哈汽600MW机组DEH设计说明书AWord格式.docx

1、 3.39MPa（a）中联门前蒸汽温度：背压： 4.90kPa（a）机组工厂编号： K01A 发电厂600MW汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统（简称DEH），电子设备采用了上海西屋控制系统有限公司的OVATION系统，液压系统采用了哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置。 本说明书仅涉及发电厂DEH电气部分，液压部分请参考相关资料。2. 系统配置及组成 发电厂DEH的控制系统硬件采用了上海西屋控制系统有限公司的OVATION系统。 发电厂DEH系统由两个控制柜（DPU41/91、DPU42/92）;一套Ovation 工程师/高性能工具库工作站；一套Ovation操作

2、员工作站组成。 Ovation控制器建立在开放的工业标准基础之上，是最有效的工业过程控制器。由于在系统心脏配有英特尔奔腾处理器，Ovation 控制器能使发展极为迅速的微处理技术容易地结合进系统中。Ovation控制器执行简单或复杂地调节和顺序控制策略，能实现数据获取功能，可以与网络及I/O子系统连接。标准化地PC 结构和相应地PCI/ISA总线接口使控制器可以与其他标准PC产品连接和运行。Ovation 工作站提供现代化过程控制系统所要求的可靠性、高性能和灵活性，基于windows的工作站与Ovation 网络安全匹配，最大容量可达200000点。所以操作遵循Ovation安全系统规则。Ov

3、ation 工程师/高性能工具库工作站具有以下功能:高性能工具库服务器、系统软件服务器、高性能工具数据库、高性能工具库、操作员功能、各种工程师功能等。Ovation操作员工作站具有以下功能：过程图监视与操作、报警管理、趋势显示、测点信息/测点检查、操作员事件报告等。工程师站、操作员站的工作环境为带有windows操作系统的工作站。2.1 模件 发电厂DEH一共配置了39块模件，这些模件安装在DPU41/91、DPU42/92机柜内。数量名称用途9阀定位模块控制电液伺服阀3速度检测器模块转速测量5数字量输入模块开关量输入2数字量输出模块开关量输出8模拟量输入模块模拟量输入（420mA）模拟量输出

4、模块模拟量输出（420mA）4热电阻输入模块温度信号输入（RTD）6热电偶输入模块温度信号输入（TC）2.1.1 阀定位模块 Ovation阀定位I/O模块提供汽轮机可调蒸汽阀门闭环位置控制。I/O模块为电液伺服阀执行器和Ovation控制器之间的接口。它实际上是一块智能I/O模件，通过其上的处理器完成蒸汽阀门的精确定位控制。阀定位模块可以设定阀的位置设定值，通常这是Ovation控制器来完成的。在模块内部，微处理器提供实时阀位的闭环PI（比例积分）控制，阀位设定值引起I/O模块产生冗余输出控制信号，这些控制信号驱动电液伺服阀执行器上的线圈，和安装在阀杆上的LVDT而检测到的阀位信号一起构成闭

5、环回路。每一块模块控制一个可调蒸汽阀门（modulated steam valve），因此发电厂DEH配置了9块阀定位模块：TV1、GV4、IV2、RSV2。2.1.2 速度检测器模块 Ovation速度检测器I/O模块通过检测安装在汽轮机前箱内磁阻式转速探头输出信号的频率而得到汽轮机的运行速度。它将磁阻式转速探头输出信号的频率转换成16bit 和32 bit二进制数，16 bit输出值，以5ms速度更新信息，用来检测汽轮机的运行速度。32 bit输出值，也以适当的速度更新数据，控制汽轮机的运行速度。速度检测器模块由一个现场卡和一个逻辑卡组成。现场卡内有一个信号处理电路，用来读取转速探头送来的

6、脉冲输入信号。在转速探头和逻辑卡信号之间采用光电耦合器连接使信号之间电子隔离。现场卡内的电路可以检测在低阻抗源（小于5000欧姆）时回路的开路状态。逻辑卡提供所有的逻辑功能，包括将从现场卡接收的转速信号转换成Ovation系统可以读入的16bit 或32 bit信号。每一块模块接受一路转速脉冲信号，因此发电厂DEH配置了三块转速测量模件。2.1.3 数字量输入模块 为16路开关量（干接点）输入模块，查询电压为48VDC2.1.4 数字量输出模块 为16路开关量输出子模块。2.1.5 模拟量输入模块 为8路模拟量输入模块，专门用于420mA或15VDC模拟量输入测量；通过不同的接线方式，可实现电

7、流输入方式（外部提供24VDC电源）或者变送器输入方式（机柜内部提供24VDC电源）。2.1.6 模拟量输出模块 为4路模拟量输出模块，专门用于420mA信号输出2.1.7 热电阻输入模块 为8路热电阻输入模块，专门用于热电阻（RTD）温度信号测量。2.1.8 热电偶输入模块 为8路热电偶输入模块，专门用于热电阻（TC）温度信号测量。3. 系统设计原则 系统符合“故障-安全”设计准则，当系统失电时保证可靠停机，并对可能的误操作应采取有效的防范措施。 系统具有自诊断、自恢复和抗干扰能力。 控制系统依据分层、分散控制原则，除了控制器冗余外，对重要的I/O信号和I/O模件也进行冗余配置。 冗余的高速

8、通讯网络保证信息通畅，并具有与DCS的通讯接口。 除满足机组启动运行控制要求外，系统具有足够的I/O裕量和能力以便未来进行功能扩展。 硬件选择力求可靠、先进。 功能设计应符合标准化、通用化、模块化的原则。 操作站设计符合人机工程学要求，人机界面友好，信息丰富，操作简便可靠。4. 控制功能 DEH主要控制汽轮机转速和功率，即从汽机挂闸、暖阀、启机、冲转、暖机、同期并网、带初负荷到带全负荷的整个过程，通过TV、GV、IV和RSV实现，同时具备防止汽机超速的保护逻辑。发电厂DEH控制功能分别由两对冗余的控制器实现，即基本控制和自启停（包括转子应力计算）。这两部分既相互独立，同时又通过通讯交换控制信息

9、或状态。4.1 超速保护部分 超速保护部分的主要作用是提供转速三选二、油开关状态及汽机自动停机挂闸（ASL）状态三选二、超速保护逻辑、超速试验选择逻辑以及DEH跳闸逻辑，它控制着OPC电磁阀，同时汇总DEH相关跳闸信号后通过硬接线送给ETS。4.1.1 系统转速选择转速三选二实际上是三取中逻辑，即由三路转速信号中的两路先分别大选，然后再对三个大选结果进行小选。图4.1 三选二逻辑 当出现以下情况时认为系统转速信号故障： 任意两路转速故障 一路转速故障，另外两路转速偏差大 三路转速互不相同 发生系统转速故障后，在油开关解列的情况下DEH将停机信号送ETS。4.1.2 油开关状态 DEH判断机组是

10、否并网的唯一根据是油开关状态，因此该信号的重要性不言而喻。，DEH程序对合闸信号采取三取二逻辑, 即只有当至少两路油开关合闸信号同时存在时，DEH才认为机组真正并网了。 基于同样的原因，DEH判断汽机是否挂闸也是通过对AST母管压力的三取二实现的。4.1.3 超速保护 超速保护（OPC）通过控制OPC电磁阀快速关闭GV和IV，有效防止汽轮机转速飞升，并将转速维持在3000RPM。它实际上由两部分组成：转速大于103保护或并网后甩负荷预感器（LDA）。 发电机解列瞬间如果中压缸排汽压力（IEP）大于额定值的30或者该测点发生故障，则无论此时转速是否超过3090RPM，OPC电磁阀都要动作5秒，这

11、就是甩负荷预感器的功能。4.1.4 DEH跳闸 发电厂600MW汽轮机跳闸功能是由ETS控制AST电磁阀实现的，DEH只汇总以下的跳闸条件，它并不控制AST跳闸电磁阀： 并网前系统转速故障或者超速（大于3300RPM） 控制器故障（包含DEH失电） 高压排汽温度高 高排压比低 背压保护4.1.5 超速试验 超速试验必须在3000RPM定速（转速大于2950RPM）、油开关未合闸的情况下进行，它包括OPC超速试验（103）、电气超速试验（110）和机械超速试验（111112）。这三项试验在逻辑上相互闭锁，即任何时候只有一项超速试验有效。 在电气或者机械超速试验过程中，如果汽机转速超过3360RP

12、M仍未跳闸，为安全起见DEH将无条件发出超速跳闸指令送ETS（用户选定）。4.2 基本控制部分 基本控制部分是DEH的核心，它提供与转速和负荷控制相关的逻辑、调节回路，所有闭环控制的PID调节器和伺服阀接口均通过一对冗余的控制器实现。这部分还包括与自动控制有关的其他功能，如设定值/变化率发生器、限值设定、阀门切换、阀门管理、阀门试验、控制回路切换以及阀门校验等。与基本控制有关的重要模拟量，如发电机有功功率、主蒸汽压力、中压排汽压力、背压和调节级压力同样也是三取二。4.2.1 远方挂闸 导致汽机跳闸的原因总结起来有两个：一个是汽机危急保安装置动作后保安油压消失，薄膜阀动作后将AST母管内EH抗燃

13、油排泄掉，所有阀门关闭；另外一个是AST跳闸块上AST电磁阀动作后直接将抗燃油排掉引起阀门全部关闭。远方挂闸的作用就是复位危急保安机构，即DEH通过控制安装在汽轮机前箱附近的板式气动挂闸电磁阀使得保安油压重新建立起来；DEH挂闸前ETS系统必须使AST跳闸电磁阀恢复带电状态，从而恢复AST母管油压。 远方挂闸操作采用时间长度为20秒的脉冲信号，即命令发出20秒后自动消失；如果汽机仍未挂闸，则要查明原因。 （注：汽机挂闸也可通过运行人员操纵前箱附近挂闸杠杆手动挂闸。）4.2.2 转速控制 发电厂600MW汽轮机是由GV，RSV，IV控制冲转的。汽机挂闸，启机后高主门全开，发电厂600MW汽轮机是

14、由GV，RSV，IV控制冲转的。汽机挂闸，启机后高主门全开，运行人员通过DEH画面“阀位限值设定”按钮弹出阀位限值操作端，设定阀位限值为100%，此时GV、RSV、IV全关，TV保持打开，DEH就进入冲转状态。运行人员通过DEH画面“阀位限值设定”按钮弹出阀位限值操作端，设定阀位限值为100%，此时GV、RSV、IV全关，TV保持打开，DEH就进入冲转状态。 运行人员通过DEH画面设定目标转速和升速率；一旦目标值发生改变，程序自动进入保持状态，当运行人员选择执行命令后，转速给定按照事先设定的升速率向目标值爬升，转速PID在偏差的作用下输出增加，开启GV，RSV和IV也按照启动曲线开启，汽机实际

15、转速随之上升。当转速给定与目标值相等时，程序自动进入保持状态，等待运行人员发出新的目标值。升速过程中，运行人员可随时发出保持命令（临界区除外），这时，转速给定等于当前实际转速，汽机将停止升速，保持当前转速。 为保证汽机安全通过临界区，当实际转速在760860RPM和16401810RPM及21502250RPM时，转速进入临界区，此时，升速率自动设置为300RPM/min。转速临界区的范围可通过工程师站在线修改。 转速达到2450rpm时，机组需要暖机。 当转速达到2150RPM时，RSV全部打开，当转速超过2950RPM，程序自动将升速率降低为50RPM/min；使得3000RPM定速时转速

16、更稳定。 3000RPM定速后，可以进行自动或手动同期。；自动同期时DEH对自同期装置发出的增/减脉冲指令进行累加，产生转速目标值；手动同期运行人员通过DEH画面来改变转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（29703030RPM）。如果自动同期方式无法投入，其原因如下： 转速超过29703030RPM 汽机跳闸 发电机并网 系统转速故障 自同期装置未发出允许信号 自同期增/减信号品质坏4.2.3 自动带初负荷 发电机并网后，DEH在现有GV阀位参考值上加3，这个开度对应于大约3的初负荷。初负荷的实际大小决定于当时主蒸汽压力，因此引入了主蒸汽压力进行修正，即主汽压较高

17、时阀门开度小，反之则较大。初负荷大小可以在工程师站上修改。4.2.4 负荷控制 负荷控制一般分为开环和闭环两种方式。所谓闭环指的是控制过程引入发电机有功功率反馈或者调节级压力反馈，此时汽机GV受负荷PID或者级压力PID的控制调节；开环方式则需要运行人员随时注意注意实际负荷的变化，目标负荷与实际负荷的近似程度依赖于GV阀门流量曲线和当前蒸汽参数。开环负荷控制也称为阀位方式。 刚投入发电机功率闭环时，目标负荷和负荷给定跟踪当前实际负荷，以便保证功率闭环投入时无扰。运行人员可根据需要设定负荷目标值和升负荷率，最大升负荷率为100MW/min。一旦目标负荷发生改变，程序自动进入HOLD状态，当运行人

18、员发出GO命令后，负荷给定按照设定好的负荷率向目标值逼近。当负荷给定等于目标值时，重新进入HOLD状态。投入功率闭环回路的允许条件如下： 有功功率变送器没有故障 阀位限制未动作 负荷高限未动作 主汽压限制未动作 RUNBACK未发生 汽机未跳闸 油开关合闸调节级压力与进入汽轮机的蒸汽流量近似成正比关系，所以可以在进行阀门活动试验和在线阀门校验时投入，其他带负荷正常运行工况下一般不推荐投级压力闭环。刚投入级压力闭环时，负荷给定跟踪实际级压力，以保证级压力闭环无扰切换；级压力闭环方式下目标值和变化率均对应于额定参数下的百分比。级压力闭环投入的允许条件如下： 级压力变送器没有故障 调节级压力在211

19、MPa之间 负荷给定与实际负荷偏差小于204.2.5 主蒸汽压力限制/保护（TPL） 主蒸汽压力限制功能投入后，当机前压力降低到保护限值以下时，GV将以0.1/s的速率关闭，直到机前压力恢复到限值之上0.07MPa或GV参考值小于20为止。DEH的汽压保护功能主要用于单元制机组在锅炉异常运行工况时恢复稳定燃烧，有助于防止锅炉灭火事故的发生；汽压保护动作过程中，由于GV关闭，主汽压将得以回升，但汽机负荷也会随之下降，因此建议机组在接近额定参数下运行时投入。投入汽压保护功能必须满足以下条件： 实际主蒸汽压力要大于运行人员设定的限制压力 主蒸汽压力变送器工作正常 自动控制方式。 遥控主蒸汽压力限制未

20、投入控制方式转换（自动切到手动）将引起TPL 退出。4.2.6 负荷限制 负荷限制功能分为高负荷限制和低负荷限制。允许运行人员设定负荷最大值，当设定值超过负荷高限时，发出高限报警并使设定值不再增加。所设定的限值不得低于当前实际负荷，提高高负荷限制或降低实际负荷可消除高限报警。低负荷限制则是保证实际负荷不低于运行人员设定的负荷最小值，低负荷限制起作用时，DEH发出低限报警并使设定值不再减小，负荷恢复必须由人工完成。负荷低限的设定不得高于当前实际负荷，降低低负荷限制或提高实际负荷可消除低限报警。高、低负荷限制功能只有在并网后才起作用4.2.7 阀位限制 阀位限制功能允许运行人员设定平均阀位的最大值

21、。当平均阀位超过阀位限制时将产生报警。4.2.8 频率校正 频率校正实际上就是机组参加电网的一次调频。只要系统转速没有故障，就可以在并网后参加调频。为了机组稳定运行，不希望机组因为网频变化频繁调节，因此设置了10RPM的死区（暂设可调）。 发电厂600MW汽轮机一次调频不等率为36连续可调。4.2.9 RUNBACK 当接收到外部系统RUNBACK命令后，按照预先设定好的速率减负荷，直到RUNBACK命令消失或者达到减负荷目标终值。DEH提供三档RUNBACK接口，分别是：RB1：以25/s的速率减负荷至20 RB2：以50/s的速率减负荷至20RB3：以50/s的速率减负荷至10这三档RUN

22、BACK速率和目标值均可根据电厂要求进行修改。4.2.10 单阀/顺序阀切换 单阀/顺序阀切换的目的是为了提高机组的经济性和快速性，实质是通过喷嘴的节流配汽（单阀控制）和喷嘴配汽（顺序阀控制）的无扰切换，解决变负荷过程中均匀加热与部分负荷经济性的矛盾。单阀方式下，蒸汽通过高压调节阀和喷嘴室，在360全周进入调节级动叶，调节级叶片加热均匀，有效地改善了调节级叶片的应力分配，使机组可以较快改变负荷；但由于所有调节阀均部分开启，节流损失较大。顺序阀方式则是让调节阀按照预先设定的次序逐个开启和关闭，蒸汽以部分进汽的形式通过调节阀和喷嘴室，节流损失大大减小，机组运行的热经济性得以明显改善，但同时对叶片存

23、在产生冲击，容易形成部分应力区，机组负荷改变速度受到限制。因此，冷态启动或低参数下变负荷运行期间，采用单阀方式能够加快机组的热膨胀，减小热应力，延长机组寿命；额定参数下变负荷运行时，机组的热经济性是电厂运行水平的考核目标，采用顺序阀方式能有效地减小节流损失，提高汽机热效率。对于定压运行带基本负荷的工况，调节阀接近全开状态，这时节流调节和喷嘴调节的差别很小，单阀/顺序阀切换的意义不大。对于滑压运行调峰的变负荷工况，部分负荷对应于部分压力，调节阀也近似于全开状态，这时阀门切换的意义也不大。对于定压运行变负荷工况，在变负荷过程中希望用节流调节改善均热过程，而当均热完成后，又希望用喷嘴调节来改善机组效

24、率，因此这种工况下要求运行方式采用单阀/顺序阀切换来实现两种调节方式的无扰切换。假设阀门切换过程中汽机运行工况稳定，即真空和主蒸汽参数不变，不考虑抽汽的影响，汽机的负荷仅由蒸汽流量决定，而各个调节阀所控制的流量也只和阀门开度有关，那么可以认为汽机负荷进仅是阀门开度的单函数。用表示汽机负荷，表示阀门开度，则单阀方式下：顺序阀方式下：单阀/顺序阀切换的中间过程任意状态下：如果要求单阀/顺序阀方式及切换过程中负荷无扰动，则：即：由于4个高压调节阀设计相似，理想情况下认为完全相同，并假设经阀门曲线修正后，阀门开度与流量成正比，即阀门开度与汽机负荷成正比，则：所以，满足阀门无扰切换的条件为：显然，这个问

25、题有很多解。为简化问题，可以设定边界条件：满足该边界条件的最简单解是：，且 其中，称为单阀系数，称为顺序阀系数。当阀门处于单阀方式时：，当阀门处于顺序阀方式时：而阀门处于切换的中间状态时（既非单阀也非顺序阀）：单阀/顺序阀切换就是按照上述思想设计的，单阀系数乘以单阀开度指令与顺序阀系数乘以顺序阀开度指令相加后得到的就是各个阀门实际的开度指令。单阀指令和顺序阀指令是当前负荷指令分别经过单阀曲线和顺序阀曲线转换后得出的。在实际的阀门切换过程中，上述分析中的假设条件是难以成立的，所以不可避免地会有负荷扰动；但如果投入闭环控制，负荷扰动在一定程度上可以得到改善，即如果投入功率闭环回路，当实际功率与负荷

26、设定值相差大于4%时，切换自动中止；当负荷调节精度达到3%以内时，切换又自动恢复。投入调节级压力控制回路与此类似。上述限制过程对运行人员的操作没有任何要求。这样，阀门切换过程中如果投入功率闭环，则功率控制精度在3%以内；如果投入调节级压力闭环，则调节级压力控制精度在1.5%以内。单阀/顺序阀切换也可以开环进行，显然，此时负荷扰动的大小与阀门特性曲线的准确性及汽机运行工况有关。发电厂600MW汽轮机高压调节阀的开启顺序为GV#1/GV#2/GV#3GV#4，即GV#1、GV#2和GV#3同时开启，然后是GV#4最后开启。关闭顺序与此相反。单阀/顺序阀切换时间为2分钟（可调）。 在单阀向顺序阀切换

27、过程中或阀门已处于顺序阀方式时，如果汽机跳闸或出现任一个GV紧急状态，即实际阀位和阀定位卡的阀位指令之间偏差大于设定的限值，则强行将阀门置于单阀方式。这种情况下强制成单阀方式可以减小负荷扰动。 图4.2 600MW汽轮机主汽调节联合阀图4.3 600MW汽轮机顺序阀流量曲线图4.4 600MW汽轮机单阀流量曲线4.2.11 阀门试验 阀门试验分为阀门严密性试验和活动试验两部分。 阀门严密性试验在3000RPM定速后油开关合闸前进行，其目的是检验主汽门和调节门的严密程度，保证事故工况下阀门能可靠地关闭，截断蒸汽进入汽缸，防止超速。严密性试验分别对主汽门（TV/RSV）和调节门（GV/IV）进行试

28、验。主汽门严密性试验开始时，DEH将TV1关闭电磁阀带电、TV2阀位指令及RSV阀位指令设置为零，同TV/RSV关闭；主汽门关闭后造成汽机转速下降，而目标转速仍为3000RPM，因此产生了转速偏差，转速PID在该偏差的作用下输出增加至100，使GV和IV全开。调门严密性试验时， TV始终保持全开， RSV也是打开的，DEH将GV/IV阀位指令设置为零，关闭GV/IV。无论是主汽门严密性试验还是调门严密性试验，由于未试验的阀门在全开位置，因此试验结束后，为保证安全运行，防止汽机超速，DEH虽未发出跳闸指令，但建议人工打闸，这就意味着每次严密性试验结束后汽机都需要重新挂闸、升速。 汽机并网后，TV

29、、RSV和IV全部开启，因此必须定期对阀门做活动试验，以防止卡涩。按照600MW汽轮机运行规程，机组在75左右负荷进行阀门做活动试验。高压主汽阀门活动试验单个进行：即TV1和TV2分别进行试验，高压调节门在顺序阀方式下进行，即GV1/GV2/GV3 /GV4分别进行试验，中压阀门活动试验单侧分组进行RSV1和IV1，RSV2和IV2一共四组，任何时候只有一组试验有效，即阀门活动试验必须单个进行。 高压主汽门活动试验开始时，同时只能试验一个阀门，试验TV1时，使TV1试验电磁阀带电，待TV1关闭后，试验电磁阀带电 TV1开启。试验TV2时， TV2开始以10/s左右速度关闭。TV全关5秒（可调）后或者TV关闭的过程中人为中止试验时，TV重新以20/s左右的速率开启；当TV全开后，试验结束。TV活动试验必须满足以下条件： RSV/IV全开 没有阀门进行活动试验 没有阀门进行在线校验 阀门试验已经结束 汽机处于单阀运行方式 协调控制方式已经退出