600MW汽轮机DEH调节系统介绍.ppt
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1、600MW汽轮机DEH调节系统介绍,第一节 汽轮机控制装置的发展 第二节 汽轮机控制系统的组成 第三节 汽轮机控制系统的内容,第一节 汽轮机控制装置的发展,汽轮机是电厂中的重要设备,其作用是在高温高压蒸汽的推 动下稳定在一定转速下旋转, 完成热能到机械能的转换。 汽轮机将蒸汽的热能转换为机械能,驱动发电机转动;发电 机再将机械能转换为电能并输送到电网;电网再将电能输送到各 个用户。 为了保证供电质量,就必须保证电力系统的电压、频率的稳 定;同时在电网出现故障时,又要能保证机组自身的安全。也就 是确保外界负荷突增时机组不过载;甩负荷时汽轮机不超速。,第一节 汽轮机控制装置的发展,电压的调节另有专
2、门设备承担(发电机励磁系统 等装置),不属于汽轮机调节系统的范围,而频率则 直接取决于汽轮发电机的转速,一般要求汽轮发电机 的转速稳定在额定转速附近很小的一个范围内,通常 此范围为1.53.0rpm。 为了达到以上要求,汽轮机必须配备可靠的自动 控制装置。汽机控制系统的发展经历了以下几个阶段,第一节 汽轮机控制装置的发展,1减速齿轮;2调速器;3错油门;4油动机;5调节汽门,(一) 机械液压调节系统(MECHANICAL-HYDRAULIC CONTROL,简称MHC),实现转速的自动调节和负荷的手动调节。如下图所示:,(二)随着汽轮机单机容量的增大和中间再热机组的出现, 单元制运行方式的普遍
3、采用以及电网自动化水平的提高,MHC已 不能适应汽轮机的控制要求,于是出现了电液调节系统ELECTRO- HYDRAULIC CONTROL,简称EHC)。 EHC系统中执行机构仍采用液压伺服装置,运算部件则由电 子元件组成,这种系统具有信号综合方便,运算精度高,能适应 多种运行工况的特点。 早期的EHC系统采用模拟电子装置构成,由于电子器件的可 靠性不高,故汽轮机控制系统多设计为EHC和MHC并存的工作方 式,MHC作为EHC的后备调节手段。正常控制由EHC完成,一旦EHC 故障退出,MHC立即投入。这种以模拟电路为主的EHC系统称为 AEH(ANALOG ELECTRO-HYDRAULIC
4、 CONTROL)。 随着模拟电子器件质量的提高,汽轮机控制系统由电液并 存工作方式过渡到采用AEH纯电调的工作方式。,第一节 汽轮机控制装置的发展,典型的EHC系统原理方块图如下图所示。,第一节 汽轮机控制装置的发展,EHC系统采用了功率和频率两个调节信号,有三种基本的调节回路。 (1)转速调节回路。它用于单机运行工况,在机组启动时升速、并网和在停机 (包括甩负荷过程)中控制转速。 (2)功率调节回路。在机组并入电网运行时或机组在电网中不承担一次调频任 务时,频差放大器(转速调节回路)均无输出信号,此时,机组由功率调节回路 控制。 (3)功频调节回路。当汽轮机参与一次调频时,调节系统构成了功
5、率频率 调节回路,此时,频率、功率调节回路均参与工作。无论功率通道产生了不平 衡,还是频率通道产生不平衡,都引起调节系统动作,直至系统趋于稳定。,第一节 汽轮机控制装置的发展,第一节 汽轮机控制装置的发展,(三)当计算机在工业控制领域得到广泛应用时,汽轮机功 频电调装置进一步发展为以计算机为基础的数字式电液控制系 统,这种系统称为DEH(DIGITAL-HYDRAULIC CONTROL,简称DEH)。,第一节 汽轮机控制装置的发展,第一节 汽轮机控制装置的发展,目前,我国火电厂600MW级汽轮机大都采用数字式电液 控制系统。 电液调节系统种类繁多,其工作原理和功能各异。但 大多数电调设置转速
6、控制、负荷控制,阀门控制、阀门管 理,应力计算,应力限制,负荷限制,保护跳闸等功能,能 够满足汽轮机安全运行和启停要求。,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,一、DEH系统组成 DEH系统由两大部分组成,即液压控制系统和电气控 制系统。 电控部分实现各种控制功能,如转速控制、功率控 制、手动/自动切换等,最终形成各个阀门的阀位指令。 液控系统作为调节系统的动力单元,用以驱动阀 门,使阀门的开度按着阀位指令而改变。,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,(一)液压控制系统 1、液压控制系统的组成: 由供油系统、液压执行机构及危急遮断系统组成。 2、液压控制系统的功能: 向各阀门油动机提供符合标准的
7、高压动力油 驱动各阀门并使阀门能够停止在需要的位置 当需要时能够快速遮断汽轮机进汽,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,(二)电控系统 DEH电控系统是以微型计算机为核心的分散控制系统, 可方便地完成数据采集、过程控制、操作与监控等功能。 工程师站能方便的对控制逻辑进行设计、调试、修改。,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,1.DEH系统硬件配置 包括工程师站、操作员站、控制器、系统模块等 2.DEH控制系统软件 DEH控制系统软件,是一组软件程序集成的工具库 其作用:生成和保存控制系统的控制策略、过程画面、 测点记录、I/O位置、报表生成以及全系统的组态。,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能
8、,DEH控制系统用于实现下列控制任务: (1)超速保护及自动控制: 主要完成转速测量以及各种紧急情况的处理,如甩负荷、负荷不平衡、超速限制、超速遮断等; 完成参数的设置、反馈环路的投切、控制方式的选择、电磁阀试验、注油试验等; 完成伺服控制、手动自动方式选择、快卸、单阀/顺序阀切换、挂闸等。 (2)自启动:主要完成信号检测与替换、参数越限报警保持、自动启动、应力计算及寿命管理。,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,3. 监视与操作 电调系统配置有操作员接口站,操作员可以在CRT上进行 监视、控制汽轮机; 操作员选定要进行控制的相关画面,对某个参数进行调整 时,键入要求的参数值,经操作员接口站主
9、机处理后,再经分散 控制单元DPU接收并调整该参数值; 分散控制单元将调整了的信息馈送给操作员接口站,操作 员接口站将该参数的变化反映在CRT上。操作员观察到原参数值 为调整后的数值,表明该参数已被分散控制单元处理器接收到。 在操作员站可以实现DEH的全部控制功能。,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,3. 监视与操作,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,二、DEH系统功能 (一)基本控制功能 1、挂闸 2、启动前的逻辑控制 3、转速控制 4、负荷控制,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,5、超速保护(如OPC超速)和负荷不平衡保护(如机组RB) 6、在线试验 7、控制方式切换 8、ATC应力
10、控制,第二节 汽轮机控制系统的组成及功能,负荷控制是电调系统最主要、最基本的功能。在负荷控 制方式下,电调系统可实现如下功能:,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,并网带初负荷 升负荷,暖机 定滑定升负荷 调节级压力反馈控制 负荷反馈控制 主汽压力反馈控制 一次调频,第三节 汽轮机控制系统的内容,随着电网自动化程度和单元制运行水平的不断提高,对汽轮机控制系统提出了更高的要求。一个完善的汽轮机控制系统包括以下内容。 (一) 监视系统 监视系统是保证汽轮机安全运行必不可少的设备,它能够连续监视汽轮机运行中各参数的变化,监视参数可分为两大类:机械量和热工量。 属于机
11、械量的有:汽轮机转速、轴振动、轴承振动、转子轴位移、转子与汽缸的相对膨胀、汽缸热膨胀、主轴晃度、油动机行程等。 属于热工量的有:主蒸汽压力、主蒸汽温度、凝汽器真空、高压缸速度级后压力,再热蒸汽压力和温度、汽缸温度、润滑油压、调节油压、轴承温度等。 汽轮机的参数监视通常由DAS系统实现。测量结果同时送往调节系统作限制条件,送往保护系统作保护条件,送往顺序控制系统作控制条件。,第三节 汽轮机控制系统的内容,(二) 调节系统 汽轮机调节系统的功能包括大范围的转速控制、负荷控制、异常工况下的负荷限制、主汽压力控制以及阀门位置控制等。系统原理框图如下图所示:,调节系统原理图,1. 转速控制 范围:盘车转
12、速-额定转速-超速试验 要素:目标转速、升速率;进行、保持 原理:单回路闭环控制系统 特殊工况:快速过临界转速区;(过临界转速时自动提高升速率) 其它情况下的转速保持(如汽机摩检600rpm;低、中速暖机等),第三节 汽轮机控制系统的内容,转速调节系统原理,第三节 汽轮机控制系统的内容,2. 负荷控制 范围:汽机启动升速过程结束、机组完成并网后开始工作 。 要素:目标负荷、升负荷率;进行/保持(GO/HOLD)。 原理:通过开环或闭环工作方式控制汽轮发电机组的负荷。 开环工作时,根据功率定值及频差信号由负荷控制回路直 接给出阀门开度指令。 闭环工作时,以发电机实发功率值为测量信号与功率定值 相
13、比较,得到功率偏差值经负荷控制回路运算后去控制调节阀 的开度,达到调节功率的目的。,第三节 汽轮机控制系统的内容,特殊工况: (1)功率反馈限制。 当机组实发功率与功率给定值之差超 过某一规定值,例如差值达额定功率的 10%时,系统判断为发电机甩负荷,控制 系统自动切除功率反馈回路变闭环为开 环,并降低功率给定值以确保机组安全。,第三节 汽轮机控制系统的内容,特殊工况: (2)变负荷速率限制。 机组在变动负荷过程中进汽量的变化使汽 缸、转子等部件出现热应力,为了使热应力不 超过允许数值,要求对变负荷速率加以限制。 由电调控制系统根据热应力在线计算回路 的输出值自动选择变负荷速率,一但应力裕度
14、系数下降,回路自动降低变负荷速率。,第三节 汽轮机控制系统的内容,特殊工况: (3)主汽压力限制。 单元机组运行中,为了协调锅炉和汽轮机两者在 能量供需方面的关系,通常在汽轮机控制系统中引入 反映锅炉运行工况的机前压力信号。 汽轮机改变负荷必然引起机前压力的变化。如果 机前压力低于额定压力的5%,依靠锅炉自身很难迅速 恢复主汽压力,这时必须对汽轮机的负荷进行限制以 加速机前压力的恢复过程。 限制的措施是,在电调系统中设置一个主汽压力 限制回路,使汽轮机的负荷不再受功率控制回路的控 制而受主汽压力限制回路的控制,降低汽轮机的负荷 (关小调门开度)以协助锅炉恢复主汽压力。,第三节 汽轮机控制系统的
15、内容,3. 主汽压控制 单元机组的基本运行方式有三种: 锅炉跟随汽轮机方式(炉跟机); 汽轮机跟随锅炉方式(机跟炉); 机炉协调方式。,第三节 汽轮机控制系统的内容,单元机组的负荷控制也相应有以上三种方式。 在后两种控制方式中汽轮机控制系统均引入机 前压力信号,汽轮机不同程度地承担了调节主 汽压力的任务,所以有的电调系统中设置了主 汽压力控制回路,根据机前压力的偏差由主汽 压力控制回路产生阀门开度指令,去控制汽轮 机调节阀的开度,达到调节主汽压力的目的。,第三节 汽轮机控制系统的内容,4 . 阀门控制与管理 无论是启动过程中的转速控制,还是正 常运行中的负荷调节以及主汽压力控制, 最终都是通过
16、对汽轮机的高、中压调节阀 门和高压主汽门的阀位控制来实现的,因 此阀门管理与阀位控制是汽轮机电液控制 系统中必备的功能。,第三节 汽轮机控制系统的内容,(1)汽轮机启动过程中的阀门控制 汽轮机启动时的阀门控制与汽轮机的 启动方式有关。600MW机组都是带有中间 再热的大型单元机组,汽轮机启动方式一 般都采用高、中压缸联合启动 。,第三节 汽轮机控制系统的内容,本厂600MW汽轮机启动方式及步骤: 1、汽机挂闸,中主门、高调门全开,中调门、高主门全关。 2、汽机冲转,0-600rpm,通过中调门控制汽机升速。 (0-600rpm只有中压缸进汽) 3、汽机升速,600-2600rpm,通过高主门与
17、中调门同时控制汽 机升速 ;按照高、中压缸1:1的蒸汽流量进汽。 (600-3000rpm为高、中压缸同时进汽) 4、汽机转速2600rpm,中调门保持开度不变。 5、汽机升速,2600-2950rpm,通过高主门控制汽机升速 。 6、汽机转速2950rpm,阀切换。高调门关小,汽机转速下降30rpm后,高主门全开。 7、汽机升速,2950-3000rpm,通过高、中调门控制汽机升速 。,第三节 汽轮机控制系统的内容,(2)阀门管理 汽轮机高压缸有两种进汽方式,即节 流调节的全周进汽(单阀)和喷嘴调节的 部分进汽(顺序阀)。阀门管理是指对调 节阀两种运行方式的选择和切换。,第三节 汽轮机控制系
18、统的内容,(3)阀门在线试验 汽轮机高、中压主汽门和高、中压调 门都是由液压执行机构驱动的机械装置。 为了保证汽轮机故障时阀门能可靠关 闭,电调系统应设置阀门在线试验功能(严密 性试验、定期活动试验),即在汽轮机带负荷 情况下逐个关闭阀门,以检验其工作情况。,第三节 汽轮机控制系统的内容,(4)阀门快关(防止汽轮机超速) 这是汽轮机参与维持电力系统动态稳定的一种技术措施。 当电力系统发生短路故障时,虽然电气保护动作可以快速切除故障点,但是系统的稳定状态会受到冲击。 如果汽轮机能参与事故处理,在电力系统发生故障甩负荷时,汽轮机能迅速、准确地大幅度减小负荷,随后能将负荷恢复到原水平或低于原水平,确
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