汽轮机DEH控制系统

汽轮机DEH控制系统晋能集团曹萌汽轮机的作用与工作原理汽轮机是火力发电厂的三大主要设备之一。它以锅炉产生的蒸汽为工质，将热能转化为机械能，为发电机提供动力。就以我们公司为例,阳光公司4台汽轮机DEH控制系统，是由东方汽轮机厂与美国ETSI公司合作生产。调节系统的电气部分原来采用INFI-90分散式控制系统，现在#1、#2机组经过DCS一体化改造，采用OVATIN控制系统的配置。液压部分没有改变，全部采用高压抗燃油系统。汽轮机高压缸进汽口配有4个调节汽阀，中压缸进汽口上配有2个调节汽阀，为保证汽轮机的安全运行，还配有相应的主汽阀，即2个高压主汽阀和2个中压主汽阀。10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。就凝汽式汽轮机而言，从锅炉产生的新蒸汽经由主阀门进入高压缸，再进入中压缸，再进入低压缸，最终进入凝汽器。蒸汽的热能在汽轮机内消耗，变为蒸汽的动能，推动装有叶片的汽轮机转子，最终转化为机械能。讲解内容主要包括三部分1、汽轮机DEH控制系统的组成2、汽轮机DEH控制系统的控制策略3、汽轮机DEH控制系统的主要试验4、汽轮机DEH控制系统的常见故障一、DEH系统的组成●从硬件组成分析操作员站,工程师站,控制柜就地部分：伺服放大器,电液转换器、油动机、LVDT共同组成一个液压伺服执行机构，通过机械杠杆、凸轮、弹簧等机械连接，实现对汽轮机进汽流量的控制。●从对汽轮机的作用分析汽轮机的调节保安系统由调节系统和保安系统组成。调节系统是汽轮机控制的主要环节，全面控制汽轮机的启停、升速、带负荷及电厂的协调控制，采集各种汽轮机的运行信息，显示汽轮机的运行状态；保安系统是汽轮机保护的重要部分，它全方位监视汽轮机的各个危害安全运行的参数，保护汽轮机安全可靠的运行。比如：危急遮断滑阀、飞锤高低压遮断电磁阀，超速限制电磁阀等等。二：控制策略和功能1、任务：DEH控制系统可以实现汽轮机从挂闸、冲转、定速暖机、同期并网、带初负荷以及满负荷整个过程的控制。2、控制方式：手动方式、自动方式、锅炉自动方式、自启动方式。3、DEH控制功能DEH控制功能分为四部分,即超速保护部分、自动控制部分、阀门管理部分和转子热应力计算与ATR部分。转子热应力计算与ATR部分在我们公司没有实现，仅起到监视作用，不做讲解。超速保护部分的主要功能主要完成转速的测量以及各种紧急情况的处理。比如：负荷不平衡、甩负荷、超速限制、超速遮断等主要功能。1、负荷不平衡控制。当电网发生瞬时故障，发电机输出功率骤减，汽机尚未及时减负荷，导致汽机转速突增，为了解决机负荷和电负荷的不平衡问题，通过测量中压缸排汽压力作为汽机功率的标志，当汽机功率与电功率之差超过30%额定功率时，快关中调门，达到改进电力系统稳定性的作用。2、甩负荷的类型及危害甩负荷的类型：a、因供电输变线路突然跳闸，使机组负荷无法正常输出b、发电机保护动作，跳开发电机出口开关，发电机解列c、汽轮机保护动作,高中压主汽门突然关闭，汽机甩负荷d、运行中某一主汽门、调门或某一油动机突然关闭甩负荷的危害：运行中汽轮发电机组甩负荷，不仅给电网的稳定运行带来负面影响，而且直接对机组的安全运行构成威胁，其危害性主要表现在以下几个方面：（1）甩负荷是造成机组超速的主要因素（2）甩负荷后对机组形成了一次较大的热冲击（3）甩负荷过程伴随着一次较大的机械冲击（4）甩负荷对汽轮发电机的转子构成一次较大的扰动（5）甩负荷后还会造成压力容器超压运行，甚至引起安全阀启跳，压力容器变形或爆破3、超速限制功能当由电气原因（上述a、b类型）造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅剩下厂用电负荷），由于控制信号的滞后，加之对于中间再热机组,由于再热蒸汽系统容积相当大及余汽的作用，使汽机转速快速飞升，如果汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成超速保护动作而停机。为了防止机组跳闸，在转速达到103%（转速达到3090RPM），通过超速保护电磁阀(OSP)立即快关高中压调门，抑制转速，起到超速预警保护。当汽轮机保护动作（上述c类型）造成机组甩负荷时，机组会甩去全部负荷，此时机组的转速与甩负荷前相比基本不变。由于高中压主汽门关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，为了维持稳定转速，全靠电网的反送电，此时汽轮发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行。发电机组逆功率运行，对发电机本身来说，没有什么危害。此时，发电机变为电动机运行，将会从系统吸收有功，以维持其同步运行，励磁系统没有变化，但系统频率可能会降低。作为汽轮发电机，当转入逆功率异常运行时，汽轮机主汽门已关闭，汽机尾部叶片因为与残留蒸汽产生摩擦而形成鼓风损耗，叶片甚至因过热而损坏，对汽轮机造成危害。因此，大机组都要装设逆功率保护。该保护主要保护的是汽轮机。当由某主汽门或调门突关（上述d类型）造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去部分负荷，机组转速保持不变，其甩负荷量与突然关闭的阀门的通流量占机组当时进汽量的份额有关，同时也与阀门的类别有关。只是降出力而已。4、超速遮断保护汽轮机是高速转动的设备，转动部件的离心应力与转速的平方成正比，转速增高时，离心应力将迅速增加。当汽轮机转速超过额定转速的20%时，离心应力接近于额定转速下应力的1.5倍，此时不仅转动部件中按紧力配合的部套会发生松动，而且离心应力将超过材料所允许的强度，使部件损坏，为此，汽轮机均装有超速保护装置。在转速达到110%（转速达到3300RPM）时，高压遮断电磁阀HPT和超速保护电磁阀OPS同时带电泄油，迅速切断进气，使汽轮机停止运转。自动控制部分主要完成参数的设置、反馈环路的投切、控制方式的选择、电磁阀试验、喷油试验等等。其主要作用是实现汽机的转速控制和负荷控制。负荷控制、调节级压力控制、转速控制的所有PID调节器均应用在此部分中。另外负荷率、升速率及目标值的设定,高负荷限制、低负荷限制、主汽压力限制、阀门阀位限制、转速控制中的临界区控制,自同期控制,锅炉控制方式,HPT、OSP电磁阀试验,飞锤试验、一次调频等功能也包含在此部分中。一次调频功能一次调频是汽轮机调速系统要据电网频率的变化，自发的进行调整机组负荷以恢复电网频率，二次调频是人为（比如AGC）根据电网频率高低来调整机组负荷。一次调频是有差调节,不能维持电网频率不变,只能缓和电网频率的改变程度。在负荷控制方式,机组为了维护电网供电质量,需要具备一次调频的能力,以保证电网频率较低时机组能利用调频能力提高其发电量，电网频率较高时,机组利用调频能力减少发电量。当转速在死区范围内时，频率调整指令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，频率调整指令根据不等率随转速变化而变化。一次调频投入动作条件DEH系统一次调频功能采用将频差信号叠加在汽轮机调节阀指令上进行调节的一次调频死区：±2转/分速度变动率4.5%阀门管理部分阀门管理部分主要完成伺服阀控制、手\自动方式选择、预暖、阀门活动试验、快卸（RUNBACK）、单/顺阀切换、挂闸、阀门整定等功能，实现DEH与执行机构的对接。其主要内容包括:阀门的流量特性曲线(函数关系)，高中压主汽门、调门的阀门校验逻辑,单/顺阀切换逻辑,严密性试验逻辑等。三、主要试验1、启动前的试验：（1）汽轮机保护传动试验（2）挂闸，RUN（3）阀门校验（4）高压遮断HPT电磁阀、超速保护OSP电磁阀试验为了提高可靠性，在DEH系统中设计了四个高压遮断电磁阀（HPT电磁阀）,和四个超速保护电磁阀(OSP电磁阀),这两组电磁阀采用冗余结构，高压部分的两组电磁阀可进行在线试验，因为OSP电磁阀和HPT电磁阀的试验不会跳机。2、并网前的试验：喷油试验超速试验严密性试验3、运行中的定期试验：阀门活动试验单\顺阀切换试验电磁阀活动试验抗燃油泵的连锁试验四、常见的故障1.电源故障2.抗燃油系统有关问题3.模件故障或通道故障4.操作员站故障电源故障1、1998年1月20日，我公司1B汽泵停运消缺，启动#1机电泵后，发”DEH系统电源消失”，高中压主汽阀和调节阀关闭，机组负荷由225MW突降至76MW，主汽温度超温，手打停机，发电机解列。故障原因：DEH系统电源两路均取自UPS电源，由于电气侧UPS逆变器故障，由旁路输出，启动电泵时，电源电压波动大，DEH系统因电压扰动导致失电而甩负荷。2、2005年3月16日凌晨1点10分，#1机组负荷突然由261MW降至26MW，高低旁路快开，因汽包水位低保护动作锅炉灭火，此时DEH操作员站与过程控制单元通讯中断，发电机逆功率保护动作。故障原因：DEH系统电源两路均取自UPS电源，对电源检查，发现供电电压215VAC,DEH系统总线电压4.84VDC。经和ABB公司专家研究，认为电气供电电压和系统总线电压偏低。故障原因初步认定是交流电压波动，引起总线电压低于4.76VDC，导致DEH系统所有模件瞬时故障，造成高中压进汽阀关闭。抗燃油系统有关问题1、由于抗燃油质差，导致伺服阀卡涩，阀门无法正常动作DEH控制系统液压部分的工作介质是抗燃油，而抗燃油的清洁度是电液控制元件正常工作的必要条件。由于抗燃油质污染，造成电液转换装置精密部件堵塞、卡死、冲蚀、磨损，总之，抗燃油质不合格，往往造成伺服阀无法正常工作，最终导致由伺服阀控制的阀门无法动作，调节失灵。2、抗燃油系统压力低模件故障或通道故障模件故障或通道故障是DEH系统常见问题，更换模件或通道，一定做好安全措施。操作员站故障操作员站故障主要表现在：主机不能启动（硬盘损坏，主板烧坏）显示器故障（黑屏）通讯中断（通讯模件故障，网线松动，网卡损坏）