汽轮机控制讲解

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1、汽轮机控制 高压缸 中压缸 低压缸 低压缸 高压旁路阀 锅炉 过热器 再热器 高压主汽阀TV 高压调节阀GV 中压主汽阀SV 中压调节阀IV 低压旁路阀 反流阀 高压排汽止回阀 真空阀 给水泵 凝汽器 发电机 断路器 图3-1机组热力系统简图 第一节 汽轮机控制系统 一、控制任务 1自动监测 汽轮机监测仪表（Turbine Supervisory Instrumentation, TSI） 2自动保护 (1)超速保护系统（Overspeed Protection Controller, OPC）: 超速时关闭高、中压缸调节阀。 (2)危急遮断系统（Emergency Trip System,

2、ETS，又称紧急跳闸系 统）: 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。 (3) 机械超速保护和手动遮断系统 3自动调节 调节汽门开度（%） 0 20 40 60 80 100 1 中压调节汽门 2 高压调节汽门 功率 (100%) 100 图3-2调节汽门开度与功率关系 汽轮机的主要控制参数是功率、转速和主蒸汽压力 调节汽轮机的进汽量可控制汽轮发电机组的输出电功率（有 功功率）。 汽轮机自动启停控制 从启动准备到带满负荷或从正常运行到停机 整个过程汽轮机全部实现自动控制。 汽轮机控制系统都设有ATC（Automation Turbine Control）

3、功能，即具有汽轮机自动盘车 、自动升速、自动并网到自动带负荷功能。 二、控制系统构成 目前汽轮机控制系统广泛采用数字电液控 制（Digital Electro-Hydraulic Control， DEH ）技术，同时将汽轮机和发电机构成 的汽轮发电机组作为被控对象进行控制， 因此汽轮机控制系统实际上是汽轮发电机 组控制系统。 AST4 AST3 AST2 IMP 调节级压力 主 汽 压 PT AST油路 高压调节阀 GV 高压主汽阀 TV 中压主汽阀 SV 高压缸中压缸低压缸 发电机 再热器 油断路器 高压主汽阀油 动机 高压调节阀油 动机 中压主汽阀油 动机 中压调节阀油 动机 中压调节阀

4、 IV 汽轮机数字控制器 （DCS） 阀位反馈 阀位指令 测量信号 系统连接信号 TD，AS，RB等 并网BR 挂闸ASL OPC油路 EH高压抗燃油 供油系统 排油 超速保护OPC（1） OPC（2） 图3-3 汽轮机控制系统构成原理图 转速 n IEP 功率 PE 紧急跳闸ETS 隔膜阀 润滑油供油系统 机械遮断 手动遮断 AST1 三、控制原理 ATC自动给定 N 负荷控制投入 N OA手动给定 轴出旋转机械功率 高压缸功率 中、低压缸功率 Y N Y 调频投入 功率 调节器 K2 K1 K3 调节级压 力控 制投入 阀门管理 发电机 蒸汽容积 高压缸 中间再热器 中、低压缸 电功率 转

5、速 励磁电流 图34汽轮机控制原理图 电液转换、油 动机及阀门 调节级 压力调节 器 频率 校正 给定处理回路 并网 Y K4 转速 调节器 CCS的TD指令 同期信号 调节级压 力测量 功率 测量 转速 测量 3000r/min 汽轮机 顺序阀系数 单阀系数 顺序阀系数 0 0 阀门试 验逻辑 阀门试 验逻辑 % % 转速 3000r/min 转速 调节器 操作员设定 其它给定信号给定值处理回路 f(x)T 调频投入 T 主汽压限制值 设定值 0V 主汽压限制动作 功率 调节器 功率 T功率控制切除0 T 调节级压力 控制投入 调节级压力 调节器 调节级压力 T 阀位限制 T 手动 手动 回

6、路 手动增 手动减 T0跳闸或超速 T快卸指令快卸动作 K f(x) T 阀门试 验逻辑 T 阀门试验 到IV1伺服到IV4伺服 中压缸启动为0 高中压启动为1 f (x) T f(x) 图3-5 汽轮机控制原则方案 到GV1伺服 T 主汽压限制投 入 脱网 阀门试验 单阀系数 阀门试 验逻辑 f (x) T f(x) 到GV4伺服 阀门试验 T 运行-3% T运行-3% T 复位运行 -3% T -3% 第二节 阀门管理 1阀门配置与作用 高压调节阀GV3 高压主汽阀TV1 高压调节阀GV2 过热器蒸汽 高压缸配汽 高压主汽阀TV2 高压调节阀GV1 高压调节阀GV4 图37汽轮机阀门布置图

7、 高压主汽阀具有危急状态时快速关闭、截断进汽 和启动时调节汽轮机转速两个功能。当高压调节 阀失效时能提供一个额外的保护。高压主汽阀在 汽轮机全速旋转时和正常工况下保持全开。 当汽轮机发电机组正常运行时，通过调节高压调 节阀门开度，改变进汽流量，达到速度和负荷控 制的目的。 中压主汽阀的作用是在紧急情况下快速地关闭以 便切断进入中压缸的再热蒸汽。 中压调节阀的基本作用是在将要发生突发事故时 起保护作用。它在汽轮机保护系统动作时进行关 闭。第二个作用是在汽轮机启动和升负荷时，控 制再热蒸汽流量。 2 汽轮机进汽方式 汽轮机进汽方式可分为：全周进汽方式 和部分进汽方式两种方式。这时对应的高 压调节阀

8、运行方式为单阀方式（节流调节 ）与和顺序阀方式（喷嘴调节）。 单阀方式是将所有调节阀同时开大或关小 来调节负荷，这种方式为全周进汽方式， 该进汽方法可减少机组的热应力，但节流 损失大，对机组经济性是不利的。在机组 冷态启动或变负荷过程中希望选用这种方 式，因为这样能使汽轮机高压缸第一级汽 室的温度变化比较均匀，使汽轮机转动部 分与静止部分之间的温差减少，因而使调 频机组能承受更大的负荷变化率。 顺序阀方式是随着机组负荷的增加（减少 ）逐个开启（关闭）调节阀，开启阀门的 总数是随负荷变化而变化的，负荷增开启 阀门的总数也增，即实现喷嘴调节，这种 方式为部分进汽方式。该进汽方式可减少 节流损失，因

9、而使机组有较高的热效率， 但机组受热不均，热应力大，这种方式适 于定压运行或额定负荷工况。由于这种方 式可能存在金属受热不均和叶片受到冲击 产生应力，而使机组变负荷速度受到限制 。 图3-7中的高压调节阀的顺序阀开启顺序 可设计为GV1/GV2，GV3 GV4，即GV1和 GV2同时开启，然后是GV3，GV4最后开 启。关闭顺序与此相反。 高压调节阀GV3 高压主汽阀TV1 高压调节阀GV2 过热器蒸汽 高压缸配汽 高压主汽阀TV2 高压调节阀GV1 高压调节阀GV4 图37汽轮机阀门布置图 3 阀门管理 （1）线性化 总流量需求值Q 调节阀数目 单阀流量需求值 f(x) 阀位开度L 流量 阀

10、门 开度 L 图3-8 单阀控制时阀位计算 在顺序阀控制方式下 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 GV1,GV2 阀门开度L 图3-9 顺序阀控制各阀位计算 f(x) GV3 GV4 总流量需求值 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 高压调节阀阀位指令及阀切换 在单阀顺序阀方式切换时，一个很重 要的问题是尽量避免阀门的抖动和负荷的 波动，做到均衡平稳地切换。为此，要求 阀门管理回路在实现方式切换期间，保持 通过阀门的总流量不变。为此，把整个切 换分成若干步进行，经过若干个有限的控 制周期完成切换。 控制偏差大于4% T 0 顺序阀方式 T

11、手动系统复位 图311 单阀系数、顺序阀系数形成原理 T V 单阀系数kSIN 1 1 & 汽轮机复位 & 阀转换在进行 1 0.00167 1 顺序阀系数kSEQ 1 总流量需求值99.9% 总流量需求值0.1% （）单阀顺序阀切换正常进行时，其切换需要经过若干个有限 的控制周期才能完成，切换时间可通过调整限速模块的速率来确定。 当总流量需求值大于99.9%（对应阀门全开）或小于0.1%关）时， （对应阀门全切换瞬间完成。 第三节 汽轮机运行方式 1. 操作员自动（Operator Automation， OA） 2. 汽轮机自启动（ATC） 3. 自动同期（AS） 4. 协调控制（CCS）

12、 由运行人员根据汽轮发电机机组运行情 况选择运行方式。 一、操作员自动（OA） 1、操作员直接控制 、转速自动控制 、功率自动控制 、主汽压力自动控制 二、汽轮机自启动（ATC） ATC程序根据机组运行需要，能自动完 成： （1）变更转速； （2）改变升速率； （3）产生转速保持； （4）改变负荷变化率； （5）产生负荷保持。 三、自动同期（AS） 采用自动同期方式一般须满足下列条件： 1. 控制在“操作员自动方式”或“汽轮机自启 动”方式； 2. 机组的转速由高压调门控制； 3. 发电机变压器组断路器断开（未并网）； 4. 自动同期允许； 5. 汽轮机转速在同步范围。 四、协调控制（CCS）

13、 协调控制方式一般须满足下列条件： （1）机组已并网； （2）收到协调允许信号。 第四节 控制功能与控制系统特性 一、控制功能 1.转速控制 OA手动给定 ATC自动给定 阀门管理 转速 图314汽轮机转速控制图 电液转换、油 动机及阀门 给定处理回路 转速 调节器 同步信号 转速测量 汽轮发电机 组 2.负荷控制 汽轮发电机组一般满足以下条件时可投入负荷 控制： （1）机组已并网，控制系统在“操作员自动”方式 （2）功率信号正常，且负荷在合适范围； （3）控制系统未参加单元机组协调控制； （4）主汽压力控制未投入。 等。 Y 机械功率 OA手动给定 N 调频投入 功率 调节器 K1 K3 调

14、节级压力控 制投入 阀门管理 发电机 蒸汽容积 高压缸 中间再热器 中、低压缸 电功率 负荷扰动 图315汽轮机功频控制系统图 电液转换、油 动机及阀门 调节级 压力调 节器 频率 校正 给定处理回路 调节级压 力测量 功率 测量 转速 测量 n0=3000r/min P0 PE n 一般当以下情况发生时负荷控制被切除： （1）油开关跳闸； （2）汽机已跳闸； （3）操作员自动方式下，操作员直接控制， 即“手动”方式； （4）功率信号故障； （5）实际功率不在合适范围，负荷小于低负 荷限制值或大于高负荷限制值； （6）阀位限制动作； 等。 一次调频的投入条件如下： 1. 机组已并网； 2. 控

15、制系统在“操作员自动”状态； 3. 负荷大于10额定负荷。 3. 协调控制 汽轮发电机组一般满足以下条件时可投 入协调控制： 1. 机组已并网； 2. 接收到CCS请求信号； 3. 由CCS来的给定信号正常； 等。 从CCS来 TD指令 机械功率 调频投入 K1 阀门管理 发电机 蒸汽容积 高压缸 中间再热器 中、低压缸 电功率 负荷扰动 图316参加机组协调控制时的汽轮机控制系统结构 电液转换、油 动机及阀门 频率 校正 给 定 处 理 回 路 转速 测量3000r/min 在协调控制方式下，禁止负荷控制投 入和做阀门试验。 当有以下条件产生时协调控制方式被切除： 1. CCS请求信号消失；

16、 2. 从CCS来的给定信号故障； 3. 油开关跳闸； 4. 汽机已跳闸； 5. 操作人员将CCS控制切除； 等。 第五节 汽轮机旁路控制系统 1 旁路系统及控制方案 锅炉 高旁减压阀 高 压 旁 路 系 统 喷水隔离阀 喷水调节阀 低压旁路系统 凝汽器 高 压 缸 低压缸 发电机 低旁减压阀 喷水调节阀 低压减温水 高压减温水 中 压 缸 过 热 器 再 热 器 图161 高低压串级旁路系统 低旁减压阀 压 二 、旁路系统作用： （1）加快启动速度、减小启动时间。 （2）机组启动、停止和甩负荷时，可以回 收工质，减少对空排放，提高运行的经济 性。 （3）正常运行时，起超压保护作用。 （4）机组启动、停止和甩负荷时，保护再热 器。 （5）当汽轮发电机组或电网短时故障时，旁 路系统的存在可使锅炉