汽轮机MEH系统概述

汽轮机MEH系统概述概述随着电站控制系统自动化水平的日益提高，原来的液压机械调节系统已不能适应锅炉给水量的自动调节要求，因此，微机电液控制系统便得到广泛的发展和应用。东方汽轮机厂给水泵小机上配置了高压抗燃油微机电液控制系统，简称MEH。这是新一代控制系统，它是由我厂进行系统设计，采用西门子SIMATICPCS7硬件,并且依照用户的要求装载应用软件，该系统可靠性好，操作简单灵活方便。该MEH以高压抗燃油为工作介质，以电液伺服阀为液压接□设备，以高低压调节阀油动机为执行机构，构成一套完整的MEH控制系统，控制给水泵汽轮机的转速，满足用户的要求。1－1控制系统原理锅炉给水泵汽轮机用于驱动大型电站锅炉给水泵，满足锅炉给水的要求。MEH控制原理图见8－14。由我厂设计用于驱动锅炉给水泵汽轮机的蒸汽来自两路汽源：一路是由主锅炉来的锅炉新蒸汽或由启动锅炉来的蒸汽（即高压汽源），这一路蒸汽主要是在启机时使用；另一路是在运行时使用的蒸汽，是主汽轮机的中排抽汽（即抽汽汽源）。第一路高压蒸汽经高压主汽阀和高压调节阀后进入汽轮机，第二路中排抽汽经低压主汽阀和低压调节阀进入汽轮机。由于刚启动时主汽轮机的中排抽汽汽压很低，所以使用高压蒸汽。当汽轮机正常运行时，中排汽压升高，能够满足给水泵正常运行的需要。此时，高压调节阀慢慢的关闭，直到全关，仅仅依靠低压调节阀来调节汽轮机进汽。机组在启动和正常运行过程中，通过测速板采集机组的转速，开关量通过开入板送到控制回路上，AS自动化系统将这些信号进行判断、分析、计算，再综合LVDT返回的信号，输出控制信号到伺服阀，通过伺服阀来改变调节阀的开度，控制进入给水泵汽轮机的蒸汽流量，改变汽轮机的转速。当汽机转速变化时，它所控制的给水泵转速也随着变化，给水泵的出□流量变化，从而达到对锅炉给水流量的要求。1MEH控制系统有三种运行控制方式：a） 手动方式，通过设定阀位开度直接控制阀门的开度，此为开环控制。b） 转速自动控制，通过在操作员站上设定目标转速来控制汽机转速。c） 锅炉自动方式，即CCS方式，当转速在3100r/min~5900r/min范围内时，MEH接受到请求信号，经过逻辑判断后，即可投入锅炉自动控制，汽轮机转速由CCS来的4~20mADC信号控制。三种运行方式的转速控制范围为：•手动：0~5900r/min转速自动控制：0~5900r/min锅炉自动控制：3100r/min~5900r/minMEH控制器的控制方式及切换。MEH控制器有三种运行方式：手动、转速自动控制、锅炉自动控制。1．1手动控制方式，手动控制方式为开环控制方式。在任何时候通过操作员站选择手动控制，将切到手动方式。在手动控制方式时，操作员通过操作员站上的增减按钮来控制阀门开度，这种方式直接控制阀位，通过和现场来的阀位信号进行比较，得到阀位的偏差，然后进行计算，得到一个控制信号到伺服阀，控制油动机的开度，达到控制转速的目的。1．2转速自动控制方式，它实现了转速的自动控制。转速自动控制方式是通过MEH进行逻辑判断选择的。当满足下列条件时可以在转1-1-5速自动方式下进行：汽轮机转速显示正确，没有转速全故障；汽轮机已挂闸；主汽阀全开；操作员站上没有手动控制信号。当上述条件任意一个不满足时，将自动切到手动方式。转速控制方式是自动调节常用的方式之一，通过操作员站改变目标转速，然后对实际转速和给定转速的差值进行PID计算，达到控制阀位的目的，并最终控制转速。为了保证信号的可靠性，系统将对从现场转速传感器测到的转速信号进行三取二处理，得到一个可靠的实际转速信号。若三路转速中有两路转速信号故障，将判定系统故障，切到手动运行。转速信号送到测速板后，在测速板内进行处理，转变为数字量信号送到控制回路，控制回路将输出的信号作为实际转速输入信号。实际转速和给定转速比较后得到一个差值，经过PID计算后，油动机的LVDT信号返回到伺服板。它和控制信号比较后，输出控制电流到电液伺服阀，控制伺服阀动作，改变调阀油动机的位置，控制进入汽轮机的蒸汽流量，使汽轮机的转速发生变化。当实际转速和目标转速一致，油动机的LVDT反馈信号和控制信号一致时，电液伺服阀自动回到中间，切断油动机的进油，油动机将保持原位，一个自动调节过程结束。转速自动控制回路的PID参数能通过工程师站在线进行修改，这有利于操作人员根据实际情况对控制过程进行有效的干预，大大的提高了控制的可靠性和灵活性，更加适应现代自动控制的要求。1．3锅炉自动控制方式要投入锅炉自动控制方式，必须满足下列条件：MEH处于转速自动控制方式；锅炉控制系统来的信号在3100r/min~5900r/min之间；目标转速和锅炉控制系统相差在25r/min内；锅炉自动控制允许。当上述条件满足，操作操作员站上“CCS”按钮，即可投入锅炉自动控制方式。在锅炉自动控制方式下，MEH接受来自锅炉控制系统的4~20mADC控制信号，并转换为MEH中的转速信号，4mA对应3100r/min,20mA对应5900r/min它们是线性的。控制回路对上面提到的条件进行逻辑判断后，就可以通过操作员站投入锅炉自动控制方式，但是，若锅炉自动控制允许信号消失或锅炉控制系统来的信号出现故障时，将切到转速自动控制。在锅炉自动控制方式下，MEH向锅炉控制系统输出一个4~20mA信号作为反馈信号，而锅炉控制系统向MEH输出的4~20mA信号将作为一个控制信号。此时，MEH仅仅作为一个执行机构。MEH接受到锅炉自动控制系统的信号后，直接送到控制回路，作为控制的目标值。当达到这个目标值时，转速保持稳定，转速随着锅炉控制系统信号变化而变化。考虑到CCS指令这个模入信号有可能断线等情况，在出现模入信号故障时，MEH将接收DCS系统通讯来的CCS指令作为MEH的转速控制指令。锅炉自动控制方式是一种更加完善的控制方式，它同时考虑了汽轮机和锅炉的控制，它将整个电厂作为一个系统来控制，可以使控制过程更加的趋于合理化。由于在锅炉自动控制过程中，锅炉控制系统来的信号是经过控制回路进行过转换的，所以，转速自动控制系统能够很好的跟踪锅炉自动控制系统，当从锅炉自动控制系统切换到转速自动控制系统时，不会产生任何扰动，能够维持原来的状态和运行控制参数。从转速自动控制方式切换到锅炉自动控制时，锅炉控制系统来的4~20mA信号将被作为目标值，给定转速和实际转速的偏差值经过PID计算后，输出控制信号到伺服阀，控制油动机的开度。在锅炉自动控制方式下，如果通过操作员站投入手动方式时，将切除锅炉自动控制方式。汽轮机的脱扣和挂闸汽轮机的挂闸，就是一个油压的建立过程，小机挂闸的条件为：汽轮机已脱扣；所有阀关。当上述的两个条件满足时，通过操作操作员站上的挂闸按钮，“挂闸”信号到MEH机柜，MEH经过逻辑处理后，继电器硬逻辑通过输出控制信号到挂闸电磁阀，使保安油压建立，并返回“已挂闸”信号到MEH，操作员站上的“挂闸”按钮显示为绿色，挂闸过程结束。汽轮机有三种脱扣方式：第一种是集控室控制台上的“停机”按钮和就地液压柜上的停机按钮（设有两只，同时按有效）。第二种是当转速超过一定值时，MEH控制回路经过逻辑判断，通过继电器输出汽机脱扣信号，完成脱扣动作。第三种是当MEH接受到ETS来的脱扣汽机的信号后，经过逻辑处理，输出脱扣信号到继电器，完成脱扣动作。当汽机在运行过程中发生异常状况时，需要紧急停机，可以通过操作控制台上的打闸按钮实现紧急停机，保护汽机的安全。超速保护和超速试验MEH在汽机的正常运行中，软件设有超速保护逻辑。若运行时汽轮机的实际转速超过设定值时，汽机MEH控制柜发出超速脱扣信号，通过硬逻辑输出控制信号到现场的各个电磁阀，卸掉各个滑阀的油压，使主汽阀和调节阀迅速关闭，蒸汽将无法进入汽机，转速下降，保证了汽轮机的安全。MEH设有电气超速试验。当进行电气超速试验时，提高汽轮机的转速。当汽机转速达到电气超速设定值时，汽机MEH控制柜发出超速脱扣信号，通过继电器输出信号到现场的各个停机电磁阀，卸掉各个滑阀的油压，使主汽阀和调节阀迅速关闭。当超速试验完毕后，切除电气超速试验。阀门活动试验为了防止主汽门因长期处于全开状态导致卡涩，MEH设置有阀门活动试验功能，以防止主汽门卡涩，保证汽轮机的安全。阀门活动试验分为高压主汽阀和低压主汽阀活动试验两部分。高压主汽阀门活动时，先通过操作员站发出“高压主汽阀试验”信号进入MEH机柜。MEH经过逻辑处理后，通过继电器开出去动作电磁阀，使主汽门动作。当高压主汽门关至75%位置时，发出开关量信号到MEH机柜。然后，高压主汽门慢慢的打开。当高压主汽门全开后，发出信号到MEH机柜，高压主汽门试验完毕。当进行低压主汽门试验时，通过操作员站发出“低压主汽阀试验”信号到MEH机柜。MEH经过逻辑处理后，通过继电器开出去动作电磁阀，使主汽门动作。当低压主汽阀油动机动作到75%位置时，发出低压主汽门活动试验到位信号到MEH机柜，操作员站上试验到位信号亮，全开信号消失；到位后油动机慢慢开启，当油动机全开时，操作员站上的低压主汽阀全开信号亮，阀门活动试验结束。小机ETSETS即汽轮机危急遮断系统，它接受来自TSI系统或小机其它系统来的报警或停机信号进行逻辑处理，输出小机遮断信号。有以下遮断信号使小机跳闸：低真空遮断（三取二）；润滑油压低停机（三取二）；轴振大停机（来自TSI）；轴向位移大停机（来自TSI）；前置泵跳闸停机；抗燃油压低停机（来自大机ETS“三取二”以后的信号）；油箱油位低停机（来自油位监视器）；电超速停机（来自TSI经“三取二”逻辑处理后的信号）；手动跳闸按钮。其中“电超速停机”和“手动停机”两项在MEH柜中经过逻辑扩展后分别变为两路信号，一路组成硬逻辑直接驱动停机电磁阀，另一路进入MEH控制器作为它用。高压遮断模块遮断电磁阀试验小机的停机电磁阀共有四只，为“两并两串”结构。为了防止汽轮机长期运行时停机电磁阀卡涩，MEH设有遮断电磁阀活动试验，四只电磁阀只能单独试验。当操作“电磁阀活动试验”按钮后，MEH就发出相应的试验信号，使该电磁阀失电，从而引起相应的压力开关动作，MEH接收到压力开关动作信号后，表示试验成功，电磁阀重新带电，至此，试验结束。1－2技术指标1转速闭环可控制范围：0~7000r/min2转速控制精度：＜0.1%ne。3动态特性：汽轮机转速跟踪转速定值瞬态值小于2%ne,过渡时间小于5秒。4可靠性：MTBF〉8000小时，可用率〉99.7%。注：ne为锅炉给水泵汽轮机的额定转速。睛值二缔做定制酬目标他 弋讣_L_督孵制调幅L11手孵3减:nrr3_^_ H 睛值二缔做定制酬目标他 弋讣_L_督孵制调幅L11手孵3减:nrr3_^_ H 12”4也啣-嚮竄吐霊芻侗甩阀图8-14MEH控制系统原理图2、控制系统主要功能MEH系统主要有以下功能：挂闸；自动整定伺服系统静态关系；升速（目标、升速率）；CCS控制；编制 校对 审核 标审 录入员3-1脱扣；超速试验；阀门活动试验；控制方式切换。挂闸挂闸就是使保护系统处于警戒状态的过程。挂闸允许条件：汽轮机已跳闸；所有阀关。自动整定伺服系统静态关系整定伺服系统静态关系的目的在于使油动机在整个全行程上均能被伺服阀控制，阀位给定信号与油动机行程的关系为：给定0~100%…行程0~100%。为了保持此对应关系有良好的线性度，要求油动机上作反馈用的LVDT在安装时，应使其铁芯在中间线性段移动。油动机的整定的步骤详见第7章的运行规程。汽轮机启动前整定条件为：汽轮机已挂闸；转速小于100r/min。升速给水泵小机的调节实际就是转速的调节，给定转速与实际转速的差经过PID计算后，通过伺服阀控制动机的开度，使实际转速跟随给定转速变化。CCS控制CCS转速控制范围为3100r/min~5900r/min。CCS投入条件为：MEH处于转速自动控制方式；汽轮机转速在3100r/min~5900r/min之间；目标转速和锅炉控制系统相差在25r/min内；锅炉控制系统来的信号没有故障；锅炉自动控制允许。当上述条件满足，通过OIS操作，即可投入锅炉自动控制方式。超速试验当进行电气超速试验时，在操作员站上选择“电气超速试验”按钮，选择“允许”然后通过操作员站设置升速率，到达一定值时，MEH开出“电超速保护”信号到停机回路，动作电磁阀，使汽机脱扣，关闭所有的主汽门和调节阀。电气超速试验完毕。阀门活动试验为了防止主汽门因长期处于全开状态导致卡涩，MEH设置有阀门活动试验功能，以防止主汽门卡涩，保证汽轮机的安全。阀门活动试验分为高压主汽门和低压主汽门活动试验两部分。当进行高压主汽门试验时，通过操作员站，发出“高压阀门活动试验”信号到MEH机柜。MEH经过逻辑处理后，通过继电器开出“高压阀门活动试验”信号动作电磁阀，高压主汽门开始关闭。当MEH接收到“阀门活动试验到位”信号后，油动机慢慢开启，当油动机全开时，阀门活动试验结束。当进行低压主汽门试验时，通过操作员站，发出“低压阀门活动试验”信号到MEH机柜。MEH经过逻辑处理后，通过继电器开出“低压阀门活动试验”信号动作电磁阀，低压主汽门开始关闭。当主汽阀油动机动作到75％位置时，返回“低压主汽阀活动试验到位”信号。控制方式的切换从MEH控制系统有三种运行控制方式：手动方式是一种开环控制方式，操作人员可通过设定阀位开度直接控制阀门的开度；转速自动控制，通过在操作员站上设定目标转速来控制汽机转速；C）锅炉自动方式，即CCS方式，当转速在3100r/min~5900r/min范围内时，MEH接受到请求信号，经过逻辑判断后，即可投入锅炉自动控制，汽轮机转速由锅炉来的4~20mA信号控制。三种控制方式的切换在前面的控制原理已作了详细的介绍，这里不再叙述。MEH运行规程该MEH和大机DCS共用OIS、EWS,操作员可以通过OIS,控制机组运行，下面将OIS的操作进行说明。本规程共包括以下几个方面的内容：设备上电；挂闸；阀位校验；启动升速，正常的转速调节及停机；运行方式选择、投入及切换；超速试验；阀门活动试验；故障报警。3－1系统上电闭合机柜控制系统电源开关，检查机柜电源模件是否正常。注意：系统一路电源时，仍然可以正常运行。上电后，检查各模件工作是否正常。3－2挂闸在操作员站上调出“MEH自动控制”画面，然后通过操作员站开出挂闸信号到复位电磁阀，建立安全油压建立，挂闸过程完成，返回“汽机已复位”信号到MEH，操作员站上的“停机”消失，“挂闸”点亮，汽机挂闸完成。3－3阀门校验OIS上调出阀位校验画面（在“汽机控制”画面中）。进入画面后，可以看到汽机状态为“挂闸”，此时可以进行阀门校验。步骤如下：选择“阀门校验允许”方框。当“阀门校验允许”点亮时，选择要校验的阀门（高、低压调门），按键被点亮。选中校验的阀门后，伺服板开始校验，伺服板上的“CHK”指示灯闪烁下行闪烁频率较慢，上行闪烁频率较快），同时画面上的“阀门校验进行”指示也闪烁闪烁频率同“CHK”灯）。“CHK”指示灯和“阀门校验进行”指示常亮时则校验完成。再次按下“阀门校验允许”退出校验方式，“CHK”指示灯灭，“阀门校验进行”指示变灰。校验结束。3－4启动、转速调节及停机在机组具备启动条件后，可以启动机组。通过OIS开出“开主汽门”信号，MEH通过逻辑处理后控制相应电磁阀，打开高、低压主汽门。具体的操作为:调出“汽机控制”画面，用鼠标点“开主汽门”按钮，MEH输出信号到相关电磁阀。当高、低压主汽门全开后，返回高、低压主汽门全开信号到MEH，OIS上的高、低压主汽门显示“开”状态。升速此时，MEH处于手动方式，“手动”点亮。按操作员站上的“增”按钮，开调节阀。如果要在自动方式下升速，通过OIS上的控制画面，将汽机切到转速自动方式运行。此时，通过操作员站可以设定目标转速，在画面上用鼠标点中“目标值”框，用键盘键入目标值并确认即可。再通过操作员站设定升速率，在画面上用鼠标点中“升速率”框，用键盘键入速率值并确认即可。然后，在“MEH自动控制”画面上点击“进行/保持”按钮，投入“进行”使汽机开始升速。当转速在3100r/min~5900r/min范围内时，可以通过OIS投入CCS控制方式。当条件满足时，投入CCS，转速由CCS来的4~20mA来控制，在“汽机控制”画面中，用鼠标点中“CCS控制”当条件满足时，用键盘或鼠标可以投入CCS控制方式。当投入CCS控制方式时，MEH作为一个执行器，速率自动设定为1000r/min/min。暖机司机可以根据实际情况进行暖机,只要设定不同的目标转速,当转速到达预定的目标时，转速将稳定在目标值，进行暖机。过临界当转速到临界区时，机组速率自动变为最大，为2000r/min/min此时修改速率无效。机组的临界转速为：—阶临界转速：2620r/min二阶临界转速：9233r/min当目标转速设在临界区(2450~2650r/min)内时，目标转速自动设定为2430r/min。脱扣需要停机时，可按操作控制台上的“停机”按钮，MEH将开出“汽机遮断”信号动作停机电磁阀，卸掉抗燃油安全油压和油动机下的油压，所有的主汽门和调阀都将迅速关闭，当“汽机已遮断”信号返回MEH时，操作员站上的“停机”点亮，“挂闸”消失，此时无论汽机在何种运行方式，都将切到手动方式，操作员站上的“手动”点亮。3－5运行方式的选择、投入及切换1MEH控制器有手动、转速自动、锅炉自动三种运行方式。手动控制方式是开环方式，操作员直接用阀位升、降来控制阀位的开度。转速自动控制方式，它实现了转速的自动控制。转速自动控制方式是通过MEH进行逻辑判断选择的。当满足下列条件时：汽轮机转速显示正确，没有转速全故障；汽轮机已挂闸；主汽阀全开；OIS上没有“手动”控制信号开入。可以在转速自动方式下运行，当上述条件任意一个不满足时，将自动切到手动方式。转速控制方式是自动调节常用的方式之一，通过OIS改变目标转速，然后对实际转速和目标转速的差值进行PID计算，达到控制阀位的目的，并最终控制转速。在转速自动方式下，操作员可以通过OIS上的来改变目标转速，给定转速将跟随着目标转速的变化而变化，升速率也可以通过OIS来设定。具体的做法是：进入OIS操作画面，点到目标转速项，通过键盘键入想要到达的目标转速，设定升速率的方法也是如此。锅炉自动控制方式要投入锅炉自动控制方式，必须满足下列条件：MEH处于转速自动控制方式；汽轮机转速在3100r/min~5900r/min之间；目标转速和锅炉控制系统相差在25r/min内；锅炉控制系统来的信号没有故障；锅炉自动控制允许。当上述条件满足，通过OIS即可投入锅炉自动控制方式。在锅炉自动控制方式下，MEH接受来自锅炉控制系统的4~20mADC控制信号，并转换为MEH中的转速信号，4mADC对应3100r/min20mADC对应5900r/min,它们是线性的。控制回路对上面提到的条件进行逻辑判断后，就可以通过OIS投入锅炉自动控制方式，上述的条件若任意一个不满足，将切到转速自动控制。在锅炉自动控制方式下，MEH向锅炉控制系统输出一个4~20mADC信号作为反馈信号，而锅炉控制系统向MEH输出的4~20mADC信号将作为一个控制信号。此时，MEH仅仅作为一个执行机构。MEH接受到锅炉自动控制系统的信号后，直接送到控制回路，作为控制的目标值。当达到这个目标值时，转速保持稳定，转速随着锅炉控制系统信号变化而变化。锅炉自动控制方式是一种更加完善的控制方式，它同时考虑了汽轮机和锅炉的控制，它将整个电厂作为一个系统来控制，可以使控制过程更加的趋于合理化。2CCS的投入与切除根据上面的叙述，锅炉自动控制的条件满足时，通过OIS上的控制画面，即可投入锅炉自动控制。CCS的切除有三种方式：自动切除、司机手动切除和故障切除。若CCS向MEH发送的4~20mA信号消失，则MEH自动退出CCS控制，此时切到转速自动方式。在锅炉自动控制方式下，通过OIS可以切到转速自动方式。不管在那种运行方式下，只要按“手动”按钮，都将切到手动方式。当任意一个CCS投入条件不满足时，MEH都将退出CCS方式运行。3－6超速试验本系统具有电气超速试验功能。当进行电气超速