
g）TPC未动作；
h）系统处于自动方式；
i）一次调频未动作。
负荷控制器切除条件：
a）操作员切除该控制器；
b）负荷小于8.0MW或大于320MW或信号故障；
c）功率信号不正常；
d）汽机打闸；
e）到滑压点时；
f）快卸动作；
g）TPC动作；
h）手动方式；
i）CCS控制投入；
j）一次调频动作；
k）油开关断开。
在负荷投入时，设定点以MW形式表示。
采用PID无差调节，稳态时负荷等于设定的值。
3.3、主汽压力控制
主汽压力控制器是一个PID控制器，用于比较主汽压力设定值与实际主汽压力，经计算后输出控制阀门开度指令。
在满足以下条件后，可由操作员投入主汽压力控制：
a）机组已并网，主汽压力在3～16.67Mpa之间；
b）主汽压力信号正常；
c）TPC未动作；
d）自动方式；
e）一次调频未动作；
f）负荷控制回路未投入；
g）调节级压力控制回路未投入；
h）快卸负荷未动作；
i）CCS控制未投入。
主汽压力控制器切除条件：
a）操作员手操切除；
b）负荷限制动作；
c）主汽压力信号故障；
d）汽机已跳闸；
e）TPC动作；
f）高负荷限制动作；
g）低负荷限制动作；
h）阀位限制动作；
i）一次调频动作；
j）手动方式；
k）快卸负荷动作；
l）油开关跳闸。
3.4、一次调频
汽轮发电机组在并网运行时，为保证供电品质对电网频率的要求，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：
a）自动状态；
b）负荷首次大于10%后。
通常为使机组承担合理的一次调频量，设置DEH的不等率及死区与液压调节系统的不等率及迟缓率相一致。
不等率在3～6%内可调，设为4.5%。
死区在0～30r/min内可调。
死区范围为:
3000±死区值。
3.5、CCS控制
此时汽机负荷目标值受锅炉控制系统控制，负荷率为100MW/min，在负荷限制动作时产生保持信号。
当满足以下条件，可由操作员投入CCS控制：
a）控制系统在自动方式；
b）接收到CCS请求信号；
c）快卸负荷未动作；
d）TPC未动作；
e）一次调频未动作。
切除CCS方式的条件：
a）快卸负荷动作；
b）一次调频动作；
c）TPC动作；
d）手动方式；
e）无CCS请求；
f）油开关断开；
g）汽机跳闸。
在CCS方式下，DEH的目标等于CCS给定，且切除负荷控制、调节级压力控制和主汽压力控制，一次调频死区改为30r/min。
CCS给定信号与目标及总阀位给定的对应关系为:
4～20mA—0～100%
CCS给定信号代表总的阀位给定。
3.6、主汽压力限制（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。
主汽压力限制方式切除条件:
a）油开关断开；
b）压力信号坏；
c）手动状态。
主汽压力限制方式投入条件:
a）主
升级会员 