汽輪機DEH控制系統(tǒng)課件

1、汽輪機DEH控制系統(tǒng)汽輪機的作用與工作原理 汽輪機是火力發(fā)電廠的三大主要設(shè)備之一。它以鍋爐產(chǎn)生的蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，為發(fā)電機提供動力。 就以我們公司為例,陽光公司4臺汽輪機DEH控制系統(tǒng)，是由東方汽輪機廠與美國ETSI公司合作生產(chǎn)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電氣部分原來采用INFI-90分散式控制系統(tǒng)，現(xiàn)在#1、#2機組經(jīng)過DCS一體化改造，采用OVATIN控制系統(tǒng)的配置。液壓部分沒有改變，全部采用高壓抗燃油系統(tǒng)。汽輪機高壓缸進汽口配有4個調(diào)節(jié)汽閥，中壓缸進汽口上配有2個調(diào)節(jié)汽閥，為保證汽輪機的安全運行，還配有相應(yīng)的主汽閥，即2個高壓主汽閥和2個中壓主汽閥。10個進汽閥均采用液壓執(zhí)行機構(gòu)油動機來驅(qū)

2、動，以滿足動作時間短，定位精度高的要求。 就凝汽式汽輪機而言，從鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽經(jīng)由主閥門進入高壓缸，再進入中壓缸，再進入低壓缸，最終進入凝汽器。蒸汽的熱能在汽輪機內(nèi)消耗，變?yōu)檎羝膭幽?，推動裝有葉片的汽輪機轉(zhuǎn)子，最終轉(zhuǎn)化為機械能。講解內(nèi)容主要包括三部分1、汽輪機DEH控制系統(tǒng)的組成2、汽輪機DEH控制系統(tǒng)的控制策略3、汽輪機DEH控制系統(tǒng)的主要試驗4、汽輪機DEH控制系統(tǒng)的常見故障一、DEH系統(tǒng)的組成 從硬件組成分析操作員站,工程師站,控制柜就地部分：伺服放大器,電液轉(zhuǎn)換器、油動機、LVDT共同組成一個液壓伺服執(zhí)行機構(gòu)，通過機械杠桿、凸輪、彈簧等機械連接，實現(xiàn)對汽輪機進汽流量的控制。從對汽輪

3、機的作用分析 汽輪機的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)由調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保安系統(tǒng)組成。調(diào)節(jié)系統(tǒng)是汽輪機控制的主要環(huán)節(jié)，全面控制汽輪機的啟停、升速、帶負荷及電廠的協(xié)調(diào)控制，采集各種汽輪機的運行信息，顯示汽輪機的運行狀態(tài)；保安系統(tǒng)是汽輪機保護的重要部分，它全方位監(jiān)視汽輪機的各個危害安全運行的參數(shù)，保護汽輪機安全可靠的運行。比如：危急遮斷滑閥、飛錘高低壓遮斷電磁閥 ，超速限制電磁閥等等。二：控制策略和功能1、任務(wù)： DEH控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)汽輪機從掛閘、沖轉(zhuǎn)、定速暖 機、同期并網(wǎng)、帶初負荷以及滿負荷整個過程的控制。2、控制方式： 手動方式、自動方式、鍋爐自動方式、自啟動方式。3、DEH控制功能 DEH控制功能分為四部分,即超速

4、保護部分、自動控制部分、閥門管理部分和轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力計算與ATR部分。 轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力計算與ATR部分在我們公司沒有實現(xiàn)，僅起到監(jiān)視作用，不做講解。 超速保護部分的主要功能 主要完成轉(zhuǎn)速的測量以及各種緊急情況的處理。比如：負荷不平衡、甩負荷、超速限制、超速遮斷等主要功能。1、負荷不平衡控制。當電網(wǎng)發(fā)生瞬時故障，發(fā)電機輸出功率驟減，汽機尚未及時減負荷，導致汽機轉(zhuǎn)速突增，為了解決機負荷和電負荷的不平衡問題，通過測量中壓缸排汽壓力作為汽機功率的標志，當汽機功率與電功率之差超過30%額定功率時，快關(guān)中調(diào)門，達到改進電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。2、甩負荷的類型及危害 甩負荷的類型： a、因供電輸變線路突然跳閘，使機組

5、負荷無法正常輸出 b、發(fā)電機保護動作，跳開發(fā)電機出口開關(guān) ，發(fā)電機解列 c、汽輪機保護動作,高中壓主汽門突然關(guān)閉，汽機甩負荷 d、運行中某一主汽門、調(diào)門或某一油動機突然關(guān)閉 甩負荷的危害： 運行中汽輪發(fā)電機組甩負荷，不僅給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來負面影響，而且直接對機組的安全運行構(gòu)成威脅，其危害性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）甩負荷是造成機組超速的主要因素 （2）甩負荷后對機組形成了一次較大的熱沖擊 （3）甩負荷過程伴隨著一次較大的機械沖擊 （4）甩負荷對汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子構(gòu)成一次較大的擾動 （5）甩負荷后還會造成壓力容器超壓運行，甚至引起安全閥啟跳，壓力容器 變形或爆破3、超速限制功能 當由電氣原

6、因（上述a、b類型）造成機組甩負荷時，則發(fā)電機甩去全部或大部分負荷（僅剩下廠用電負荷），由于控制信號的滯后，加之對于中間再熱機組,由于再熱蒸汽系統(tǒng)容積相當大及余汽的作用，使汽機轉(zhuǎn)速快速飛升，如果汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性不理想，就會造成超速保護動作而停機。為了防止機組跳閘，在轉(zhuǎn)速達到103%（轉(zhuǎn)速達到3090RPM），通過超速保護電磁閥(OSP)立即快關(guān)高中壓調(diào)門，抑制轉(zhuǎn)速，起到超速預(yù)警保護。 當汽輪機保護動作（上述c類型）造成機組甩負荷時，機組會甩去全部負荷，此時機組的轉(zhuǎn)速與甩負荷前相比基本不變。由于高中壓主汽門關(guān)閉，切斷了進入汽輪機的所有蒸汽，為了維持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，全靠電網(wǎng)的反送電，此時汽輪發(fā)電

7、機組變?yōu)殡妱訖C運行模式，稱為逆功率運行。 發(fā)電機組逆功率運行，對發(fā)電機本身來說，沒有什么危害。此時，發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行，將會從系統(tǒng)吸收有功，以維持其同步運行，勵磁系統(tǒng)沒有變化，但系統(tǒng)頻率可能會降低。作為汽輪發(fā)電機，當轉(zhuǎn)入逆功率異常運行時，汽輪機主汽門已關(guān)閉，汽機尾部葉片因為與殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦而形成鼓風損耗，葉片甚至因過熱而損壞，對汽輪機造成危害。因此，大機組都要裝設(shè)逆功率保護。該保護主要保護的是汽輪機。 當由某主汽門或調(diào)門突關(guān)（上述d類型）造成機組甩負荷時，則發(fā)電機組僅甩去部分負荷，機組轉(zhuǎn)速保持不變，其甩負荷量與突然關(guān)閉的閥門的通流量占機組當時進汽量的份額有關(guān)，同時也與閥門的類別有關(guān)。只是降

8、出力而已。4、超速遮斷保護 汽輪機是高速轉(zhuǎn)動的設(shè)備，轉(zhuǎn)動部件的離心應(yīng)力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)速增高時，離心應(yīng)力將迅速增加。當汽輪機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的20%時 ，離心應(yīng)力接近于額定轉(zhuǎn)速下應(yīng)力的1.5倍，此時不僅轉(zhuǎn)動部件中按緊力配合的部套會發(fā)生松動，而且離心應(yīng)力將超過材料所允許的強度，使部件損壞，為此，汽輪機均裝有超速保護裝置。在轉(zhuǎn)速達到110%（轉(zhuǎn)速達到3300RPM）時，高壓遮斷電磁閥HPT和超速保護電磁閥OPS同時帶電泄油，迅速切斷進氣，使汽輪機停止運轉(zhuǎn)。自動控制部分 主要完成參數(shù)的設(shè)置、反饋環(huán)路的投切、控制方式的選擇、電磁閥試驗、噴油試驗等等。其主要作用是實現(xiàn)汽機的轉(zhuǎn)速控制和負荷控制。負荷

9、控制、調(diào)節(jié)級壓力控制、轉(zhuǎn)速控制的所有PID調(diào)節(jié)器均應(yīng)用在此部分中。另外負荷率、升速率及目標值的設(shè)定,高負荷限制、低負荷限制、主汽壓力限制、閥門閥位限制、轉(zhuǎn)速控制中的臨界區(qū)控制,自同期控制,鍋爐控制方式,HPT、OSP電磁閥試驗,飛錘試驗、一次調(diào)頻等功能也包含在此部分中。一次調(diào)頻功能 一次調(diào)頻是汽輪機調(diào)速系統(tǒng)要據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自發(fā)的進行調(diào)整機組負荷以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，二次調(diào)頻是人為（比如AGC）根據(jù)電網(wǎng)頻率高低來調(diào)整機組負荷。一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié),不能維持電網(wǎng)頻率不變,只能緩和電網(wǎng)頻率的改變程度。 在負荷控制方式,機組為了維護電網(wǎng)供電質(zhì)量,需要具備一次調(diào)頻的能力,以保證電網(wǎng)頻率較低時機組能利用調(diào)頻能

10、力提高其發(fā)電量，電網(wǎng)頻率較高時,機組利用調(diào)頻能力減少發(fā)電量。當轉(zhuǎn)速在死區(qū)范圍內(nèi)時，頻率調(diào)整指令為零，一次調(diào)頻不動作，當轉(zhuǎn)速在死區(qū)范圍以外時，一次調(diào)頻動作，頻率調(diào)整指令根據(jù)不等率隨轉(zhuǎn)速變化而變化。一次調(diào)頻投入動作條件 DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能采用將頻差信號疊加在汽輪機調(diào)節(jié)閥指令上進行調(diào)節(jié)的一次調(diào)頻死區(qū)：2轉(zhuǎn)/分 速度變動率4.5% 閥門管理部分 閥門管理部分主要完成伺服閥控制、手自動方式選擇、預(yù)暖、閥門活動試驗、快卸（RUNBACK）、單/順閥切換、掛閘、閥門整定等功能，實現(xiàn)DEH與執(zhí)行機構(gòu)的對接。其主要內(nèi)容包括:閥門的流量特性曲線(函數(shù)關(guān)系)，高中壓主汽門、調(diào)門的閥門校驗邏輯,單/順閥切換邏輯,

11、嚴密性試驗邏輯等。三、主要試驗1、啟動前的試驗：（1）汽輪機保護傳動試驗（2）掛閘，RUN（3）閥門校驗（4）高壓遮斷HPT電磁閥、超速保護OSP電磁閥試驗 為了提高可靠性，在DEH系統(tǒng)中設(shè)計了四個高壓遮斷電磁閥（HPT電磁閥）,和四個超速保護電磁閥(OSP電磁閥),這兩組電磁閥采用冗余結(jié)構(gòu)，高壓部分的兩組電磁閥可進行在線試驗，因為OSP電磁閥和HPT電磁閥的試驗不會跳機。2、并網(wǎng)前的試驗：噴油試驗超速試驗嚴密性試驗3、運行中的定期試驗：閥門活動試驗單順閥切換試驗電磁閥活動試驗抗燃油泵的連鎖試驗四、常見的故障 1.電源故障2.抗燃油系統(tǒng)有關(guān)問題3.模件故障或通道故障4.操作員站故障電源故障1、

12、1998年1月20日，我公司1B汽泵停運消缺，啟動#1機電泵后，發(fā)”DEH系統(tǒng)電源消失”，高中壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，機組負荷由225MW突降至76MW，主汽溫度超溫，手打停機，發(fā)電機解列。 故障原因：DEH系統(tǒng)電源兩路均取自UPS電源，由于電氣側(cè)UPS逆變器故障，由旁路輸出，啟動電泵時，電源電壓波動大，DEH系統(tǒng)因電壓擾動導致失電而甩負荷。2、2005年3月16日凌晨1點10分，#1機組負荷突然由261MW降至26MW，高低旁路快開，因汽包水位低保護動作鍋爐滅火，此時DEH操作員站與過程控制單元通訊中斷，發(fā)電機逆功率保護動作。 故障原因：DEH系統(tǒng)電源兩路均取自UPS電源，對電源檢查，發(fā)現(xiàn)供電電壓215VAC,DEH系統(tǒng)總線電壓4.84VDC。經(jīng)和ABB公司專家研究，認為電氣供電電壓和系統(tǒng)總線電壓偏低。故障原因初步認定是交流電壓波動，引起總線電壓低于4.76VDC，導致DEH系統(tǒng)所有模件瞬時故障，造成高中壓進汽閥關(guān)閉。抗燃油系統(tǒng)有關(guān)問題1、由于抗燃油質(zhì)差，導致伺服閥卡澀，閥門無法正常動作 DEH控制系統(tǒng)液壓部分的工作介質(zhì)是抗燃油，而抗燃油的清潔度是電液控制元件正常工作的必要條件。由于抗燃油質(zhì)污染，造