汽轮机控制系统简介222课件

汽轮机控制系统简介汽轮机控制系统简介汽轮机概述汽轮机概述

汽轮机是利用蒸汽热能来做功的旋转式原动机

工作原理：蒸汽进入汽轮机喷嘴膨胀降压增加流速按一定的方向喷射出来（将蒸汽的热能转变成动能），进入叶片推动叶轮旋转（蒸汽的动能转变成转子的旋转机械能）。拖动发电机旋转-发电。拖动其它机械-风机、给水泵、压缩机汽轮机是利用蒸汽热能来做功的旋转式原动机汽轮机主要部件阀门-主汽门，调节汽阀通流部分-汽缸，转子轴承辅助系统监控系统汽轮机主要部件阀门-主汽门，调节汽阀汽轮机辅助系统润滑油系统疏水系统轴封系统抽汽系统盘车系统低压缸喷水高排逆止门高排通风阀汽轮机辅助系统润滑油系统汽轮机分类按汽轮机的热力特性分凝汽式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽背式汽轮机、及中间再热式汽轮机按汽轮机的用途分电站汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机按进汽压力分低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、亚临界汽轮机、超临界汽轮机、超临界汽轮机按冷却方式分

水冷汽轮机、空冷汽轮机汽轮机分类按汽轮机的热力特性分转速不等率pnnmaxnmin转速不等率是衡量调节系统品质的一个重要指标，它反应了汽轮机由于负荷变化所引起转速变化的大小：转速不等越大，反映在静态特性上越陡；反之静态特性曲线越平。转速不等率pnnmaxnmin转速不等率是衡△n△p1△p2

一次调频当外界负荷发生变化时，将使电网频率发生变化，从而引起电网中各机组均自动地按其静态特性承担一定的负荷变化，以减少电网频率地改变。转速不等率越大、机组的额定功率越小，分配给该机组地变化负荷量就越小；反之则越大。因此带基本负荷的机组其转速不等率应选大一些，使电网频率变化时负荷变化较小，即减少参加一次调频作用。而带尖峰负荷的调频机组，转速不等率应选小一些调频能力更强。转速不等率一般为3-6%，常用5%。△n△p1△p2一次调频当外界负荷发生变化时，将迟缓率△n由于调节部套间的间隙、摩擦力等原因引起的机组在加减转速和负荷时存在不灵敏区，不灵敏区的转速差和额定转速之比为调节系统的迟缓率。迟缓率对汽轮机的正常运行是十分不利的，因为它延长了汽轮机从负荷发生变化到调节阀开始动作的时间，造成汽轮机不能及时适应外界负荷的变化，使调节系统不稳定。迟缓率△n由于调节部套间的间隙、摩擦力等原因引起的机组在加减单机运行机组在并网前或单机运行时，其功率由外界决定，因而测功回路不起作用，功频调节变成单一的频率调节。此时机组的转速信号和转速给定送入PID校正单元进行运算放大，输出一控制信号再经电液转换器控制油动机的动作，改变进汽量。从而改变机组的转速。

单机运行机组在并网前或单机运行时，其功率由外界决定，因而测功并网运行机组并入电网后，频率由电网决定，一般认为电网频率是稳定不变的，功频调节实际成为单一的功率调节。汽轮机的实发功率功率给定信号在PID校正单元内比较，综合后，输出控制信号，再经电液转换器去控制油动机动作，改变机组负荷。

并网运行机组并入电网后，频率由电网决定，一般认为中间再热汽轮机系统图中间再热汽轮机系统图启动方式高压缸启动高中压联合启动中压缸启动启动方式高压缸启动高压缸启动启动时，旁路切除，高压缸冲转，中调门全开。主蒸汽从高调门进入高压缸，做功后经高排逆止门进入再热汽加热，再进入中低压缸做功。暖机时间较长，汽水损失较大。因启动初期不进汽，冷段逆止门未打开的情况下，有摩擦鼓风损失，造成高压转子加温，高差增加，控制不好对启动不利。适用于亚临界机组汽包炉。高压缸启动启动时，旁路切除，高压缸冲转，中调门全开。主蒸汽启动过程机组挂闸，建立安全油压。高压主汽门关闭，中压主汽门，高中压调门全开。

高压主汽门打开控制机组转速到2900r/min。高压调门关闭，至转速下降到2870r/min保持，主汽门全开，完成主汽门-调门阀切换。

高调门开启控制机组至3000r/min，并网带负荷。启动过程机组挂闸，建立安全油压。高中压联合启动启动时高中压调门同时控制汽轮机转速，高旁控制主蒸汽压力，低旁控制再热汽压力。高排逆止门关闭，高压缸排汽通过高排通风阀进凝汽器。在机组并网后，通风阀关闭，高排压力超过再热汽压力后将高排逆止门打开。适用于超临界机组直流炉，再热器不允许干烧。

高中压联合启动启动时高中压调门同时控制汽轮机转速，高旁控制主启动过程

机组挂闸，建立安全油压。高压主汽门关闭，高压调门全开。中压主汽门全开，中压调门全关。中调门打开控制转速至600r/min

,保持并记忆开度。

高压主汽门和中压调门打开控制机组转速到2900r/min，中调门维持。主汽门升速至2950r/min。高调门关闭，至转速下降到2920r/min保持，主汽门全开，完成主汽门-调门阀切换。

调门开启控制机组至3000r/min，并网带负荷。启动过程机组挂闸，建立安全油压。中压缸启动启动时,高压缸关闭。中调门开启控制机组转速。高排逆止门关闭，高排通风阀打开将高压缸抽真空以防高压末级叶片鼓风发热。在机组并网并带一定的负荷后，再开启高压缸。启动前需对高压缸进行预暖。适用于带旁路启动。中压缸启动启动时,高压缸关闭。中调门开启控制机组转速。高排逆控制/保护系统功能启动阶段，控制汽轮机组的转速并网后，控制机组的功率或主蒸汽压力监视汽轮机组运行的参数当主要的参数超过运行限制值，发出停机信号，使机组迅速停机。控制/保护系统功能启动阶段，控制汽轮机组的转速发展过程

第一阶段机械液压调节第二阶段：60年代模拟电调第三阶段：80年代引进西屋技术，数字电液调节第四阶段：2005年引进西门子技术

发展过程

第一阶段液压调节

通过安装在汽轮机轴上的旋转阻尼，产生与汽轮机转速的平方成正比的一次油压，经过放大器放大后形成二次油压，送到控制阀门开度的油动机，从而控制汽轮机的进汽量。液压调节通过安装在汽轮机轴上的旋转阻尼，数字电液控制系统

将汽轮机组的运行参数，如转速、功率、主蒸汽压力、阀门开度、并网信号等送到数字计算机，通过人机接口接受运行人员的指令，经过处理计算，输出电流信号到电液转换器，电液转换器控制液压油动机的开度，从而控制汽轮机的进汽量。数字电液控制系统将汽轮机组的运行参数，如控制系统内容EH：液压控制系统DEH：电子控制系统ETS：保护系统危急TSI：监测仪表控制系统内容EH：液压控制系统EH系统低压透平油系统油动机控制油采用润滑油，油源和润滑油系统供用。压力1-2MPa，采用力矩马达或DDV阀，结构简单，成本低，维护方便，多用于小机组。高压抗燃油系统油动机控制油采用高压抗燃油，压力14-16MPa，需一套独立的供油系统。采用电液转换器。系统复杂，控制精度高，反应灵敏，广泛采用。EH系统低压透平油系统EH油动机原理EH油动机原理调节型油动机工作原理调节型油动机工作原理电液转换器力矩马达将电流信号转变为挡板的旋转机械运动；喷嘴－档板作一级液压放大，由挡板两侧的泄油间隙控制滑阀两端腔室的油压，进而控制滑阀的位移，即控制滑阀油口的开度，也即控制通过滑阀油口的流量。反馈弹簧管的弹性力与滑阀两端所受的轴向液压力相平衡，从而在线圈电流与滑阀油口间建立起伺服控制关系。电液转换器力矩马达将电流信号转变为挡板的旋转机械运动；喷嘴－开关型油动机工作原理开关型油动机工作原理AST/OPC电磁阀自动停机遮断油AST

高压安全油，接受ETS指令，控制高压主汽门/再热主汽门油动机带电工作，失电停机，四只电磁阀，串并联布置超速保护控制油OPC103%超速保护，接受DEH指令，控制高压调门/再热调门油动机。两只电磁阀，冗余配置。AST/OPC电磁阀自动停机遮断油ASTAST/OPC原理OPC油AST油压力油回油AST/OPC原理OPC油AST油压力油回油AST/OPC电磁阀块AST/OPC电磁阀块机械超速保护机械超速保护EH供油系统EH供油系统的主要功能是为执行机构提供所需的液压动力，同时保持液压油的正常理化特性。它由如下几部分组成：EH油箱油泵-电机组件控制块组件蓄能器磁性过滤器冷却系统抗燃油再生过滤系统压力开关、温度开关、EH油箱加热器等抗燃油EH供油系统EH供油系统的主要功能是为DEH系统DEH系统DEH组成DEH是汽轮机控制系统的核心，由控制柜(包含分散控制单元DPU、通讯模件、I/O模件、阀位控制模件、电源模件等)、人机接口（操作员站、工程师站）及网络系统等组成，完成对现场信号的采集，接受运行人员的指令，通过相应的控制回路运算、逻辑功能运算，将控制指令送到相关设备。DEH组成DEH是汽轮机控制系统的核心，控制机柜

控制机柜包括处理器，输入输出（I/O）模件，电源，阀位控制卡，接线端子等处理器：运算，处理I/O模件：将模拟量信号，开关量信号转换成数字信号。AI/AO、DI/DO、PI、TC、TRD阀位控制卡：将计算的阀位指令信号转换成电液转换器能接受的电流信号电源：提供处理器及模件所需要的电源控制机柜控制机柜包括处理器，输入输出（I工程师站：软件硬件组态，修改，维护操作员站：操作，监视网络：将系统联成一个整体工程师站：软件硬件组态，修改，维护就地设备变送器转速传感器压力变送器功率变送器阀位传感器液位传感器开关行程开关压力开关液位开关温度开关差压开关热电偶，热电阻就地设备变送器开关热电偶，热电阻电液控制系统原理电液控制系统原理控制系统总貌控制系统总貌DEH功能1、转速控制实现转速的大范围控制功能，从机组启动到3000r/min定速，到110%超速试验，在并网之前为转速PID回路控制，其目标转速及升速率可在DEH主控画面上设定。按机组当前热状态计算的应力，自动实现将汽机从盘车转速逐渐提升到额定转速，并在升速过程中自动维持暖机转速和迅速冲过临界转速。运行人员可以通过操作键盘设定目标转速和升速率。具有与发电机自动同期装置的接口，接受同期装置的升/降频率信号，自动调整机组的转速，使汽机转速与电网频率同步。DEH功能1、转速控制DEH功能2.负荷控制

机组并网后，自动增加功率给定，使发电机带上初负荷，避免出现逆功率。根据运行人员设定的升负荷率，或者根据应力计算确定的升负荷率，自动升至目标负荷。运行人员可以通过操作键盘设定目标负荷和升负荷率。运行人员可以根据电网的要求，设定机组参与一次调频或不参与一次调频，机组转速不等率和不调频死区值可以在运行中进行修改。

DEH具有阀位控制、功率控制、主汽压力控制三种方式，能适应机组不同运行工况的控制要求。DEH功能2.负荷控制DEH功能一次调频DEH系统设计有一次调频回路，其工作原理是：机组转速以3000r／min为目标值，频差以一定的函数对应为负荷指令叠加到目标值上。为防止反复调节引起目荡，应设置一定的频差控制死区。DEH功能一次调频阀位控制

功率开环调节，负荷指令为额定参数时对应的调门阀位，实发功率和蒸汽参数相关。功率控制功率闭环调节，实发功率和负荷指令相同。主汽压力控制

通过调门调节进汽量控制主蒸汽压力。阀位控制DEH功能3阀门管理

机组运行过程中可工作在“单阀”、“顺序阀”两种阀门开度方式。单阀运行方式：各阀门恢复开度一致，以保证受热均匀，减小受热部件变形。顺序阀运行方式：机组升降负荷时，应按阀门流量特性要求顺序开启关闭相应阀门，以减小截流损失，提高机组运行的稳定性和经济性。切换过程中，应尽量保持功率值无扰。DEH功能3阀门管理流量指令和阀门开度流量指令和阀门开度DEH功能4.协调控制方式

DEH留有与CCS的硬接线I/O接口或通讯接口，可以接受CCS主控器来的阀位给定信号，与协调控制系统配合完成机跟炉、炉跟机以及机炉协调控制等各种功能。通过CCS主控器还可以接受电网负荷调度信号，实现AGC控制。5.快速减负荷控制（RB）对应不同的辅机故障，DEH设有三档速率快卸负荷。当需要快卸负荷时，DEH接受CCS来的信号，按不同的速率将负荷减到对应值。DEH功能4.协调控制方式DEH功能6.负荷限制当机组运行工况或蒸汽参数出现异常时，为避免机组损坏，在DEH中设有各种情况下的负荷限制。功率反馈限制：当实测功率与功率定值相差过大时，自动切除功率反馈回路，变为开环控制方式，同时降低功率定值。主汽压力限制：当主汽压力降低到规定值时，主汽压力限制回路投入，减小阀门开度指令。这时，阀门不再接受负荷控制回路的指令。低真空限制：当凝汽器真空降低至规定值时，低真空限制回路投入，控制阀门减负荷，负荷控制回路退出工作。最高和最低负荷限制：限制值由人工给定，并可根据需要随时改变。DEH功能6.负荷限制DEH功能7.超速保护控制（OPC）在机组甩负荷时，为了改善电力系统的动态稳定性和防止汽轮发电机组超速，DEH接受三种快关调门的控制信号：电力系统故障导至发电机与电网瞬间解列，主油开关跳闸。DEH接收到信号后发出快关调门信号，使OPC电磁阀带电，迅速关闭高、中压调门。同时将伺服放大器的输入置0。在延迟一段短时间后，快关调门信号消失，DEH自动将高、中压调门开启，维持机组在同步转速下空转，以保证机组能迅速重新并网。当机组带上负荷后，若系统故障出现大幅甩负荷情况（发电机未脱网），这时汽机实发功率（或调节级后压力）与发电机负荷的差超过某一定值，DEH发出快关调门信号，通过OPC电磁阀迅速关闭高、中压调门。延迟一段短时间后，快关调门信号消失，调门恢复由DEH正常控制。汽机转速达到额定转速的103%时，DEH发出快关调门信号，通过OPC电磁阀迅速关闭高、中压调门，直至转速回复到额定转速的103%以下，快关调门信号消失，调门恢复DEH转速控制。DEH功能7.超速保护控制（OPC）DEH功能8.试验功能超速试验机组在定速后，通过CRT画面操作，提升转速，检查危急遮断器及电气超速保护的动作转速，并进行记录。在做机械超速试验时，电气超速保护的动作值自动由3300r/min变为3390r/min，作为后备超速保护

阀门活动试验通过CRT画面操作，可分别在线对每个主汽门进行部分行程活动试验，以防其卡涩。

阀门严密性试验通过CRT画面操作，可对主汽门进行严密性试验，并自动记录机组惰走时间。DEH功能8.试验功能OPC

超速保护OA

操作员自动ATC

汽轮机自动控制RSM

转子应力计算OPCOA(操作员自动）操作员自动方式是DEH调节系统最基本的运行方式，用这种方式可实现汽轮机转速和负荷的闭环控制，并具有各种保护功能。在该方式下，目标转速和目标负荷及其变化速率，均由操作员给定。OA(操作员自动）操作员自动方式是DEH调节系统最基本的运行ATC功能ATC（AutomaticTurbineControl）－汽轮机自动控制。ATC方式运行时，机组的启动和带负荷运行，全部由ATC控制程序向DEH主控制器提供给定控制值，并由DEH自动完成。升速率和升负荷率由高中压转子的应力计算程序确定。ATC控制程序由一个调度程序和相关的运算子程序组成，其任务是根据ATC监视和DEH系统提供的有关数据进行分析、计算，向DEH提供当前机组的转速或负荷的目标值及其变化速率，确定要采取的控制动作。ATC启动，将自动控制从盘车、升速、暖机、主汽阀至调节汽阀切换、同步并网和带初负荷的全过程。ATC运算子程序包括高中压转子的应力计算及控制，盘车状态监视，汽缸金属温度监视，汽缸疏水，轴承温度和油温监控，发电机监控等ATC功能ATC（AutomaticTurbineConATC控制的结构ATC控制的结构汽轮机运行方式DEH系统具有定压与滑压运行控制功能定压方式——蒸汽压力不变，DEH控制阀门来调节功率滑压方式——DEH控制调节汽阀保持在某一开度，由锅炉调节蒸汽压力，控制机组负荷。定－滑－定启动阶段，旁路控制主汽压力和再热器压力维持定值，在汽轮机并网后，进汽量逐步增加，旁路阀关闭。DEH维持调门在某一开度，锅炉逐步升压至额定压力。调门再开大至额定负荷。汽轮机运行方式DEH系统具有定压与滑压运行控制功能DEH性能转速控制范围10—3600rin/min控制精度±1rin/min功率控制范围：初负荷—110%额定负荷控制精度±1.5MW系统迟缓率≤0.067%转速不等率5%（3—6%可调）甩额定负荷转速超调量：≤7%DEH性能转速控制范围10—3600rin/minDEH逻辑DEH逻辑DEH操作画面DEH操作画面ETS系统ETS系统ETS作用

汽轮机的危急遮断系统（ETS），是保证汽轮发电机组正常运行的必不可少的安全保护装置。汽轮机运行中，当存在某种可能导致机组受损害的危险情况时，ETS装置发出停机信号到AST电磁阀，使电磁阀失电，泄去AST油压，迅速关闭主汽门和调门，使汽轮机紧急遮断，从而保护机组的安全。ETS作用汽轮机的危急遮断系统（ETS）主要监视参数汽机超速110%（OS）EH油压低（LP）润滑油压低（LBO）轴承振动冷凝器真空度低（LV）轴向位移RP锅炉保护（MFT）发电机保护由用户决定的遥控遮断信号（RM）主要监视参数汽机超速110%（OS）汽轮机停机框图汽轮机停机框图硬件构成采用DEH一体化硬件，独立的机柜，包括一对DPU,I/O模件，电源等采用PLC(MODICON/SIEMENS/GE等）

PLC组件是由两套独立的PLC组成，也可采用两套PLC双机热备，硬件构成采用DEH一体化硬件，独立的机柜，包括一对DPU,IETS工作原理ETS工作原理监测仪表（TSI)监测仪表（TSI)

TSI功能TSI系统能连续地监测汽轮机的各种重要参数，例如：可对转速、轴振等参数进行监测，帮助运行人员判明机器故障，当信号超过限值时，发出动作信号到ETS系统，使机器能在不正常工作引起的严重损坏前遮断汽轮发电机组，保护机组安全。

TSI功能TSI系统能连续地监测汽轮机的各监视项目转速零转速轴向位移轴振动（相对振动）轴承座振动（绝对振动）偏心键相位差胀缸胀监视项目转速超超临界机组简介超超临界机组简介EH液压系统特点不设机械超速，无隔膜阀不采用停机电磁阀和超速保护电磁阀，无安全油压和OPC油压，每只油动机设两只冗余的快关电磁阀LVDT采用内置式，直流反馈信号关闭弹簧采用碟性弹簧独立的压力油、