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1、 版本号：A 密级：工厂秘密东 方 汽 轮 机 厂汽轮机数字电液控制系统说明书 编号 D300N000401LSM 第 全 册2007年3月 编号D300N000401LSM 编制 校对 审核 会签 审定 批准汽轮机数字电液控制系统说明书 D300N000401LSM目 录 序号 章节 名 称 页数 备注 1 1 系统概述 1 2 11 前言 2 3 12 控制系统原理 7 4 2 控制系统配置 2 5 21 控制柜 1 6 22 I/A Series的模板 1 7 23 AW70应用操作站 1 8 24 WP70操作站 1 9 3 DEH控制系统主要功能 2 10 31 挂闸 1 11 32
2、 整定伺服系统静态关系 2 12 33 启动前的控制和启动方式 1 13 34 转速控制 2 14 35 负荷控制 6 15 36 供热控制 1 16 37 单阀/顺序阀转换 1 17 38 超速保护控制 2 18 39 在线试验 3 19 310 控制方式切换 1 20 311 停机 1 21 4 DEH系统操作说明 1 22 41 DEH启动控制 2 23 42 升速 1 24 43 并网、升负荷 1 25 44 单阀/顺序阀转换 1 26 45 CCS控制（锅炉自动） 1 27 46 汽机自动限制 1 28 47 供热抽气的投入与切除 1 29 48 快卸负荷投入与切除（RUNBACK）
3、 1 30 49 超速、喷油试验 1 31 410 阀门活动试验 1 32 411 阀门严密性试验 1 33 412 高压遮断电磁阀试验 1 34 413 手动控制 1 35 414 ATC热应力控制 1 36 415 ETS 1 37 5 安装调试 1 38 51 到货开箱 1 39 52 设备安装 1 40 53 系统接地 1 41 54 电源分配系统 1 42 55 外部信号连接 1 43 56 检测与调试 3 44 57 系统功能检查 2 45 6 故障诊断及维修 1 46 61 在线自诊断 1 47 62 故障分析及维护 1 48 7 供货范围 1 49 8 DEH I/O 清单 1
4、1 21 系统概述本章主要阐述了汽轮机控制系统的控制原理以及300MW型汽轮机一些结构特点。 编制 校对 审核 标审 录入员1-111 前 言本文所涉及的汽轮机是用于火力发电的蒸汽轮机。在火力发电厂，它与锅炉、发电机及其它辅助设备配套，完成将煤中的化学能转化为蒸汽中的热能，将蒸汽中的热能转换成旋转机械能，再将旋转机械能转变为电能，并通过电网将电能输送到各种用电设备，为人们的生产、生活服务。发电厂生产的电能是不能大量储存的，即各发电机送入电网的功率必须等于当时用户所需要的功率。 为保证各种用电设备能正常运转，不但要连续不断地向电网输送电能，而且还要求电厂的供电品质，即频率和电压保持不变。我国电力
5、工业法规规定: 频率误差率1% 电压误差6%发电厂的首要任务就是以较低的成本，连续生产出品质符合规定的电能。频率和电压二者与汽轮机转速都有一定的关系。电频率直接与汽轮机转速相对应; 电压除与汽机转速外还与发电机励磁电流有关。电压是通过发电机的励磁控制系统来调节的，不在汽机控制系统之内。所以汽机控制系统的主要任务就是调节汽机的转速。随着科学技术的不断发展，做为发电设备的汽轮机组，越来越向大容量、高参数方向发展，以便获得尽量高的热效率，降低制造、安装和运行成本。这样设备更加复杂了，特别是在变工况过程中，需要综合控制的因素更多了，原纯液压调节系统已很难满足要求。随着计算机技术的发展，其综合计算的能力
6、是显而易见的，在其可靠性得到显著提高后，现已广泛地用到了电厂各种设备的监视和控制系统中。汽轮机控制系统也不例外，由纯液压调节系统发展为电液并存式调节系统，并已在国内外许多电厂得到了很好应用。随着以微处理器为基础的分布式控制系统(DCS)技术的发展，运用分散控制、集中管理的设计思想，不但控制的可靠性得到了更大的提高，而且可大量减少操作维护人员的劳动强度。我厂在引进和广泛吸收国、内外先进技术的基础上，与Foxboro公司合作，电气采用先进的I/A Series开放工业控制系统，液压采用高压抗燃油系统，研制开发了300MW等级全电调型汽轮机数字电液控制系统DEH。该套控制系统是当今世界上较为先进的D
7、EH控制设备，为使该系统安全可靠的运行，Foxboro公司提供了较为完善的用户手册。我们编写这本说明书的目的是给用户提供一定的方便。注：如果该说明书中有关I/A系统方面有与Foxboro公司提供的资料不符的地方，以Foxboro公司提供的资料为准。 1-1-212 控制系统原理1 数字电液控制系统DEH的主要任务就是调节汽轮机的转速，使之维持等转速运行。在讨论汽轮发电机组的转速控制时，通常将汽轮发电机轴系看作一个整体旋转刚体。转子的转动方程为:J.d/dt=MT -MG -Mf (1-1)式中: J-汽轮发电机组转子的转动惯量，kg.m.s2 ；-转子的旋转角速度，s-1 ；MT -汽轮机蒸汽
8、转矩，N.m；MG -发电机电磁转矩，N.m；Mf -各种阻力矩，N.m。转动惯量对于特定的机组安装完成后，即为一常数，DEH要控制的转速n与角速度成正比.=2f=2n/60式中: f-频率，s-1；n-转速，r/min。由汽轮机工作原理知，蒸汽转矩MT 为:MT =4.73DH0 0e /n (N.m) (1-2)式中: D-进入汽轮机的蒸汽流量，kg/h；H0 -绝热焓降，kj/kg；0e -汽轮机相对效率；n-转速，r/min。发电机电磁转矩MG ，它主要取决于负载的特性，可表示为MG =K1+K2.n+K3.n2 (1-3)式中，K1、K2、K3为随机变量，且均为正值。各种阻力矩Mf
9、，它与转速、真空、轴系油温等很多因素有关，可视随转速增大的随机变量。由式(1-1)可知，若由于某种原因nMT ，MG ，Mf d/dt225MW，可投入抽汽控制。如果在投入抽汽控制前，机组处于协调控制的运行状况，则投入抽汽控制时不对协调控制进行任何投切处理，负荷仍由DCS协调控制，协调控制指令为流量指令。投入任何一个抽汽控制时，都不对负荷控制方式进行任何投切处理，功率闭环可以投入也可以切除。抽汽逆止阀强关信号消失和除抽汽逆止阀外抽汽管道上其他的门全开在DCS里综合成供热允许信号开入DEH，作为投入抽汽控制的必要条件。8 在启动过程中，蒸汽分别同时从过热器（再热器）通过高压调节阀进入高压缸做功，
10、最终将汽轮机带到额定工作状态。高压缸一般采用全周进汽（节流调节）方式，这样可受热均匀，减小热应力。在正常运行中，由于汽缸温度场已基本稳定，高压缸一般采用部分进汽（喷嘴调节）方式，以减少节流损失，提高效率。在启动过程中，由于转子、汽缸的几何尺寸很大，且受热面温度升高较快。为减小汽轮机的热应力，需在升速和升负荷期间的某些点上停留，这叫作暖机。转子总有其固有的自振频率。在转子旋转期间，当其未平衡完的偏心质量所产生的激振频率与自振频率一致时，转子发生共振，此时的转速称为临界转速。由于共振的幅度随时间的增大而增大，振动幅度太大将损坏汽轮发电机组，因此要求汽轮机快速通过临界转速区。汽轮发电机组通常需要并网
11、运行。同期并网指汽轮发电机组带到工作转速后，安全地将发电机与电网并接的过程。同期并网的条件为合闸，油开关两侧（发电机、电网）间各相位的电位差等于零，即两侧电压同相序、同电压、同频率、同相位。9 汽轮机数字电液控制系统采用了Foxboro先进的I/A Series开放工业控制系统。它包括3个机柜、1台打印机、1个操作站WP70、1个应用操作站AW70（具备操作员站及工程师工作站的功能）。操作员站（WP70）为电厂运行人员与汽轮机控制系统进行人机对话的主要设备；打印机在必要时能将各种重要资料记录存档；工程师工作站（AW70）能方便的对控制逻辑进行设计、调试、修改。这种控制系统按分散控制的思想设计,
12、用I/A Series功能模件组态,通过液压伺服机构完成机组的自动控制。整套装置由系列化的标准硬件组成，可独立完成各自的功能,可互相通讯。 图1-2-1 控制系统原理图 1-2-72 控制系统配置1 DEH控制系统处理机FCP270为三对，第一对定义为基本控制站（BTC），完成超速保护和汽轮机基本控制功能；第二对定义为自动控制站（ATC），完成汽轮机参数监视和在线试验的功能；第三对定义为危急遮断控制站（ETS），完成汽轮机危急遮断功能。硬件配置主要由以下部分组成：a) 标准机柜；b) 模板；c) AW70操作站；d) WP70站；2DEH系统模板配置如下。BTC站（基本控制站）：a) 测速板F
13、BM206三块；b) 模入/模出板FBM204六块；c) 开入/开出板FBM241C四块；d) 测速前置板三块。ATC站（自动控制站）：a) 大信号模入FBM201四块；b) TC信号模入FBM202一块；c) RTD信号模入FBM203一块；d) 模入/模出板FBM204一块；e) 开入板FBM207A块；f) 开入/开出板FBM241C五块。ETS站（危急遮断控制站）：a) 开入/开出板FBM219C四块。DEH系统模板配置图见下图： 控制系统配置图 2-221 控制柜本装置共有3个机柜，安装了DEH的大多数重要板件及相关连接件、接线、电缆。22 I/A Series的模板 I/A Ser
14、ies控制系统由以下几种模板组成：1 控制处理机FCP270；2 电压接点输入隔离型开入板FBM207A；3 隔离型开入/开出板FBM241C；5 带隔离的模拟量输入板FBM201； 6 带隔离的热电偶/mV模拟量输入板FBM202； 7 带隔离的热电阻模拟量输入板FBM203；8 带隔离的模入/模出板FBM204； 带隔离的脉冲输入/模拟量输出板FBM206；隔离型开入/开出板FBM219C 以上模板的具体说明详见Foxboro公司提供的硬件手册。23 AW70操作站AW70操作站一套，包括：WP70应用操作站处理机一台、LCD21显示器、鼠标、键盘等。AW70工程师进行设计、组态、调试、监
15、视。其主要功能有：应用功能AW70与显示、生产控制、用户应用程序、诊断和组态等有关的应用功能。AW70具有开发和执行需要扩展的数据处理和文件服务能力的应用功能（FOXBORO和第三方）。AW70本身或来自其它站的任务所需的大容量存储文件申请。AW70个或多个文件存储设备一起使用，用于对其它站进行装载。执行生产控制任务，例如数据认证、电子表格和性能计算。提供正常功能，如操作员HELP和电子文件。另外还提供应用开发环境，如编译软件、连接软件和文本编辑软件。操作站功能在视频监视器上，产生视频信号显示图象和文字信息。除视频监视器外，连到AW70备可包括触摸屏幕、鼠标或球标等。这些可任意选择的设备提供作
16、为命令或数据输入，显示选择和报警管理系统。24 WP70站WP70操作站一套，包括：WP70应用操作站处理机一台、LCD21显示器、鼠标、键盘等。WP70厂运行人员与汽轮机控制系统进行人机对话的主要设备。WP70与它相连的外设一起，提供了使用者和所有系统功能之间的界面。其主要功能有：提供了命令和数据输入、画面的选择和报警管理的方法。从应用处理器和其它系统站接受图形和文字信息，并把这些信息显示在视频显示器上。 2-5-23 DEH控制系统主要功能本章讲述了DEH控制所完成的主要功能。其主要功能有: 挂闸 整定伺服系统静态关系 阀门在线整定。 启动前的控制和启动自动判断热状态。 转速控制 升速：设
17、定目标、设定升速率、自动过临界、自动暖机、3000r/min定速。 负荷控制并网带初负荷；发电机假并网实验；自动同期；升负荷：设定目标、设定负荷率、自动暖机；定滑定升负荷；负荷反馈控制；一次调频；CCS控制；高负荷限制；低负荷限制；阀位限制；主汽压力限制；快卸负荷。 热应力控制 供热控制 单阀、顺序阀转换 超速保护控制 甩负荷超速限制； 103%超速控制； 加速度保护； 超速保护。 在线试验喷油试验；超速试验：电气超速试验、机械超速试验；阀门活动试验；高压遮断电磁阀试验。 控制方式切换汽机自动/手动方式； 停机 3-231 挂闸汽机挂闸以前，满足“所有阀关”、“汽机已跳闸”条件，此时，由DEH
18、输出挂闸指令，使复位阀组件1YV电磁阀带电，推动危急遮断装置的活塞，带动连杆使转块转动，DEH在20s钟内检测到行程开关ZS1的常开触点由断开到闭合，ZS2的触点由闭合到断开， DEH发出挂闸指令同时使高压遮断电磁阀6YV、7YV、8YV、9YV带电，高压安全油建立，压力开关PS1、PS2、PS3的常开触点闭合，挂闸完成。20s钟后，DEH输出信号使1YV断电，ZS1的触点又由闭合到断开。32 整定伺服系统静态关系在机组启动前，必须完成伺服阀、LVDT、伺服板的静态关系整定，保证各个油动机从全关到全开满足阀位指令从0%100%的位置控制精度及线性度要求。CV、ICV可同时进行校验，也可分别进行
19、校验，此过程在OIS站上进行。1 机组启动前进行伺服系统静态关系整定，必须满足下列条件：汽机已挂闸；所有阀全关。注意：必须确认主汽阀前无蒸汽，以免整定时，汽轮机失控。整定期间，当机组转速大于100r/min时，DEH将自动打闸。即汽机转速必须小于100r/min。2 LVDT的安装在阀门校验前必须正确安装LVDT，使阀门在从全关到全开时，LVDT在其线性区内。3 机组运行过程中也可进行伺服系统静态关系整定，称之为在线校验，必须满足下列条件：发电机并网；单阀方式运行。4 校验步骤4.1 按下“阀门校验允许”按钮，然后选择要校验的阀门，相应的按键被点亮。4.2 选中校验的阀门后，相应的伺服板开始校
20、验，伺服板上的“CHK”指示灯闪烁(下行闪烁频率较慢，上行闪烁频率较快)，同时画面上的“阀门校验进行”指示也闪烁(闪烁频率同“CHK”灯)。4.3 “CHK”指示灯和“阀门校验进行”指示常亮时则校验完成。4.4 再次按下“阀门校验允许”，退出校验方式，“CHK”指示灯灭，“阀门校验进行”指示变灰。4.5 校验结束。 3-2-233 启动前的控制和启动方式1 自动判断热状态汽轮机的启动过程，对汽机、转子是一个加热过程。为减少启动过程的热应力，对于不同的初始温度，应采用不同的启动曲线。DEH在每次挂闸时，自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温T的高低划分机组热状态。若上壁温度坏，自动由下壁温度信号
21、代替。T150 冷态；150T300 温态；300T400 热态；400T 极热态。注:启动状态具体温度限值以主机启动运行说明书为准。2 高压缸预暖启动前，可利用高压旁路蒸汽，通过RFV预暖阀从高压缸排汽口引入高压缸进行预暖。司机发出预暖指令，打开RFV预暖阀及关闭抽真空阀VV，关闭高排逆止阀，待高压缸温度达到规定值后，保持一小时，关闭RFV预暖阀，高压缸预暖完成。3 高压主汽阀预暖运行人员发出预暖指令，将一侧高压主汽阀开启10，将主蒸汽引入两主汽阀体内，当阀体温度达到规定值后，预暖结束，关闭高压主汽阀。4 启动方式41 中压缸启动在预暖完成并具备启动条件后，打开VV阀，在OIS上选择“中压缸
22、启动”方式启动，逐渐开启中压调门,机组升速至3000r/min。并网后,机组带初负荷,设置目标负荷、负荷率,按“进行/保持”按钮，此时画面应当显示“进行”状态,机组开始升负荷。为保持中间再热压力不变，低旁逐渐关闭，当低旁全关时，可进行高中压缸切换，当高、中压缸开始切换，即高压调节阀逐渐开启，为维持主蒸汽压力不变，高旁开始关闭，当高、中压缸进汽比例达到1：3时，即认为切换完成，高、中压调门同时参与控制。当缸切换进行时,将切除负荷控制,将VV阀关闭。42 高中压缸联合启动当旁路系统性能不完善或热态、极热态启动时，可采用高、中压缸联合启动方式,此时，高、中压调节阀同时开启。 34 转速控制在汽轮发电
23、机组并网前， DEH处于自动运行方式，DEH为转速闭环无差调节系统。其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差，经PID调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。在给定目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。当进入临界转速区时，自动将升速率改为400r/min/min快速冲过去。在升速过程中，通常需对汽轮机进行中速、高速暖机，以减少热应力。1 目标转速 除操作员可通过OIS设置目标转速外，在下列情况下，DEH自动设置目标转速:汽机刚运行时，目标为当前转速；油开关刚断开时，目标为3000r/min；手动状态，目标为当前转速；汽机已跳闸，目标为零；目标超过
24、上限时，将其改为3060 r/min或3360r/min；自动同期时，目标随自动同期增减信号变化（变化率60r/min）；目标错误地设在临界区内时，将其自动改为临界转速区下限值。2 升速率 操作员设定，速率在40 r/min/min500r/min/min。 在临界转速区内，速率为400r/min/min。3 临界转速轴系临界转速计算值为：第一阶:1370r/min(发电机转子一阶)；第二阶:1688r/min(高压转子一阶)；第三阶:1750r/min(低压转子一阶)；第四阶:3517r/min(发电机转子二阶)。为避开临界转速，DEH设置了两个临界转速区，其临界转速区的范围为：第一临界转速
25、区：13001450r/min；第二临界转速区：16001800r/min；4 暖机汽机暖机转速通常定为500 r/min、1200 r/min、3000r/min，故目标值通常设为500 r/min、1200 r/min、3000r/min，到达目标转速值后，可自动停止升速进行暖机。若在升速过程中，需暂时停止升速，可进行如下操作:操作员发出“保持”指令；在临界转速区内时，保持指令无效，只能修改目标转速。5 3000r/min定速, 假并网试验汽轮机转速稳定在3000r/min2r/min上，各系统进行并网前检查。发电机做假并网试验，以检查自动同期系统的可靠性及调整的准确性。在试验期间，发电机
26、电网侧的隔离开关断开，发出假并网实验信号。与正常情况一样，自动同期系统通过DEH、发电机励磁系统改变发电机频率和电压。当满足同期条件时，油开关闭合。由于隔离开关是断开的，实际上发电机并未并网。故在假并网试验期间，DEH接收到假并网实验信号，在油开关闭合时，并不判定为发电机并网。这样可防止由于并网加初负荷，而引起转速升高。 3-4-235 负荷控制1 并网、升负荷及负荷正常调节1.1 并网带初负荷当同期条件均满足时，油开关合闸，DEH立即增加给定值，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。 由于刚并网时，未投入负荷反馈，故用主蒸汽压力修正应增加的给定值。给定值=原值+3+f(p0)； f(p0)为主汽
27、压力修正函数刚并网时，目标也等于此给定值。1.2 升负荷在汽轮发电机组并网后，DEH为实现一次调频，调节系统配有转速反馈。在试验或带基本负荷时，也可投入负荷反馈。在负荷反馈投入时，目标和给定值均以MW形式表示。在负荷反馈切除时，目标和给定值以额定压力下总流量的百分比形式表示。在设定目标后，给定值自动以设定的负荷率向目标值逼近，随之发电机负荷逐渐增大。在升负荷过程中，通常需对汽轮机进行暖机，以减少热应力。1.2.1 目标除操作员可通过OIS设置目标外，在下列情况下，DEH自动设置目标:负荷反馈刚投入时，目标为当前负荷值(MW)；发电机刚并网时，目标为初负荷给定值(%)；手动状态，目标为参考量(%)(阀门总流量指令)；反馈刚切除时，目标为参考量(%)；跳闸时，目标为零；CCS控制方式下，目标为CCS给定(%)；目标太大时，改为上限值105%或330MW。1.2.2 负荷率操作员设定，负荷率在0MW/min100MW/min内；单阀/顺序阀转换时，负荷率为5.0MW/min；CCS控制方式下，负荷率最大100MW/min； 若目标以百分比表示时，则负荷率也相应用百分比形式。刚并网时初负荷率为6MW/min。1.3
