西门子SAMA图DEH逻辑讲解

1.汽轮机调节器汽轮机调节器是DEH的核心部分.它通过控制一个或多个高、中压调门的开度来调整进入汽轮机的蒸汽量,达到调节汽轮机转速、负荷或主汽门前压力的目的.除此以外,SIEMENS DEH调节器还具有限制高压叶片压力、高排温度等保护汽轮机的调节功能,并在电网频率出现偏离时能及时增、减机组出力来调整电网频率；机组出现负荷大扰动甚至发生甩负荷后仍能带厂用电或维持汽轮机定速运行.SIEMENS DEH调节系统采用积木块设计,包括以下几个部分： 速度/负荷控制 主蒸汽压力控制 高压缸排汽温度控制 高压缸叶片前基本压力的极限压力控制 设定值的形成 阀位控制转速/负荷调节器、压力调节器和启动装置限制器TAB的三路输出信号通过中央小选模块,形成有效的允许设定值去作用高、中压调门.为了汽轮机的安全和控制品质的优化,高、中压调门允许进汽设定值还要进行三次不同的处理和修正,才形成最终的调门开度指令：1）高压叶片压力限制调节器和高排温度限制调节器根据功能的不同,分别通过“小选”和“减法”对高、中压调门的允许进汽设定值进行处理；2）允许进汽设定值进行调门特性曲线的线性化修正处理；3）由阀位限制设定值进行限制.为了实现上述调节功能,汽轮机调节器DTC与汽轮机开环系统的汽轮机自启动程控SGC ST、汽轮机保护系统ETS、机组协调控制BLE、热应力评估TSE、阀门自动试验ATT以及液压控制回路EHA等系统或模块存在信息和信号的交互与传输.1.1 转速控制汽轮机转速调节系统主要包括实际转速测量和处理功能页NT、转速设定值功能页NS以及转速/负荷调节功能页NPR三大部分,其作用是根据汽轮机自启动程控SGC ST设定的目标转速,完成汽轮机从启动到低速暖机、升至额定转速暖机到同期并网的转速控制.在这过程中,为了限制汽轮机的热应力,机组转速的升降速率取决于热应力评估TSE模块,运行人员无法手动干预.另外,根据工频一致原理,机组并网期间也可通过转速控制达到负荷控制的目的.1.1.1 转速的测量和处理NT汽轮机的大轴上有一个齿轮盘,齿轮盘的凹槽是一个固定数,60齿.齿轮盘随汽轮机高速旋转,每个凹槽转过传感器时都会使传感器的感应电压发生变化,传感器输出信号的频率也因此与汽机转速成线性关系.通过这个频率和齿轮数就可以方便的计算出汽轮机转速.汽轮机共有六个转速传感器,每三个一组,分成两组.第一组的转速测量值通过布置在核心柜左侧BRAUN超速保护装置的3个转速卡在内部做超速保护判断,同时经转速卡转换后每个信号均并接输出至前两块ADDFEM卡件相应PI通道, 选择每路转速信号的高值经测量转换后,读入高速处理器FM458的转速测量和处理功能页中,即转速信号输入ADDFEM时做了信号通道的冗余处理.信号进入NT功能页后首先进行高频滤波处理,再由一个三选一功能块按通道1、2、3的优先顺序选取一个正常通道的信号作为汽轮机的实际转速值（NT）.该三选一功能块还会对三个通道进行监视,与中间转速偏差大于3rpm延时3S后会给出通道故障报警（STNT1/2/3）,且该故障转速将由NT值替代,故障转速恢复后,仍遵循固有的转速优先级顺序选取实际转速值.第二组的转速测量值通过布置在核心柜右侧BRAUN超速保护装置的3个转速卡在内部做超速保护判断,不做转速调节用.实际转速值NT提供给以下功能页和自动处理单元：OM画面显示汽轮机开环控制系统DTS汽轮机保护系统DTSZ汽轮机应力计算程序WTG电液油动机控制装置EHAS转速/负荷调节器NPR转速设定值功能页NS甩负荷识别功能页LAW由于大型汽轮发电机组都是挠性转子,轴系的工作转速大于转子的固有频率.当机组的转动频率和转子的固有频率一致时,机组会因共振引起振动加剧,从而影响机组安全,所以一般在机组启动过程中都要求以较快的转速通过临界转速,这就是所谓的过临界.转速测量和处理NT功能页提供了对临界转速的监视,根据该型汽轮机的特点,其临界转速分为两个区域,临界转速区域的开始限值GSPA和结束限值GSPE分别是：660r/min840r/min和1020r/min2850r/min.功能页再对实际转速信号进行微分处理,可以获取转速的变化率,即平常所说的升、降速率.一般要求过临界的转速不少于100r/min2.在汽机启动过程中（非汽机跳闸后的惰走过程）,当转速落在临界转速区域内时机组的升速率低于100r/min2,DEH将退出启动,发出升速率过小NTGRKL的报警,OM上的ACCLmin指示灯亮.DEH对机组启动过程中的热应力控制十分严格,从冲转条件到暖机程度的判断,从升速率的计算到变负荷速率的限制,热应力评估器TSE都发挥重要作用.因此机组在临界转速区域内发生TSE故障,发出WTS信号时,DEH也将退出启动.DEH退出启动时,会给转速设定功能页NS发出退出启动信号ANFABR.此时转速设定值当前实际转速60r,从而确保调门可靠关闭直至退出临界转速区域后,由运行人员在OM上复置“转速设定值复位子环”后,发出SWFQ信号,DEH才会将退出启动信号ANFABR复位,并允许DEH再次设高目标转速冲转.实际投运过程中,该步将在汽机顺控第21步实现,无需操作员人为干预.为模拟电网频率扰动,在转速测量和处理功能页中附加了一个频率变化仿真模块STFCH.当模拟电网频率扰动的命令开始,仿真模块在一定的范围内根据实际需要的变化率、幅值和持续时间给出一个模拟的频率变化量,并加到转速的实际值中.由于电网频率始终是处于一个小幅波动的过程中,实际做一次调频试验时不推荐使用该功能块,而是在延时转速设定值与实际转速偏差PSF40后另加一切换回路,切换网频偏差至人为给定数值.1.1.2 转速设定值NS转速设定值的形成分为两大部分.第一部分是目标转速设定.目标转速NS是不同工况下汽轮机需要达到的转速设定值.将目标转速NS经过速率限制后生成的转速指令成为延时转速设定值NSV.其中延时转速设定值是有效的转速设定值,它用于转速调节器NPR进行转速控制.NS和NSV都在OM上显示.目标转速NS形成回路由设定值调整和存贮器功能块SWS6F以及相应的控制逻辑回路构成.功能块SWS6F在不同的设置指令S作用下存储相应的设定值SV并输出,直至另一个指令发出.设置指令的优先级是按自下而上排序.八种不同工况下的目标转速设定值见表一.表一:序号工况转速设定值说明1超速试验投入PSSE(取消)3400超速试验时将转速设定值上限也放大2过临界时升速率小或TSE故障,退出启动ANFABR;TAB小于50TABGNF;汽轮机跳闸SS;NT60在转速跟踪方式NSNF下,设定值永远小于实际值,NPR的输出为负,保证调门可靠关闭.3临界区域外TSE故障;同期并网时的转速调整;NSV跟踪延时转速设定值4超速试验结束RSSE;机组并网后,实际功率PEL大于最小功率PMIN延时1min;甩负荷;30005升至同步转速指令NSYNC3009指令由汽轮机自启动程控STEP25发出.目标转速略高于额定转速,保证发电机正向并网6升至暖机转速指令NSWART360汽轮机自启动程控STEP217DEH控制负荷时,NPR调节器在负荷控制LBPR与转速控制LBNP间切换产生设置指令SBSVNS根据功频一致原理计算出SVNS,目的在于保证切换时无扰8排除上述工况,可手动设定目标转速由运行人员在OM设定目标转速注：1、优先级自上而下逐渐降低；2、TSE故障后,汽轮机的启动失去了应力监视,因此启动需要中断或退出；3、同步并网期间,由于电网频率是随机变动的,因此转速设定值在NSOG和NSUG间切换,延时转速设定值NSV则按一定速率在两个定值之间变动.4、正常运行时,SVNS3000r/min,切至转速控制方式瞬间SVNSNTPELK.其中KSTATNR*NNOM/PNOM=0.15;STATNR:汽机转速不等率5;NNOM汽机额定转速3000r;PNOM:汽机额定功率1000MW.5、在机组启动过程中（未并网）,如果延时转速设定值NSV与实际转速偏差大于30r,OM会发出DEV TOO HIGH和STOP警告,停止延时转速设定值NSV的变化,直至实际转速上升至偏差大信号消失, 延时转速设定值NSV再根据目标转速按照一定的速率变动.根据不同工况生成的目标转速设定值NS经过电气侧同步转速升/降后送至一个设定值调节器SWF0F.设定值调节器SWF0F会对输入的设定值按一定的速率限制后再输出形成所谓的延时转速设定值NSV,并将它送至转速/负荷调节器NPR功能页、甩负荷判别LAW功能页以及OM上显示.延时转速设定值是真正用于转速调节的有效设定值.设定值调节器SWF0F有三种工作方式：1）正常限速随动方式.在此方式下,SWF0F的输出值根据设好的速率逐渐增加或减少至输入值,SWF0F会监视输入/输出值之间的偏差,最终动态偏差为0.设定值变化的速率取决于不同的工况：A、正常情况下的升、降速率是由温度裕度子模块WTF计算出来的,升速率OFBN和降速率UFBN通过大小选模块控制在600r/min2以内. B、同期并网时,需要缓慢的调节转速以便同期装置能及时捕捉到同期点,因此此时的变速率预置值180r/min2.C、超速试验时,升速率为预置值600r/min2.2）SWF0F快速跟踪方式.在该方式下,SWF0F不再对输入值进行限速,输入值直通成为输出值.在以下工况下,SWF0F处于快速跟踪方式：A、转速跟踪方式NSNFB、在长甩负荷LAW发生5S脉冲内且发电机出口开关和500KV开关在后延时3S内C、设置指令SBD、机组带负荷运行,NPR处于转速控制方式发生甩负荷LALBNR 其中转速跟踪方式NSNF是保证汽轮机安全运行的重要手段,在机组启动过临界时发现升速率太小或TSE故障,或TAB-15,报警,关高调门切高压缸,开高排通风阀；-10,警告；0,ETS动作,汽轮机跳闸.高压缸切除后,只有机组负荷大于100MW且高压叶片温度小于515两个条件都满足,自动投入SGC OPEN HPTURB的程控,恢复高压缸进汽运行.图1-9 高压转子温度与高压叶片温度的限制曲线1.5.2 高压叶片压力限制调节器HBDR机组带旁路启动时,在冲转初期随着高调门打开,蒸汽进入汽机与高压转子接触.初期由于蒸汽温度高于汽机金属部件温度,因此蒸汽遇冷凝结会产生强烈的热交换.而饱和蒸汽温度取决于蒸汽压力.因此当高压缸排汽压力比较高时,其相应的饱和蒸汽温度也高就会导致受监视的部件中产生不允许的温度梯度（温差）.为此需要对高压叶片压力进行限制,限制汽机启动初期（冲转、暖机前）的高调门阀位.高压叶片压力限制调节器也是PI结构,它是高压汽缸部件平均温度和许用温差的函数,随着温度的升高,它的介入逐渐减少.高压叶片压力限制调节器工作时,将对高调门的指令进行限制,汽机升速所需的动力只能依靠中调门的开启获得.而高压蒸汽被高调门节流,高压叶片就不会因鼓风作用而遭受过度的温度提升.该调节器在汽机自启动顺控第三步投入,在汽机转速超过402r/min时退出.退出后,调节器的输出值始终是110,不会对高调门进行限制.1.6 汽轮机调门的控制与管理DEH要实现转速、负荷或压力的控制,最终都是通过调整调门的开度来实现的.因此汽轮机调门的控制和管理,尤其是调门开度指令的形成是DEH调节器的另一个关键所在.1.6.1设定值的形成OSB所谓设定值的形成,是指调门开度指令的形成.它将来自转速/负荷调节器的输出YNPR、压力调节器的输出YFDPR以及启动装置TAB经函数转换的输出这三个输出指令进行小选,作为调门开度指令去控制调门.将各调节器的输出指令进行小选的目的是为了保证安全,这样即使某个调节器失灵也能确保高、中压调门不会不可控的开大.输出指令最小的控制器被小选模块选种后,DEH认为该调节器处于有效状态,并在OM上显示相关信息（调节器有效的指示灯亮）.OSB输出的指令YR与高压叶片压力限制调节器的输出取小后成为高压调门的设定值.YR减去高排温度限制调节器的输出YHATR后成为中压调门的设定值.各调门的设定值再经过调门通流特性的线性化处理后形成调门的开度指令.图1-10 调门通流特性如图1-10所示,调门开度与其蒸汽通流能力是非线性的：在低开度阶段,通流能力的变化梯度较大；而调门接近全开时,开度变化对蒸汽通流的影响较小.如果不对调门的通流特性进行线性化处理,那么在不同的开度下,每单位开度的指令发出后,所引起的蒸汽流量变化都是不同的,这不利于调节系统的控制.为此,需将调门通流特性进行线性化处理,即对调门的开度指令进行处理.调门小开度时,指令的修正系数较小,反之修正系数较大.通过修正,使每个单位的指令与调门通流能力的变化存在一定的线性关系,有利于调节系统的控制.图1-11 调门通流特性线性化处理的修正系数曲线调门指令生成后还要与调门的阀位限制进行取小后才形成最终的调门的开度指令.阀位限值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：序号工况阀位限制值1ATT来的高调门快开指令BFD1SA1052ATT来的高调门正常开指令BFD1SA1053高调门故障STFD或高调门关闭指令BFD1ZU04ATT试验指令PRFD1有效且高调门关指令FD1Z有效05汽轮机自启动程控投入时OM上手动105注：优先级从上而下逐渐降低1.6.2 高调门阀位控调节器FDR 高调门的阀位调节器是P型结构,它根据DEH给出的调门开度指令来控制调门开度,从而确保进入汽轮机的蒸汽能满足用户的各种要求如转速、负荷控制以及主汽压力的调整等.为了提高调门的可靠性和安全性,在阀位调节器中采取了多种手段：第一是把调节器的输出处理成两个独立的指令分别送到伺服阀的两个操作线圈,同时对两个指令的通道进行监视.二是,由于某种原因导致阀位指令消失或失电后,为防止调门失控,因此在调门的液压控回路设置了一个偏置信号会使调门一直朝关闭的方向动作.在正常