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1、Digital Electro-Hydraulic Control System,DEH汽轮机数字电液控制系统,以计算机或微机作为主要控制装置以模拟电气系统作为手操后备,采用液压执行机构的汽轮机控制系统。,汽轮机数字电液系统的定义,一、汽轮机控制系统的发展,第一代 机械液压式调节系统,组成:离心飞锤,油动机,错油门、阀门等。缺点:迟缓大,响应速度低,故障几率高。,第二代 模拟式电液控制系统(AEH),组成:模拟电路,电液转换器,油动机、阀门等。特点:迟缓较小,可调性较好,组成:数字控制器,电液转换器及油动机,阀门等 特点:迟缓小,控制灵活,精度高,第第三代 数字电液控制系统(DEH),二、DE
2、H的基本原理,转子运动方程,-转子转动惯量-反力矩-蒸汽主力矩 稳定=,汽轮发电机组的特性曲线,汽轮机调节系统特性,汽轮机调节系统的任务是对汽轮机的转速、负荷进行调节，同时还应参与电网的一次调频，而且要求静态和动态调节具有足够的稳定性。速度变动率是指汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差，与汽轮机额定转速之比，即,速度变动率与机组运行特性的关系,1.机组间负荷的自动分配与一次调频对并列运行的机组，当外界负荷变动引起电网频率变动时，电网中各机组的调速系统动作、负荷就自动增减，以适应外界负荷变化的需要。这种由调速系统自动控制机组负荷的增减，以减小频率变化幅度的方式，称为一次
3、调频。,迟缓率,在调速系统调节过程中,存在着迟缓现象,使得调速系统的静态特性线不再是一根,而是一条带状区域。通常用迟缓率来表示迟缓程度的大小：,二次调频,在机组并网运行时，通过改变负荷给定可以改变汽轮机的功率，使各台机组承担给定负荷，调整电网频率，以维持电网周波稳定二次调频。,中间再热机组的调节特点,（1）外界负荷变化时,中低压缸功率延迟,使机组一次调频能力变差。措施:设动态校正器使高压调门动态过调（2）甩负荷时汽轮机易超速 措施:设中压调门（IV）和中压主汽门(RSV)，甩负荷时,高压调门（GV）中压调门同时关闭。,中间容积对调节的影响(再热器容积),（1）启动及低负荷时,机炉流量不匹配 炉
4、 机 再热器启动 30%D0(7-10%)D0 14%D0措施:设旁路系统，30%D0前旁路阀开（2）机炉动态响应速度不同 措施:采用协调控制系统,采用单元制的影响,三、DEH系统的基本概念,DEH的组成,1、计算机控制系统 主要包括数字计算机、混合数模插件，接口和电源设备等，均集中布置在6个控制柜内。主要用于给定、接受反馈信号、逻辑运算和发出指令进行控制等。,2、操作员站 主要设置有操作盘、图像站的显示器和打印机等，为运行人员提供运行信息、监督、人机对话和操作等服务。3、油系统 系统的高压控制油一般与润滑油分开。高压油(EH系统)采用三芳基磷酸脂抗燃油，为调节系统提供控制与动力用油。润滑油泵
5、由主机拖动，为润滑系统提供透平油。,DEH的组成,4、执行机构 主要由伺服放大器、电液转换器和具有快关、隔离和逆止装置的单侧油动机组成，负责带动高压主汽阀、高压调节汽阀和中压主汽阀、中压调节汽阀。5、保护机构 设有6个电磁阀，其中2个(OPC)用于超速时关闭高、中压调节汽阀，其余4个(AST)用于严重超速(110no)、轴承油压低、EH油压低、推力轴承磨损过大、凝汽器真空过低等情况下危急遮断和手动停机之用。,DEH的组成,1 调节-转速负荷 主汽压2 保护-紧急停机(ETS)超速保护(OPC)3 自动汽轮机控制ATC 4 阀门管理（高压调阀）高、中压主汽调节阀活动试验 5 监视（TSI)6 具
6、有TPC主汽压力低保护功能。7 可与CCS（协调控制系统）配合，完成机炉协调功能。,DEH主要功能,1、手操 手动备用操作（硬手操）是一种应急处理方式，用作一级手动和二级手动的备用。这种操作方式是在电位器的两端加上的电压，通过调整操作盘上的“手动备用”电位器获得控制信号,使被调阀门按预定的要求开启或关闭 二级手动运行方式是跟踪系统中最低级的运行方式 一级手动是一种开环运行方式，运行人员在操作盘上按键就可以控制各阀门的开度,DEH的运行方式,2、自动（AUTO）（1）操作员自动（OA）操作员自动方式是DEH控制系统最基本的运行方式在该方式下，系统接受操作员输入的目标负荷及其速率，并进行控制。（2
7、）遥控方式（REMOTE）自动调度（ADS）方式 协调控制（CCS）方式 在该方式下，系统接受协调控制（CCS）或负荷调度中心（ADS）输入的目标负荷及其速率，并进行控制。,（3）电厂计算机控制（PC）在该方式下，系统接受厂级计算机输入的目标负荷及其速率，并进行控制。（4）自动控制汽轮机（ATC）这是一种联合控制方式，其组合形式有OA-ATC、CCS-ATC、ADS-ATC和REMOTE-ATC等几种。此时，由前者给定目标负荷和速率，ATC负责监控，并从下面的速率中选取一个最小的速率作为当前执行速率：,1）由ATC软件计算转子应力所确定的负荷速率；2）发电机限制的负荷速率；3）外部输入负荷速率
8、，包括OA、REMOTE和PLANT COMP等；4）电厂内部允许的负荷速率，如TPC和RUNBACK限制等。,（5）自动同步方式（AS）,在发电机并网前，自动同步控制回路通过对电网频率和发电机频率的偏差比较，自动校正汽轮机转速设定值，使发电机频率始终随电网频率变化且保持大于电网频率0.05Hz，直至并网完成。一旦机组并网，带5%的额定负荷。,（6）电厂限制控制方式 采用此方式时，DEH系统受电厂内部运行条件所制约，其具体形式有：1）主汽压力控制方式（TPC）主要是限制高压调节门前的主蒸汽压力不低于一个要求的限制值，当主汽压力值小于限制值时，TPC动作开始减负荷，负荷一旦减至20%阀位或主汽压
9、力再次大于限制值后停止减负荷.,2）外部负荷返回控制方式(快卸负荷)（RUNBACK,RB）。该方式主要是考虑辅机故障，例如，在给水泵和风机等跳闸的情况下，系统将以一定的速率去关小调节汽阀，直到故障消除为止。3、维护调试方式 系统仿真及求取最佳控制参数、计算机系统维修,DEH的工作过程,1、计算给定值（转速或负荷）2、给定值与被控量比较并进行逻 辑运算3、计算出阀门的开度信号4、液压伺服系统接受阀门开度信号进行调节,DEH的基本原理方框图,功频电液控制特点,1、可消除新（主，初）蒸汽压力变化对功率的影响(功率反馈)2、可补偿功率的滞后（PID调节器特性）,四、DEH的转速控制原理,1、测频（转
10、速）的设备设齿盘齿数为Z，汽轮机轴的转速为n转/分，则输出信号的频率为(东汽134 齿),DEH的转速测量,DEH系统的转速控制原理图,转速A（WSA）首先经过上、下限的判断，得出其是否在合理的工作区内，然后通过与转速B和转速C比较，看两者的差是否在合理的范围内，如果转速A上、下限的工作区而且与转速B或转速C的差在合理的范围内，则认为转速A正常（WSAOK）。同理可以判断转速B和C是否正常。在A、B、C均正常时，转速的实际信号以A信号为控制、监视信号；在A故障，B正常时，选B作为输出；在A、B、C中有两路故障时，得到WSFAIL信号，此时转速信号WS0。,转速信号的三选二逻辑判断,转速控制原理
11、图,五、DEH负荷控制原理,测功环节,对于一定长度和宽度的材料，且磁场和霍尔元件平面相垂直时，霍尔电势可按下式计算：,式中：,霍尔常数；,磁感应强度；,控制电流。,负荷控制系统的主要任务,当转速上升至额定转速，并成功并网后，将汽轮机所带的初始负荷(5P0)升至额定负荷P0，并参与电网的发电任务。,负荷设定值形成,负荷设定值形成的功能 指定工作方式下的目标负荷和负荷变化率被转换成能被机组接受的设定值，是通过GV控制的设定值形成逻辑完成。,二、高压调节汽阀的负荷控制原理,DEH系统的静态特性,定义：稳态下汽轮机转速与功率间的关系：发电机功率 MW：功率给定值：经频率校正环节后的功率偏差,上式为DE
12、H系统的静态特性方程 特点：（1）与 n 间为线性关系（2）改变 可平移静态特性曲线（3）改变 k 可使转速不等率变化,DEH系统的静态特性方程,六、DEH的阀门管理,DEH阀门管理的功能,1、节流调节（单阀）喷嘴（顺序阀）的转换 节流 喷嘴 单阀 顺序阀（多阀）部分负荷下经济性差节流调节的特点 负荷变化时，金属温度变化小，热 应力小 单阀控制用于启动、负荷变化时，顺序阀控制用于稳定在某一负荷时。,单阀出力 顺序阀出力 y：汽轮机出力 x：阀门开度 f：阀门开度与流量关系,转 换,阀门管理的原理,七、汽轮机自启停控制（ATC）,汽轮机自启停控制（ATC）原理,一、ATC的基本原理 应力裕度系数
13、：式中 材料在使用温度下的许用应力 实际应力 应力裕度系数 K 一般控制在0.2左右,八、DEH的EH抗燃油系统,供油装置组成,供油装置的主要功能是为执行机构提供所需的液压动力，同时保持液压油的正常理化特性。它由如下几部分组成：EH 油箱油泵-电机组件控制块组件蓄能器磁性过滤器自循环冷却-滤油系统抗燃油再生过滤系统压力开关、温度开关及电磁阀、EH油箱加热器和油温控制抗燃油,油源照片1,油源图片2,控制块,活塞式蓄能器,EH抗燃油再生装置,再生装置是用来储存吸附剂,使抗燃油得到再生的装置（保持中性、去除水份）。主要由硅藻土滤器和精密滤器（即波纹纤维滤器）组成。精密过滤器与硅藻土滤器串联，独立安装
14、在自循环滤油的管路上。,油加热器,油加热器由安装在油箱底部的两只管式加热器组成。当油温低于设定值时，启动加热器给EH油加热，此时，循环泵同时（自动）启动，以保证EH油受热均匀。当EH油被加热设定温度时，温度开关自动切断加热回路，以避免由于人为的因素而造成油温过高。,回油过滤器,本装置的回油过滤器内装有精密过滤器，为避免当过滤器堵塞时过滤器被油压压变形，回油过滤器中装有过载单向阀，当回油过滤器进出口间压差大于设定值时，单向阀动作，将过滤器短路。本装置有两个回油过滤器，一个串连在有压回油路；另一个安装在循环回路，在需要时启动系统，过滤油箱中的油液。,九、DEH液压伺服系统,调节阀工作原理图,调节阀
15、工作过程,当给定或外界负荷变化时，计算机输出开大或关小汽阀的电压信号，经伺服放大器转换成电流信号并进行功率放大，电液伺服阀将电信号转换成弹簧片的位移信号，经喷嘴控制使伺服阀活塞产生位移，输出高压油对油动机进行控制。增加负荷时，高压油使油动机活塞向上运动，通过连杆带动，使汽阀开启；当负荷降低时，弹簧力的作用使压力油自油动机活塞的下腔泄出，油动机活塞向下运动而关小汽阀。,调节阀工作过程,当油动机活塞移动时，用于反馈的线性位移变送器（LVDT），将油动机活塞的机械位移转换成电信号，该信号经解调器与计算机输入的信号比较，伺服放大器的输入偏差为零时，电液伺服阀的活塞回到中间位置，从而切断油动机的进油通道
16、，油动机停止运动，系统在新的工作位置上达到平衡。主汽阀和调节汽阀的油动机旁，各设有一个快速卸载阀，用于汽轮机故障需要停机时，通过安全油系统使遮断油总管失压，快速泄去油动机下腔的高压油，依靠弹簧力的作用，使汽阀迅速关闭，以实现对机组的保护。在快速卸载阀动作的同时，工作油还可排入油动机的上腔室，从而避免回油旁路的过载。,电液转换器,线性位移传感器是由芯杆、线圈、外壳等所组成。当铁芯与线圈间有相对移动时，例如铁芯上移，次级线圈感应出电动势经过整流滤波后，便变为表示铁芯与线圈间相对位移的电气信号输出，作为负反馈。在具体设备中，外壳是固定不动，铁芯通过杠杆与油动机活塞杆相连，输出的电气信号便可模拟油动机
17、的位移，也就是汽阀的开度，为了提高控制系统的可靠性，每个执行机构中安装二个位移传感器。,线性位移传感器(LVDT),油动机又称液压伺服马达，是一个典型的反馈控制位置随动系统，主要由油动机活塞(或称油缸)及反馈机构等组成，是汽轮机调节系统中驱动调节汽门的执行机构。它能自动、连续、精确地复现来自中间放大环节输入信号的变化规律，使调节汽门的开度达到并保持在预定的控制状态。油动机具有惯性小、驱动力大、动作快、能耗低的突出优点，这是目前电磁式驱动机构不可比拟的。,油动机,安装在油动机液压块上，它主要作用是当机组发生故障必须紧急停机时或在危急脱扣装置等动作使危急遮断油泄油失压后，可使油动机活塞下腔的压力油
18、经快速卸荷阀快速释放，这时不论伺服放大器输出的信号大小，在阀门弹簧力作用下，均使阀门关闭。,快速卸荷阀,汽轮机的保护系统,十、OPC-超速保护系统,系统故障,汽轮机组超速保护系统的一个重要特性是，当系统发生故障时，能够快速地降负荷（即快关功能），防止负荷不平衡造成转速过大飞升。系统故障主要有如下几种情况：事故种类瞬时负荷变化量一次线断路27.7%单相接地26.7%二相接地65.0%三相接地100%,调节汽阀关闭方式,当发生上述情况之一时，汽轮机应当降负荷。对于中间再热机组，降负荷有以下三种控制方式：（1）只关高压调节汽阀；（2）只关中压调节汽阀；（3）同时关高、中压调节汽阀。,只关中压调节汽阀
19、,只关高压调节汽阀,同时关高、中压调节汽阀,(1)中压调节阀快关,当部分甩负荷时机组输出功率急剧减少，再热蒸汽压力和功率讯号的两者差值至某数值时，表明电力系统故障，中压调节阀快关,亦称负荷部分下跌：CIV,转速在不到 103%时OPC电磁阀提前动作,目的：防止汽机超速,n 103%时OPC电磁阀复位,OPC功能,(2)30%以上甩负荷,中压缸排汽压力 30%,（调节级压力 30%）,且，油开关动作,亦称负荷降预测：LDA,转速在不到 103%时OPC电磁阀提前动作，高中压调节汽阀关闭。,目的：防止汽机超速,n 103%时OPC电磁阀复位,OPC功能,（3）103%保护（OPC）,目的：n=3000 rpm,OPC电磁阀复位（关闭）,OPC电磁阀动作（打开）,泄OPC油,关高中压调门,n 103%,n 103%,OPC功能,十一、ETS-危急遮断系统,AST电磁阀的连接及其工作原理,（1）串联油路中的任何一路电磁阀（20-1/AST，20-2/AST或20-3/AST，20-4/AST）动作，都可以进行停机；而任何一个电磁阀误动作，不会引起错误停机。,（2）并联油路中，任何一个奇数号电磁阀（20-1/AST和20-3/AST）和任何一个偶数号电磁阀（20-2/AST和20-4/AST）动作，系统都可以顺序或交叉动作并停机。,机械超速和手动遮断系统示意图,
