1000MW汽轮机控制保护系统(介绍)

1000MW超超临界汽轮机组控制保护系统,上海电气上海汽轮机有限公司,汽轮机控制保护系统,EH系统汽轮机控制系统(DEH)保护系统（ETS）监测仪表（TSI）,EH油站,冗余的EH油泵冗余的过滤器再生装置（分子筛+离子交换器）蓄能器（5-50L）电子设备（液位开关、压差开关等）在线循环系统(循环泵、冷油器、滤油器）（各两只）冷油器采用空气冷却器,EH供油系统原理,原理图,调节汽阀/再热调节汽阀油动机,主汽门/再热主汽门油动机,方向阀,快关电磁阀,压力油,回油,油缸,过滤器,快关弹簧,阀门,EH油动机,主汽门,调门,油动机,EH油管路,EH液压系统特点,油箱集成式，冗余的循环泵和冷却泵冷油器采用空冷不设机械超速，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,EH系统油冲洗,油冲洗示意图油冲洗工具油动机侧压力油管和回油管通过截止阀相连全压，通过蓄能器冲洗一次冲洗一根管道,系统图（PID),本体系统图润滑油、轴承、疏水、轴封等测点清单KKS号,汽轮机控制系统,蒸汽阀门控制应力计算及温度准则（X准则）汽轮机自启动汽轮机辅助系统控制,转速/负荷控制器启动限制控制器(TAB)自动阀门试验(ATT)压力控制器高排温度控制器,蒸汽阀门控制(MYA01),DEH控制简图,DEH主控制画面,DEH的功能,转速控制负荷控制应力监视（TSE升速率监视功能同步功能变负荷功能甩负荷控制频率单元,主汽压力控制压力限制方式初压控制方式阀位控制阀位控制阀位限制高排温度控制高排压比控制高排压力控制,转速/负荷控制器,负荷控制器,采用允许的负荷率升负荷。最大的升降负荷率根据锅炉能力，同时还受应力（TSE）限制。在锅炉故障时或负荷指令变化太快，则由应力限制器对汽轮机控制阀进行节流。该负荷控制器的功能为：从负荷控制主汽压力限制方式转为初压力控制方式。在甩负荷时防止机组超速。在带负荷运行时通过频率/负荷静特性支持电网频率。根据电网要求以动态及稳定的方式使汽轮发电机在负荷岛（与电网分开）并列运行。,转速/负荷控制器功能,改变负荷功能负荷可以由运行人员手动设定，或由外部系统（协调控制器或负荷分配器）自动设定，在上述情况中，如果需要，设定值受TSE限制，为了改善动态稳定性，负荷设定值的比例系数可调，并对负荷控制器直接进行控制。从负荷控制切换到转速控制在带负荷运行时转速设定值自动切到正常转速，因而当甩负荷时可精确地控制在此转速。当机组脱网时，负荷设定值切除并自动转到转速控制。当机组带负荷时，也可以从负荷控制切除为转速控制，此切换为无扰的。,压力控制器,压力控制器以下列两种方式起作用。压力限制方式压力限制方式时，负荷控制仍起作用，压力控制器仅是作为限制器，在主蒸汽压力降低时支持锅炉压力控制，如果主蒸汽压力低于某个可调限制值，如低于正常压力10bar，汽机调节阀将节流以防止主蒸汽压力进一步降低，在此方式压力会很快恢复。初压控制方式当从压力限制方式切到初始压力方式，转速/负荷控制器切换到压力控制器，此时负荷保持不变，在初始压力方式，HP压力由调节阀控制维持在某个设定值，即锅炉负荷的变化使汽机调节阀位变化。,阀位控制器,。,每个调节阀有一个比例控制器，为了改善控制特性，阀位控制器接受主控制器信号，每个控制阀有一个阀门特性校准，此校准将进汽流量要求信号（来自主控制器）转化为阀位指令信号，油动机上测得的阀位信号作为反馈送入阀位控制器，阀位控制器控制调节阀的阀位。如果实际阀位信号失效，则相应的控制阀缓慢关闭。阀位限止阀位设定值限止作用于每个阀位控制器，这样对每个阀门设定值进行限制，此作用可在控制室进行手动设定，也可由自动阀门试验(ATT)发出进行阀门试验,确保汽轮机阀门开启/关闭的正确指令复置及遮断汽轮机遮断系统复置及遮断停机电磁阀模拟阀位信号闭锁信号自动或手动调节汽轮机安全停机,汽轮机启动装置（TAB)的功能,汽轮机启动装置（TAB)的功能,启动装置提供一个模拟量信号去一个低选逻辑。在起动前，当遮断信号释放时，启动装置将阀位信号置零，保证调节阀可靠关闭。在起动时起动装置的信号开始升高，使转速控制器进行转速控制，当汽机达到正常速度，并且发电机已同步，起动装置设定在100%位置，这样主控制器信号不再受限制。,启动限制控制器(TAB),确认设备的可靠性在运行期间选择单个阀门故障退出试验试验检查活动情况安全功能试验最大关闭时间提供操作员启动及监视,自动阀门试验(ATT)的功能,自动阀门试验,ATT操作画面,应力监视,温度应力监视启动阶段允许的温差,保温层,热电偶,缸壁,热电偶,测量点,应力计算,汽缸,转子,TSE温度裕度画面,TSE作用,计算及监视汽机热应力，通过温差来决定相应部件的热应力，将此温差与允许温差比较来计算允许的温升率，这样，可以在透平材料应力与最大的运行灵活性进行最优化控制，所有测量的温度及计算的温度余度均进行指示及记录。进行下列部件的监视:HP主汽门阀壳，HP调节门阀壳，HP汽缸，HP转子，IP转子在启动及带负荷时防止汽机超过热应力运行，TSE根据所测的温差计算余量，然后作用于控制设定值，在起动时为转速设定值，在带负荷时为负荷设定值。TSE可在控制室进行投入或切除。,X准则,可变的温度准则（X准则）描述了在应力限制内，允许汽轮机在最佳时间内启动所需要的蒸汽工况.可变温度准则详细说明了所需要的允许下面的动作实现的蒸汽条件。开启高压主汽门，加热主蒸汽管道和阀体开启调门，汽轮发电机带蒸汽冲转汽轮发电机组加速到额定转速汽轮发电机带负荷可变温度准则按照功能可以分为三个不同的部分：最小的蒸汽温度限制以避免加热组件时的不适当冷却最小的汽缸温度限制以避免在给定的蒸汽温度下出现不适当的瞬时的热载荷在汽轮机带蒸汽冲转前设置过热度,X准则,X1-主蒸汽管道的暖管,开启主汽门X2-主蒸汽管路的暖管,开启高调门X4-汽机暖机,开启主汽门X5-开启高调门X6-开启中调门X7-升速到额定转速X8-带负荷,X准则,汽轮机组自启动,汽轮机主控程序在汽轮机启动冲转及带负荷工程中，监视汽轮机的状态，如蒸汽温度、阀门及汽缸的金属温度，并判断是否满足机组启动冲转的条件（X准则）。在启动过程中在适当的时机向汽轮机辅助系统及其它相关系统发出指令并从这些系统接受反馈信号，使这些系统的状态与汽轮机启动的要求适应。,汽轮机启动,高中压联合启动高压缸先进汽，中调门在16%流量时开启根据高排温度调节高中压调门的开度，调整高中压缸流量比,启动步骤,启动准备预暖进汽阀门升速在暖机转速预暖升速到额定转速在额定转速暖机同步,启动前的准备,锅炉点火。到再热器的高旁打开，维持高旁压力，以保证足够的主蒸汽进入再热器。到凝汽器的低旁打开，控制低旁压力在最低的允许值。机组盘车投入，自动启动程序处于初始状态。启动程序打开疏水阀，等待蒸汽管暖管及蒸汽参数满足要求。在打开主汽门前，汽轮机启动程序检查：HP和IP上下外缸温差在限制值之内。所有辅助系统（润滑油、顶轴油、真空、汽封系统等）运行正常。,冲转前的检查,启动程序在打开控制阀前做如下检查：主蒸汽/再热蒸汽温度和压力必须在限制值以内。主蒸汽/再热蒸汽有足够的过热度。主蒸汽温度在限制区之内，以防止高压转子骤冷。再热蒸汽温度在限制区之内，以防止中压转子骤冷。锅炉负荷稳定，旁路在压力控制方式。,冲转暖机,启动程序控制机组升速到暖机转速（典型400RPM左右）。高压缸排汽通过高排逆止阀去冷再热器。暖高中压转子控制器自动调整通过高压缸和中压缸的蒸汽流量，以避免高压和中低压汽轮机过热。在暖机期间，通过调节主蒸汽控制高压排汽温度(允许最大的高排温度为500C),升速到额定转速,当下列条件满足后，控制器将停止暖机，升速到额定转速：高中压转子预暖完成，保证在升速期间转子不会超过应力。凝汽器压力在限制值内。手动信号由运行人员给定。初始升速率是600RPM/minute。升速率由应力评估器确定。在额定转速，控制阀预暖管关闭。,在额定转速暖机,启动程序保持机组转速在额定转速，进行暖机，直到满足要求，以防机组在带负荷期间超过应力。调节主蒸汽控制高压排汽温度不超过500C。通过高中压调门，控制器自动调节蒸汽流量，以避免汽轮机鼓风发热。旁路阀在压力控制方式,同期带负荷,一旦汽轮机满足了预热要求，机组自动同期控制器将快速增加负荷到负荷设定值（达到5%额定负荷）。最大升负荷率为10%/min。汽轮机应力评估器将根据自由温度界限限制升负荷率。当自由温度界限为零时，停止升负荷。推荐蒸汽温度给运行人员或协调控制当达到锅炉负荷，汽轮机可通过全部蒸汽流量，高低旁路关闭。高压汽轮机在压力控制方式，设定值由运行人员给定。当旁路站全关后，启动程序将汽轮机控制器切回到压力控制方式。在滑压运行方式，升高锅炉负荷到设定值。,汽轮机辅助系统控制(选项）,润滑油系统控制控制油系统控制汽机本体疏水系统控制轴封系统控制抽汽逆止门控制盘车控制低压缸喷水控制,DEH特点,全程自启动，不采用手动控制高中压联合启动，根据高排温度调节中压缸进汽量，适合不同的旁路容量调门启动、全周进汽，滑压运行闭环运行，无阀位控制运行方式补汽阀调频汽轮机辅助系统控制纳入DEH,有利于整套机组的安全运行,润滑油系统控制画面,DEH控制逻辑图,DEH配置(西门子T3000),系统通信工业以太网通信协议，用于AS417H控制器、工程师站、操作员站总线间的通讯，速度可达100M。PROFIBUS-DP通信协议用于AS417H控制器与ET200M以及FM458与ADDFEM接口间的通讯,速度可达12M。控制器两对冗余的处理器417H和FM458,实现双控制器冗余切换，切换时间为毫秒级。I/O模件I/O采用汽轮机控制专用的ADDFEM模件和通用的ET200M模件ADDFEM的模拟量输出信号可直接驱动伺服阀；完善的自诊断功能、传感器断线监测功能、在线插拔功能,DEH系统硬件配置,DEH系统硬件配置,工程师站设计、组态、调试操作员站人机接口服务器数据管理ft-server容错服务器，基于WINDOWS系统,冗余417H，FM458和ADDFEM,冗余的自动化系统ProfibusDP(12Mbit/s)ADDFEM(DEH控制专用的输入输出模块)ET200M(SIEMENS标准输入/输出模块),FM458超高速处理器,功能强大的FM458处理器用于高速的汽轮机控制高性能闭环控制和运算处理高速响应能力用于转速控制和紧急遮断高分辨率用于位置控制128MHz,64bitRISC浮点处理器最小循环周期0.1ms,一般为0.5ms.,性能卓越的ADDFEM,DEH专用控制接口模块ADDFEM12通道数字量输入8通道模拟量输出12通道模拟量输入3通道脉冲量输入16通道数字量输入冗余的ProfibusDP接口,支持12M/S通信速率完善的自诊断功能,保护系统（ETS）,汽轮机超速保护(OPS)：机组不设机械危急遮断器，采用电子超速装置。当机组转速超过设定值时，发出停机信号。电子保护系统(EPS)：采集所有需要停机的模拟量的值，当这些值超过设定值时，发出停机信号。汽轮机遮断系统(TTS)：接受所有的停机信号，使停机电磁阀动作，遮断机组。,BRAUN三通道转速监视器,三个测量通道当3个测量通道的测量结果不同时，报警信号的发出由3个通道中的2个通道同时确定。系统不断检查传感器输入回路，不同通道的传感器输出信号被同时监测，并对各通道进行合理的控制。任何一个故障都发出报警信号。一个独立的数字信号发生器，用以模拟转速变化，对系统进行全面的调试实验，可实现手动操作或自动模拟。,超速保护构成,电子保护系统(EPS),汽轮机电子保护系统接受传感器、热电偶等重要的保护信号。当这些信号超过预设的报警值时，发出报警。当参数继续变化超过遮断值时，发出遮断信号，通过TTS系统动作停机电磁阀，遮断机组。标准的保护包括三取二组态（除振动信号采用二取二）。汽轮机保护条件通过模拟量测量，信号不间断的进行监视和比较。通过数字化自动系统执行信号处理。采用这种设计，可以精确完成所有汽轮机组保护回路而不需要进行额外的试验。,汽轮机遮断系统(TTS),汽轮机遮断系统(TTS)是一个连接EPS/OPS系统和遮断电磁阀的二通道系统。所有的汽轮机遮断指令，OPS、EPS、发电机保护、遮断按钮等产生停机信号，都通过TTS系统动作遮断电磁阀。停机信号和电磁阀控制信号采用故障安全型卡件，双通道输入输出。,主要停机信号,超速保护三取二(数字量)轴向位移大三取二(模拟量)排汽压力大三取二(模拟量)排汽温度高三取二(模拟量)润滑油压低三取二(模拟量)油箱油位低三取二(模拟量)轴承温度高三取二(模拟量)轴承振动大二取二(模拟量)就地手动停机按钮(数字量)控制室手动停机按钮(数字量)其它汽轮机保护指令(数字量)其它保护信号(数字量),ETS技术特点,超速保护系统(OPS)是带有自动在线试验的特殊电子系统，提供6只独立的转速探头和通道。取消机械超速装置，系统结构简单，经济。每个(EPS)回路提供三个热电偶或传感器，并采用不同的冗余I/O通道。汽轮机保护条件通过模拟量测量，信号不间断的进行监视和比较，出现故障立即发出报警。传感器、电缆、电源和仪表系统故障具有自诊断和指示。,监测仪表（TSI）,采用瑞士VIBROMETER公司VM600产品,卡件组态可以在线进行输入输出非常灵活通讯可以经过串口或以太网连接可以加装CMC16状态监测模块和VM600的状态监测软件CMS，组成一套集监测保护和状态/运行监测为一体的系统,一个框架可以监测多达48个通道（机器保护）一种