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数字电液控制系统说明书
数字电液控制系统说明书（东方）
1－1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，将煤中的化学能转化为蒸汽中的热能，再将蒸汽中的热能转换成旋转机械能，最后将旋转机械能转变为电能，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。
我国电力工业法规规定：
·频率误差≤±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；电压除与汽机转速有关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，作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，单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。
我厂已生产数十台此类DEH。
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，生产出了新一代的与汽轮机配套的600MW等级全电调型DEH控制系统。
该控制系统采用ABB公司的具有世界先进水平的SYMPHONY系统。
SYMPHONY系统采用的是当今世界上较为先进的分布式控制系统的先进技术，我们编写这本说明书的目的是能使该系统安全可靠地运行，给用户使用提供方便。
1－2控制系统原理
DEH控制系统原理见图1－2－1。
DEH控制系统的主要目的是控制汽轮发电机组的转速和功率，从而满足电厂供电的要求。
机组在启动和正常运行过程中，DEH接收CCS指令或操作人员通过人机接口所发出的增、减指令，采集汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈等信号，进行分析处理，综合运算，输出控制信号到电液伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。
机组默认的启动方式为中压缸启动方式，但是，在机组已挂闸但未运行的条件下，也可根据实际情况选择高压缸启动。
机组在升速过程中（即机组没有并网），DEH通过转速控制回路来控制机组升转速，直到实际转速和目标转速相等为止。
在外同期方式时，实际转速根据自动同期装置来的“同期增”、“同期减”信号增减转速，直到并网为止。
机组并网以后，可通过投入功率控制回路或主汽压力控制回路进行升负荷，当升负荷过程当中，中压缸启动时，实际负荷增加到120MW，高压缸启动时，负荷指令增加到60MW后，可以通过投入CCS方式来控制负荷增、减，也可以通过手动设定阀位指令来进行增、减负荷。
DEH有功率-负荷不平衡继电器和加速度继电器动作回路，当功率-负荷不平衡继电器动作时，快关CV阀和ICV阀，当加速度继电器动作时，快关ICV阀。
从原理图中可以看出，DEH具有阀门活动试验功能。
机组跳闸时，置阀门开度给定信号为-2%，关闭所有阀门。
DEH控制系统设有阀位限制、汽机保护、一次调频等多种功能。
DEH控制系统设有CCS协调控制、ATC自启动、自动控制、手动控制等运行方式。
DEH进入ATC控制方式时，根据热应力计算结果，自动设定目标，选择合适的升速率或负荷率对机组进行全自动控制。
图1－2－1DEH控制系统原理图
2控制系统配置
DEH控制系统硬件配置主要由以下几部分组成：
INFI90标准机柜；
电源系统；
INFI90模板；
端子单元；
OIS操作员接口站；
EWS工程师站。
DEH控制器配置容量：
数字量输入80路；
数字量输出80路；
模拟量输入（mA）60路；
模拟量输出14路；
小信号输入（mV）48路。
注：
以上所述容量不包括伺服模板、超速保护模板等专用模板上的输入/输出配置。
2－2INFI90模板
控制系统的模件都安装在1＃机柜中。
模件的结构形式相同，在安装单元MMU中占一个槽位，通过三个印制接插件（P1、P2、P3）与外部相连。
+5V，±15V电源通过P1引入；P2将模件与扩展总线相连，用于与主模件BRC-300通讯；现场信号经由端子单元与P3相连。
每块模件均有一个应用软件识别的地址。
此地址由板上的地址开关设置，与插板位置无关。
1数字输出子模件IMDSO14
本系统中共有5块IMDSO14板，用于继电器开出。
通过组态后，在发生通讯故障时可保持输出。
DSO14技术指标：
16路隔离通道
负载电压：
24VDC负载电流：
250mA
逻辑电源：
5VDC±5％电流：
150mA（正常）
隔离电压：
300VRMS
2数字输入子模板IMDSI22
本系统中共有5块DSI22板，该模板接收现场及按钮接点输入信号。
技术指标见表2－2－1。
3汽机保护系统模件TPS02
汽机保护系统（TPS）由三块TPS02模件及电缆连接的一个TPSTU02端子单元组成。
所有与电子超速保护有关之功能皆由模件及端子单元监视和完成。
这些保护功能是独立于控制系统的数据总线和多功能处理器的。
这套汽机保护系统采用三冗余输入方式、三选二保护逻辑及在线试验的能力以提高可靠性。
三项保护功能都有四个继电器输出至液压集成块。
TPS模件利用模件板上的处理器及存储器以处理输入数据、控制输出及与INFI90开放控制系统进行通讯。
此模件提供以下超速保护功能：
超速保护（OSP）、汽机跳闸低压遮断保护（TRIP）、高压遮断保护（EHC）、功率不平衡保护（PLI）。
4液压伺服阀子模件IMHSS03
HSS的主要功能是进行位置控制，它作为BRC-300的一个子模件，把LVDT测得的位置反馈信号与BRC-300的给定值进行比较，通过在板上PI控制器调节伺服输出电流，控制阀门的位置。
HSS卡能够达到1inch‰的位置精度，两路并行的伺服驱动输出，使其更为可靠。
技术指标见表2－2－2。
本系统共采用了7块HSS卡，分别用于1个MSV阀、四个CV阀、两个ICV阀。
5现场模拟量输入子模件IMASI23
ASI23主要用于现场小信号输入处理，包括热电偶、热电阻、毫伏小信号等。
每块板共有16路通道，每个通道的信号可通过跳线组态，板上的每个输入通道都有一个隔离放大器用于隔离、滤波、放大输入信号。
在板的微处理器能在16～24位间设定A/D转换位数。
本系统共采用了3块ASI23卡。
6BRC-300控制器
BRC-300是一个高集成度模块化微处理器，BRC-300按照组态通过扩展总线对I/O子模件进行扫描，从子模件获得信息完成回路控制，顺序控制。
在BRC-300的NVRAM中存有符合现场控制要求的组态。
因此数据不会在失电时丢失。
主要技术指标：
CPU：
68020
时钟：
32M
ROM：
1M
RAM：
2M
NVRAM：
512K
外部接口：
一个RS232
一个RS485
带载能力：
64个地址
功能码：
近200种
功能块：
10000块
在该过程控制PCU中安装有4个BRC-300
7通讯模板
在该系统中使用了两个不同的通讯接口，一个用于OIS，一个用于汽机控制系统，每个接口作为INFI-NET网的一个节点。
与过程控制单元PCU连接的通讯模板为NIS（网络接口子模件）、NPM（网络处理子模件）。
NPM完成BRC-300与NIS间的通讯和保存PCU的标签数据库。
而NIS用于确保与INFI-NET网通讯的可靠性及兼容性。
本系统的通讯接口是冗余配置的，分别有两对NIS、NPM。
技术指标见表2－2－3。
8现场模拟子模件FEC12
用于模拟量信号输入，可接收15路4mA～20mA的模拟量信号。
本系统共采用了4块FEC12卡。
9模拟量输出子模件ASO11
用于模拟量信号的输出，可输出14路4mA～20mA或1V～5V的模拟量信号。
本系统采用了1块ASO11卡。
2－4操作员接口OIS
操作员接口站，是一个重要的人机接口，通过它操作人员可参与整个控制过程，并修改相应的控制策略，并可对控制过程和参数进行监视。
2－5工程师工作站EWS
EWS是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统的工具。
EWS以个人计算机为基础，配有系统开发标准软件Composer和一些可由用户选择的软件。
EWS是对INFI90进行组态的工具，又可在线对系统进行监视。
1模件组态应用软件Composer（贝利专用）软件可对控制系统的控制逻辑进行在线和离线组态。
EWS与INFI90系统通讯，具有调试、诊断的功能。
2EWS在线操作时，能够从网络中得到信息，同时也能进行在线调整。
EWS具有监视、调整生产过程的能力。
4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自动整定伺服系统静态关系。
3启动前的控制和启动方式：
自动判断热状态。
4转速控制：
设置目标转速、设置升速率、过临界、暖机、3000r/min定速。
5负荷控制：
并网带初负荷；
升负荷：
目标、负荷率、暖机；
负荷控制；
主汽压力控制；
一次调频；
CCS控制；
阀位限制；
主汽压力限制。
6超速保护。
7在线试验：
喷油试验；
电气超速试验、机械超速试验；
阀门活动试验；
主遮断电磁阀试验；
阀门严密性试验。
8自动/手动方式之间的切换。
9ATC热应力控制。
4－1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％
为保持对此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。
在汽轮机启动前，可同时对7个油动机快速地进行整定，以减少调整时间。
油动机整定只能在OIS上选择操作。
在启动前，整定条件为：
汽轮机挂闸
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，转速大于100r/min时，机组自动打闸。
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LVDT零位校正，给定值为50，移动LVDT的安装位置，使油动机行程为50％即可。
4－2挂闸
挂闸就是使汽轮机的保护系统处于警戒状态的过程。
危急遮断器采用飞环式结构。
高压安全油与油箱回油由危急遮断装置的杠杆进行控制。
汽轮机已挂闸为危急遮断装置的各杠杆复位，高压安全油与油箱的回油口被切断，压力开关PS1、PS2、PS3发出讯息，高压保安油压建立。
挂闸允许条件：
汽轮机已跳闸；
所有主汽阀全关。
当上述条件满足时，即允许挂闸。
操作员发出挂闸指令后，DEH中相应继电器带电闭合，使复位电磁阀1YV带电导通，透平润滑油进入危急遮断装置，推动杠杆移动，高压安全油至油箱的回油被切断，PS1、PS2、PS3发讯，当DEH接收到高压安全油油压建立信号，挂闸完成。
4－3启动前的控制
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。
高中压缸联合启动时，自动根据汽轮机调节级处高压内缸壁温T的高低划分机组热状态。
T<320℃冷态；
320℃≤T<420℃温态；
420℃≤T<445℃热态；
445℃≤T极热态。
中压缸启动时，自动根据中压内缸壁温T的高低划分机组热状态。
T<305℃冷态；
305℃≤T<420℃温态；
420℃≤T<490℃热态；
490℃≤T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高压调节阀阀壳预暖
汽轮机冲转前，可以选择对高压调节阀阀壳预暖。
当高压调节阀阀壳预暖功能投入时，右侧高压主汽阀微开，可同时对4个高压调节阀阀壳进行预暖。
3选择启动方式
汽轮机启动方式有二种：
中压缸启动、高中压缸联合启动。
DEH默认的启动方式为中压缸启动，在机组已挂闸但未运行前也可通过操作员站选择高中压缸联合启动方式。
4－4转速控制
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。
转速控制器计算产生阀门的流量指令，该指令通过阀门流量曲线分配以产生每一CV及ICV的开度指令。
高中压缸联合启动时，中压调门一开始就接近全开，依靠高调门进行转速调节。
中压缸启动时，若选择暖机运行方式，机组转速在400r/min以下时，CV阀微开，进行高压缸暖机；当转速大于400转时，CV阀开度不变，ICV阀打开；若不选择暖机运行方式，则高压调门不开启，仅开启中压调门。
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300r/min/min快速冲过去（如操作员设定速率大于300r/min/min则以操作员设定速率为准）。
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：
汽机刚挂闸时，目标为当前转速；
油开关刚断开时，目标为3000r/min；
汽机已跳闸，目标为零；
目标超过上限时，将其改为3060r/min或3360r/min；
自启动方式下，目标由ATC来；
目标错误地设在临界区内时，将其改为小于临界转速区下限的特定值。
2升速率
操作员设定，速率在0r/min/min～500r/min/min。
操作员未设定的情况下，冷态启动时速率为100r/min/min，温态启动时速率为150r/min/min，热态、极热态启动时速率为300r/min/min。
自启动方式下，速率由ATC软件选择得出。
在临界转速区内，速率为300r/min/min。
3临界转速
轴系临界转速当前设定值为（可根据实际情况进行修改）：
第一阶：
910r/min～1113r/min
第二阶：
1541r/min～1946r/min
4摩擦检查
当实际转速达到200r/min时，操作CRT上的“摩擦检查（FRICCHK）”按钮，关闭所有的阀门，汽机转速逐渐下降，进行摩擦检查，完成后再设定相应的升速率及目标转速，机组重新升速。
5暖机
汽机暖机转速通常定为1500r/min、3000r/min，故目标值通常设为1500r/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:
不在ATC方式时，操作员发保持指令；
在ATC方式下时，退出ATC方式后发保持指令；
在临界转速区内时，保持指令无效，只能修改目标转速。
63000r/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。
故在假并网试验期间，DEH接收到假并网试验信号，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。
7外同期
机组并网前，当DEH接收到同期装置发来的“同期请求”信号时，根据同期装置的“同期增”、“同期减”信号自动调整汽机转速，这就是“外同期”方式。
当同期条件均满足时，油开关才可合闸。
4－5负荷控制
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5％的初负荷，以避免出现逆功率。
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，也可投入负荷控制或主汽压力控制。
在负荷控制投入时，目标和给定值均以MW形式表示。
在主汽压力控制投入时，目标和给定值均以MPa形式表示。
在此两种控制方式均切除时，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。
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：
负荷控制刚投入时，目标为当前负荷值（MW）；
主汽压力控制刚投入时，目标为当前主汽压力（MPa）；
发电机刚并网时，目标为初负荷给定值（%）；
手动状态，目标为阀门总流量指令（%）；
负荷控制或主汽压力控制刚切除时，目标为阀门总流量指令（%）；
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115%或640MW。
2.2负荷率
操作员设定，负荷率在0MW/min～100MW/min内；
自启动方式下，负荷率由ATC选择得出；
若目标以百分比表示时，则负荷率也相应用百分比形式。
2.3暖机
汽轮机在升负荷过程中，考虑到热应力、胀差等各种因素，通常需进行暖机。
若需暂停升负荷，可进行如下操作:
不在CCS方式时，操作员发保持指令；
在CCS方式下时，退出CCS方式后发保持指令。
2.4定－滑－定升负荷
在高低压旁路阀全关后，锅炉增加燃烧，高压调节阀维持90%额定值。
随着蒸汽参数的增加负荷逐渐增大。
在滑压升负荷期间，一般不投负荷控制或主汽压力控制。
若需暖机，应由燃烧控制系统维持燃烧水平，来保持负荷不变，否则应投负荷控制或主汽压力控制，通过调节阀的节流作用，来保持负荷不变。
3负荷控制方式
3.1负荷控制
负荷控制器是一个PI调节器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出指令控制CV阀和ICV阀。
在满足以下条件后，可由操作员投入该控制器：
机组已并网，负荷在30.0MW～600MW之间；
功率信号正常；
主汽压力控制未投入；
负荷限制未动作；
TPC未动作；
系统处于自动方式；
一次调频未动作。
负荷控制器切除条件：
操作员切除该控制器；
负荷小于30.0MW或大于600MW；
功率信号故障；
汽机已跳闸；
到滑压点时；
TPC动作；
手动方式；
一次调频动作；
高、低负荷限制动作；
油开关断开。
负荷控制与主汽压力控制不能同时投入，应先切除一个，另一个才能投入。
在负荷控制投入时，设定点以MW形式表示。
采用PID无差调节，稳态时实际负荷等于设定值。
3.2主汽压力控制
主汽压力控制器是一个PI调节器，它比较设定值与主汽压力，经过计算输出指令控制CV阀和ICV阀。
当满足以下条件时，可由操作员投入该控制器：
控制系统处于自动方式；
负荷控制未投入；
主汽压力信号正常；
TPC未动作；
一次调频未动作；
负荷限制未动作。
主汽压力控制器切除条件：
操作员将其切除；
主汽压力故障；
设定点与实际主汽力之差大于1Mpa；
TPC动作；
一次调频动作；
负荷限制动作；
油开关断开；
汽机已跳闸。
主汽压力控制与负荷控制不能同时投入，应先切除一个，另一个才能投入。
在主汽压力控制投入时，设定点以MPa形式表示。
采用PID无差调节，稳态时实际主汽压力等于设定的值。
3.3一次调频
汽轮发电机组在并网运行时，为保证电网的稳定，从而保证供电品质，通常应投入一次调频功能。
当机组转速在死区范围内时，频率调整给定为零，一次调频不动作。
当转速在死区范围以外时，一次调频动作，频率调整给定按不等率随转速变化而变化。
一次调频功能投入条件：
自动状态且转速回路无故障；
负荷初次大于10%额定负荷后。
不等率在3～6%内可调，初步设为4.5%。
死区在0r/min～30r/min内可调，初步设为15r/min。
死区范围为:
3000±死区值。
3.4CCS控制
此时汽机的阀门总指令受锅炉控制系统控制。
当满足以下条件，可由操作员投入CCS控制：
控制系统在自动方式；
机组已并网；
接收到CCS请求信号及CCS指令信号正常；
TPC未动作；
一次调频未动作。
切除CCS控制的条件：
TPC动作；
一次调频动作；
高、低负荷限制动作；
手动方式；
无CCS请求或CCS指令信号故障；
油开关断开。
在CCS方式下，DEH的目标等于CCS给定，一次调频死区改为30r/min。
在投入CCS前应先切除负荷控制、主汽压力控制。
CCS给定信号与目标及总阀位给定的对应关系为:
4mA～20mA对应0%～100%。
CCS给定信号代表作总的阀位给定。
3.5主汽压力低保护（TPC）
在锅炉系统出现某种故障不能维持主汽压力时，可通过关小调门开度减少蒸汽流量的方法使主汽压力恢复正常。
TPC功能投入条件：
并网；
主汽压力信号正常；
自动方式。
TPC功能切除条件：
油开关断开；
主汽压力信号故障；
手动方式。
主汽压力限制值上电缺省值为16MPa，操作员可在TPC功能切除时，在8MPa～18MPa内设置此限制值。
在TPC功能投入期间，若主汽压力低于设置的限制值，则TPC动作。
动作时，设定点在刚动作时的基础上，以1%/秒的变化率减小。
同时目标和总的阀位参考量，也跟随着减小。
若主汽压力回升到限制值之上，则停止减设定点。
若主汽压力一直不回升，实际负荷降到一定值时，停止减。
在TPC动作时，自动切除负荷控制、主汽压力控制、CCS控制方式。
4负荷限制
4.1高负荷限制
汽轮发电机组由于某种原因，在一段时间内不希望负荷带得太高时，操作员可在570MW～640MW内设置高负荷限制值，该值将限制实际功率不得大于此值。
4.2低负荷限制
汽轮发电机组由于某种原因，在一段时间内不希望负荷带得太低时，操作员可在0MW～60MW内设置低负荷限制值，该值将限制实际功率不得小于此值。
5阀位限制
汽轮发电机组由于某种原因，在一段时间内，不希望阀门开得太大时，操作员可在0%～120%内设置阀位限制值。
DEH总的阀位给定值为负荷参考量与此限制值之间较小的值。
为防止阀位跳变，阀位限制值加有变化率限制，变化率为1%/秒。
4－6超速保护
1超速限制
为避免汽轮机转速飞升，并且超速打闸的方法称为超速限制。
1.1甩负荷
由于大容量汽轮机的转子时间常数较小，汽缸的容积时间常数较大。
在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，若仅靠系统的转速反馈作用，最高转速有可能超过110%，而发生汽轮机遮断。
为此必须设置一套甩负荷超速限制逻辑。
在机组甩负荷时，DEH超速限制继电器动作，迅速关闭高压及中压调节阀，同时使目标转速及给定转速改为3000r/min，一段时间后，调节阀恢复由伺服阀控制，最终使汽轮机转速稳定在3000r/min，以便事故消除后能迅速并网。
1.2加速度限制
当汽轮机转速大于3060r/min、加速度大
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