汽轮机调节保安系统系统(1)

1、汽轮机调节保安系统汽轮机调节保安系统 制作：王亚天制作：王亚天 2013年年7月月 一、汽轮机调节系统的任务。 二、调速系统的基本原理。 三、本厂汽轮机调速系统。 四、抽汽压力控制。 五、ETS保护系统工作原理。汽轮机调节系统的任务汽轮机调节系统的任务 汽轮机是发电厂的原动机,驱动发电机旋转产生电能,向电力系统输送符合数量和品质要求的电力。电能不能大量储存，发电机发出的电力必须随时满足用户要求，即数量、质量要同时满足用户要求。（1）数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电负荷根据用户要求来调整，以满足用户要求。（2）供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中发电机的端电压主要决定于无功功率

2、,而无功功率又决定于发电机的励磁,由发电机的励磁系统调节。电网频率主要决定于有功功率,即决定于原动机的驱动功率,它直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率高，转速低则频率低。什么是调速系统 在外界负荷变化时,机组的转速将发生较大的变化,进而引起电力系统的频率大幅度波动,不能满足优良供电品质的要求,为此,在汽轮机上必须设置调节系统,以保证汽轮发电机组根据用户要求，供给所需电力，并保证电网频率稳定在一定范围之内。 这样,在电力系统负荷增大,频率下降时,汽轮机的调节系统能根据转速偏差的大小改变调节汽阀的开度,调节汽轮机的进汽流量,改变发电机的有功功率输出,由于是以机组转速为调节对象,故也称之为调速系统。

3、 汽轮机是高温、高压、高速旋转机械，转子的惯性相对于汽轮机的驱动力矩很小。机组运行中一旦从电力系统中解列甩去全部负荷，汽轮机巨大的驱动力矩作用在转子上，使转速快速飞升，转子、叶轮、叶片等承受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比，转速增加，离心力将迅速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏。如不及时可靠的切除汽轮机的蒸汽供给，就会使转速超过安全许可的极限转速，造成毁机的恶性事故。此外在机组运行中还存在真空低、润滑油压低、电厂自身安全的需要电厂自身安全的需要 振动大、差胀大等危及机组安全的故障，因此除要求调节系统快速响应和动作外,还需设置保护系统.在危急工况下,保护系统快速动作,使主汽门和

4、调速汽门快速关闭,切断汽轮机的进汽,保证机组快速停机。调速系统应符合的条件汽轮机调速系统性能应符合下述要求：1、当汽温、汽压、真空正常和自动主气门完全开启时调速系统应能维持汽轮机的空负荷运行。2、当汽轮机瞬间自额定负荷甩至零时，调节系统应能维持汽轮机空转转速不超过危急保安器的动作转速。3、调速系统带负荷应稳定，控制负荷波动应小0.6MW。4、危急保安器动作后，应保证自动主汽门、调速汽门及抽汽逆止门应迅速关闭并关闭严密。5、调节系统速度变动率应满足要求（一般在4%6%），迟缓率越小越好，一般应在0.5%以下。调速系统的基本原理调速系统的基本原理简单的汽轮机调速系统示意图 当外界负荷N减少，机组转

5、速n升高，离心式调速器的飞锤因离心力增大而向外扩张，带动滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油Po通过滑阀油口进入油动机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小,与外界负荷建立起新的平衡。同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。 当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而动作方向相反。 图中所示的由调节器直接控制调节汽阀开度的系统没有实际意义，因为在调节汽阀阀体上作用有很大的蒸汽力，调速器的驱动力很难开启调节汽阀并保持其开度,在实际中主要采用液压

6、执行机构。 当外界负荷减小，引起机组转速上升时，调速器滑环A向上移动，B点带动错油门滑阀上移，滑阀凸肩偏离遮断油口的居中位置，上凸肩开启油动机活塞上腔室的进油油口，来自油泵的压力油经该油口进入油动机活塞的上腔室，上腔室中液压油的压力升高，同时错油门滑阀下凸肩接通油动机活塞下腔室的回油口，下腔室中液压油压力下降，在活塞上、下两侧油压差的作用下，推动油动机活塞向下移动，关小调节汽阀的开度，减少汽轮机的进汽量。 油动机活塞下移，带动杠杆绕A点旋转，使错油门滑阀下移，对应油动机活塞上、下腔室油口的开度变小， 降低了油动机活塞的运动速度，随着油动机活塞的下移，错油门的油口进一步减小，直到回复到油口被完全

7、遮断的居中位置，调节过程结束。 油动机活塞的运动由错油门滑阀偏离居中位置引起的，而油动机活塞运动通过杠杆反作用于错油门滑阀，减小错油门滑阀的偏移量，这种作用称为反馈。 错油门、油动机、杠杆组成一个以调速器滑阀位移为输入量，具有负反馈的闭环调节回路，油动机活塞在任意稳定状态下，错油门滑阀总是处于中间遮断位置，将此具有负反馈的闭环调节系统称为液压伺服执行机构。 汽轮机调速系统由转速感受机构、传动放大机构、配汽机构和反馈机构四部分构成。其中转速感受机构是将转子的转速信号转变为一次控制信号；传动放大机构则对一次控制信号作功率放大，并按调节目的作控制运算，产生油动机的控制信号；配汽机构是将油动机的行程转

8、变为各调节汽门的开度，通过配汽机构的非线性传递特性，汽轮机的进汽量与油动机行程间校正到近似线性关系。汽轮机调节系统原理性框图 根据转速感受和中间传动放大器的结构不同,汽轮机调节系统可分为机械液压调节、数字电液调节两种形式。 机械液压调节系统正逐步从汽轮机控制领域退出，故此处不作介绍。 电液调节系统的检测，运算采用电子元件，驱动调节汽阀为液压伺服执行机构，电子与液压控制的接口部件为电液转换器，或称电液伺服阀，汽轮机的转速和功率由传感器或变送器转变为电信号，经电子线路放大、运算，产生液压伺服机构的控制信号，输到PID调节回路，然后经功率放大作用于电液转换器，产生控制油动机行程的液压信号。汽轮机的数

9、字电液调节系统已广泛应用于发电厂汽轮机中。我厂汽轮机的调速系统我厂汽轮机的调速系统 DEH-NTK汽轮机数字电液控制系统，由数字控制部分和EH液压执行机构组成。能实现升速（手动或自动），配合电气并网，电负荷控制，抽汽热负荷控制，并与DCS通讯，控制参数在线调整和超速保护功能等。 液压部分由伺服执行机构、保安系统及供油系统组成。电液调节系统各执行机构均由电液转换器及油动机组成，完成控制器的指令控制相应阀门开度；保安系统完成手动停机、机械超速及接受ETS保护电磁阀停机；供油系统包括低压主油泵供油系统及伺服阀专用供油系统。低压供油系统提供润滑、保安部套及油动机动作的供油；伺服阀专用供油系统向伺服阀供

10、油。 数字控制系统包括数据采集（DAS）、数字电液调节系统（DEH）、汽机跳闸保护系统（ETS）和汽轮机安全监测系统（TSI）。DEHDEH基本工作原理基本工作原理 DEH控制系统的主要目的是控制汽轮发电机组的转速和功率，从而满足电厂供电的要求。对于供热机组DEH控制系统还将控制供热压力或流量。 DEH系统设有转速控制回路、电功率控制回路、抽汽压力控制回路、主汽压控制回路、超速保护回路等基本控制回路以及同期、调频限制、解耦运算、信号选择、判断等逻辑回路。 DEH系统通过三台SVA9电液转换器分别控制高、中、低压阀门，从而达到控制机组转速、功率及抽汽压力的目的。电液转换器和油动机电液转换器和油动

11、机 伺服执行机构主要包括电液驱动器，油动机。 电液伺服阀为动圈式双极型位置输出（积分型），作为油动机的先导机构拖动错油门控制油动机活塞动作。油动机错油门与电液伺服阀通过杠杆机械半刚性连接。同时原错油门下的单向阀保留，在保安系统遮断状况下，事故油仍可关闭油动机。 电液伺服阀是汽轮机电液控制系统设计的关键电位移转换元件，它能把微弱的电气信号通过电液放大转换为具有相当大的作用力的位移输出。SVA9型电液转换器工作原理如下： 钢磁在气隙中形成固定磁场，当动圈绕组中有控制电流通过时，动圈在气隙磁场中受电磁力的作用，此电磁力克服弹簧力使动圈及控制滑阀产生与控制电流成比例的位移。电液压力油从P口进入，流经控

12、制滑阀与随动活塞的上下可变节流口，由T口回油。油源压力直接作用在随动活塞下腔，使之始终有一个向上的恒力，而上下节流口间的控制油压则作用在随动活塞上腔（被控腔），使之产生一个向下的推力。随动活塞上腔面积设计成是下腔面积的两倍，因此当控制滑阀静止时，随动活塞自动地稳定在一个平衡位置，在这个位置上，上、下节流口的过流面积相等,上腔控制油压刚好等于下腔油源压力的一半，使作用在随动活塞两端的液压推力相等。输入正向电流时，动圈带动控制滑阀向下移动，上节流口关小，下节流口开大，从而使上腔油压升高，推力加大，推动随动活塞下移，直至随动活塞位移等于动圈与控制滑阀位移量时，上、下节流口过流面积相等，随动活塞两端的

13、推力恢复相等，随动活塞两端推力在新的位置恢复平衡，输入负向电流时，动圈带动控制滑阀向上移动，下节流口关小，上节流口开大，从而使上腔油压降低，推力减小，随动活塞在下腔恒力的作用下上移，直至再度达到新的平衡。 油动机是调节气阀的执行机构，它将由电液转换器输入的二次油信号转换为有足够作功能力的行程输出以操纵调节阀，控制汽轮机进汽与抽汽。油动机及错油门滑阀油动机及错油门滑阀 油动机活塞错油门滑阀我厂我厂DEHDEH控制主画面控制主画面机组在升速过程中（即机组没有并网），DEH控制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。在此回路下，DEH控制系统接收现场汽轮机的转速信号，经DEH三取

14、二逻辑处理后，作为转速的反馈信号。此信号与DEH的转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID调节，然后输出油动机的开度给定信号到伺服卡。此给定信号在伺服卡内与现场LVDT油动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。并网前控制画面并网前控制画面机组并网后，DEH控制系统便切到功率控制回路，汽机转速作为一次调频信号参与控制。在此回路下有两种调节方式：（1）阀位控制方式（即功率反馈不投入）：在这种情况下，负荷设定是由操作员设定百分比进行控制。设定所要求的开度后，DEH输出阀门

15、开度给定信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，以满足要求的阀门开度。在这种方式下功率是以阀门开度作为内部反馈的，在实际运行时可能有误差，但这种方式对阀门特性没有高的要求。注意抽汽机组在冷凝运行时阀门最大开度由工况图确定。（2）功率反馈方式：这种情况下，负荷回路调节器起作用。DEH接收现场功率信号与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。投入功率控制要求阀门流量特性较好，否则将造成负荷波动。 当机组运行于

16、抽汽工况时，该回路与抽汽控制回路一起牵连运算，实现热电联调及静态自整。机组跳闸时，置阀门开度给定信号为0，关闭所有阀门。四、四、抽汽压力控制抽汽压力控制 当机组并网稳定运行且负荷大于额定负荷的30%后，可以投入抽汽压力控制回路。投入抽汽运行后，运行人员可通过操作员站设定抽汽压力目标值，通过抽汽压力反馈，控制抽汽阀的开度，以满足抽汽热负荷的需求。 DEH-NTK抽汽投入分两步，首先设定抽汽压力设定值（应高于抽汽母管压力0.03MPa），点击“抽汽准备投入”按钮后，机组进入抽汽准备状态，抽汽调门将逐渐关小。当抽汽压力接近设定值后即可以点击“抽汽投入”按钮，机组进入抽汽状态，此时可以缓慢全开抽汽电动

17、门，开始对外供汽。 DEH-NTK抽汽解除时，应首先减小抽汽压力设定值，以减小抽汽量，同时逐渐关小抽汽电动门。抽汽电动门全关后，点击“抽汽切除”按钮，停止抽汽。抽汽压力控制投入条件：需同时满足：（1）已并网； （2）无ETS动作；（3）在“操作员自动状态”；（4）无“OPC保护动作”；（5）“抽汽准备投入”按钮按下。抽汽压力控制切除条件：仅需满足任一下列条件：（1）抽汽压力通道故障；（2）“抽汽切除”按钮按下；（3）在“手动状态”；（4）“抽汽准备切除”按钮按下；（5） ETS动作；（6）“OPC保护动作”。 五、五、 ETSETS保护系统工作原理保护系统工作原理 ETS即汽轮机紧急跳闸保护系

18、统，用来监视对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，实现紧急停机。 ETS系统具有各种保护投切，自动跳闸保护，首出原因记忆等功能。 当下列任一条件出现时，ETS可发出汽机跳闸信号，使AST电磁阀动作，实现紧急停机。在实际运行中应根据汽机运行保护说明和实际情况进行各种保护条件的投切。 汽机超速110%（DEH来） 汽机超速110%（超速保护装置来） 轴向位移大II值（TSI来） 差胀超过II值（TSI来） 振动高II值(TSI来) #1#4径向轴承温度超过110（4点，逻辑或） #1#4径向轴承回油温度超过75（4点，逻辑或） 正推力瓦

19、温度超过110（10点，逻辑或） 正负推力瓦回油温度超过75（2点，逻辑或） 润滑油压低值(就地来) EH油压低（DEH来） 发电机主保护动作（电气来） DEH停机保护动作（DEH来） 手动停机（双按钮，布置在操作台上）（无投切） 手动停机（DEH画面上操作）ETSETS保护系统画面保护系统画面 TSI系统工作原理系统工作原理 TSI汽轮机监视仪表系统，用来在线监测对机组安全有重大影响的参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过DEH和ETS控制汽机实现安全停机。 TSI系统主要监视汽轮机的转速，振动，轴向位移，胀差，偏心等参数。 系统由卡件及相应的前置放大器和带有导线的传感器所组成。装于汽轮机

20、轴承座内的传感器(探头)是由延伸电缆连接到相应的前置放大器的,前置器就地装在轴承座旁的接线盒内，然后用屏蔽电缆接到装于集控室内仪表框架的相应组件板上。涡流式探头及前置器是用来检测汽轮机的各种变量的，使其产生一个与探头及监测表面之间的距离成正比例的信号，该信号输入DEH-NTK。位移传感器用于测量机组绝对膨胀。速度传感器用于测量机组振动。 轴向位移和胀差都是以转子紧靠负推力面定位的。TSI系统画面系统画面保安系统保安系统 本系统包括机械液压保安装置和电气保护装置两部分，设置了三套遮断装置：运行人员手动紧急脱扣的危急遮断装置；超速脱扣的危急遮断器；电动脱扣的电磁保护装置。主要保护项目有超速，轴向位

21、移，润滑油压降低，轴承回油温度高，排汽压力高及油开关跳闸，DEH保护停机等。当出现保护(停机)信号时，立即使主汽门，调节汽阀关闭。同时报警；油开关跳闸信号，通过OPC关闭调节汽阀。主汽门的关闭是通过保安油的泄放达到的，调节汽阀关闭是通过建立事故油来实现的。抽汽阀的关闭既可以通过主汽门的关闭接出的电信号，又可以通过电气保护信号直接控制。保安油的泄放通过保护部套的动作实现。事故油的建立一方面通过保安油泄放使危急继动器动作，另一方面电气保护部套(电磁保护装置)的动作，也可直接建立事故油。ASTAST电磁阀和电磁阀和OPCOPC电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀活塞挂闸电磁阀双联滤油器电磁保护装置由两个并联的A

22、ST电磁阀和两个并联的OPC电磁阀组成，机组正常时AST电磁阀不带电，OPC电磁阀不带电。AST电磁阀接受不同来源的停机信号（即ETS系统停机信号），电磁阀得电动作，安全油泄掉关闭主汽门,同时建立事故油关闭调节汽阀，切断汽轮机进汽而使其停机。信号来源可以是转速超限，轴向位移超限，润滑油压降低，轴承回油温度升高或瓦温高等保护信号，也可是手控开关停机信号等。OPC电磁阀接收OPC信号，关闭调节汽阀。超速保护超速保护1、甩负荷 由于汽轮机转子时间常数较小，汽缸及蒸汽管道的容积时间常数较大。在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，若仅靠系统中转速反馈的作用，最高转速有可能超过110%，而发生汽轮机遮断。为此设置了一套甩负荷超速限制逻辑。 若油开关断开出现甩负荷，则超速时间继电器闭合带电迅速动作超速电磁阀，关闭所有调节汽阀，同时将目标转速及给定转速改为3000r/min，当转速低于3000r/min后，超速限制电磁阀失电，调节阀恢复由伺服阀控制，恢复转速闭环控制，最终使汽轮机转速稳定在3000r/min，以便事故消除后能迅速并网。 2、103%超速 汽轮机若出现超速，对其寿命影响较大。除对汽轮机进行超速试验时，转速需超过103%外，其它任何时 候均不允许超过103%(因网频最高到50.5Hz即101%)。 并网