600MW汽轮机调节保安和供油系统

600MW汽轮机调节保安及供油系统第一节汽轮机调节系统一、数字电液调节系统的方框图图6—1为数字电液调节系统的方框图，它也是一种功率频率调节系统，与模拟电调相比较，其给定、综合比较部分和PID(或n)的运算部分，都是在数字计算机内进行的。由于计算机控制系统是在一定的采样时刻进行控制的，所以，两者的控制方式完全不同，模拟电调属于连续控制，而数字电调则属于离散控制，也称采样控制。图6—1为数字电液调节系统的方框图图6—1中的调节对象，考虑了调节级汽室压力特性、发电机功率特性和电网特性，而计算机的综合、判断和逻辑处理能力又强，因此，它是一种更为完善的调节系统。该系统采用PI调节规律，是一种串级PI调节系统。整个系统由内回路和外回路组成，内回路增强了调节过程的快速性，外回路则保证了输出严格等于给定值；PI调节规律既保证了对系统信息的运算处理和放大，积分作用又可以保证消除静差，实现无差调节。系统的虚拟“开关”由软件实现，K1和K2“开关”的指向可提供不同的运行方式，既可按串级PI方式运行，又可按单级PI方式运行。这就使得当系统中某个回路发生故障时，如变送器损坏等情况下，系统仍能正常工作，这对于液压调节系统来说是办不到的。运行方式的变更既可以通过逻辑判断和跟踪系统自动切换，又可以通过键盘操作进行切换。系统中的外扰是负荷变化及，内扰是蒸汽压力变化p，给定值有转速给定值λn和功率给定λp，两给定值彼此间受静态关系的约束。机组启停或甩负荷时用转速回路控制，并网运行不参与调频时用功率回路控制，参与调频时用功率频率回路控制。由于各种控制模式的处理都可以用计算机实现，有利于机炉协调控制，甚至其实现优化控制，比模拟电调方便得多。二、数字电液调节系统的组成西屋引进型机组的DEH调节系统，是根据西屋公司DEH-Ⅲ型的功能原理开发的。在系统配置方面，尽可能吸收分散系统可靠性高的优点，在硬件设备方面，主要部件都采用微处理机，从而简化硬件电路，提高系统的可靠性。图6—2为该机组DEH的系统图，主要由五大部分组成。(1)电子控制器。主要包括数字计算机、混合数模插件、接口和电源设备等，均集中布置在6个控制柜内。主要用于给定、接受反馈信号、逻辑运算和发出指令进行控制等。(2)操作系统。主要设置有操作盘，图像站的显示器和打印机等，为运行人员提供运行信息、监督、人机对话和操作等服务。(3)油系统。本机高压控制油与润滑油分开。高压油(EH系统)采用三芳基磷酸脂抗燃油为调节系统提供控制与动力用油，系统设有油泵2台，1台工作，1台备用，供油油压为12．42-14．47MPa，它接受调节器或操作盘来的指令进行控制。润滑油泵由主机拖动，为润滑系统提供1．44—1．69MPa的汽轮机油。(4)执行机构。主要由伺服放大器、电液转换器和具有快关、隔离和逆止装置的单侧油动机组成，负责带动高压主汽阀、高压调节汽阀和中压主汽阀、中压调节汽阀。(5)保护系统。设有6个电磁阀，其中2个用于超速时关闭高、中压调节汽阀，其余用于严重超速(110％no)、轴承油压低、EH油压低、推力轴承磨损过大、凝汽器真空过低等情况下危急遮断和手动停机之用。此外，为控制和监督服务用的测量元件是必不可少的，例如，机组转速、调节级汽室压力、发电机功率、主汽压力传感器以及汽轮机自动程序控制(ATC)所需要的测量值等。三、数字电液调节系统的功能从整体看，DEH调节系统有四大功能，下面作简单介绍。1．汽轮机自动程序控制(AutomaticTurbineControl—简称ATC)功能DEH调节系统的汽轮机自动程序控制，是通过状态监测，计算转子的应力，并在机组应力允许的范围内，优化启动程序，用最大的速率与最短的时间实现机组启动过程的全部自动化。ATC允许机组有冷态启动和热态启动两种方式。冷态启动过程包括从盘车、升速、并网到带负荷，其间各种启动的操作、阀门的切换等全过程均由计算机自动进行控制。在非启停过程中，还可以实现ATC监督。2．汽轮机的负荷自动调节功能汽轮机的负荷自动调节有两种情况。冷态启动时，机组并网带初负荷(5％额定负荷)后，负荷由高压调节汽阀进行控制；热态启动时，在机组负荷未达到35％额定负荷以前，由高、中压调节汽阀控制，以后，中压调节汽阀全开，负荷只由高压调节汽阀进行控制。处于负荷控制阶段，DEH调节系统具有下述功能：(1)具有操作员自动、远方控制和电厂计算机控制方式，以及它们分别与ATC组成的联合控制方式。(2)具有自动控制(A和B机双机容错)、一级手动和二级手动冗余控制方式。(3)可采用串级或单级PI控制方式。当负荷大于10％以后，可由运行人员选择是否采用调节级汽室压力和发电机功率反馈回路，从而也就决定了采用何种PI控制方式。(4)可采用定压运行或滑压运行方式。当采用定压运行时，系统有阀门管理功能，以保证汽轮机能获得最大的效率。(5)根据电网的要求，可选择调频运行方式或基本负荷运行方式；设置负荷的上下限及其速率等。此外，还有主汽压力控制(TPC)和外部负荷返回(RUNBACK)等保护主要设备和辅助设备的控制方式，运行控制十分灵活。3．汽轮机的自动保护功能为了避免机组因超速或其他原因遭受破坏，·DEH的保护系统有如下三种保护功能：(1)超速保护(OPC)。该保护只涉及调节汽阀，即转速达到103％n。时快关中压调节汽阀，在103％non110％n。时，超速控制系统通过OPC电磁阀快关高、中压调节汽阀实现对机组的超速保护。(2)危急遮断控制(ETS)。该保护是在ETS系统检测到机组超速达到110％n。或其他安全指标达到安全界限后，通过AST电磁阀关闭所有的主汽阀和调节汽阀，实行紧急停机。(3)机械超速保护和手动脱扣。前者属于超速的多重保护，即当转速高于112％no时，实行紧急停机，后者为保护系统不起作用时进行手动停机，以保障人身和设备的安全。4．机组和DEH系统的监控功能该监控系统在启停和运行过程中对机组和DEH装置两部分运行状况进行监督。内容包括操作状态按钮指示、状态指示和CRT画面，其中对DEH监控的内容包括重要通道、电源和内部程序的运行情况等；CRT画面包括机组和系统的重要参数、运行曲线、潮流趋势和故障显示等。四、数字电液调节系统的控制模式DEH的控制器，是DEH系统的核心。总体而言，它具有两种控制模式，其中又可细分成许多具体的控制方式。1．主汽阀(TV)控制模式主汽阀控制有两种控制方式：（1)主汽阀自动(AUTO)方式。亦称数字系统控制方式。当计算机发出指令进行控制时，称汽轮机主汽阀自动控制(ATC)；当由运行人员自操作盘通过计算机进行控制时，称汽轮机主汽阀操作员自动控制。（2)主汽阀手动方式。此时数字系统不参与，而通过模拟系统对机组进行控制。2．调节汽阀(GV)控制模式(1)调节汽阀自动(AUTO)方式。调节汽阀自动方式即计算机参与的控制方式，为数字系统运行。在负荷控制阶段，GV有以下五种运行方式。1）操作员自动控制方式(OA)。在该方式下，系统接受操作员输入的目标负荷及其速率并进行控制。2)遥控方式(REMOTE)。在该方式下，系统接受协调控制(CCS)或负荷调度中心（ADS)输入的目标负荷及其速率，并进行控制。3)电厂计算机控制方式(PLANTCOMP)。在该方式下，系统接受厂级计算机输入的目标负荷及其速率，并进行控制。4)自动汽轮机控制方式(ATC)。这是一种联合控制方式。其组合形式有OA--ATC、CCS--ATC、ADS--ATC和REMOTE—ATC等几种。此时，由前者给定目标负荷和速率，ATC负责监控，根据机组运行情况选取一个最小的速率作为当前执行速率。(2)调节汽阀手动方式。在调节汽阀手动控制方式下，计算机不参与控制，而是由运行人员发出指令，通过模拟系统输出的信号进行控制。由此可见，无论是TV还是GV，都有数字控制和模拟控制两种方式，它们之间应设有数/模转换和跟踪系统，以便在系统或运行方式变更时，实现无忧切换。五、调节系统的电液伺服执行机构在DEH调节系统中，数字部分的输出，经过数／模转换后，进入电液伺服执行机构，该机构由伺服放大器、电液转换器、油动机及其位移反馈(LVDT)组成，是DEH的放大和执行机构。图6—3为引进型机组DEH调节系统的液压系统图。一般机组的调节油和润滑油为分开的独立系统。这里介绍的为调节油，即EH油系统，它有四大部分组成：图的右下方为保护和遮断系统，用于机组保护；右上方为遮断试验系统，用于系统试验；左上方为中压主汽阀(2个)和调节阀(2个)控制系统；左下方为高压主汽阀(2个)和调节汽阀(4个)控制系统。各油动机及其相应的汽阀称为DEH系统的执行机构，整个调节系统有10个这种机构，由于其调节对象和任务的不同，其结构型式和调节规律也不相同，但从整体看，它们具有以下相同的特点：图6-3DEH调节系统的液压控制系统(1)所有的控制系统都有一套独立的汽阀、油动机、电液伺服阀(开关型汽阀例外)、隔绝阀、止回阀、快速卸载阀和滤油器等，各自独立执行任务。(2)所有的油动机都是单侧油动机，其开启依靠高压动力油，关闭靠弹簧力，这是一种安全型机构，例如在系统漏“油”时，油动机向关闭方向动作。(3)执行机构是一种组合阀门机构，在油动机的油缸上有一个控制块的接口，在该块上装有隔绝阀、快速卸载阀和止回阀，并加上相应的附加组件构成一个整体，成为具有控制和快关功能的组合阀门机构。(一)高压主汽阀和调节汽阀的组合机构高压主汽阀(TV)和高压调节汽阀(GV)是一种控制型的阀门机构，运行时可以根据需要将汽阀控制在任意的中间位置上，其调节规律是蒸汽流量与阀门的开度成正比。1．控制型汽阀的工作原理图6—4为控制型汽阀的工作原理图，图中给出了组合阀门的各种主要功能构件，TV和GV两种汽阀的结构相同。图6—4高压主汽阀和调节汽阀的工作原理图高压抗燃油经隔绝阀和滤油器到电液伺服阀，由伺服阀控制油动机。在每一个控制型的伺服执行机构前，即在DEH控制器中均有一块伺服回路控制卡(VCC卡)，DEH控制器中经计算机运算处理后的阀位指令信号在综合比较器中和线性差动变送器(LVDT)来的并经解调器处理后的负反馈信号相比较即相减，其差值信号经放大器放大后控制电液伺服阀，在电液伺服阀中将电气信号转换成位移信号，使伺服阀的主滑阀移动，并将液压信号放大后控制油通道。当增加负荷时，伺服阀使高压油进入油动机活塞下油腔，油动机活塞向上移动。经杠杆或连杆使汽阀开启；当减小负荷时，伺服阀使压力油自活塞下腔泄出，借助弹簧力使活塞下移而关小汽阀。只要阀位指令信号与活塞位移(LVDT的反馈)的差值不为零，伺服阀就控制油动机的活塞位移。只有差值为零时，电液伺服阀的主滑阀回到中间位置，从而切断油动机的油通道，油动机停止运动。此时油动机活塞及阀门停留在DEH控制器所要求的位置上，从而控制了阀门的开度及汽轮机的进汽量。主汽阀和调节汽阀的油动机旁，各设有一个快速卸荷阀，用于汽轮机故障需要停机时，通过安全油系统使遮断油总管失压，快速泄去油动机下腔的高压油，依靠弹簧力的作用，使汽阀迅速关闭，以实现对机组的保护。在快速卸荷阀动作的同时，工作油还可排人油动机的上腔室，从而避免回油旁路的过载，这是一种巧妙的设计。2．电液伺服阀(电液转换器)电液伺服阀的任务，是把电量转换为液压量去控制油动机。如图6-5所示为该阀的工作原理。它是由一个力矩马达、两级液压放大和机械反馈系统等组成。第一级液压放大是双喷嘴和挡板系统，第二级放大是滑阀系统。当伺服放大器输出的电流改变时，电液伺服阀内力矩马达的衔铁线圈中有电流通过，产生一磁场，在其两侧磁铁的作用下，产生一旋转力矩，使衔铁旋转并带动与之相连的挡板转动，当挡板移近某一只喷嘴时，该喷嘴的泄油面积减小，流量减小，喷嘴前的油压升高；与此同时，另一只喷嘴与挡板的距离增大，流量增加，喷嘴前的油压降低；由于挡板两侧喷嘴的油压与下部滑阀的端部油室是相通的，当两只喷嘴前的油压不相等时，则滑阀两端的油压也不相等，差压导致滑阀移动，使滑阀凸肩所控制的油口开大或关小，并控制通往油动机活塞下腔的高压油，使油动机活塞上升时为开大汽阀，下降时为关