武钢自备电厂200MW汽轮机.docx
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武钢自备电厂200MW汽轮机
DEH设备技术参数及相关要求
铁煤集团热电厂
2007年3月24日
§1.概述
控制系统改造方案
采用数字式透平油电液控制系统(DEH)
本方案为透平油纯数字式电液控制系统(DEH),MACS-III系列产品,再配上DEH专用的测速模块和伺服模块,构成DEH控制系统。
DEH可与现有的DCS进行数字通讯。
采用DEH控制系统实现机组的自动启停控制、机炉协调控制(CCS)、自动发电控制(AGC)和功率与抽汽压力间的自整性控制。
此外,还可以实现在相应各种条件下的负荷限制和快速减负荷(RB)控制,还有多重防超速保护措施。
而且DEH作为电厂DCS系统网上的一个节点,可以实现与DCS的有机联系,达到电厂内部信息资源共享。
DEH装置由三大部份组成:
电子控制柜;软件系统和液压伺服系统
方案要点:
1、用磁阻发讯器取代调速泵,用LVDT(冗余)测量油动机行程;
2、改错油门为液力弹簧式,并更改为脉动油压升高开调节阀;
3、用DDV电液转换器与错油门、原油动机一起构成电液油动机;
4、用三个安全油压力开关判断机组状态。
以此为基础,配合相应的控制策略,从而实现DEH的控制功能。
§2.DEH系统控制装置
2.1DEH电子控制柜
DEH现场控制站控制柜系统结构图。
DEH是具备CRT显示、控制操作、打印记录、系统试验等功能的独立完整的控制系统。
机组的启停运行操作和监控、系统的自诊断信息等集中在操作员站的CRT画面上和键盘上,通过键盘和CRT画面能完成所有控制操作,及获得系统运行的各种信息。
DEH电子控制柜由现场控制站、操作员站、工程师站、通讯网络、打印机、继电器盘、操作回路和硬接线手操盘等组成。
DEH现场控制站控制柜系统结构图
2.1.1四层通讯网络
●系统监控网MNET
系统监控网是连接操作员、工程师站等节点与冗余服务器之间的实时数据通讯网络。
系统网采用冗余的100Mbps以太网,传输介质为双绞线或多模光纤,各站均配有网卡作为与系统网的接口。
其功能为人—机界面,实现操作员对控制系统的监控操作控制。
●系统控制网SNET
实现服务器与现场控制站、通讯站等之间的数据通讯,完成控制指令的下达及
现场状态与参数的上级任务。
●现场信号处理网CNET
现场信号处理网是现场控制站内部使用的网络,实现控制站内各智能I/O模块和
主控单元之间的互连和信息传送。
现场信号处理网采用1.5~12Mbps的Profibus-DP现场总线。
●系统管理网ENET
最上一层为系统管理网,通过网关与系统监控网相联,管理者通过该层网调看DCS控制范围内的数据实现扁平化管理
2.1.2工程师站
工程师站用于对应用系统进行数据库、控制算法、逻辑算法、图形和报表、趋势曲线和历史数据等一切现场控制站和操作员站所要完成的功能进行组态,并将组态数据下装到现场控制站和操作员站。
工程师站由一台高可靠工业微机及其外围设备组成,并配置WINDOWS2000和MACS专用的组态软件,可为用户提供一个灵活、方便、功能全面的工程平台。
2.1.3操作员站
操作员站可以完成系统控制总貌、各工艺流程画面、实时参数显示、分组控制调节、过程参数趋势曲线显示、报警观察处理、生产记录报表的在线打印、运行状态、故障显示、控制参数设定及修改等功能。
操作员站由一台高可靠工业控制机及其外围设备组成,并配以MACS-III专用实时操作系统软件。
操作人员可通过专用薄膜键盘或轨迹球方便地进行操作。
2.1.4现场控制站
MACS现场控制站是一个大规模的I/O处理系统,由主控单元、各种I/O模块及现场电源组件等构成,具有可靠性高、分散度强、可冗余配置等特点。
DEH控制装置共设有一个现场主控制站,主要承担转速控制,伺服放大,阀位移测量的调制和解调,各种定值生成,功率、汽压、阀位等控制回路及逻辑回路运算,完成ATC功能。
●主控单元FM801
现场控制站的主控单元,为冗余配置,互为热备用。
两个主控单元同时接收到网络数据和同时进行控制运算,但只有一个输出运算结果。
一旦工作中的主控单元故障,备份主控单元自动进入工作状态,且切换过程是无扰的。
●测速模块FM163
是专为DEH开发的高精度,高可靠性测速板,系统配有3块测速板组成三取二冗余结构。
测量范围:
40-4500r/min,精度+0.5r/min,响应时间10ms。
测速板还具有103%no,及110%no的接点输出和三取二的逻辑运算超速保护功能。
●伺服模块FM146
是专为DEH开发的伺服控制板,它与液压系统的伺服阀,油动机,LVDT组成电压一位移随动系统,系统配有2块伺服板,分别控制2个油动机。
伺服板还具有自动校正零位幅值,紧急手动及油开关跳闸置输出为零的功能。
●I/O模块
DEH系统中所用的开入/开出、模入/模出板为MACS-III系统的标准I/O模块,所有模块内部均带有CPU处理器,可以将控制有效地分散到各I/O模板,降低主控单元的负担。
I/O模块能够自诊断模板本身的故障和发讯器的故障,并给出报警信号。
I/O模块支持带电插拔和冗余配置。
●电源组件
控制站中配有多套冗余的24VDC现场电源组件,冗余电源并联使用,均流运行,当其中一个故障时,另一个自动承担全部负荷。
●继电器操作回路
完成现场电磁阀的驱动;电源失电及硬接线打闸逻辑;硬件甩负荷快关逻辑。
●硬接线手操盘
硬手操盘安装在操作台上,用予制电缆与现场控制站连接,盘面上有调门行程显示,调门紧急手操按钮,打闸按钮(带保护盖)等。
2.2控制系统软件及控制回路
DEH控制装置的控制功能,主要由软件来完成。
软件由两大部分构成,即系统软件平台及应用系统软件。
前者决定了DEH控制系统的适时性,灵活性和先进性;后者决定了DEH系统的控制功能。
2.2.1控制系统软件
DEH采用MACS-III系统的Windows2000作为功能码进行系统组态的软件平台,主控单元采用QNX软件。
●多任务实时控制软件
QNX软件固化在现场控制站的主控单元上,可以完成信号转换与处理,控制运算,通信,自诊断,自动切换等功能。
●I/O板级软件
固化在输入/输出(I/O)功能模板中,一般仅完成信号处理、与主控单元通信等较低层次的处理功能。
采用这些系统软件,可按控制系统图,组态出DEH控制所需要的实用控制回路。
2.2.2DEH的控制回路及控制功能:
控制回路:
控制回路由功能码组态构成,实现DEH各种控制功能的要求。
控制回路包括:
转速控制、功率控制、阀门开度控制、主汽压力控制、抽汽控制、汽压及真空保护、防超速保护、快速减负荷等等。
●转速控制回路
转速控制回路包括转速目标值给定,转速变化率给定,自动升速曲线的生成及选择,转速PI调节器,转速测量及三取二逻辑,转速不等率等。
本回路承担汽轮发电机组的转速控制任务。
●功率控制回路
功率控制回路包括目标功率值给定、功率变化率设定、一次调频对功率给定的修正(一次调频)、主汽压波动对功率给定的动、静态修正、最大功率限制及限制值给定、发电机有功功率校正、功率测量的三取二逻辑或大选逻辑、功率PI调节器、机炉协调控制的投入/切除等。
本回路构成了汽轮发电机组的功率闭环控制。
●阀门开度控制回路
阀门开度控制回路包括高压调节阀开度值给定、开度变化率给定、阀门开度测量及大选逻辑、阀位PI调节器、该回路构成对高压调节阀开度的控制,维持阀位为定值。
●主汽压力控制(TPC)回路
主汽压力控制回路包括机前主汽压给定,主汽压测量、信号处理及大选逻辑和压力PI调节器。
该回路构成对机前主汽压力的控制,维持锅炉出口压力稳定。
●抽汽压力控制回路
包括抽汽压力给定,抽汽回路的投/切逻辑、抽汽不等率控制逻辑,抽汽油动机
的快关快开逻辑、抽汽与转速的转换控制逻辑、PI调节器等。
●低汽压(TPL)及低真空限制回路
包括汽压和真空测量信号处理,保护值设定,低汽压及低真空减负荷回路。
低汽压保护在启机时的升速升负荷过程中,一般不投入,其保护限制值跟踪实际汽压值减去一个差值,汽压保护一旦投入,其汽压保护值由司机设定。
●防超速限制控制回路(OPC)
接受油开关跳闸辅助接点信号和转速103%n0信号,经逻辑运算发出快关调门控制信号,并通过硬接线使快关电磁阀带电,迅速关闭高、中压调节阀。
●快速减负荷控制回路(RB)
当机组辅机发生故障时,DEH接受CCS发来的快速降负荷信号,根据不同的故障情况可按三种速率快速降负荷到事前所设定的数值。
●伺服放大LVDT反馈回路
伺服放大器与液压系统的电液伺服阀、油动机、位移反馈(LVDT)构成一个电
液随动系统。
伺服放大器除将输入信号放大后去控制电液伺服阀,还对LVDT进行调制、解调,变为油动机的位移反馈信号,完成对油动机位置的闭环控制。
●手动控制回路
手动控制回路是通过伺服模块直接控制油动机行程的硬接线控制回路,只能在
并网状态下才能投入。
包括投/切逻辑、自/手动跟踪逻辑、快关油动机逻辑等。
§3.主要功能:
由上述控制回路分别或联合实现汽机的程控启动、旁路启动、自动调节、参数限制、保护、监视及试验等功能。
3.1自动调节控制功能:
●升速
司机设置目标转速后,机组可自动沿当前热状态对应的经验曲线控制调节阀,完成升速暖机过临界直到3000r/min定速控制。
在升速过程中,司机也可通过修改目标转速,升速率、转速保持时间等手段来控制机组的升速过程。
●自动同期
汽机定速后,DEH可接受自动同期装置指令,自动将机组控制到同步转速。
●并网带初负荷
发电机并网后,DEH自动增加给定值,使发电机自动带上初负荷避免出现逆功率。
●升负荷
机组并网后,司机可根据需要采用阀控方式,功控方式,压控方式或CCS方式控制机组,与锅炉控制系统配合完成定─滑─定升负荷过程。
●阀控方式
司机通过设置目标阀位直接控制调门开度,DEH维持阀位不度。
这时,机组负荷与蒸汽压力自动平衡。
●功控方式
司机通过设置目标功率来控制机组负荷,DEH以汽机实发功率作为反馈信号进行功率闭环控制,维持机组负荷不变。
若采用发电机有功功率信号作为功率信号,需要对该信号进行一定逻辑处理。
此外需要提醒注意的是,如果锅炉汽压未投自动调压回路,最好不要采用功控方式运行。
●压控方式
司机通过设置目标压力来控制机前压力,DEH控制调门开度来维持主汽压力不变。
●CCS方式
在CCS方式下,DEH接受CCS主控器来的阀位给定信号,直接控制调门开度。
DEH与CCS主控器配合可完成机跟炉,炉跟机以及机炉协调的各种控制功能。
●一次调频
DEH具有一次调频功能,调频特性(不等率、死区)可在线修改。
●自整性控制
抽汽与背压之间的自整控制,或抽汽与功率之间的自整控制,两种自整方式之
间的跟踪、闭锁及切换逻辑。
3.2限制控制功能:
●负荷及阀位限制
限制值由人工给定,DEH可自动将负荷限制在高低限以内,以及将阀位限制在给定值以下。
●主汽压力低限制
当主汽压力低于限制值时,DEH自动减小阀位开度以限制负荷,使主汽压力回升。
●低真空限制
当凝汽器真空降低到限制值时,DEH自动减小阀位开度以降低负荷。
●快卸负荷
DEH具有快、中、慢三挡快卸负荷,可对应不同的辅机故障。
当CCS给出快卸负荷信号时,DEH按对应的速率将负荷减到对应值。
●OPC控制
机组甩负荷时,DEH接受油开关跳闸和103%n。
超速信号,快关调节汽门,以减少转换超调量,延迟一段时间或转速<103%no后再自动开启,并维持机组转速为3000r/min。
3.3试验控制功能:
●假并网试验
DEH收到假并网试验(例如隔离刀闸断开)信号后,可配合电气完成假并网试验。
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