12《汽轮机DEH》

第五章汽轮机数字电液（DEH）控制系统一，再热汽轮机的特点(1)由于中间再热容积的存在，导致中、低压缸功率滞后，降低了机组对负荷的适应性。(2)大型汽轮机的再热容积的时间常数大（8~12s）,导致机组组成部件、控制规律的变化：1)当机组甩负荷时，即使主汽阀、调节汽阀立即关闭，再热容积贮存的蒸汽，能使机组超速40％以上。因此，要增设中压主汽阀和调节汽阀，在机组甩负荷时，同时关闭两种进汽阀。2)再热汽轮机对控制的要求是：高压调节汽阀用于控制负荷或转速，要求全程可调；中压调节汽阀从启动到约1/3负荷以下可调，1／3负荷以上全开，不参与调节。图9—1引进型300MW机组的数字电液控制系统二、大型汽轮机的数字电液控制系统(DEH)（一)引进型300MW机组数字电液控制系统1，300MW机组DEH控制系统的组成：图9—1所示为引进型300MW机组的数字电液控制系统，它由以计算机为主体的数字系统和采用高压抗燃油的液压伺服系统两大部分组成。数字系统的输出，经转换和放大后，由液压伺服系统去控制各执行机构，其组成如下。（1)电子控制器：主要包括数字计算机、混合数模插件、接口和电源等设备，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)操作和监视系统：主要是图像站(DAS)，包括操作盘、独立的计算机、显示器和打印机等，用于运行人员提供运行信息，进行人机对话、操作和监督等。（3)油系统：高压油和润滑油系统。高压油为抗燃油，为控制和保护系统提供控制和动力用油，接受电子控制器和操作盘来的指令动作；润滑油为轴承提供润滑和冷却用油。(4)转换、放大和执行机构：包括伺服系统，手动备用控制系统，以及具有附加快关、隔离和逆止装置的单侧油动机等，负责控制高、中压主汽阀和调节汽阀。(5)保护系统：主要包括继电系统和电磁阀，用于防护和遮断机组。防护系统(OPC)用于机组超速时关闭高、中压缸调节汽阀；保护系统(ET5)用于参数严重超标、危及机组安全时，紧急关闭所有的主汽阀和调节汽阀，立即停机。此外，还有机械超速保护和手动遮断系统等。另外，为机组的控制、自启停和监督服务用的测量和转换元件也是必不可少的。2，300MW机组DEH控制系统的特点和功能：新华公司的DEH系统，是在引进西屋公司DEH—Ⅲ型系统，利用数字计算机、高压抗燃油新技术，具有许多新的特点：(1)主控制机有A、B两台，一台工作，一台热备用，具有自诊断功能，容错技术可实现无扰切换。另有C机为自动程序控制使用。(2)系统具有多种控制模式、多种运行模式和多种手动模拟系统，可实现自动、手动跟踪和无扰切换。(3)系统具有灵活性，可在线改变控制模式、速度变动率和阀门管方式等。(4)通过监控和数值计算，可实现机组的自启停、自动并网和加负荷，以及完整的故障保护和阀门快关功能。(5)系统主控参数具有完善的、可靠的判别功能，采用“三选二”的选择方法；数据采集系统(DAS)为自动程序控制(ATC)提供必须的状态变量；CRT图象站具有对系统自身和机组全面监控、显示、制表和打印功能。由于这些特点，使DEH系统功能强、精度高。在额定参数下转速的控制偏差为±2r／min，功率偏差为±2MW。(二)英国GEC公司的数字电液控制系统（略）(三)阿尔斯通公司的数字电液控制系统（略）三，DEH控制系统的工作原理图9—4所示为引进型300MW汽轮机DEH系统的原理图，图中的输出是转速()，外扰是负荷变化R，内扰是蒸汽压力，转速和功率给定。ppn图9—4引进型300MW汽轮机DEH系统的原理图1，三种反馈信号：设置了调节级压力、机组功率P和转速n三种反馈信号。2，伺服系统：由伺服放大器、电液伺服阀、油动机及其线性位移变送器(LVDT)组成的伺服系统，承担功率放大、电液转换和改变阀门位置、改变进汽量，执行对机组控制任务。3，串级PI控制系统：串级PI控制系统，调节运算是由数字部分地区完成。系统由内回路和外回路组成，内回路促进调节过程的快速性，外回路则保证了输出严格等于始定值。PI调节中的比例环节对调节偏差信号迅速放大；积分环节保证了消除系统的静差，是一种无差控制系统。Tp系统中“开关”K1、K2的指向，使系统既可按串级PI调节，也可按单级PIl或P12调节方式运行。当系统受扰时，进入汽轮机的流量变化，首先是调节级压力的变化，该回路迅速响应。发电机的功率回路的响应较慢。机组参与调频时，转速取决于电网的频率，在电网容量较大的情况下，转速回路的反馈一般较小，影响较弱。4，转速给定、功率给定：系统工作时，转速给定代表要求的目标转速，功率给定代表目标负荷。但机组参与调频时，转速给定与转速反馈信号的偏差，则反映外扰的大小和方向。此时若功率给定值不变，则该给定与控制系统保持的负荷值并不相同，而被转速偏差修正后的功率给定值，才是系统所保持的负荷值。5，DEH系统的运行方式：可按调频方式和基本负荷方式运行。A，当系统处于调频方式运行时，若电网负荷增加，则频率下降，机组转速下降，经与转速给定值比较，输出为正偏差。经PI调节器校正后的信号，输入伺服放大器，再经电液伺服阀、油动机，开大调节汽阀，发电机功率增加。此时，系统有两种平衡方式：（1）增加功率给定值，使之与电网要求的负荷相适应，电网的频率回升，转速偏差为零，电网的频率保持不变；（2）功率给定仍保持不变，此时增加的负荷值，是靠转速偏差增大达到平衡。于是转速的偏差就代表了功率的增加，这是以损害电网频率为代价获得的平衡。用增加转速给定值来满足负荷的增加，会使机组遇到甩负荷时的动态品质变坏，甚至有超速的危险。因此，正确的办法是使转速给定为额定值，用增加功率给定值的方法，适应外界负荷的增加。B，机组带基本负荷时，不把转速的偏差信号接入系统，或者是将该偏差乘以很小的百分数，使之对外界负荷的变化不敏感，即所谓“死区”，于是，控制系统将按本身的功率给定值去控制机组，保持基本负荷运行。6，系统具有很强的抗内扰能力：DEH系统在内扰作用时，例如主汽参数降低，则输出功率下降，由于功率给定与功率反馈输出正偏差，要求调节汽阀开大，使输出功率等于功率给定值，系统达到平衡，因此，系统具有很强的抗内扰能力。系统的内回路有调节级压力和功率反馈两个回路，受扰时调节级压力回路反应最快，通过PI2的作用，迅速改变调节汽阀的开度；功率反馈回路则需通过PI1和PI2去改变调节阀的开度，调节过程要慢。内回路只起粗调作用，外回路起着细调的作用。由于两内回路均具有对外扰和内扰迅速响应的能力，串级PI控制为最佳运行方式，而单级P11或P12控制方式，调节品质较差，应作为备用运行方式。7，调节参数的整定：系统中调节参数的整定，应保证系统动态品质。为了避免积分太强，引起系统的不稳定，应对输出设上、下限值，使之在1的附近摆动。8，甩负荷时DEH系统的动态持性外扰、内扰或给定值的变化，均导致系统的动作。给定值的变化（改变目标转速或负荷），是人为操作的，动作一般比较缓慢。内扰幅度较小。外界负荷扰动最大，其中最为严重的是机组甩额定荷，此时，已进入汽轮机的蒸汽将全部使机组升速，有超速的危险。调节系统有两种动作方式：（1）功率给定未同时切除：在该情况下，转速回路输出的负偏差是关门信号，功率回路输出的正偏差则是开门信号，这种现象称为“反调”。只有转速偏差的关门信号克服功率偏差的开门信号后，系统才能趋于稳定。结果导致系统的动态品质变坏，稳定转速高于额定转速，其值为速度变动率；（2）甩负荷时同时切除功率给定值，在该情况下，功率回路无偏差输出，系统依靠转速回路输出的负偏差信号，迅速关闭调节汽阀，其动态持性最好，稳定转速等于额定转速。9，DEH系统的保护系统：DEH系统还设有超速防护(OPC)和电超速遮断保护(ETS)以及机械超速遮断保护系统，实行多重保护，以便危急时，任一系统动作均可关闭调节汽阀或同时关闭主汽阀和调节汽阀，确保机组的安全。第二节DEH系统的基本功能DEH系统的总体功能可概括为：汽轮机自动启停、汽轮机自动控制、汽轮机的自动保护、汽轮机的运行监控等四方面。一、汽轮机的自动启停：大型汽轮机的参数高、变化大，形状复杂、尺寸大，传热不均匀，启停过程工况变化剧烈。启停过程的监控项目多，操作复杂。为了做到安全、经济和快速，实现机组的自启停就十分重要。以微处理机为核心的计算机程序控制，能充分利用计算机的运算、处理和逻辑判断能力，通过不断检测机组的状态参数，计算转子等部件的热应力，使机组在热应力的允许范围内，以最高的速率、最短的时间实现机组的自启停。DEH系统配置了冷态和热态两种机组启动方式。1，冷态启动时，由高压主汽阀、调节汽阀进行控制，中压主汽阀、调节汽阀全开。其中从盘车至转速达到2900r／min，由高压主汽阀控制；转速达2900r／min后，切换至高压调节汽阀控制升速，并网到带初负荷；在系统转入负荷控制回路工作后，负荷一直由高压调节汽阀进行控制。2，热态启动时，用联合启动方式，中压调节汽阀参与控制。在启动时，中压主汽阀全开，高压主汽阀全关，高压调节汽阀保持全开。先由中调阀进汽，控制转速；当转速升至2600r／min时，中调阀开度不变，然后切换至高压主汽阀控制转速；当转速升至2900r／min时，再切换至高调阀控制。切换成功后，高压主汽阀全开，由高调阀控制升速、并网和带初负荷；然后再由高、中调阀共同控制升负荷；到达约35％额定负荷后，中调阀全开，由高调阀继续升负荷直至启动结束。二、汽轮机的负荷自动控制:汽轮机的负荷控制：冷态启动时由高压调节汽阀控制，热态启动时由高、中压调节汽阀控制，至35％额定负荷，中压调节汽阀全开，负荷由高压调节汽阀控制。DEH系统在负荷控制阶段，具有下列自动控制方式：1，操作员自动控制方式(OA)：在该方式下，操作员通过操作盘输入目标负荷和负荷变化率，DEH控制器完成调节变量的运算和处理；最后实现负荷的自动控制。2，远方遥控方式(REMOTE)：在该方式下，由机炉协调控制(CCS)的负荷管理中心(LMCC)或电网负荷调度中心(ADS)来的信号，通过遥控接口改变DEH的负荷指令(目标负荷和负荷变化率)，通过DEH系统对机组的负荷进行控制。3，电厂级计算机控制(PLANTCOMP)：由厂级计算机发出目标负荷和负荷变化率的指令，通过DEH对机组的负荷进行自动控制。4，自动汽轮机程序控制方式(ATC)：在负荷控制阶段，自动汽轮机控制方式还可与上述三种自动控制方式组成联合控制方式。1)操作员自动与自动汽轮机控制联合方式(OA—ATC)：在该方式下，操作员通过操作盘输入机组的目标负荷和负荷变化率，自动汽轮机程序控制从下面的速率中选择最小的速率作为机组的实际负荷变化率：①由ATC软件包计算转子应力所确定的最佳速率；②汽轮发电机组限制的负荷变化率；②由操作盘输入的负荷变化率；④电厂允许的负荷变化率。当机组负荷达到操作员所设置的目标负荷时，ATC程序自动地转换为操作员自动(OA)方式。2)ATC分别与机炉协调、自动调度或电厂级计算机组成的ATC—CCS、ATC—ADS或ATC—PLANTCOMP联合方式：在这些方式下，负荷指令来自CCS、ADS或PLANTCOMP，操作员选择的负荷和负荷变化率，由协调控制、遥控源或电厂级计算机指令所替代；ATC则对相应的速率进行监视，如所要求的速率高于机组允许的速率，则ATC转入“保持”方式。*在机组的正常运行阶段，上述的所有控制方式中，机组只接受其中一种方式作为当前的控制方式。*此外，DEH系统还设有主汽压力控制(TPC)和外部负荷返回(RUNBACK)控制方式，以便在机组运行异常时对主辅机进行保护。如在主汽压力降低时，通过关小调节汽阀减小机组的负荷，维持主汽压力的稳定；外部负荷返回控制是考虑辅机故障，如单个给水泵或单侧风机故障时，DEH系统将以一定的速率去关小调节汽阀，将负荷迅速减小到50％额定负荷或预定值。故障消除后，这些控制回路将自动退出，恢复正常控制。三、汽轮发电机组的运行监控DEH的监控系统，用于启停和运行中对机组及DEH装置本身进行状态监控。除了测量和数据采集(DAS)外，主要由ATC软件实现。内容包括操