25MW空冷式汽轮机调节系统说明书.docx
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25MW空冷式汽轮机调节系统说明书
Z835.08/01_版本2
NZK25-2.5/390型
25MW空冷式汽轮机
调节系统说明书
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Z835.08/01版本2
代替
NZK25-2.5/390型25MW空冷式汽轮机调节系统说明书
共37页第1页
编制高晨2011.08
校对李建华2011.08
审核汤继星2011.08
会签
标准审查郝思军2011.08
审定张静2011.08
批准
2
1
4
2012调Z835-002
2012-01-17
杨捷
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简要说明
签名
磁盘（代号）
底图号
旧底图号
归档
1前言
DEH-NTK数字电液调节系统是南汽自主开发的一种经过实践运行考核的成熟的电调系统，其性能指标和功能充分满足用户需求。
其数字电子部分由一个电子控制柜及操作员站等组成，该系统设备将DEH、ETS一体化设计供货，运转层上汽机信号的监测控制和保护全部进入DEH系统从而实现控制、监测和保护一体化，同时控制系统重要参数在线可调，极大方便了运行人员。
液压部分由伺服执行机构、保安系统、及供油系统组成。
电液调节系统各执行机构均由电液转换器及油动机组成，完成控制器的指令控制相应阀门开度；保安系统完成手动停机、机械超速及接受ETS保护电磁阀停机；供油系统包括低压主油泵供油系统：
低压供油系统提供润滑、保安部套及油动机动作的供油。
说明书详细介绍了DEH系统、保安、供油及热工系统，并对其工作原理、功能、操作、调整与试验，系统各部套的主要安装数据等进行介绍；在使用说明书时，还需要随时参考本机组的其他有关文件和图纸。
1.1DEH调节保安系统的主要技术规范
汽机调节保安系统的主要技术规范见下表，注意加*的参数不同型号机组可能不同。
序号
项目
单位
技术规范
备注
1
汽轮机额定转速
r/min
3000
2
油泵进口油压
MPa
0.1～0.15
3
主油泵出口油压
MPa
～1.3
*
4
转速不等率
%
3～6
5
迟缓率
%
≤0.2
6
油动机最大行程
mm
190
*
7
危急遮断器动作转速
r/min
3300～3360
8
危急遮断器复位转速
r/min
3055±15
9
喷油试验时危急遮断器动作转速
r/min
2920±30
10
TSI超速保护值（停机）
r/min
3300
11
转子轴向位移报警值（付推定位）
mm
+1.0或-0.6
负为反向
12
转子轴向位移保护值
mm
+1.3或-0.7
停机值
13
润滑油压降低报警值
MPa
0.05～0.055
14
润滑油压降低报警值
MPa
0.04
15
润滑油压降低保护值（停机）
MPa
0.02～0.03
16
润滑油压降低保护值（停盘车）
MPa
0.015
17
润滑油压升高报警值（停电动泵）
MPa
0.16
18
主油泵出口油压低报警值
MPa
1.0
19
轴承回油温度报警值
℃
65
20
轴瓦温度报警值
℃
100
21
轴承回油温度停机值
℃
75
22
轴瓦温度停机值
℃
110
23
DEH控制器超速停机值
r/min
3300
24
轴承振动报警值
μm
60
25
轴承振动停机值
μm
80
26
胀差报警值
mm
+3.5或-2.5
27
胀差停机值
mm
+4或-3
1.2DEH调节系统的工作原理和系统介绍
DEH-NTK汽轮机数字式电液控制系统，由数字电子部分和液压部分组成。
系统控制精度、自动化水平高，同时热电负荷自整性也大为提高，它能实现升速（手动或自动），配合电气并网，电负荷控制（阀位控制或功率控制）及其它辅助控制，并与DCS通讯，控制参数在线调整和超速保护功能等。
能使汽轮机适应各种工况并长期安全运行。
1.2.1DEH装置
DEH是一个实时分散控制系统，其采用高可靠性冗余的高速数据通讯网络，两条高速数据通讯网络同时运行，以保证即使一条出故障时，数据通讯保持畅通。
DEH装置的硬件可分为：
冗余控制器（DPU）、相关输入输出卡件、控制机柜、冗余电源、、后备手操盘、打印机、操作员站和工程师站。
DEH装置将现场信号（转速、压力、行程等）通过输入卡件处理后送到DPU进行运算，并将运算的结果通过输出卡件送到现场设备完成控制任务。
由于采用纯数字电液调节系统，故能满足汽轮机控制的高可靠性要求。
DEH通过对调门的开度调节，应用比例和积分的闭环控制对转速和负荷进行可靠准确地控制。
1.2.2DEH基本工作原理
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。
对于供热机组DEH控制系统还将控制供热压力或流量。
DEH系统设有转速控制回路、负荷控制回路、主汽压控制回路、超速保护回路等基本控制回路以及同期、调频限制、解耦运算、信号选择、判断等逻辑回路。
DEH系统通过一台电液伺服阀控制高压阀门，从而达到控制机组转速、功率的目的。
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。
机组在升速过程中（即并网前），DEH控制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。
在此回路下，DEH控制系统接收现场汽轮机的转速信号，经DEH三取二逻辑处理后，作为转速的反馈信号，与转速设定值进行进行PID运算，输出油动机的开度给定信号到伺服卡。
此给定信号在伺服卡内与油动机位置反馈进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，调整油动机的开度改变进汽量，从而控制机组转速。
在此过程中，操作人员可设置目标转速和升速率。
机组并网后，系统便切到负荷控制回路，汽机转速作为一次调频信号参与控制。
负荷控制有两种调节方式：
（1）阀位控制方式（即功率反馈不投入）：
在这种情况下，负荷设定是由操作员设定百分比进行控制。
设定所要求的开度后，DEH输出阀门开度信号到伺服卡，调整油动机的开度，改变进汽量。
在这种方式下功率是以阀门开度作为内部反馈的，在实际运行时可能有误差，但这种方式对阀门特性没有高的要求。
（2）功率控制方式：
这种情况下，负荷回路调节器起作用。
DEH接收现场功率信号与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，输出阀门开度信号到伺服卡，调整机组的进汽量，满足功率的要求。
以上两种调节方式可以在运行中根据需要进行切换。
需要注意当采用功率控制方式时，需要汽轮机调节汽阀具备合适的流量特性。
当汽轮机调节阀的流量特性非线性时，可以通过在DEH内部修正来补偿现场调节阀的非线性。
机组跳闸时，置阀门开度给定信号为0，关闭所有阀门。
DEH控制系统设有OPC保护，阀位限制和快减负荷等多种保护。
一次调频的阈值（死区）、上下限范围、调速不等率可在线调整。
孤网控制
DEH控制系统有汽机远控，汽机自动和汽机手动三种运行方式。
（3）主汽压控制回路
作为DEH的辅助控制回路，以操作员设定值作为给定，以实际主汽压作为反馈，通过PI调节器对机侧主汽压进行闭环控制。
在母管制运行的机组建议该功能不必投入。
1.2.3运行方式
DEH有如下几种运行方式：
1.2.3.1操作员控制
这是最常用的运行方式。
这种运行方式下可以进行以下操作：
转速控制、功率控制或阀位控制、主汽压力控制等。
1.2.3.2手操盘手动
手操盘手动运行方式是紧急状态下手操盘通过硬接线（开关量）控制伺服卡最终控制阀门开度。
1.2.3.3协调控制
协调控制运行方式是DEH在阀位方式下接受协调指令开关调门脉冲（或模拟量）的控制方式。
关于这几种控制方式的详细说明，请参见后面相关章节。
1.3ETS保护系统工作原理
ETS即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，自动跳闸保护，首出原因记忆等功能。
当任一停机条件出现时，ETS可发出汽机跳闸信号，使AST电磁阀动作，实现紧急停机。
1.4TSI系统工作原理
TSI汽轮机监视仪表系统，用来在线监测对机组安全有重大影响的参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过DEH和ETS控制汽机实现安全停机。
TSI系统主要监视汽轮机的转速、振动、轴向位移，胀差，热膨胀等参数。
DEH-NTK系统对TSI系统有两种处理方式，一种是采用专用卡件可接受TSI传感器信号并通过软件进行分析处理用于测量显示和报警保护。
另外一种是通过DEH的AI和DI通道采集独立的TSI系统的模拟量和开关量输出。
随机出厂的DEH系统采用何种方式处理TSI系统可在DEH接线端子图中查阅。
2系统配置
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：
一个控制机柜，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。
2.1DEH-NTK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500Kbps～2Mbps，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）
2.2DEH-NTK控制柜
本系统DEH控制机柜数量为1个。
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
2.4.1NT6000系统硬件
（1）控制器模件DPU（KM940S）：
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，50ms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：
KM221S：
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。
输入信号范围：
0～24mA。
精度：
±0.1%。
A/D转换分辨率为16位。
KM221S/D：
十六通道模拟量电流输入模件。
范围：
0～24mA，0～12V。
前8通道和后8通道相互隔离。
精度：
±0.1%。
A/D转换分辨率为16位。
KM222S：
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。
KM223S：
八通道模拟量电压输入模件。
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>30V。
通道间互相隔离，隔离电压>400V。
输入信号范围：
-10mV～70mV。
精度：
±0.2%。
A/D转换分辨率为16位。
KM223S/D：
十六通道模拟量电压输入模件。
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>30V。
通道间互相隔离，隔离电压>400V。
输入信号范围：
-10mV～70mV。
精度：
±0.2%。
A/D转换分辨率为16位。
KM224S：
十六通道开关量输入模件。
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：
>10kΩ。
4ms防抖处理。
SOE分辩率≤1ms。
KM225S/RLY：
八通道开关量输出模件。
对基本控制的开关量输出进行隔离。
触点输出容量：
1A/30VDC。
外部驱动回路容量：
50mA/24VDC。
KM226S：
两通道模拟量输出模件。
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：
0～24mA。
精度：
±0.2%。
D/A分辨率12位。
最大输出负载为600Ω。
KM521S：
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。
精度：
±0.5%。
A/D转换分辨率为16位。
KM522S：
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。
控制调节周期为15ms。
KM523S（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。
OPC组件（KB424S-OPC）：
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。
ETS组（KB424S-ETS）：
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。
电源组件（KB424S-POWER）:
主要功能是提供DC24V电源,以及需要供电的现场设备供电，如电磁阀（DC220V）等。
继电器扩展信号输出组件（KB424S-RELAY）:
主要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。
上述各卡件通道的抗干扰性能：
CMRR≥120dB，NMRR≥60dB；运行环境温度：
-25℃～65℃。
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。
2.7DEH-NTK的通讯
DEH-NTK系统具有强大的通讯功能。
通讯协议为标准MODBUS通讯协议（RTU和ASCII规约可选）。
数据通过操作员站串口与外系统实现通讯。
出厂时为RS232电平（最大通讯距离15m），经过电平转换后可以使用RS485或RS422电平实现远距离传输（最大通讯距离1000m）。
DEH-NTK通讯具有很强的灵活性，可以配置为主站和从站，通讯波特率可设，数据长度、通讯地址、通讯口可以在线更改。
3DEH-NTK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控制系统功能及逻辑条件
●冲转前可远方自动挂闸
●整定伺服系统静态关系
●启动前的控制
●转速控制
●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
●主汽压力控制
●主汽压力低保护
●超速控制
●在线试验
●可以在工程师站进行参数修改、组态。
●具有完整的数据记录、显示及打印功能。
4.1挂闸
4.1.1自动挂闸
挂闸即机组恢复，主汽门打开，可以开始冲转。
机组准备判断挂闸的条件为：
主汽门行程开关不在关的位置、启动油压已建立、主汽门行程大于50%三个条件中至少有两个条件成立且解列时转速通道未发生全故障。
4.1.2界面手动挂闸
本系统可以实现远方挂闸，挂闸动作依靠挂闸电磁铁得电建立复位油实现。
注意，手动挂闸在开关投入后，即可控制挂闸电磁铁得电建立复位油，故机组正常运行时，应将手动挂闸开关置于切除位。
4.2整定伺服系统静态关系（拉阀试验）
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DEH-NTK操作员站上操作，通过界面上的拉阀试验进行。
允许整定条件为：
需同时满足：
（1）转速低于500转；
（2）机组未并网；（3）“阀位标定试验投入”按钮按下。
整定结束后，点击阀位标定“试验切除”按钮，所有阀门指令自动清零。
注意：
投入阀位标定时，应确保已经切断蒸汽通道。
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，可根据汽轮机汽缸壁温的高低选择热状态，下面为参考范围：
●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）快速通过临界区。
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；
油开关断开时，目标为3000r/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。
在临界转速区内，速率强制为600r/min。
在额定转速附近，升速率将自动降低（可根据需要设定）。
（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自动以最高速率冲过。
注意：
现场应根据现场的临界转速值修改临界转速值及暖机转速平台值。
（4）暖机
默认的汽机暖机转速为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。
（5）3000r/min定速
汽轮机转速稳定在3000r/min左右时，各系统进行并网前检查。
（6）同期控制
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加指令，以100r/min的变化率变化，使发电机的频率及相位达到并网的要求。
（7）发电机做假并网试验
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。
DEH接受假并网信号后仍处于转速控制状态，配合电气做相关试验。
4.5负荷控制
4.5.1并网带初负荷
当同期条件均满足时，同期装置发出油开关合闸指令使油开关闭合，DEH立即增加给定值，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。
有下列情况之一，则自动退出同期方式：
●转速小于2950r/min或大于3050r/min
●已并网
●汽机已跳闸
4.5.2升负荷
在汽轮发电机组并网后，在带基本负荷时，可投入功率控制。
投入后目标和给定值均以MW形式表示。
在功率控制未投入时，目标和给定值以额定工况百分比形式表示。
负荷率由操作员设定，负荷率在（0～50%额定功率）MW/min内。
CCS控制方式下，负荷给定变化每个脉冲，油动机按0.5％纯凝工况阀门开度变化。
4.5.3功率控制
功率控制器是一个PI控制器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出控制调节汽阀。
在同时满足以下所有条件后，可由操作员投入该控制：
●已经挂闸
●无ETS动作
●在“操作员自动状态”
●已并网
●无“主汽压保护动作”
●功率通道无故障
●不在“遥控模式”
在满足以下任何条件时，功率控制切除：
●未挂闸
●ETS动作
●在“手动状态”
●未并网
●主汽压保护动作
●功率通道全故障
●在“遥控模式”
●功率PID设定值与测量值偏差大（大于10％额定功率）
●“功率回路切除”按钮按下
4.5.4一次调频
汽轮发电机组在并网运行时，为保证供电品质对电网频率的要求，可以投入一次调频功能。
当机组转速在死区范围内时，频率调整输出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（默认转速不等率为6%）。
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