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4、转速控制:
目标转速、升速率、临界转速、暖机、3000r/min定速、电机假并网试验。
5、负荷控制:
●并网/升负荷及负荷正常调节:
并网带初负荷、升负荷、暖机、定─滑─定升负荷。
●负荷控制方式:
负荷反馈控制、一次调频、CCS控制、主汽压力限制、快卸负荷。
●负荷限制:
高负荷限制、低负荷限制、阀位限制。
6、单阀、顺序阀转换
7、超速保护:
●超速限制:
甩负荷、103%
●超速保护
8、在线试验:
●喷油试验
●超速试验:
电气超速试验、机械超速试验
●阀门活动试验
●高压遮断电磁阀试验
●严密性试验
9、控制方式切换:
汽机自动/手动方式
(二) 控制系统原理:
1、汽轮机控制系统都是通过执行机构(油动机)来控制安装在进汽口上的调节汽阀来改变汽轮机蒸汽转矩,以调节汽轮机的转速,哈汽200MW型汽轮机高压缸进汽口上配有四个调节汽阀,中压缸进汽口上配有四个调节汽阀,为保证汽机的安全运行,还配有相应的主汽阀。
所述的12个进汽阀均采用液压执行机构来驱动,以满足动作时间短,定位精度高的要求。
2、汽轮机的工作转速为3000rpm,当电网中的负荷变动时,引起汽轮机转速随之变动,汽轮机调节系统中的测速环节测量到汽轮机的实际转速,并与额定转速3000r/min相比较后,通过频差放大,调节器伺服控制等环节来控制高、中压调节阀CV、ICV的开度,形成转速负反馈使转速变化维持在预定范围内。
3、汽轮机的上述12个进汽阀均采用高压抗燃油为工质的油动机驱动,除8个调节阀CV、ICV用伺服阀与DEH的微机接口实现连续控制。
其余二个中压主汽阀RSV和二个高压主汽阀MSV采用电磁阀与DEH接口实现两位控制。
4、自动挂闸:
挂闸就是使汽轮机的保护系统处于警戒状态的过程。
在#1、#2机组的全电调改造中,保留了原有的危急遮断部套,保安油压信号采用薄膜接口阀与高压保安油相连。
汽轮机已挂闸为危急遮断器滑阀在上支点,透平保安油压建立(压力开关PS2、PS3、PS4闭合三取二),薄膜接口阀关闭,主汽阀(MSV、RSV)上高压保安油压建立,且危急遮断器滑阀上腔室油压建立(PS1闭合),此时滑阀处于警戒状态。
挂闸允许条件:
●汽轮机已跳闸
●所有进汽阀全关
5、整定静态关系:
在机组启动前,必须完成伺服阀、LVDT、功放板、DCM板、LVDT前置器板的静态关系整定,保证各个伺服机构的控制精度及线性度,以满足机组对该伺服系统静态关系的要求,CV、ICV阀可同时进行校验,也可分别进行校验,此过程在OIS上进行。
6、启动前的控制和启动方式:
6.1、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。
DEH在每次挂闸时,自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温T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
6.2、高中压缸联合启动:
当旁路系统性能不完善或热态、极热态启动时,可采用高、中压缸联合启动方式,此时,高、中压调节阀同时开启,本系统的启动方式采用的是高中压缸联合启动。
7、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。
●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700r/min/min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。
8、负荷控制:
8.1、并网、升负荷及负荷正常调节
8.1.1、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,使发电机带上初负荷避免出现逆功率。
●由于刚并网时,未投入负荷反馈,故用主蒸汽压力修正应增加的给定值。
8.1.2、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,也可投入负荷反馈。
在负荷反馈投入时,目标和给定值均以MW形式表示。
在负荷反馈切除时,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。
8.1.3、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
8.2、负荷控制方式:
8.2.1、负荷反馈:
●负荷控制器是一个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CV阀和ICV阀。
●在负荷反馈投入时,设定点以MW形式表示。
采用PID无差调节,稳态时负荷等于设定的值。
8.2.2、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,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。
8.2.3、CCS控制:
●此时汽机负荷目标值受锅炉控制系统控制,负荷率为100MW/min,在负荷限制动作时产生保持信号。
●在CCS方式下,DEH的目标等于CCS给定,且切除负荷反馈,一次调频死区改为30r/min。
●CCS给定信号与目标及总阀位给定的对应关系为:
4~20mA—0~100%
●CCS给定信号代表总的阀位给定。
8.2.4、主汽压力控制(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。
●在主汽压力限制方式投入期间,若主汽压力低于设置的限制值,则主汽压力限制动作。
动作时,设定点在刚动作时的基础上,以1%/秒的变化率减小。
同时目标和设定点即等于总的阀位参考量,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,设定点减到总的阀位参考量不大于20%时,停止减。
●在主汽压力限制动作时,自动切除负荷反馈,退出CCS方式。
8.3、负荷限制:
8.3.1、高负荷限制:
●在操作员站上调出“自动限制”画面,按“高负荷限制”按钮,可设定高负荷限制值。
在并网后,如果操作员已从操作员站上输入一个新的高负荷限值,则该值即为新的设定点值,高负荷限制上限不应大于210MW。
●如果实际功率已达到高负荷限制值,目标值大于设定值,则DEH发“保持”信号。
8.3.2、低负荷限制:
并网以后,实际负荷不允许低于某一限制值,如果实际功率已达到这一限制值,则DEH发“保持”指令。
8.4、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(0~110)%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,阀位限制值设有变化率限制,变化率为1%/秒,当阀位限制动作时,若目标大于设定点,则发保持指令,停止增大设定点。
9、超速保护:
9.1、超速限制:
为避免汽轮机因转速太高离心应力太大而采用的方法称为超速限制。
9.1.1、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,若仅靠系统中转速反馈的作用,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。
●若油开关断开出现甩负荷,若负荷大于15%,则迅速动作超速限制电磁阀,关闭高、中压调节阀,同时将目标转速及给定转速改为3000r/min,延时2秒后,超速限制电磁阀失电,调节阀由转速闭环控制,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。
9.1.2、103%超速:
因汽轮机若出现超速,对其寿命影响较大。
除对汽轮机进行超速试验时,转速需超过103%外,其它任何时候均不允许超过103%。
一旦转速超过103%,则迅速动作超速限制电磁阀,关闭高中压调节阀,延时2秒后,超速限制电磁阀失电,调节阀由转速闭环控制,使汽轮机转速稳定在3000r/min。
9.2、超速保护:
若汽轮机的转速太高,由于离心应力的作用,会损坏汽轮机。
虽然为防止汽轮机超速,DEH系统中配上了超速限制功能,但万一转速限制不住,超过预定转速则立即打闸,迅速关闭所有主汽阀、调节阀。
为了安全可靠,系统中设置了多道超速保护:
●DEH电气超速保护109%
●DEH硬件超速保护110%
●危急遮断飞锤机械超速保护
另外,DEH还配有下列打闸停机功能:
●操作员手打停机
●由紧急停机柜ETS来打闸信号
10、在线试验:
10.1 阀门活动试验:
为确保阀门活动灵活,需定期对阀门进行活动试验,以防止卡涩。
阀门活动试验对主汽阀、调节阀均进行试验。
10.2 喷油试验:
为确保危急遮断飞锤在机组一旦出现超速时,能迅速飞出遮断汽轮机,需经常对飞锤进行活动试验,此活动试验是将油喷到飞锤中增大离心力,使之飞出。
但飞锤因喷油试验飞出不应打闸。
为提高可靠性,采用了冗余设计,二个飞锤,二个危急遮断器滑阀,用杠杆将它们联系起来。
通过移动杠杆,使喷出的飞锤不会遮断汽机。
10.3 超速试验:
做超速试验时,将DEH的目标转速设置为3360r/min,慢慢提升汽轮机转速,到达被试验的一路超速保护的动作转速时,此路超速保护动作,遮断汽轮机。
因此超速试验也叫提升转速试验。
DEH可自动记录汽轮机遮断转速以及最高转速。
10.4高压遮断电磁阀试验:
●为提高可靠性,高压遮断超速限制电磁阀采用了冗余结构。
高压部分的电磁阀可进行在线试验。
此项试验在POC站上操作。
●正常情况下,6YV、7YV、8YV、9YV电磁铁带电,5PS、6PS断开。
正常试验时,6YV或7YV失电动作,则6PS将闭合,若电磁阀动作后,15秒内压力开关信号不正确,则认为试验故障。
当做完6YV、7YV电磁铁试验后,使6YV、7YV恢复带电状态,6PS断开。
然后再做8YV、9YV试验。
8YV或9YV失电动作,则5PS将闭合,若电磁阀动作后,15秒内压力开关信号不正确,则认为试验故障。
当做完8YV、9YV电磁铁试验后,使8YV、9YV恢复带电状态,5PS断开。
(三)软件设计:
DEH控制系统的软件采用了计算机的成熟技术,它可分为系统软件(包括操作系统及支撑软件)和应用软件2层,应用软件在操作系统管理下工作。
开发系统的支撑软件为用户提供了一个全汉化的软件开发平台,它可用图形组态的方式构成简捷的人机对话界面,技术人员只需经过简单培训,就能熟练地对系统进行各种规定的操作。
1 系统软件:
DEH控制系统由操作员站和EWS工程师站组成,它们挂在冗余的μΣNETWORK100网络上协同工作,网络通讯由中文版WINDOWSNTSERVER4.0多任务操作系统实现。
工程师站上的组态支撑软件是一组功能强大的软件工具包,它为用户提供了一个友好的全汉化的用户界面,能离线对控制过程进行应用软件开发。
2 应用软件:
DEH控制系统的应用软件是在系统支撑软件支持下,在工程师工作站上,由专业人员设计并输入。
它要完成系统配置组态、数据库生成组态、控制回路生成组态等工作。
专业人员只需使用图表或功能块图,就能完成控制逻辑图的设计。
另外,应用软件在高度透明的前提下进行了合理的分层,这样用户很容易掌握DEH控制系统的机理,从而增加运行维护人员对系统的信任度和工作信心,用户可通过操作员站查询全部软件流程图、逻辑图,通过工程师站有限度的进行系统组态和在线修改等等。
运行监视过程中需要选择调整的参数,如速率、负荷率、目标值等,允许运行人员在操作员站上在规定的范围内修改。
3 通讯方式:
通过μΣNETWORK100网络将多台控制器、POC站、工程师站等设备连接起来,构成分布控制系统控制网,网络的最大挂站能力为255个,传输速率为100Mbps。
μΣ100网络主要技术性能
项目
技术特性
连接控制器
HISEC04-M/R600C
结构
双重化,环形
通讯速率
100Mbps
通讯介质
光纤(GI-50/125μm)
站间距
MAX:
2KM
总长度
100KM
挂站数
255台
访问方式
令牌(FDDI)
通讯缓冲区
256KB
数据长度
1.5KByte
传送周期
1ms~1000ms
4 硬件设计:
DEH控制系统硬件配置主要由以下部分组成:
●标准机柜
●电源分配系统
●模板
●操作员站
●EWS工程师站
4.1 工程师站(EWS):
EWS是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统的工具。
EWS包括:
PentiumPC主机,显示器,键盘、打印机,鼠标器等。
EWS的主要功能有:
系统登录、程序维护、控制器状态控制、系统构成显示、参数调整、在线监视、系统维护、维护。
EWS是系统日常运行维护的中心,必须由专业工程师进行操作。
工程师站的设置,方便了用户的正常运行,使系统更具有可操作性、可修改性,增加了全系统的透明度。
4.2 操作员站:
操作员站由工业微机、显示器、操作员专用键盘、打印机、球标等构成。
现场运行人员通过使用显示器、球标、专用键盘等操作工具完成对汽轮机的监视和控制。
在操作员站上,只能利用已经组态好的图形软件,对汽轮机进行监视和控制操作,而不能修改应用软件。
现场运行人员对汽轮机系统做任何控制操作,都记录下来。
【结束语】:
全电调DEH控制系统已经在我厂改造了两台机组,全电调DEH系统与传统的汽轮机液调控制系统、电液共存式控制系统相比具有很多优点。
采用全电调系统,控制精度高、执行机构线性度好,减少了机械部件之间的传动环节,进一步减小了阀门迟缓率和控制死区的不利影响,改善了大型发电机组转速负荷控制的稳态、动态特性。
DEH系统的投入,使机组能够稳定、快速地响应机组负荷指令变化。
【参考文献】:
1、计算机控制系统水利电力出版社
2、HIACS—5000逻辑图及说明北京日立公司
3、热工自动控制系统中国电力出版社
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- 关 键 词:
- DEH 控制系统