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汽轮机数字电液调节系统南京汽轮电机(集团)有限责任公司汽机技术部调节室－－张静[e-mail],ZJ汽轮机自动调节任务•汽轮机调节系统的任务是要及时地调节汽轮机功率，使它满足外界负荷变化的需要，同时又要维持电网的频率在50HZ左右，这两个任务是有机地相互联系在一起的。•汽轮机上将热能转化为机械能的设备。•蒸汽作用在汽轮机转子上产生的主动力矩为MT，发电机受到的制动力矩MG（不考虑摩擦损失）则有：•Mt-Mg=J.dw/dt•当M=0时，机组转速将发生变化。•汽轮机转速变化，将带来以下影响：•（1）影响供电质量，供电质量有两个指标，即频率和电压。•电压虽与机组转速有关，但主要是对励磁电流的调整进行调节，而频率只取决于机组转速，其关系式为：f=p.n/60•p:发电机组极对数•n:机组转速•（2）影响机组安全，机组转速增加过大，将使转动部分零部件产生过大的应力。•因此，为了保证供电质量和机组安全，汽轮机都装有调节系统，基本任务是：在外界负荷与机组功率相适应时，保证机组稳定运行，当外界负荷改变时，机组转速发生变化时调节系统能相应地改变汽轮机功率，使之与外界负荷相适应，建立新的平衡，并保持机组转速偏差不超过规定的范围。NTC.TJ,ZJ机械液压式调节系统（MHC）：早期的汽轮机调节系统是由离心飞锤（或旋转阻尼）、杠杆、凸轮等机械部件和错油门、油动机等液压部件构成的，称为机械液压式调节系统（MechanicalHydraulicControlSystem,MHC）,简称液调。模拟电调系统（AEH）：在此之前还有过电液并存的系统，随着电气元件的可靠性的提高，20世纪50年代中期，出现了不依靠机械液压式调节系统做后备的纯电调系统，开始采用的纯电调系统是由模拟电路组成，称为模拟式电气液压调节系统(AnalogElectricHydraulicControlsystem,AEH),简称模拟电调。数字电调系统（DEH）：随着计算机技术的发展及其在自动化领域中的应用，20世纪80年代，出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统（DigitalElectricHydraulicControlSystem,DEH）,简称数字电调。汽轮机自动调节系统的发展历程NTC.TJ,ZJDCS与DEH都是电厂过程控制系统DEH是特殊的小型DCS系统：转速控制，负荷控制，伺服控制，系统对象响应块，专业特殊硬件(转速卡、超速保护卡、伺服卡），没有手动功能（特别在EH系统环节中），可靠性要求更高，有的场合硬件要求三取二。目前DCS硬件特别是控制器控制周期不能满足DEH大阶跃工况，如并网运行转为孤网运行。DCS与DEHNTC.TJ,ZJ液压系统具有驱动力大、没有惯性定位精度高、动态响应快、可靠性高等优点，并具有一定的信号综合、放大能力，是汽轮机理想的控制系统，至今仍广泛应用在汽轮机控制系统中，是汽轮机控制系统基本组成部分。目前汽轮机DEH的液压系统基本采用两种压力等级方式：高压抗燃油系统系统压力14.5Mpa低压透平油系统系统压力小于2.0Mpa液压系统的特点NTC.TJ,ZJ电液控制系统由电气和液压两部分组成，如何将电气信号转换成液压信号，便成为电调系统的关键。在高压系统电液转换元件称为电液伺服阀。最为人们所熟知的电液伺服阀为美国MOOG公司生产的喷嘴挡板式电液伺服阀，简称MOOG阀，是一种定型的产品，广泛应用于高压液压电液伺服系统中。具有控制精度高，动态响应快的特点。但是其抗污染能力较差，对液压油的清洁度要求很高。在低压系统中，电液转化元件成为电液转换器。由于低压透平油液压系统为汽轮机传统的液压控制系统，国内、外许多厂家都开发过，电液转换器与自己的液压系统配套，以适应电调发展的需要。例如：国内的汽轮机厂有自己的电液转换器，没有形成行业通用的电液转换器SVA9、DDV634,电液转换蝶阀放大器，REXA阀、CPC、VOITH、TM25,电液转换的问题NTC.TJ,ZJ由计算机控制系统和以抗燃油为工质的高压液压系统构成了高压抗燃油数字电液控制系统，简称高压抗燃油DEH，采用MOOG阀，作为电液转换元件。纯电调是相对电液并存而言的一种控制形式。在电调发展初期，由于担心电气部分不可靠，还保留了一个液压控制回路，称为电液并存。电调发展至今已无保留液压备用的必要，撤消液压备用回路后的电液控制系统称为纯电调。系统采用磷酸酯型抗燃油为工质，以杜绝火灾隐患。计算机控制系统和高压液压系统（包括电液伺服阀）都是专业化极强、非常成熟的工业领域，两者很容易结合起来，构成理想的汽轮机数字电液控制系统，正好能适应大型机组的自动化要求，所以高压抗燃油数字电调已成为大型机组典型的控制系统。高压抗燃油纯电调NTC.TJ,ZJ由计算机控制系统和低压透平油液压系统构成的低压透平油数字电液控制系统，简称低压透平油DEH，也是一种纯电调，能达到高压抗燃油DEH同样的性能和功能。低压透平油液压系统是汽轮机制造厂传统的液压系统，低压透平油纯电调的发展远不如高压抗燃油纯电调快，其主要原因是电液转换问题解决不好，缺少像高压系统的电液伺服阀那样规范而高性能的电液转换元件低压透平油纯电调NTC.TJ,ZJ控制系统的信号测量、给定装置及信号综合比较放大均由计算机控制系统实现，执行部分及配汽机构仍可沿用传统液调的。对于大型机组的液压系统通常采用高压抗燃油作为工质，执行部分及配汽机构改为一机一阀形式，机械凸轮改为电气凸轮。多采用纯电调形式。采用进口液压设备作电液转换：SVA-9、MOOG阀、DDV阀、REXA阀等。伺服系统有电液油动机型、电液放大器型、REXA阀型等。数字控制的重要特点为离散控制，需要采用足够小的采样周期才能达到稳定性要求。低压透平油数字电调系统DEHNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJNTC.TJ,ZJ调节系统静态特性调节系统静态特性要使调节系统能够对转速（电网频率）及功率进行调节，汽轮机调节系统必须具有稳定的静态特性和动态特性。•所谓调节系统静态特性是指汽轮机在单机运行时，在平衡状态时，汽轮机功率和转速的关系，在功率N和转速n直角坐标系上应是从左至右向下倾斜的曲线，具有这样形状的静态特性才是具有稳定性。•1·调速系统不等率•单独运行的汽轮发电机组从空负荷工况变化到额定负荷工况时转速差与额定转速的比值：•n=(Nmax-Nmin)/nH•2·迟缓率•单机运行时，转速上升时静态特性与转速下降时调节系统静态特性之间的转速差与额定转速之比，称为调节系统的迟缓率。NTC.TJ,ZJ调节系统静态特性降速升速N3000功率0转速汽轮机典型静特性图NTC.TJ,ZJ静态特性的指标有：不等率：即静态曲线总斜率，其倒数代表转速反馈量的大小，IEC规定在3～6％内。局部不等率：即静态曲线各点的斜率,规定在3～12％内。不灵敏区：由滑阀的摩擦及过封度产生。IEC规定：≤150MW＞150MW机械液压系统0.2%0.1%电液调节系统0.1%0.06%转速闭环范围，通常在2700～3500r/min,对于弹性调速器型系统转速闭环范围更大。动态特性的指标有：最大超速量：规定小于保护系统动作转速，通常低于107%阶跃响应振荡次数：小于3次。NTC.TJ,ZJ机械配汽：提板配汽、凸轮配汽，隔板配汽，一个油动机控制多个调节阀流量特性取决于阀门的装配，在运行过程中不能调整。电气辅助配汽：阀门管理，油动机和调节阀一一对应，在运行中可转换节流配汽和喷嘴配汽重叠度，配汽特性可以在运行过程中修改配汽特性的非线性在机组转速控制和负荷控制过程中给控制系统带来困难，表现为转速和负荷波动大。汽轮机配汽机构NTC.TJ,ZJDEH的技术指标：转速控制范围：4.3转/分～3500转/分，精度(±1转/分)；负荷控制范围：0～115％，精度0.5%；转速不等率：3～6％连续可调；升速率控制精度：(1r/min);甩额定负荷时转速超调量：(7％额定转速)；调节系统的迟缓率≯0.2%；抽汽压力不等率：0～10％；系统平均无故障时间：MTBF20000小时；系统可用率：99.9%。共模抑制比应≥90dB，差模抑制比应≥60dB。DEH系统能接受与电气共用全厂接地网而不必设置专用接地网，接地电阻小于5欧。DEH系统能在环境温度0～50℃、相对湿度10～95%(不结露)的环境中连续运行。整套DEH系统的电源要求为：两路220VAC，5A。NTC.TJ,ZJDEH-NTK主要功能•汽机挂闸／开主汽门／摩检•自动／手动升速•转速闭环控制(冲转／升速／暖机／转速保持／自动冲临界)•自动／手动同期•超速试验(103％、110％和112％)•OPC超速保护•并网后自动带初负荷•功率闭环控制/阀位控制•抽汽压力控制•补气控制•协调控制•孤网控制•主汽压控制、保护限制／快速减负荷(RUNBACK)•汽机运转层以上全部监控NTC.TJ,ZJETS保护的主要项目汽机超速（三取二）轴向位移过大差胀过大润滑油压低（三取二）支持轴承温度高支持轴承回油温度高推力轴承温度高推力轴承回油温度高凝汽器真空低（三取二）电控油压低发变组故障手动停机保护当ETS动作时，立即关闭自动主汽门、调速汽门和抽汽调门。同时界面上有首跳闸原因显示及记忆。NTC.TJ,ZJTSI监视的主要项目汽机转速轴向位移差胀振动大轴弯曲热膨胀油箱油位电涡流传感器、振动传感器、差动变压器或差动电感位移传感器和转速传感器直接进入DEH-NTK系统，也可通过TSI仪表输出到DEH-NTK系统。TSI系统在汽机盘车、启动、运行和超速试验以及停机过程中可以连续显示和记录汽轮机转子和汽缸机械状态参数，并在超出预置的运行极限时发出警报，当超出预置的危险值时使机组自动停机。NTC.TJ,ZJ负荷调节是两个回路的串级调节系统，通过调门的控制来调节机组负荷并网带初负荷功率调节回路-内环一次调频回路-外环负荷限制电、热负荷解耦调节汽轮机负荷控制LoadControlandlimitationNTC.TJ,ZJ阀门开度定值PID功率定值MW+-功率回路原理图转速回路原理图转速负荷控制回路原理MWLoopandImpulsePress.Loop阀门开度定值PID转速定值n+-BR-功率/阀位选择NTC.TJ,ZJ频率给定探头3000REFDMDPIDX2X1+++++-FDEMREFDMD:DEH功率给定FDEM：DEH流量参考X1：一次调频量X2：二次调频量n：机组转速nX1dn105%dMWOPC动作区域107%103%60%30%100%95%100%MWndnPLU107%动作范围103%动作范围一次二次调频范围一次调频二次调频一次调频与二次调频FrequencyControlNTC.TJ,ZJDEH-NTK系统图NTC.TJ,ZJ欧陆传统系统T103、T940欧陆发展T2550科远股份KM940DEH硬件平台变化NTC.TJ,ZJ主控主控I/O模块FI2TFW伺服模块处理通用标准信号AI、DI、AO、DO、PI等等HUB控制柜DEH专用伺服模块油动机LVDT反馈电液转换器（DDV阀）操作员站工程师站DEH专用测速模块与电液转换装置和执行部件构成伺服油动机配汽机构组成原理NTC.TJ,ZJ冗余I/O网容错控制处理机全功能操作站冗余控制网网络结构NTC.TJ,ZJ前期DEH-NTK系统硬件平台存在的不足控制周期较长,影响ETS响应时间无DEH专用模件（测速卡、超速卡、伺服卡）孤网控制效果不佳工况快速大幅波动时，转速波动较大SOE需要专用模件,灵活度不够硬件持续改进引进欧陆技术、具有完全自主知识产权、为发电企业量身定制的分散控制系统-NT6000运算速度提高10倍转速控制精度提高0.5RPM孤网控制精度小于5RPM机组甩全负荷转速飞升下降2%ETS控制响应周期小于20毫秒NTC.TJ,ZJNT6000分散控制系统之