DEH启动控制及保护专题.

港电DEH控制系统专题介绍郑建林DEH专题介绍一四SGC顺控程序介绍启动装置TAB介绍二热应力及温度准则三汽机主保护设置汽机启动装置（Start-updevice）是汽机启动顺控与DEH之间的接口、桥梁。在大多数情况下，启动装置接受启动顺控控制，参与DEH的复位、挂闸、冲转、暖机、维持额定转速直至并网带初负荷。实际上，启动装置直接参与对高中压主汽阀和高中压调阀的开度控制。启动装置的核心部分是一个受控的斜坡函数发生器，其自身的动态特性为：在0-60S内，输出TAB变化为0-100%。TAB值一般由汽机启动顺控自动设置。运行在OM上也可以设置。启动装置进入工作状态的前提是：汽机保护系统未动作且液压供油单元工作正常，油压大于15MPA。一、启动装置TAB介绍102030405060708042,5%32,5%22,5%12,5%复置主汽门遮断电磁阀启动装置输出[%]启动装置46to92%-阀位控制器-10to105%启动(T=60sec)停机(T=60sec)Governoropen控制指令=0%复置调门遮断电磁阀主汽门方向阀动作主汽门打开汽轮机挂闸37,5%27,5%17,5%7,5%调门电磁阀遮断主汽门电磁阀遮断主汽门方向阀动作主汽门关闭汽机遮断Time[sec]启动装置功能图一、启动装置TAB介绍启动装置定值STARTUPDEVICE控制任务定值上升过程0%允许启动SGCSTEAMTURBINE(DKW)ST进入汽轮机控制；＞12.5%汽机复置＞22.5%高、中压主汽门跳闸电磁门复位（ESVTRIPSOLVRESET）＞32.5%高、中压调门跳闸电磁门复位（CVTRIPSOLVRESET）＞42.5%开启高、中压主汽门（ESVPILOTSOLVOPEN）＞62%允许通过子组控制，使高、中压调门开启，汽机实现冲转、升速、并网＞99%发电机并网后，释放汽轮机控制门的全开范围（≤62％），完全由汽轮机控制门控制机组的负荷；定值下降过程＜37.5%所有主汽门关闭ESVPILOTSOLVOFF＜27.5%所有调门跳闸电磁门OFF（CVTRIPSOLVOFF）＜17.5%所有主汽门跳闸电磁门OFF（ESVTRIPSOLVOFF）＜7.5%发出汽机跳闸指令一、启动装置TAB介绍一、启动装置TAB介绍机组启动过程中,启动装置TAB每次到达某一限值时,其输出TAB都会停止变化，等待SGCST执行特定任务操作，操作完成收到反馈信号后，启动装置TAB输出才会继续变化。TAB值不是直接输入汽机控制器，而是做了处理。目的还是为了保证机组安全。启动装置的输出与汽轮机控制系统的输出YR（代表汽机控制阀阀位）的关系如上图所示。1）TAB值在0～46％。在这个范围内，TAB会完成TTS复位，ESV跳闸电磁阀复位、CV跳闸电磁阀复位，ESV阀开启等操作。在该过程中，要求确保CV可靠关闭，因此此时对应的YR输出是－10％。2）拐点1（50，0）。TAB大于50％后，YR0后，调门才会开启。3）TAB值46～92％，YR的输出线性的从－10升至105，在该过程中，汽机完成冲转，暖机，额定转速，并网。具体控制为转速/负荷控制器控制。4）拐点2（92，105）。TAB大于92％后，YR＝105，此时TAB完全放开，只起限制作用，交由其它控制器控制汽机。一、启动装置TAB介绍汽轮机在启停和变工况过程中,由于进入汽轮机的蒸汽温度和流量发生变化,使得汽缸与转子的金属表面温度也发生变化,通过热传导汽缸和转子的内部温度也发生相应变化。当温度改变时,物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束,使其不能完全自由胀缩而产生应力,这种由温度变化而产生的应力称为热应力。在汽轮机的启动过程中,热应力是造成设备损坏的主要原因之一,特别是高参数、大容量汽轮机,往往会因为暖机不充分或蒸汽参数不合适,造成热应力过大而产生汽缸裂纹、螺栓断裂、转子裂纹和弯曲等设备损坏事故。故启动过程中的热应力监视和控制相当重要,热应力控制得当,既可以实现汽轮机安全、快速地启动,又可以减少寿命损耗,延长使用期限。二、热应力及温度准则二、热应力及温度准则SIEMENSDEH的一个显著特点及优点就是汽轮机的启动冲转必须由其提供的程控子组完成,系统未提供运行人员手动操作的界面.为了实现汽轮机的ATC,DEH需要对启动过程中的很多设备、系统以及汽轮机相关的重要参数进行监视和确认.X准则就是其中一个重要的条件,其实质是变温度准则,就是根据金属部件不同的温度,确定不同的蒸汽温度,并使之与汽轮机金属部件温度匹配,温差控制在TSE差值内,从而实现汽轮机在启动过程中的热应力控制,并使启动时间最小,最佳.目前使用的X准则有六个,分别是X2、X4、X5、X6、X7A/B和X8.根据X准则在汽轮机自启动程控中的步骤,可划分为：•顺控第13步：X2准则,打开主蒸汽管道上的主汽门并对阀体预热的条件；•顺控第20步：X4、X5、X6,汽机冲转,开调门的条件；•顺控第23步：X7A、X7B,汽轮机中速暖机结束,升速到额定转速的条件•顺控第29步：X8,发电机并网带负荷的条件根据功能划分：•最低蒸汽温度的限定,避免热部件不必要的冷却：X5、X6•蒸汽与金属部件的温差,限制热应力：X7A、X7B、X8、X2•在汽轮机用蒸汽冲转之前过热度的限定：X4二、热应力及温度准则二、热应力及温度准则二、热应力及温度准则温差是用来表征热应力最直接的物理量。为此汽机厂根据各部件的特性，制定了主要厚重部件的温差限制，以期望把热应力限制在合理的寿命消耗范围内。温度裕度的计算如图所示。其中，横坐标表示部件中心的温度，纵坐标表示温差。两条上下线是汽机厂根据部件特性给出的正、负温差限制值，分别代表机组升、降两个工况下部件最大的允许温差。将部件允许的温差减去部件实际温差（dT）得出的差值就是部件温度裕度Margin上限温度裕度ddTU＝dTpermu－dT下限温度裕度ddTL＝dT－dTpermLMargin越大，所受的热应力越小；反之，如果Margin越小，说明热应力越大。如果Margin小于0，此时热应力已经超出了厂家的要求，再进行升速或变负荷将会导致超出预期的寿命消耗，减少部件的使用寿命，因此需要限制。目前我们汽机共有五个部件需要进行Margin计算，分别是高压主汽门、高压调门，高压缸、高压转子、中压转子。这五个Magin的取小值作为整台机组应力控制的限制值。经过计算的部件温差,以温差值和棒图的形式在OM画面显示.温度裕度大于零时,以绿色数值显示.如果差值变为负数,颜色将变成黄色.差值低于-15K时显示为红色.这些报警特征可用来提醒和指导运行人员,通过采取措施来改善状况.二、热应力及温度准则TSE涉及的温度测点:MAA11CT021A#1高压主汽门壳体温度100%MAA11CT022A#1高压主汽门壳体温度50%MAA12CT021A#1高压调门壳体温度100%MAA12CT022A#1高压调门壳体温度50%MAA21CT021A#2高压主汽门壳体温度100%MAA21CT022A#2高压主汽门壳体温度50%MAA22CT021A#2高压调门壳体温度100%MAA22CT022A#2高压调门壳体温度50%MAA50CT031A高压缸蒸汽温度100%MAA50CT032A高压缸蒸汽温度50%MAA50CT011A/12A/13A高压内缸壁温90%处温度(三取二,偏差报警45℃)MAB50CT011A/12A/13A中压内缸金属90%处温度(三取二,偏差报警18℃)二、热应力及温度准则西门子超超临界汽轮机采用X准则来确保启动时合适的蒸汽参数,以及高压缸、高中压转子得到充分暖机;采用高压级压力控制来减少启动初期高压缸部分的应力,从而实现安全快速的启动。高压级压力控制器由汽轮机主顺控的第3步自动投入,当汽轮机转速大于402r/min时,自动退出,退出后,调节器的输出值始终是110％,不会对高调门进行限制.主要目的是减少汽轮机开始冲转到低速暖机过程中高压缸部分的热应力。在带有旁路系统的再热汽轮机启动时，高压调节阀先打开，汽轮机高压缸接收蒸汽流量。最初由于蒸汽的凝结而加热，然后则是对流产生加热。最初的凝结阶段，在饱和蒸汽温度下产生强烈的热交换。饱和蒸汽温度则与蒸汽的压力相关。但是，如果冷再热蒸汽压力（高压缸的背压）已经异常的高了（相应的饱和蒸汽温度也高），则会在受监视的部件中发生不允许产生的温度梯度。二、热应力及温度准则为了限制饱和蒸汽的温度发生如此变化，需要通过压力限制控制器的控制，在适当的压力下进行加热。因此，高压叶片级压力控制器就用作压力限制控制器，在蒸汽开始进入高压缸及加速到暖机速度期间，它通过阀位设定值组成对各高压调节阀进行限制。该控制器有一变化的压力设定点，它是高压缸部件平均温度和许用温差的函数，随着温度的升高，它的作用逐渐减少。当该控制器工作时，将汽轮发电机加速到暖机速度所需的任何动力都靠进一步打开中压调节阀来获得。在冷态启动的情况下，高压调节阀此时可能被节流，这时主蒸汽温度较低及暖机速度也较慢。这样，高压叶片就不会因鼓风作用而遭受过度的温升。该控制器通过汽轮机SGC投入。当汽轮机达到额定转速之下的最小设定转速时或在测量数值有故障时控制器工作状态切除。高压叶片级压力控制器是PI控制。二、热应力及温度准则在机组启动、甩负荷或其它异常工况下,由于高压缸进汽量的减少,导致高压缸未几级叶片在高速旋转下摩擦产生的高温得不到有效的冷却,叶片可能产生超出许用范围的热应力和差胀,为此DEH专门设置了高排温度限制调节器,高排温度限制调节器是一个PI调节器.DEH用高压缸（12级后）的蒸汽温度表示长叶片温度；用高压内缸壁温代表高压转子温度,转子温度和叶片温度的温差再乘以－1作为调节器的输入偏差∆.通过限制中调门的开度来增加高压缸的进汽量,从而避免高压缸长叶片区域的蒸汽温度超过最大许可值.叶片温度与转子温度的差值还用于高排温度保护：∆-15,报警,关高调门切高压缸,开高排通风阀；∆-10,警告；∆0,ETS动作,汽轮机跳闸.高压缸切除后,只有机组负荷大于100MW且高压叶片温度小于515℃两个条件都满足,自动投入SGCOPENHP－TURB的程控,恢复高压缸进汽运行.二、热应力及温度准则西门子660MW超超临界汽轮机的自动化程度较高,通过执行汽轮机主顺控SGC来自动完成整个启动过程,从汽轮机冲转、升速到360r/min、低速暖机、升速到额定转速3000r/min、高速暖机一直到并网带负荷。在各个阶段,主顺控会通过X准则的判断来确定热应力是否符合要求,以决定是否可以进行下一步,或继续在本步等待,直到条件满足。这些判断由程序自动实现,不需运行人员干预,否则反而会导致应力超限。顺控程序中，重点区别限压和初压模式，在限压模式中,汽机侧调整机组负荷,锅炉跟随调节主汽压力.此时压力调节器是无效的,它快速跟踪进汽设定值OSB的输出YR,随时处于备用状态,一旦主汽压力和压力设定值偏差过大时,压力调节器即可投入作用,关小调门,维持机前压力。而在初压模式中,锅炉侧调节机组负荷,汽轮机跟随调节主汽压力.此时压力调节器发挥作用.限压/初压方式可以通过OM系统手动执行。三、SGC顺控程序介绍一．汽机程控启动步序：第1步：空步。程序设置空步是为了为顺控步须的执行提供充裕的执行时间，另一方面是为以后逻辑的变更留下位置。第2步：投入汽机各阀门组的子环。投入相关汽门的SLC，把各汽门置于SGC顺控子组控制之中。该子环在不投的情况下可以单独操作。第3步：投入汽机限制控制器。a）高压排汽温度控制投入；作用：避免高压缸末几级长叶片鼓风过热损坏。激活后，通过关小中调门减少中压缸进汽量，从而开大高调门增加高压缸的进汽量，达到减少高压缸鼓风过热的目的。b）高压叶片压力控制投入；作用：限制高压缸进汽压力，防止过大的汽化潜热释放导致汽机部件产生过大的热应力。该控制器由汽机自启动顺控子组激活。激活后，汽机中主门控制负荷或升速，高调门负责调节主汽温度和流量。当汽机转速大于暖机转速360r/min后，该控制器自动解三、SGC