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DEH+ETS系统说明书

Z857.08/03

LCZZK35-6.77/0.4/0.392型

35MW双压联合循环直接空冷抽汽凝汽式汽轮机

DEH+ETS系统说明书

南京汽轮电机（集团）有限责任公司

南京汽轮电机（集团）有限责任公司

代号Z857.08.03

代替

LCZZK35-6.77/0.4/0.392型35MW双压联合循环直接空冷抽汽凝汽式汽轮机DEH+ETS系统说明书

共34页第1页

编制王磊明2013-2-4

校对高晨2013-2-4

审核汤继星2013-2

会签

标准审查郝思军2013-2

审定张静2013-2

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归档

目　　录

1系统概述

本章主要阐述了汽轮机数字电液调节控制（DEH）、汽轮机紧急跳闸保护系统（ETS）的基本控制原理、系统主要功能，该系统设备将DEH、ETS一体化设计供货。

1－1DEH控制系统工作原理

35MW联合循环汽轮机为双压、单缸、单轴、可调整抽汽直接空冷凝汽式汽轮机。

本汽轮机高压进汽采用一个高压主汽调节联合阀控制进汽，低压补汽主汽阀和调节阀采用进口三偏心液动碟阀控制补汽进汽。

抽汽控制有旋转隔板调节实现，高压主汽阀、调节阀、旋转隔板分别配置一个EH油动机。

补汽阀为外购自带执行机构。

以多功能处理器（MFP）为核心的DEH控制系统，采集机组的转速、功率、汽压等有关参数后，经过分析、鉴别、计算，控制电液伺服阀，通过油动机分别使相应调节阀按启动、运行要求工作。

液压动力油以磷酸脂抗燃油为工质，工作油压14.5MPa，由集装式抗燃油箱供油。

1运行方式

DEH有如下几种运行方式：

1.1CCS协调控制

启动结束后，DEH接到CCS的请求，司机可按下“CCS投入”按钮，在DEH允许的前提下，即可投入CCS控制，同时发出“CCS投入”信号。

此时，DEH自动切除功率控制，按CCS给定的阀位信号控制机组，同时将实际阀位值反馈给CCS。

1.2操作员自动

这是投CCS协调控制之前最常用的运行方式。

这种运行方式又对应如下几种运行状态：

功率反馈控制及阀位控制。

关于这几种控制方式的详细说明，请参见后面相关章节。

2启动

2.1启动方式

本机组启动方式为现场手动，高调门手动启动，高调门曲线启动。

2.2启动过程

升速和升负荷过程由DEH实现转速和负荷或阀位的闭环控制。

升速过程中，目标转速设定后，给定转速将按启动曲线逐渐增加。

DEH把实际转速与给定转速相比较，经过PI校正后得到调节阀位置指令，从而控制阀门开度使机组平稳升速。

需要暖机时，给定转速保持不变；过临界转速时，自动提高升速率；并网后，DEH自动带5%初负荷。

升负荷过程中，目标功率设定以后，给定功率将按启动曲线逐渐增加，DEH把实际功率与给定功率相比较，经过PI校正后得到调节阀位指令，从而控制阀门开度，使机组平稳升负荷。

3超速控制

DEH具有超速控制功能。

当发电机甩负荷以后，汽轮机转速将很快飞升，正常的转速调节回路很难将转速控制在保护系统动作转速以下。

因此，甩负荷后，DEH接收油开关跳闸信号，通过各调节阀油动机的快关电磁阀快速关闭高压调节汽阀、补汽调节阀、抽汽阀，以抑制机组转速的最大动态飞升，同时将目标转速及给定转速改为3000r/min，当转速低于3050r/min后各电磁阀复位，由正常转速回路进行调节。

若甩负荷后油开关跳闸信号没有发出，DEH还设有103％超速预警控制，即当汽轮机转速超过103％额定转速（3090r/min）时，DEH发出指令到各调节阀油动机的快关电磁阀，快速关闭高压调节汽阀、补汽调节阀、抽汽阀，当转速低于（3070r/min）时，各电磁阀复位，转入正常转速回路调节。

4超速保护

DEH具有超速保护功能，即当机组转速超过110％额定转速（3300r/min）时，DEH发出停机信号，同时作用到AST遮断电磁阀，关闭高压主汽阀及调节汽阀、低压补汽主汽阀和调节阀、抽汽阀，切断机组进汽及抽汽，实现停机。

5试验

5.1阀门活动试验

机组正常运行时，可定期进行阀门活动试验，以检查各进汽阀是否工作灵活。

司机通过操作员站发出试验指令，DEH自动执行阀门活动命令。

5.2喷油试验

机组空转运行时，可通过操作员站控制机组转速并通过现场配合分别作两个危急遮断器撞击子的喷油压出试验，以使撞击子免于卡涩。

5.3试验

可用DEH自动提高机组转速进行机械危急遮断器飞环击出试验，两只飞环可分别进行。

可自动提高转速，校正电气超速动作是否正确。

5.4汽门严密性试验

可在操作员站上选择作主汽门和调节汽门的严密性试验，以验证主汽门和调节汽门是否关闭严密。

6液压系统工作原理

液压系统的具体结构及工作原理见液压部分文件，本处只对其主要部分作简单说明。

6.1供油系统

高压抗燃油供油系统采用集装式抗燃油箱供油，它配置两台柱塞式油泵，一台工作，一台备用，向伺服系统提供14.5MPa的工作油，当压力低于11.2MPa时，备用泵自动启动。

为保证油动机快速动作时补充工作油，系统配有二台25L高压皮囊式蓄能器。

为保证油泵洁净，满足ISO14/11清洁度要求，配备了一套高精度的滤油器，过滤精度达到了3m。

油再生循环泵可使油经过油再生装置，除去油中的水份和杂质。

为使高压油工作在402.5C，设有油加热器和冷油器。

同时，当油温高或低时将发出报警。

主油箱的容积为900L，其外侧装有浮子式液位计，具有高、正常、低油位报警功能。

6.2执行机构

本系统的液压系统具有两种类型的执行机构：

两位执行机构和连续执行机构。

高压主汽阀油动机为两位执行机构，主要由油缸、卸荷阀、试验电磁阀组成。

当汽轮机发生危急情况时自动停机危急遮断油（AST油）母管失压后，卸荷阀在压力油的作用下快速打开，迅速卸去高压主汽阀油动机活塞杆下腔的压力油，则主汽门在弹簧力的作用下迅速关闭。

试验电磁阀带电时油动机关闭速度较慢，从而可以通过该电磁阀作阀门活动试验。

高压主汽阀油动机上装有全关行程的行程开关。

高压调节阀油动机和抽汽调节阀油动机为连续执行机构。

从DEH来的控制信号通过伺服阀去操作各自的油动机，按运行需要开大或关小调节阀，装在油动机上的线性差动位移传感器LVDT给出阀位反馈信号，在DEH中取得平衡后维持阀门静止。

油动机由油缸、伺服阀、液压集成块、LVDT、快卸阀和电磁阀组成。

伺服阀为双线圈，一个线圈故障时，仍能可靠工作。

失电时，能使油动机关闭。

LVDT的零点和幅值可在线校验。

电磁阀接受机组遮断信号或超速信号快速关闭汽阀。

另外，在抽气油动机附近有一套压蓄能器，高压蓄能器容量各为2*10L。

6.3高压遮断系统

高压遮断系统由OPC、AST电磁阀组成。

遮断插装阀动作可分别关闭主汽阀和调节阀。

由两只并联布置的的超速保护电磁阀（20-1、2/OPC）及两个逆止阀和一个控制块及相关表记组成超速保护（OPC）电磁阀组件。

它们是由DEH控制器的OPC部分所控制，正常运行时两个OPC电磁阀是失电常闭的，封闭了OPC母管的泄油通道，使高压调节汽阀执行机构活塞杆的下腔建立起油压；当汽轮机运行转速超过103额定转速时，DEH控制系统OPC控制器发出动作信号，这两个电磁阀就被励磁打开，使OPC母管油液经无压回油管路排至EH油箱。

这样相应的调节阀伺服执行机构上的卸载阀就快速开启，使各高压调节阀，补汽调节阀、抽汽旋转隔板迅速关闭。

四个串并联布置的AST电磁阀（20-1，2，3，4/AST）是由ETS系统所控制，正常运行时这四个AST电磁阀是得电关闭的，封闭了AST母管的泄油通道，使主汽门执行机构和调节阀门执行机构活塞杆的下腔建立起油压，当机组发生危急情况时，AST信号输出，这四个电磁阀就失电打开，使AST母管油液经无压回油管路排至EH油箱。

这样主汽门执行机构和调节阀门执行机构上的卸荷阀就快速打开，使各个汽门快速关闭。

四个AST电磁阀布置成串并联方式，其目的是为了保证汽轮机运行的安全性及可靠性，20-1/AST和20-3/AST、20-2/AST和20-4/AST每组并联连接，然后两组串联连接，这样在汽轮机危急遮断时每组中只要有一个电磁阀动作，就可以将AST母管中的压力油泄去，进而保证汽轮机的安全，这样设计，可以保证AST电磁阀既能防止“拒动”又能防止“误动”。

在复位时，两组电磁阀组的电磁阀，只要有一组关闭，就可以使AST母管中建立起油压，使汽轮机具备起机的条件。

AST油和OPC油是通过AST电磁阀组件上的两个逆止阀隔开的，这两个逆止阀被设计成：

当OPC电磁阀动作时，AST母管油压不受影响；当AST电磁阀动作时，OPC母管油压也失去。

6.4低压遮断系统

低压遮断系统保留原系统的主要结构，即保留危急遮断器和危急遮断油门不变。

当转速升到110～112％额定转速时，主轴上的两只机械危急遮断器击出，打在危急遮断油门的撑钩上，使危急遮断油门掉闸，放掉通往隔膜阀上方的一次安全油，隔膜阀向上动作，泄掉高压系统中的AST油压，使所有主汽阀和调节阀关闭，切断进汽，实现停机。

低压遮断系统工作性能可通过平时的在线试验（喷油试验、低压遮断电磁阀活动试验）了解。

高压遮断系统和低压遮断系统，用隔膜阀联结起来。

1－2DEH控制系统主要功能

1．冲转速前可远方自动挂闸。

2．手动/自动升速/汽轮机自启停功能（经验曲线自启动）。

3．摩擦检查。

4．在DEH控制下进行电超速保护试验、机械超速保护试验。

5．自动同期（提供与同期装置的接口）。

6．机组并网后，DEH将自动带初负荷以防止逆功率运行，并且有负荷限制功能。

7．DEH可按运行人员给定的目标值及负荷变动率自动调节机组的电负荷。

8．主汽压控制。

9.主汽压低保护。

10．抽汽控制。

11.补汽控制。

12.可根据需要决定机组是否参与一次调频,可设定调频死区。

13.具有快减负荷功能。

14.能够与CCS系统配合实现机炉协调，接收AGC控制指令。

15.OPC超速保护（103％nH，关高、中压调门；110％nH，关所有阀门，停机）。

16.进行主汽门、调门严密性试验。

17.实现阀门在线活动试验。

18.EH系统设备监测控制。

19.和其它系统的具有良好接口SOE、DCS。

20.可以在工程师站进行参数修改、组态。

21.具有完整的数据记录、显示及打印功能。

1－3ETS保护系统工作原理

ETS汽轮机紧急跳闸保护系统，用来监视对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，实现紧急停机。

ETS系统具有各种保护投切，在线试验（低润滑油压、低EH油压、AST电磁阀），自动跳闸保护，首出原因记忆等功能。

当下列任一条件出现时，ETS可发出汽机跳闸信号，使四个AST电磁阀动作（失电），实现紧急停机。

1、汽机超速110%（DI，DEH来）

2、汽机超速110%（DI，TSI来）

3、轴向位移大II值（DI，TSI来）

4、差胀超过II值（DI，TSI来）

5、轴承振动高II值（DI，TSI来）

6、轴振动高II值（DI，TSI来）

7、#1～#4径向轴承温度超过110℃,延时3S（4，PT100，相或）

8、#1～#4径向轴承回油温度超过75℃，延时3S（4，PT100，相或）

9、正推力瓦温度超过110℃，延时3S（10,PT100，相或）

10、正负推力瓦回油温度超过75℃，延时3S（2，PT100，相或）

11、润滑油压低Ⅳ值（4DI,串并联）

12、EH油压低（4DI,串并联）

13、发电机主保护动作（DI，电气来）

14、DEH停机保护动作（DI，DEH来）

15、手动停机（双按钮，布置在操作台上）（无投切）

16、手动停机（画面上操作）（无投切）

17、DEH失电（DI，DEH来）

18、AST电磁阀1/3，2/4两路供电电源同时失去。

（无投切）

在实际运行中可根据主机的汽机运行保护说明或根据实际需要进行各种保护条件的投切。

2DEH控制系统（含ETS）配置

本系统中的DEH和ETS部分均采用英维思公司的NT6000分散控制系统的硬件平台。

硬件配置主要由以下部分组成：

二个控制机柜，一台操作员站，一台工程师站，一台彩色喷墨打印机。

DEH系统配置一对DPU及IO卡件。

ETS系统配置一对DPU及IO卡件。

DPU通过以太网与操作员站和工程师站相连，完成操作指令、基本控制数据、组态信息的通讯。

2－1网络结构

DEH和ETS系统均采用两层网络结构。

第一层为eNet控制网络，完成DPU之间及DPU和MMI站之间的数据通讯。

eNet是高可靠性的冗余对等网络，采用实时以太网技术，通讯速率为100M/1000M，基于两套相互独立的工业以太网交换机，在传输层通过两套独立的物理层发出两套同时执行的数据会话过程来实现网络冗余。

第二层网络为eBus总线，完成DPU与I/O卡件之间的数据扫描。

eBus为精简结构的主从式高速冗余通讯总线，通讯速率为3.125Mbps，最小周期为5ms，被分为12段物理隔离的分支，每段有两个独立的通讯接口分别通过独立的总线同时对I/O卡件进行直接扫描。

（网络结构见下图）

2－2控制柜

本系统共有2个机柜，分别为一个DEH控制柜及一个ETS控制柜。

机柜结构符合NEMA标准（NEMA12），默认尺寸：

2200（高）×800（宽）×600（深），前后开门，并设计成经底部进出电缆。

端子排的安装位置便于接线，距柜底不小于400mm，距柜顶不小于150mm，排与排之间距离不小于200mm。

机柜内电气元件如继电器、断路器、投切开关及直流电源均采用进口产品。

柜内设置排气风扇或内部循环风扇，并设置温度检测元件，当温度过高时进行报警。

机柜内设有保护地和屏蔽地的接地母排，接地系统严格要求单点接地，通过不小于35mm2的电缆接到电气主接地上，接地电阻小于2欧姆。

2－3电源分配系统

系统需要用户提供两路交流220V±10%，10A，50Hz±1Hz的单相电源（其中一路来自UPS电源，另一路来自厂用保安电源）和一路直流220V/4A电源到控制机柜。

两路交流电源互为备用，任何一路电源的故障均不会导致系统的失电。

任一路电源故障都会报警。

直流220V电源主要用于向OPC电磁阀和AST电磁阀供电（电磁阀供电电压详见图纸）。

2－4控制器和IO模件

（1）控制器模件DPU（KM951A）：

采用POWERPC处理器，VxWorks实时操作系统，CF卡数据存储，全隔离高抗干扰，低功耗、无风扇运行，具备双重冗余，自动无扰切换，带电插拔等设计。

支持在线组态和在线下载及离线仿真，支持ModbusRTU、ModbusTCP、ProfibusDP、HART等多种标准现场总线通讯接口，最快可达5ms快速处理能力，硬件看门狗的故障监视和诊断等功能。

（2）DEH系统的IO模件主要功能及性能参数有：

KM331A：

八通道模拟量电流输入模件。

对基本控制的模拟量（4～20mA）进行输入，如功率、主汽压、调节级压力测点等。

每个通道均可对外供电，通道不隔离。

输入信号范围：

0～24mA。

精度：

±0.1%。

A/D转换分辨率为16位。

KM332A：

八通道热电阻输入模件。

对基本控制的模拟量（RTD）进行输入，如油温，瓦温测点等通道间互相隔离，隔离电压>30V。

输入信号范围：

0～325Ω。

精度：

±0.2%。

A/D转换分辨率为16位。

KM333A：

八通道热电偶输入模件。

对基本控制的模拟量（TC）进行输入，如主蒸汽温度，缸温测点等。

通道间互相隔离，隔离电压>400V。

输入信号范围：

-100mV～100mV。

精度：

±0.2%。

A/D转换分辨率为16位。

KM333B：

十六通道热电偶输入模件。

对基本控制的模拟量（TC）进行输入，如主蒸汽温度，缸温测点。

通道间互相隔离，隔离电压>400V。

输入信号范围：

-100mV～100mV。

精度：

±0.2%。

A/D转换分辨率为16位。

KM334A：

十六通道数字量输入模件。

对基本控制的开关量输入进行隔离。

信号输入要求：

ON状态：

<100Ω；OFF状态：

>100kΩ。

4ms防抖处理。

SOE分辩率≤1ms。

KM335A：

八通道继电器输出模件。

对基本控制的开关量输出进行隔离。

触点输出容量：

1A/30VDC，1A/AC230V。

KM336A：

六通道电流输出模件。

将DPU输出的模拟量进行4～20mA转换，并对外输出。

通道间相互隔离，隔离电压>1000V。

输出信号范围：

3～23mA。

精度：

±0.2%。

D/A分辨率14位。

最大输出负载为580Ω。

KM531A：

LVDT输入模件。

主要是用于采集LVDT信号，如主汽门油动机行程等，支持三线制或六线制LVDT。

精度：

±0.5%。

A/D转换分辨率为16位。

KM532A：

阀门控制模件。

阀门控制卡是DEH最重要的卡件之一。

阀门控制卡组成DEH的阀门伺服控制系统。

阀门控制卡的控制指令来自DPU，并接收现场的调门反馈信号（通常是通过LVDT做反馈），每一块阀位控制器控制一个调门，即一个伺服油动机。

伺服电流输出（可选）：

－10mA～+10mA，－40mA～+40mA，－80mA～+80mA，－150mA～+150mA，－10V～+10V。

控制调节周期为4ms。

KM533A（OPC卡）：

转速测量及超速保护模件。

用来测量汽轮机转速，同时可以实现超速（103%和110%）判断，快速送出超速保护信号。

电源组件（KB434A）:

主要功能是给现场的DDV634伺服阀（SVA9伺服阀不需供电）提供DC24V电源,以及给柜内其他几个特殊组件分配DC220V电源或AC220V电源。

OPC组件（KB434B）：

主要实现将三块转速测量及超速保护模件送来的103%超速保护信号经三选二处理后输出信号到OPC电磁阀，防止汽轮机超速。

同时完成继电器信号扩展功能，如主汽门关闭信号、挂闸电磁阀、复位电磁阀等功能。

ETS组件（KB434C）：

当条件满足时通过AST电磁阀动作，实现汽轮机紧急停机。

如，三块转速测量及超速保护模件送来的110%超速保护信号经三选二处理后信号为真；手动停机双按钮同时按下；ETS系统的保护信号输出等。

上述各卡件通道的抗干扰性能：

CMRR≥120dB，NMRR≥60dB；运行环境温度：

-20℃～70℃。

存储温度：

-40℃～+85℃；相对湿度：

5%～95%（不结露）。

注：

各项目的模块具体数量不尽相同。

2－5操作员站

操作员站是运行人员进行操作、监视系统运行的人机接口。

工控机一套，主要由主机板、硬盘、显示卡、冗余以态网卡等组成。

2－6工程师站

工程师站和操作员站配置基本相同，工程师站是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统的工具。

3系统软件

DEH-NTK控制系统采用科远公司的NT6000分散控制系统的软件平台。

软件以WindowsXP为操作系统的工程开发平台，包括配置文件，图形画面，控制软件等功能。

4DEH控制系统主要功能

本章讲述了DEH控制系统所完成的主要功能。

1自动挂闸

2整定伺服系统静态关系

3启动前的控制

4转速控制

5负荷控制

并网带初负荷

负荷反馈控制

一次调频

CCS控制

负荷限制

快减负荷

阀位限制

6．主汽压力控制

7．主汽压力低保护

8补汽控制

9抽汽控制

10超速控制

11在线试验

12EH设备控制

4－1自动挂闸

挂闸允许条件：

汽轮机已跳闸，所有进汽阀全关。

在操作界面上显示脱扣和所有阀全关，即允许挂闸。

DEH发出挂闸指令后，使危急遮断及复位装置电磁阀带电动作，建立低压安全油并去隔膜阀的隔膜上腔，关闭隔膜阀的隔膜下方的AST排油，复位EH系统AST电磁阀建立AST油压，EH系统AST油路三个AST压力开关闭合，此时汽轮机挂闸成功。

4－2整定伺服系统静态关系

1整定伺服系统静态关系

整定伺服系统静态关系的目的在于使油动机在整个全行程上均能被伺服阀控制。

阀位给定信号与油动机升程的关系为：

给定0～100％升程0～100％。

为保持此对应关系有良好的线性度，要求油动机上作反馈用的LVDT，在安装时应使其铁芯在中间线性段移动。

油动机整定在操作员站上操作，通过界面上的拉阀试验进行。

在启动前整定条件为：

汽轮机已挂闸，转速小500r/min。

注意：

必须确认主汽阀前无蒸汽，以免整定时，汽轮机失控。

DEH接收到油动机整定指令后，全开、全关油动机，并记录LVDT在两极端位置的值，自动修正零位、幅度，使给定、升程满足上述关系。

为保证上述关系有良好的线性，可先进行零位校正。

4－3启动前的控制

汽轮机的启动过程，对汽缸、转子等是一个加热过程。

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，可根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温的高低划分机组热状态。

T＜150℃冷态

150℃T＜300℃温态

300℃T＜400℃热态

400℃T极热态

4－4升速控制

在汽轮发电机组并网前，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600r/min（可设定修改）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

除操作员可通过面板设置目标转速外，在下列情况下，DEH自动设置目标转速:

汽机刚挂闸时，目标为当前转速；

油开关刚断开时，目标为3000/min；

汽机已跳闸，目标为零。

2升速率

操作员设定，速率在（0，500）r/min/min。

在临界转速区内，速率为600r/min/min。

3临界转速

轴系临界转速计算值参照主机说明书

为避免汽轮机在临界转速区内停留，DEH设置了临界转速区。

当汽机转速进入此临界区内时，DEH自动以较高速率冲过。

若实际测量的临界转速值与计算值比较偏离较大，必须修改临界转速区值及临界转速平台值。

4暖机

汽机暖机转速在此定为500，1200,2500,3000r/min，故目标值通常设为500，1200，2500,3000r/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:

在控制画面上用鼠标点击“保持”按钮。

在临界转速区内时，保持指令无效，只能修改目标转速。

53000r/min定速

汽轮机转速稳定在3000±2r/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，发电机电网侧的隔离开关断开发出假并网试验信号。

与正常情况一样同期系统通过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。

4－5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

DEH自动进入同期方式后，其目标转速在刚进入同期方式的值的基础上，按同期装置发来的转速增