汽轮机deh控制系统(华北电力大学)

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1、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

2、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

3、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、

4、 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

5、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 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。 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

6、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

7、。 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 3000 rmin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

8、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

9、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BYPASS OFF(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

10、车转速上升到2900 r/min.在2900 r/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

11、（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 600 r/min暖机转速 2040 r/min 阀门切换转速 2900 r/min额定转速 3000 r/min新华DEH 给定值控制 新华DEH系统给定值产生指令

12、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50200ms，所 以若变负荷速率取为6MWmin，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(605)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

13、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2850 r/min时，

14、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

15、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)/TCP TPL RB 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

16、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=