西门子T-XP DEH系统

西门子T-XPDEH系统•某电厂的660MW汽轮发电机组由SIEMENS公司制造，汽轮机为HMN系列的单轴四排汽纯凝汽式反动式汽轮机。每台汽轮机设计有七段轴汽，分别向两台高压加热器、一台除氧器、四台低压加热器供汽。系统设计有两台100％容量的凝结水泵，两台50％容量的凝结水精处理泵，两台50％容量的汽轮机驱动给水泵和一台35％容量的电动给水泵，一个40％容量的高压旁路站和一个30％容量的低压旁路站。•该电厂的原则性热力系统图如图10-21所示。从锅炉来的主蒸汽，通过两根主蒸汽管道将蒸汽输送到高压汽轮机的主截止阀和控制阀前，按照汽轮机控制系统的要求，开启阀门到一定开度，控制进入汽轮机的蒸汽量。高压汽轮机排汽通过再热冷段管道系统送至锅炉再热器人口。为了防止再热系统超压，在冷段管路上装有六只安全阀，经再热器出口联箱，将再热蒸汽经过再热管道及再热汽截止阀和控制阀进入中压汽轮机。图10-21•高压减温减压站管路系统与主蒸汽管相连。高压旁路的容量为40％VWO工况下的主蒸汽流量。在汽轮机启动、跳闸或锅炉产生的汽量大于汽轮机需求量时，主蒸汽经过减压和喷水减温后通过再热冷段管道系统送回再热器。从锅炉出来的再热蒸汽经过再热热段管道系统和30％VWO工况的低压旁路站送至汽轮机凝汽器。在汽轮机正常运行工况下，高压旁路、低压旁路系统应保持热备用状态。•在汽轮机正常运行时，两台由汽轮机驱动的50％容量锅炉给水泵从除氧器水箱通过高压加热器向锅炉给水，一台35％容量的电动给水泵用于机组启动和作为给水泵的备用泵。每台给水泵都设有前置泵。•汽轮机采用改进的滑压运行方式，在0～40％BMCR和在95％～100％BMCR工况范围内为定压运行方式，在40％～95％BMCR范围内为滑压运行方式。•汽轮机的调节采用节流调节。高、中压汽轮机分别设置有两个蒸汽调节阀，用来调节进入汽轮机的蒸汽量。•该机组的汽轮机控制系统由数字汽轮机控制器(DTC)、汽轮机应力估算器(TSE)、电子保护系统(EPS)和汽轮机跳闸系统(TTS)等组成。•一、数字汽轮机控制器(DTC)•数字汽轮机控制器(DTC)的功能是在所有工况下通过汽轮机调节阀调整进入汽轮机的蒸汽流量，实现转速、负荷和机前压力的自动控制。它是一种电液型的调节系统，控制功能完全由计算机完成，而控制阀的操纵力是由液压产生的。数字汽轮机控制器(DTC)的组成原理如图10-22所示，它包括以下调节器。•(1)转速／负荷调节器NPR；•(2)主蒸汽压力调节器FDPR；•(3)高压汽轮机叶片温度调节器HBTR；•(4)高压汽轮机叶片压力调节器HBDR；(5)阀位调节器FD1R、FD2R、AF1R、AF2R。图10-22•当汽轮机升速时实现转速控制，将转速偏差信号送到转速／负荷复合调节器：NPR的入口；机组同步并网后，自动地转为负荷控制，即把负荷偏差送到转速／负荷调节器的入口。转速／负荷调节器的设定值在DTC内通过设定值控制器产生。•压力控制有两种运行模式，即限制压力方式和初始压力方式，限制压力方式适用于锅炉跟随汽轮机；初始压力方式适用于汽轮机跟随锅炉。压力调节器的设定值在机组控制器中设定。•转速／负荷调节器的输出和压力调节器的输出送到小选模块，小选模块的输出作为公共的设定值送到阀位调节器，去控制实际阀位。阀位调节器的任务是按照汽轮机的运行模式使流过阀门的蒸汽流量和阀门的位置指令相对应。•DTC的特点如下：•(1)在所有的运行阶段，如汽轮机启动、停机、并网运行、独立运行等阶段，DTC均能保证稳定运行。•(2)DTC能适应发电机解列时的全甩负荷。•(3)DTC具有一次调频功能，调频特性的增益和死区可根据电网的需要分别设定。调频功能可以从主控制室投入或切除。•(4)DTC能够接受来自汽轮机应力估算器TSE的限制信号，保证汽轮机在启动、升负荷、降负荷时的热应力控制在允许的范围内。•(5)DTC可由以CRT为基础的操作和监视系统OM进行操作和监视。•DTC使用的是冗余结构的快速响应数字系统AS620T，AS620T。系统是为汽轮发电机组的快速闭环控制系统设计的。AS620T自动处理系统由APT和与它相连的一个AP组成，如图10-23所示。图10-23•由图10-23可以看出，APT为冗余结构，它由与电厂总线相连的APT(A)与APT(B)组成。两个子系统通过DUST4局域数据总线互相连接，信号模件SIM-T用于采集信号。汽轮发电机的快速闭环控制功能在APT系统内实现。因为APT不能直接与TELEPERM-XP进行通信，所以必须采用一个特定的AP负责APT与TELEPERM-XP之间的通信。每个AS620T系统可以包含几个APT系统，但至少应有一个AP高级站。•二、汽轮机应力估算器(TSE)•汽轮机的启动过程是将转子由静止或盘车状态加速至额定转速并带负荷正常运行的过程。汽轮机冷态启动时，转子和汽缸温度等于室温，而正常运行时，转子汽缸的温度很高，如调速级处的温度可达到500℃左右。这就是说，在整个启动过程中，调节级处的金属温度要升高475℃。因此，汽轮机的启动，从传热学观点来说是一个不稳定导热过程。汽轮机的停止则与此过程相反，是汽轮机各部件的不稳定冷却过程。•由于温度变化引起的零件变形称为热变形，如热变形受到约束，则在物体内就会产生应力，这种应力称为热应力。如果物体的热膨胀受到约束，则物体内将产生压缩应力；如果物体的冷却收缩受到约束，则物体内产生拉伸热应力。如果在加热或冷却时物体内的温度是不均匀的，这时即使物体两端没有约束，物体各部分的膨胀或收缩也是不相等的，相互间也会互相约束，使各部分产生热应力，高温区受到压缩热应力，低温区受到拉伸热应力。因此，当零件内部有温差时，就会产生热应力。•汽轮机应力估算器(TSE)用来计算汽轮机运行过程中各部件的最大应力并与规定的极限值比较。这样，一方面可以减小热应力对汽轮机寿命的影响。•TSE构成汽轮机监视系统的一部分，可优化操作，允许最大的操作灵活性，保证启停和变负荷运行应力不超过允许极限值。另一方面还具有应力控制功能。•从测量得到的温度和仿真计算得到的温度可以获得温差，这些温差与允许的材料应力值对应的温差进行比较，得到温度裕量，各个不同部件的温度裕量的最小值作为非稳态操作时的参考变量。该参考变量被送到与DTC相关的设定值控制器中，通过限制转速变化率、负荷变化率使机组的应力限制在一个允许的范围内。除此之外，还可按照汽轮机的热力工况而产生各种极限值作为连续准则(x-准则)去自动控制汽轮机的启动；还可根据汽轮机部件的当前温度裕量确定最佳主蒸汽／再热蒸汽温度目标设定值。•TSE基本功能储存在中央自动处理器AP的程序模块中，测量数据经输人／输出模块送到AP中。被监视的汽轮机部件在程序结构中作为“计算通道”进行处理。•TSE的功能如图10-24所示。为了防止汽缸、阀体或轴等汽轮机部件由于蒸汽温度发生变化引起的热应力超出允许范围，可采取测取这些部位的表面温度和中间温度，获得温差，以温差来表征热应力的方法。这些温差与允许的材料应力值对应的温差进行比较，得出温度裕量，将其中的温度裕量最小值作为非稳态操作时的参考变量。这个参考变量输入到汽轮机控制系统(DTC)中的设定值控制回路，影响速度或负荷的变化率，从而达到控制应力的目的。温度裕量在操作与监控(OM)系统中显示。图10-24•三、汽轮机保护系统•一般来说，汽轮机保护系统由信号检测、电子保护逻辑和液压跳闸回路组成。现以某660MW机组为例，讲述其保护系统，该保护系统由：EPS、TTS和EHA跳闸电磁阀三部分组成，如图10-25所示。图10-25•汽轮机电子保护系统(EPS)由带有变送器的数字保护电路、电子输入／输出模件和高可用性的自动控制装置组成。按照设定的极限值来监控汽轮发电机组的基本跳闸参数，如果发现这些参数接近越限，首先发出预跳闸报警信号；如果参数继续越限直至达到其跳闸值，则发出汽轮机跳闸信号；所有的跳闸信号，例如从EPS、发电机保护电路、跳闸按钮等来的跳闸信号由汽轮机跳闸系统(TTS)送到电液执行机构上专用的电磁阀。该660MW机组的汽轮机保护准则有：•(1)超速保护；•(2)汽轮机轴位移超限；•(3)润滑油压低；•(4)凝汽器真空低；•(5)凝汽器液位高；•(6)排汽缸温度高；•(7)轴承温度高；•(8)轴承振动大；•(9)就地手动跳闸按钮的二进制输入；•(10)在控制室远方手动跳闸按钮的二进制输入。汽轮机保护系统的设计按照TELEPERMXPAS620B高可用性的自动控制装置来进行。依照不同的保护参数，汽轮机保护系统可细分为双通道冗余或三通道冗余保护电路。•来自汽轮机保护电路的跳闸信号经汽轮机保护系统的或门逻辑电路选定后，再送人汽轮机跳闸系统。汽轮机跳闸系统采用了由SIMATICS5-95F元件组成的故障一安全型自动控制装置AG-F。每个可编程控制器AG-F都由两个基本控制单元组成，用光缆将他们相互连接起来。这两个基本控制单元同步工作，使用同样的用户程序。为了增加系统的可靠性，采用了两套完全一样的自动控制装置AG-F。汽轮机跳闸系统由汽轮机保护系统来控制，由于采用了多重冗余措施，可有效的防止误动和拒动。由汽轮机跳闸系统发出测试信号，可对汽轮机保护信号循环检测。如检测出故障，将送人操作和监视系统进行报警。•四、液压执行机构•该660MW机组的高压油系统(MAX)担负着为汽轮机调节阀、截止阀、旁路控制阀和截止阀的执行机构提供压力油的任务。它有下列部分组成：(1)液压动力单元，包括高压变量油泵、控制油箱、压力释放阀、循环泵、空冷器、滤网和压力蓄能器等。•(2)油管路系统，每一组ESV／CV阀只用一根压力油管(P)和一根回油管(T)。•奥氏体不锈钢管子从高压油供油单元到不同的执行机构，漏油和回油通过双管流回油箱。由于伺服阀组直接用法兰连接到不同的执行器上，液压排油可直接引入活塞后腔，所以回油管设计的较小，控制油采用抗燃油。•供油单元向电液执行机构提供压力稳定的压力油，为满足冗余要求和延长机组的服务寿命，装有两台泵进行供油，一台泵备用，一台泵运行。为了机械过滤和维持控制油的化学品质，提供了单独的过滤和再生回路，通过循环油泵和风机提供两个独立的冷却回路。冷却风机的启停由油箱的温度传感器进行控制。•在DTC中，由阀门位置控制器得到的输出信号送到电液伺服阀。在电液伺服阀中，经力矩电动机把一个小的电流信号转换为成比例的机械位移，再由液压喷射挡板放大器将挡板的位移转化成压差，由此压差来控制第二级滑阀，滑阀的左右移动使高压油进入油动机将阀门开启或使油动机里的油排出使阀门关闭。•调节阀(CV)的开启、关闭时的情况分别如图10-26、图10-27所示。当油动机活塞移动时，位移传感器将油动机活塞的机械位移转换成电气信号作为反馈信号送到DTC中的阀门位置控制器，当实际阀位与阀位指令相等时，位置控制器的输出为零，使喷射挡板回到中间位置，滑阀也回到中间位置不再有高压油进入油动机或使压力油自油动机下腔排出，此时阀门停止移动，停留在一个新的平衡位置。图10-26图10-27•汽轮机调节阀打开之前，用于汽轮机跳闸的两个跳闸阀一定要关闭，以使油动机升压，为使跳闸阀关闭，跳闸电磁阀应该带电，接通高压供油，使高压油作用于跳闸阀，断开回油管。•调节阀执行机构主要由滤网、电液转换器、电磁阀、油动机、位移传感器等组成。所有阀门的执行机构都有两个电磁阀和两个跳闸阀，他们按二选一方式工作，即只要有一个电磁阀失磁，就会使一个跳闸阀打开，泄掉油动机里的压力油，使阀门关闭。每个电磁阀装有两个分离的线圈，每个线圈都与跳闸系统之一相联系。一个线圈通电可使电磁阀处于非跳闸位置，只有两个跳闸系统都动作时，才会使汽轮机跳闸。这种设置可有效地防止拒动和误动，提高保护系统的可靠性。•电磁阀激磁时，对应的跳闸阀关闭，阀门在电信号的作用下才能开启，电磁阀失磁时，相应的跳闸阀打开，使控制阀关闭。汽轮机跳闸时，调节阀的液压回路如图10-28所示。跳闸阀的工作原理如图10-29所示。图10-28图10-29图10-29图10-29