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1、汽轮机数字电液控制系统说明书汽轮机数字电液控制系统说明书 东 方 汽 轮 机 厂 汽轮机数字电液控制系统说明书 编号：X300B000401ASM 2000年 5 月 编号：X300B000401ASM 编制：赵 东 校对：许 清 审核：李 飞 会签：审定：徐 正 华 批准：杨 浩 1系统概述 4 11 前 言 4 12 控制系统原理 6 2 控制系统配置 9 21 INF190 标准机柜 9 22 电源分配系统 10 23 INF190 及 ETSI的模板 10 24 端子单元 21 25 操作员接口站 OIS 22 26 操作盘（硬手操）22 27 工程师工作站 EWS 22 3 系统软件

2、 23 31 用于过程控制 MFP 的软件 23 32 OIS 中的应用软件 24 33 EWS 站的应用软件 24 4 DEH控制系统主要功能 25 41 挂 闸 26 42 整定伺服系统静态关系 26 43 启动前的控制和启动方式 28 44 转速控制 29 45 负荷控制 30 46 单阀、顺序阀转换 36 47 超速控制及保护 37 48 在线试验 38 49 ATC 控制方式 40 410控制方式切换 41 5 DEH系统操作说明 42 51 OIS 操作说明 42 52 DEH启动控制 42 53 升速 45 54 并网、升负荷 45 55 单阀/顺序阀转换 46 56 CCS 控

3、制（锅炉自动）46 57 负荷限制 47 58 阀位限制 47 59 主汽压力限制（TPC）47 510 快卸负荷投入与切除（RUNBACK）48 511超速、喷油试验 48 512 阀门活动试验 49 513 遮断电磁阀试验 50 514 手动控制 51 6 安装调试 51 61 到货开箱 51 62 设备安装 52 63 系统接地 53 64 电源分配系统 54 65 外部信号连接 55 66 检测与调试 56 67 系统功能检查 58 7 故障诊断及维护 59 71 在线自诊断 60 72 故障分析与维护 62 8 供货范围 63 DEH I/O 测点清单 64 1 系统概述系统概述 本

4、章主要阐述了汽轮机控制系统的控制原理以及 X300B型机组的一些结构特点。11 前前 言言 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，完成将煤中的化学能转化为蒸汽中的热能，将蒸汽中的热能转换成旋转机械能，再将旋转机械能转变为电能，并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，即各发电面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：频率误差率 1%电压误差 6%发电厂

5、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。频率与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的励磁电流有关。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，做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，原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，现已文

6、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的应用。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。东方汽轮机厂300MW 汽轮机配置了高压抗燃油数字电液控制系统，简称 DEH。这是我厂在引进了日立公司 600MW 汽轮机电液控制的基础上，经过比较、选择，最后与美国贝利 ETSI公司共同设计、生产的新一代控制系统。几年来，我厂在消化、吸收的基础上，正在逐步实

7、现国产化。到目前为止，其高压抗燃油液压系统已经国产化。其电气部分，由我厂进行系统设计，采购美国贝利 INFI-90硬件，并按用户要求设计、装载应用软件，完成调试和现场服务，对用户全面负责。这种控制系统按分散控制的设计思想，用 INFI-90功能模件组态，构成阀位控制、自动控制、超速保护和自动启动四个功能块，通过液压伺服机构完成机组的自动控制。它可直接挂在 INFI90 网上，也可通过总线转换接口与其它总线通讯。由系统化的标准硬件组成的上述各个积木块可独立完成自己的功能，可互相通讯，也可按网络通讯规约受 I&C 岛统一指挥，协调实现整个电站的自动控制。控制保护系统功能的配置以菜单的方式向用户提供

8、。譬如，基本控制，即自动升速、并网、升负荷及负荷自动控制等由 DEH 中的自动控制块完成，以转子热应力计算为基础的自动启动由 DEH 中的自动启动块完成。另外，阀门管理及 OPC 超速控制也有各专门的控制功能块；汽轮机主、辅机的监视、保护等功能，分别由 TSI、ETS 等实现；汽轮机采集、计算、寿命管理等功能可由操作员站 OIS 来实现。我厂开发和生产汽轮机数字电液控制系统已有十多年历史，在系统设计，软件编制和整机调试等面积累计丰富的实践经验。近年来，又吸收了国外如日立公司、西屋公司、西门子公司以及贝利 ETSI公司的先进控制技术。因此，目前与 ETSI合作设计成套的 300MW 机组的 DE

9、H系统，达到了 90 年代世界先进水平，完全能满足用户的要求，能够可靠、方便、灵活地全程自动控制整台机组。到目前为止，已有十多套该种DEH系统分别在沙岭子和阳泉等电厂投运。另外，我厂又成功地对徐州电厂125MW、200MW 等电厂各型机组进行了 DEH改造，为电厂取得了良好的经济效益。沙电 1号机是我厂 D12 型老机组，本书介绍的此类型 300MW 机组改造配套的 300MW等级全电调型汽轮机数字电液控制系统 DEH。该套控制系统是当今世界上较为先进的 DEH 控制设备，为使该系统安全可靠地运行，ETSI公司提供了较为完善的用户手册。我们编号这本说明书的目的是给用户使用提供一定的方便。注：如

10、果该说明书中有与 ETSI公司提供的资料不符的地方，请以 ETST 公司提供的资料为准。12 控制系统原理控制系统原理 D12型 300MW 汽轮机是三缸、双排汽中间再热式机组，它由两只高压主汽阀和四只高压调节阀，两只中压主汽阀和两只中压调节阀分别控制高、中压进汽。以多功能处理器（MFP）为核心的 DEH控制系统，采集机组的转速、功率和有关参数后，经过分析、鉴别、计算，控制电液伺服阀，通过各自的油动机使四只高压调节阀和两只中压调节阀，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12.8Mpa，由集装式抗燃油箱供油。DEH控制系统原理图见图 121。DEH控制系统的主要目的是控制

11、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，操作人员通过人机接口所发增、减指令，汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈信号等到进行分析处理，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，（即机组没有并网），DEH控制系统是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。这一点可从原理图中看出，当没有并网信号时，控制信号就为 1，则输出等于输入 1（既转速回路调节器输出）。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 DEH的反馈信号。此

12、信号与 DEH 和转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID调节，然后输出油动机的开度给定信号到 HSS 卡。此给定信号在 HSS 卡内与现场 LVDT油动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。机组并网后，DEH 控制系统便切到功率控制回路，转速调节回路便不起作用。这一点可从原理图中看出；当有并网信号时，控制信号变为 0，则输出等于输入 2（即功率控制回路的输出）。在此回路下有四种调节方式：（1）负荷反馈情况下，调节级压力反馈、主汽压力控制均不投入。在这种情况下，阀门

13、开度直接由操作员设定进行控制。设定所要求的开度后，DEH输出阀门开度给定信号到 HSS 卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，以满足要求的功率。（2）负荷反馈投入。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，PID调节输出阀门开度到 HSS卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。（3）调节级压力反馈投入。在这种情况下，调节级压力回路调节器起作用。DEH接收汽轮机调节级压力信号进行比较后，送到调节级压力回路调节器进行差值放大，综合

14、运算，PID 调节输出阀门开度信号到 HSS 卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。（4）主汽压力控制 主汽压力控制器是一个 PI控制器，用于比较主汽压力设定值与实际主汽压力，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到 HSS 卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。在主汽压力控制投入时，设定点以额定主汽压力的百分比形式表示，采用 PID无差调节，稳态时实际主汽压力等于设定值。操作人员可设置目标和升负荷率。DEH控制系统逻辑中负荷反馈投入方式、调节级压力投入方式及主汽压力控制投入方式不能同时投

15、入。机组启动时可选用高中压联合启动方式和中压缸启动方式里的任何一种方式。当选择高中压联合启动方式时，阀切换系数等于 1，阀门开度信号同时输出到高压调节阀和中压调节阀。高压调节阀与中压调节阀的开度为 1：3，所以阀门开度信号送高压调节阀时乘以系数 1，而同时送中压调节阀时要乘以系数 3。当选择中压缸启动方式时，阀切换系数等于 0，则阀门开度信号送高压高节阀的指令乘以系数 0，其值为 0，则高调阀开度为 0，因此，阀位开度信号便达到中压调节阀控制回路，从而控制中调阀的开度，满足中压缸启动方式。在阀切换过程中，阀切换的系数由 0 变到 1，机组便转入高中压联合进汽形式。对汽轮发电机组来讲，调节阀的开

16、度同蒸汽流量存在非线性，因此要进行阀门的线性修正，DEH控制系统设计了阀门修正函数 F（x）来进行阀门的线性修正。对高压调节阀来讲，阀门的开启方式可选择单阀方式控制或顺序阀方式控制。方式选择由单阀/顺序阀切换逻辑完成。从原理图中可以看出：当要进行阀门活动试验时，必须在单阀控制方式下进行。DEH控制系统还设有 TPC 保护，阀位限制和快卸负荷等多种保护。还可设定一次调频死区。DEH控制系统有锅炉自动，汽机自动和汽轮机三种运行方式。其控制方式以及切换详见 410章。DEH进入 ATC 控制方式时，DEH控制系统可根据热应力计算结果，自动设定目标，选择合适的速率或负荷率对机组进行全自动控制。注：MS

17、V、CV、RSV、ICV阀由 DEH控制。另外 DEH在现场接线时，注意CV1CV4的位置不能接错。2 控制系统配置控制系统配置 DEH控制系统硬件配置主要由以下几部分组成：INF190 标准机柜 电源分配系统 INF190 及 ETSI的模板 端子单元 OIS 操作员接口站 操作盘（硬手操）EWS 工程师站 打印机 DEH控制器配置容量：数字量输入 105路 数字量输出 76路 模拟量输入 12路 模拟量输出 6路 小信号输入 109路 注：以上容量不包括 LPS、FCS、HSS、TAS此类专用模板上的输入/输出配置。DEH硬件结构图见图 2-1。DEH系统配置图见图 2-2。21 INF1

18、90 标准机柜标准机柜 本装置使用贝利公司的标准机柜。本装置共有 3个机柜，安装了 DEH板件及相关连接件、接线、电缆等。1号机柜为模件柜，安装有供电电源、风扇及控制模板。2号、3 号机柜是端子柜，安装有与各种 I/O 子模件配套的端子单元，完成与外部信号的连接。机柜的安装尺寸图见图 2-1-2及图 2-1-2。22 电源分配系统电源分配系统 电源系统可接收外部的双路 220VAC（容量 3000VA）电源，经过电源输入盘（IPECB11），模件电源版（IPSYS01），电源模件机箱（IPCHS01），转换为直流电源后，送到 MMU，向系统供电。见图 2-2-1。1、电源输入盘 IPECB11

19、 电源输入盘可接受外部两路交流冗余电源，经过浪涌保护和滤波后，输出到风扇、IPSYS01。总线监视模板（IPMON01）监视电源系统 IPSYS01 提供的 DC 电源电压状态，输出一个用户报警信号。2、风扇组件 电源系统包括风扇组件，因为它要给机柜中的电源模板及过程控制模板生产流动的冷却空气。3、电源模板 IPSYS01 IPSYS01 为电源模板提供+5V、+15V、-15V 和+24V电压，为现场 I/O信号提供+24V电压，IPSYS01 采用 N+N冗余方式配置，确保系统供电安全可靠。电源组件有专门设计的安装单元 IEPMU01、IEPAMU02。4、电源模件机箱 IPCHS01 背

20、板上有六个端子块 TB1TB6，用于分配电源。5、本系统同时还需要 220VDC 电压用于 HP、LP、OSP 电磁阀线圈及主汽阀试验线圈。23 INF190 及及 ETSI 的模板的模板 控制系统的模板都安装在机柜 1中。模件的结构形成相同，在安装单元 MMU中占一个槽位，通过三个印刷接插件（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 MFP 通讯；现场信号经由端子单元与 P3相连。每块模件均有一个便于相同软件识别的地址。此地址由板上的地址开关设置，与插板位置无关，子模件地址设置方法相同；8位地址开关中，1、2位为 0，38位即为

21、二进制地址。Close=逻辑 0。模板简介如下：1、数字输出子模板 IMDS014 系统中共有 4块 IMDS014 板，用于继电器开出或开出到操作盘。通过组态后，在发生通讯故障时可保持输出。DS014 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：300V RMS 2、数字输入子模板 IMDS112 装置中共有 6块 DS102 板，该模板接受现场及按钮接点输入信号。技术指标见表2-3-1。3、频率计数子模件 IMFCS01 FCS 用于处理转速信号，它接收安装在测速齿盘上的传感器测得的脉冲数，采用周期计数的方

22、法获得汽机转速，并将其转换成二进制数向 MFP 传送。MFP 能随时从FCS 中读取当前转速数据。本装置共有 3块 FCS01，技术指标见表 2-3-2。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 MFP 的一个子模件，把 LVDT 测得的位置反馈信号与 MFP 的给定值进行比较，通过在板 P1控制器调节到伺服阀线圈的输出电流，控制阀门的位置。HSS 卡能够达到两路并行的伺服驱动输出，使其更为可靠。当 HSS 卡与 MFP 通讯中断时，HSS 卡可接受手动控制。即为紧急手动。技术指标见表 2-3-3。本装置共采用了 6 块 HSS 卡，分别用于 4个 CV阀

23、，2个 ICV阀。5、控制 I/O子模件 IMCIS12 CIS12 是具有智能化的子模件，用来支持回路控制的输出，它有 4 个模拟输入，2个模拟输出，3个数字输入，4 个数字输出的能力，该板通过硬件设置能做到；差劲输入、单端输入、内部或外部提供+24V。通过组态，在通讯故障时，输出保持为上周期的值。CIS12 技术指标见表 2-3-4。本装置使用 3块 CIS12。6、现场模拟量输入子模板 IMASI13 ASI13 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，每个通道的信号类型可通过跳线组态，板上的每个输入通道都有一个隔离大器用于隔离、滤波、放大输

24、入信号。在板的微处理器能在 1624 位间设定A/D转换位数。本装置共使用了 4 块 ASI13。7、现场总线板 IMFEC11 FEC11 板主要用于现场模拟量输入，该板为智能板，有在板微处理器、存储器、高分辨度的 A/D转换器和通讯回路，在本装置应用中信号范围为 420Ma、0IVDC、05VDC、0I0VDC、+/-I0VDC，共采用了 3块 FEC11。技术指标见表 2-3-5。8、汽轮机自动同期子模板 TAS01 TAS01 用于电机与电网的同期调整，它能自动地控制汽机的转速和发电机的电压，当发电机输出与电网同期时，自动发出闭合油开关命令。本装置使用了 1 块TAS01。技术指标见表

25、 2-3-6。9、多功能处理器 IMMFP02 MFP 是一个高集成度模块化微处理器，MFP 按照组态通过扩展总线对 I/O子模板进行扫描，从主模件获得信息能完成回路控制，顺序控制。在 MFP 的 BATRAM 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：16M ROM：512K RAM：512K Bat RAM：256K 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 8个 MFP02 模板 2、3为超速控制部分 模板 4、5为自动控制部分 模板

26、 6、7为手动控制部分 模板 8、9为 ATC 控制部分 10、组态端口模板 IMCPM02 该模件允许一个 CTT 和一个 EWS 与系统连接，可对组态进行修改，监视组态的执行过程、备份、存储组态。本装置使用了块 CPM02。11、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 OIS 连接的通讯模板为 NIS01（网络接口子模件）、ICT03（通讯处理模件），MPI01 与 ICT03 共同构成 ICI。NIS 用于确保与 NIFI-NET网络通讯接口处理所有的通讯，它直接和 NIS 在 I/O扩展总线上

27、连通。与过程控制单元 PCU 连接的通讯模板为 NIS（网络接口子模析）、NPM（网络处理子模件）。NPM 完成 MFP 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网络通讯的可靠性及兼容性。该系统的通讯接口是冗余配置的，分别有两对NIS、NPM。该系统共用了 3块 NIS01、2块 NPM01、1 块 ICT03 和 1块 MPI01。技术指标见表 2-3-7。该系统的通讯结构见图 2-3-1。注：DEH所使用的 I/O 子模件对外接口部分的电气原理见图 2-3-22-3-5。表 2-3-1 数字输入子模件 DSI12 通道 具有 16 路独立的带

28、有光电隔离的通道 逻辑电源 典型输入电流 逻辑电流耗散 导通电压（最小值）关断电压（最大值）5VDC（5%）4.5mA24VDC，5.0Ma125VDC，7.0mA120VRMS60HZ DC I/O 电压 24VDC（10%），125VDC（10%）120VAC（10%）55Ma（典型值），77mA最大值，+5VDC 24VDC，导通电压为：21.4VDC 125VDC，导通电压为：95.0VDC 120VDC，关断电压为：85.0VDC 在最小导通电压时的最大输入电流 24VDC，电流为：3mA（21.4VDC）125VDC，电流为：3mA（95.0VDC）120VDC，电流为：5mA（8

29、5VDC，60HZ）隔离 在输入和逻辑电路间最大 300VRMS 响应时间（典型）DC 快速-1.5 毫秒 DC 慢速-18 毫秒 AC-第一个正半周之后 0.5秒 抗浪涌性 满足 IEEE-472-1974浪涌耐受能力试验 表 2-3-2 频率计数子模件 IMFCS01 一般特性 微处理器 过程 MC68701ROM：2K，RAM，128BYTS I/O一个频率输入通道 电流要求 操作 功耗 +5VDC 最大电流 240mA+15VDC 最大电流 6.9Ma-15VDC 最大电流 5.4mA 1.2W（5VDC）185mW（15VDC）输入范围 电压 频率响应 精度 300mVP-P 到 1

30、20rms 1HZ到 12.5Khz 0.25HZ 1HZ到 5kHZ 0.5HZ 5HZ到 10kHZ 0.63HZ 10HZ到 12.5Khz 冲击保护 通过 IEEE4721974 冲击承受能力测试 表 2-3-3 液压伺服阀子模件 IMHISS03 电源要求 操作 +5VDC576mA 典型+15VDC15mA 典型-15VDC-12mA 典型+24VDC335mA 典型+5VDC 2.88W+15VDC 0.23W-15VDC 0.18W+24VDC 8.04W 运行情况 LVDT电源 原边激励 输出 LVDT付边双 位置输入 到伺服阀线 圈的输出 伺服输出隔离 紧急手动输出 数字输

31、入 冲击保护 400HZ15kHZ，4 到 12VP-P 分级可调 LVDT的原边最小阻抗为 90（13.5VP-P）24VP-P，7VDC 公共方式 阻抗 10K（差压输入）两个各为 0.040A的输出 线圈最大阻抗为 150 限流电阻使一路输出短路或开路时,不影响另一路 单个隔离输出,最大负荷 0.25A 24VDC 3条信号线提供光电隔离输入 满足 IEEE-472-1974 冲击承受能力试验要求 表 2-3-4 控制 I/O 子模件 IMCIS12 CIS12 控制子模件 Control I/O Slave 数字输入 3 个数字输入，可选择的隔离输入电压；24VDC，125VDC，12

32、5VAC（全部 10V）；响应时间 DC 输入（典型值）快速：1.5ms 慢速：17ms 导通抵 DC 95VDC 120VDC 85VDC 关断电压（最大值）24VDC 12VDC 125VDC 60VDC 120VAC 42VAC 导通输入电流（典型值）24VDC 4.5mA（Vin=14.7VDC）125VDC 5mA（Vin=125VDC）120VDC 6mA（Vin=120VDC）关断漏电流（最大值）24VDC 10a（Vin12VDC）125VDC 10a（Vin60VDC）120VDC 10a（Vin60VDC）续表：数字输出 4个数字输出集电极开路光电隔离 关断输出电压 V I

33、/O 通常 24VDC 导通输出电压 2.4VDC 最大值 关断电流 10A最大值 导通电流 250mA 最大值 模拟输入 4个模拟输入 15VDC 组态端子模件或端子单元 接收内部或外部供电 420Ma 单端或差分电压 15VDC 输入阻抗1 兆欧姆 共模电压 10VDC 常模电压抑制比 75db 最小值 共模电压抑制比 90db 最小值 模拟输出 2个模拟输出 输出负载 600 欧姆 600毫享利（最大值）电源+5VDC、1.17A（1.65W），最大值+5VDC50mA（525mW），最大值-15VDC30mA（450mW），最大值+24VDC50mA（1.2W），最大值 A/D分辨率 模拟输入 12 位精度 模拟输出 10 位精度 量程精度 0.1%量程的 0.15%电压模式 量程的 0.25%电流模式 表 2-3-5 现场总线板 IMFEC11 型号 IMEFC11（现场总线子模