汽轮机DEH控制系统(华北电力大学)

汽轮机DEH控制系统主讲：谷俊杰华北电力大学热能与动力工程学院教授概述汽轮机数字电液控制系统是当今汽轮机特别是大型汽轮机必不可少的控制系统，是电厂自动化系统最重要的组成部分之一。随着电网峰谷差的增加，火电站中大机组的调峰任务艰巨，采用液压调节系统难以满足调峰要求，因此，DEH控制系统在国产机组的技术改造中得到了广泛的应用.现代DEH系统采用计算机控制技术为核心的分散控制系统结构。新华公司引进了西屋技术，它的逻辑设计充分的体现了西屋公司的设计思想。本文介绍了汽轮机数字电液控制系统的一般功能及硬件、软件的结构。分析了新华DEH控制逻辑中给定值处理逻辑的特点；转速和负荷控制的逻辑组成；单阀和顺阀控制的优缺点以及组态图的实现；最后，介绍了一次调频和低气压保护的特点。前言汽轮机是带动发电机旋转发电的原动机，由于外界负荷随时都可能发生变化，而且不能大量存储，所以要求发电量与外界负荷随时保持平衡；同时要保证供电质量(频率和电压)。这些任务主要由汽轮机调节系统完成汽轮机调节系统发展简介第一代汽轮机调节系统是机械离心式调速器，至今已有一百多年历史。第二代是液压式汽轮机调节系统，大约出现在二、三十年代。第二代调节系统中均采用了机械传动或感应环节。因此也可称为机械、液压式调节系统。它相对第一代调节系统而言，在响应速度、调节精度和减小迟缓方面有了很大的提高。第三代汽轮机调节系统是模拟式电液调节系统，大约出现在四十年代。这种系统采用有运算功能的电气元件取代了第一、二代系统中的感应、传递放大的机械、液压环节，而仍保留了液压执行器——油动机。功频电液控制系统原理图电液转换器功放测速测功PID回油EH油新蒸汽去再热器来自再热器变送器---给定值+LVDT油动机调节阀门测速单元工作原理磁阻发讯器是将被测转速信号转换为相应频率信号的测量元件，由测速齿轮盘测速探头两部分组成，原理如下图所示：测功单元工作原理目前广泛采用的发电机有功功率测量装置主要为霍尔效应测功器，其工作原理如下图所示：到50年代中期，才出现了不依靠机械液压式调节系统的纯电调系统。此后，随着数字计算技术的发展及其在过程自动控制领域的应用，尤其是计算机容量、速度和可靠性的飞速发展。出现了以数字计算机作为主要控制装置，以模拟式电气系统作为手操后备，采用液压执行机构的第四代汽轮机控制系统——简称DEH系统。汽轮机调节系统应用现状随着电网峰谷差的增加及核电站和水电站的增多，小火电厂的相继关闭，火电站中大机组的调峰任务艰巨，采用液压调节系统难以满足调峰要求，因此，DEH控制系统在国产机组的技术改造中得到了广泛的应用。DEH的组成控制运算部分:是DEH系统的核心，由控制柜(包含分散控制单元DPU、通讯板、I用板)、端子柜、跳闸控制柜等构成，完成对现场采集信号的目标值、转速升速率，汽轮机逐步打开处理、网上传送、控制回路运算、逻辑功能运算等。执行机构:包括主汽门、调节门、油动机、电液伺服闽及供油系统等。跳闸回路:完成机组危急遮断功能。DEH的功能新型的DEH系统，除了能够完成负荷控制、转速控制等常规控制功能外，一般还具有各种汽轮机功能试验、阀门试验和超速试验等许多附属功能。升速１自动方式投操作员自动、挂闸，选择控制方式，操作员设定转速调节门，自动提升转速。在此过程中，当目标值通过临界转速区时，系统自动设置升速率为最大值。此时设置其它转速目标值无效，保证汽轮机以最快的速度通过临界转速区。２程控方式汽轮机挂闸启动后，如选择程控启动方式、系统值、各阶段暖机的转速及时间，实现启动冲转过程的全程自动。另外，由于考虑了机组本身热力特性，对延长机组本体使用寿命，提高热效率也有很大帮助。摩擦检查机组在操作员自动状态挂闸，操作员投入摩擦检查功能。自动设置某一转速目标值及升速率，转速升到后，目标值置零，调门关下，进行摩擦检查。再按摩擦检查按钮，退出摩擦检查方式。自动同期机组升速到同期转速区，电气专业投入同期装置后，向DEH发出“同期允许”信号，DEH系统接收此信号并投入“自动同期”功能，并将此“投入”信号返回电气控制系统。同期装置根据机组转速与网频的差距，向DEH发送“同期增减”信号以调整机组转速与网频同步，准备机组并网。此时DEH处于一种“遥控”状态。并网带负荷机组并网成功后，DEH控制系统将功率目标值设定为额定功率的2%～5％,目标值和给定值为相应功率的阀位开度。投入功率回路后，操作员可设定负荷目标值及升降负荷率，机组功率值将以此速率向目标值变化。投入功率回路瞬间，给定值、目标值应该自动跟踪机组功率值，实现回路投切过程无扰动.参与一次调频DEH系统均设计有一次调频回路，其工作原理是：机组转速以3000r／min为目标值，频差以一定的函数对应为负荷指令叠加到目标值上。为防止反复调节引起目荡，应设置一定的频差控制死区。参与协调控制大型机组的协调控制是机组必备的功能之一。协调控制的实现，综合考虑了机组与炉膛不同被控对象的特性，在很大程度上改善了机组的负荷响应能力，也减少了运行人员由于负荷变动进行的运行操作，降低了劳动强度。单阀／顺序阀切换机组运行过程中可工作在“单阀”或“顺序阀”两种阀门控制方式。在“顺序阀”控制方式下，机组升降负荷时，应按阀门流量特性要求依次开启或关闭相应阀门，以减小截流损失，提高机组运行的稳定性。在“单阀”控制方式下，各阀门恢复开度一致。切换过程中，应尽量保持功率值无扰。主汽压控制(TPL)阀位控制、额定主汽压、满负荷工况时，可投入主汽压控制。具体方法是设定主汽压定值，按“主汽压控制”钮，当主汽压小于定值时，调门开度减小，保证主汽压不会出现过低的情况。汽轮机调压力(TCP)设定主汽压值，投入TCP，当主汽压高于设定时，调门开大；主汽压低于设定时，调门开小，以维持主汽压波动小于一定范围。超速保护和超速试验阀门在线试验第一章给定值的产生目标值与给定值的区分目标值是由程序员在显示屏上给定的值，它和速率一起给出，来作为汽轮机的原始控制信号。给定值是目标值经过处理，即给定值处理后得到的值。汽机的启动方式冷态启动又叫BYPASSOFF(旁路关闭)方式启动。当高压主器阀前的压力和温度达到要求时（以300MW汽轮机为例，主气压4.2MP,主气温350摄氏度），RSV、GV、IV均开启。由GV控制汽机转速从盘车转速上升到2900r/min.在2900r/min时，进行阀切换。GV全开，由TV控制汽机继续升速。汽轮机的操作方式和目标值的产生CCS机组协调控制方式由CCS指令直接控制高压调门的开度。OA操作员自动控制方式操作员直接设置目标值和速率。并网前，设定的是目标速度和升速率；并网后，设定的是目标负荷和升负荷率。AS自同期方式接受自同期装置来的增减命令，调节机组的电压频率。ATC汽机自启动程序控制控制系统根据汽机的状态和转子的应力来设转速升率或升负荷率，达到自动控制的目的机组的运行方式协调控制当投入协调控制系统CCS时，DEH只需投入速率反馈回路（起到保护作用）。这时，DEH接收来自CCS的负荷值领取控制汽轮机的阀位。以汽机为主这种运行方式是以汽机调功率，汽机可以参加一次调频。这时，可以投入主蒸汽压力低保护功能。保护的原理是：当主蒸汽压力降到设定值的90%时，汽轮机自动降低负荷，以保持锅炉的出口压力。注意，最多降到20%额定负荷为止。机跟炉汽机不参加电网的一次调频，只维持锅炉出口汽压的稳定。汽机转速的目标值一般依次设为以下四个转速摩擦检查转速600r/min暖机转速2040r/min阀门切换转速2900r/min额定转速3000r/min新华DEH给定值控制新华DEH系统给定值产生指令的具体算法与一般使用斜坡增减函数发生器产生按一定速率增减指令的方法不同，指令变化采用类似“循环增量法”的方法，即在每个运算周期中将经过速率选择运算的变化速率累加到指令上。运算周期是分散控制单元DPU的“页周期”，对于每一个“页周期”，DPU中所有的页都会执行一次。“页周期”一般取50—200ms，所以若变负荷速率取为6MW／min，页周期取200ms，即每秒完成5次页计算，则折算到DUP页中的速率为6／(60×5)＝0.02。无论是CCS的负荷指令，还是RB、FCB开关指令，都是经过这样的指令形成逻辑转换为DEH自身的负荷指令的。转速控制时给定值的产生当机组从盘车转速上升到2900转的过程中，高压调门全开，由高压主汽门控制蒸汽流量。这时由操作员给出目标转速和升速率。当经过临界转速时，升速率加快，一般为600转每分钟，以使汽机快速通过临界区，减少机组振荡。转速值和给定值的反馈值相累加，是给定值不断增加。具体过程如下当升速率设为100转每分钟时，经过除法器的运算，每一个周期0.2秒内转速给定值增加三分之一转，一分钟之内实现升速率为100转。要想改变升速率，就要改变除法器的参数，除数该为150时，能实现升速率为200转每分钟。当转速上升到了2900转，以一定速率关小GV，TV开度不变，转速下降。当转速下降到2850r/min时，GV保持不变，TV以一定速全开。当TV全开后,阀门切换结束。在以后的升速率和升负荷的过程中，均由高压调门GV来控制汽机的进汽量。阀门切换以后，自动准同期投入，自动准同期的增减信号直接和转速给定值的返回值想累加，形成下一个周期即0.2秒以后的给定值输出。负荷控制时给定值的产生自动同期方式下，机组实现并网，并且带上初始负荷。DEH控制方式下，操作人员直接给出升负荷率。当主汽压力控制投入时，则由双向的TCP速率来代替升负荷率，这样能有效控制主汽压力的波动。如果此时汽机辅机故障，主要是凝汽汽真空低，则会产生RB信号来关小阀门。如果此时主汽压力过低，当主汽压力低保护投入时，则会产生TPL信号来关小阀门。注意，主汽压低保护信号TPL是单向的，它为负值，它只在气压很低的时候才动作；主气压控制信号时双向，它投入时，当压力出现波动时，就不断频繁动作。OA(RATE)/TCPTPLRB三个信号之一能够与给定值的返回值相累加，形成下一个周期即0.2秒以后的给定值输出。当机组不是处于以汽机为主的DEH控制方式时，而是协调控制方式时，则CCS系统在每个周期都产生脉冲信号，即CCS增减信号，该信号与给定值的返回值相累加，形成下一个周期0.2秒以后的给定值输出。以上过程中产生的累加值还要经过三个步骤的修正：1跳闸的情况下，上面过程产生的输出无效，给定值输出强制为零。2上述值还需要经过负荷高限和负荷低限的限制3再经过一次调频的修正。最后才形成负荷给定值。负荷控制给定值产生中需要说明的几个问题TPL低蒸汽压力低保护速率的产生主汽压控制(TPL)的原理阀位控制、额定主汽压、满负荷工况时，可投入主汽压控制。具体方法是设定主汽压定值，按“主汽压控制”钮，当主汽压小于定值时，调门开度减小，保证主汽压不会出现过低的情况。主汽压控制(TPL)的逻辑图如图所示必须将蒸汽压力信号转变成功率信号。如本图中操作员压力限制一般为额定主蒸汽压力的90%，加法器的系数设为-0.1和+0.1。设额定主蒸汽压力为10MW，TPL投入，正常运行时，实际主蒸汽压力为10MW左右,输出的TPL速率为10*0.1-9*0.1=0.1MW.一分钟之内，TPL速率值为0.1*5*60=30MW这个速率是很快的，小选中一般不会选定。但是，当实际主蒸汽压力降低到9.4MW时，输出的TPL速率为9.4*0.1-9*0.1=0.04MW.一分钟之内，TPL速率值为0.04*5*60=12MW当它小于升负荷率值的时候，就可能通过小选选上。功率初值的产生产生功率初值的原理机组并网成功后，控制系统将功率目标值设定为额定功率的2％一5％，目标值和给定值为相应功率的阀位开度。产生功率初值的逻辑该逻辑设计的精华在于乘法器中的定压修正因子修正因子=额定主汽压/平均主汽压当平均主汽压力偏小时，功率初值小于5%，阀门开度小，有利于恢复主汽压，保证机组的发电能力。当平均主汽压偏大时，功率初值大于5%，