汽轮机调节及保安系统

汽轮机调节及保安系统本机采用的是数字电-液调节系统（DEH）。主要由数字式调节器、电液转换器、液压伺服机构、调节汽阀等组成。本机的保安系统采用冗余保护。除了传统的机械-液压式保安装置外，增加电调装置、仪表监测系统的电气保护。保安系统主要由危机遮断器、危机遮断油门、实验控制阀、电磁阀、主汽门、TSI监测系统、电调节器超速保护等组成。第一节DEH系统1、 DEH基本工作原理汽轮机组DEH系统基本原理简述如下：DEH系统设有转速控制回路、电功率控制回路、抽汽控制回路、主汽压控制回路、超速保护回路以及同期、调频限制、解藕运算、信号选择、判断等逻辑回路。DEH系统通过DDV634电液转换器控制高压阀门，从而达到控制机组转速、功率及抽汽压力的目的2、 DEH基本功能2.1汽机挂闸/开主汽门当汽机保安系统动作后，保安油压消失汽机自动主汽门、调速汽门全部关闭，再次启动时，必须首先恢复保安油压。当运行人员发出挂闸指令时，电磁阀带电接通危急遮断滑阀上腔排油，滑阀在压力油的作用下复位，然后电磁阀失电将接通危急遮断滑阀上腔排油关闭，完成挂闸操作。挂闸后，具备了开启主汽门条件。当运行人员发出开启主汽门指令后，通过电磁阀打开自动关闭器。此时，汽机具备了冲转条件。启动油泵启动后将保安装置挂闸，启动阀手轮关到底，保安油路接通。接到开机信号后，缓慢旋转启动阀手轮，即可开启主汽门。2.2摩检机组启动前，尤其是大修后，经常需要进行磨擦检查。为此，在DEH系统内设置有摩检功能，选择摩检后，DEH将机组自动升速至500r/min，然后关闭调速汽门，停止进汽，机组惰走，由运行人员进行听音，完成摩擦检查。2.3升速控制DEH根据运行人员给定的目标转速和升速率进行闭环控制，使机组达到目标转速。完成冲转、暖机、过临界、3000r/min定速全部过程，运行人员可根据实际情况，通过保持命令使机组进入转速保持。DEH按照运行人员根据经验自行判断机组的温度状态，然后通过操作员站设定目标转速和升速率。当运行人员设定的目标转速接近临界转速区时，DEH程序将自动跳过临界区，即运行人员无法将目标转速设定在临界区内。手动升速时低速和中速暖机点及暖机时间由运行人员决定。2.4超速保护/超速试验DEH中设计了三道防止机组超速的措施，即103%超速（OPC）、110%电气超速跳闸（AST）和112%机械超速跳闸。103%超速保护是指汽机任何情况下转速超过3090r/min时OPC电磁阀动作，所有调门立刻关闭，保持数秒或转速降低到3000r/min后重新打开。103%超速保护动作只关调门。110%AST超速跳闸是指转速超过3300r/min时，AST电磁阀动作，主汽门、调门关闭，汽机跳闸。112%机械超速跳闸是指转速超过3360r/min时，机械撞击子在离心力的作用下飞出，使保安系统动作，关闭主汽门、调门，汽机跳闸。110%电气超速试验是检验AST电磁阀；112%机械超速试验是检验撞击子的工作情况。这两种超速试验均通过运行人员在DEH操作站上发出指令来实现，它们相互闭锁，相互屏蔽，即在做一种超速试验时，其它两种被自动禁止。超速试验过程中如果出现意外情况，运行人员可以随时中断试验，转速重新恢复3000r/min,值得注意的是，如果将机械超速跳闸转速（112%）设置在AST超速跳闸转速（110%）之前那么电气超速试验将无法进行。2.5同期与并网当机组完成启动升速后，达到同步转速范围（2970〜3030r/min）即可进行同期操作。由运行人员选择“手动同期”或“自动同期”。2.5.1手动同期在手动同期方式下，DEH接受运行人员的转速“增”、“减”命令调整机组转速直到并网。2.5.2自动同期在自同期方式下，DEH接受自动准同期装置发出的转速“增”、“减”信号并根据此调整机组转速到并网。机组并网后，DEH立即自动使机组带上初负荷以防止逆功率运行，初负荷值一般为3〜5%额定负荷，用户可根据需要进行调整。运行中可以限制汽轮机的功率不超过某一值，限制由人工设定。2.7瞬间甩负荷快控当由于电力系统的故障导致瞬间发电机与电网解列或大幅甩负荷，DEH系统能立即快速关闭调节门并延迟一段时间后，再自动快速将调节门重新开启，以保证自动重新并网时不致造成电力系统振荡。2.8负荷控制该控制回路是DEH的核心控制回路，并网以后，由运行人员设定的负荷变化率与负荷目标值自动控制机组负荷的增加或减少，也可以手动。该回路可与其它回路进行无扰切换。2.9一次调频限制由于电网运行的需要，DEH应具备一次调频功能，即要满足一定的功频特性，但又不希望机组参与调频运行，为此，在DEH中设有调频限制逻辑。当系统运行于功率闭环时，运行人员只需要进行“一次调频”投/退操作，即可决定机组是否参加一次调频运行。2.10阀位控制这是DEH中最简单的工作方式。运行人员通过负荷“增”、“减”操作来改变调速汽门的开，从而达到调整机组负荷的目的。它赋予运行人员最大限的权力与灵活性，同时它又是各闭环控制回路的后备，当这些回路出现故障（如测量信号失效、操作员站故障）时，DEH自动切换到手动阀位控制方式。2.11快速减负荷功能（RUNBACK）当锅炉出现事故工况时，如送/引风机故障或MFT动作，锅炉控制系统以开关量信号形式发出指令，DEH自动以事先设定好的速率快速降低汽机负荷。2.12CCS控制（单元机组采用）DEH系统可接受CCS系统的指令，调整功率，从而实现机炉协调控制。机炉协调控制期间出现快减负荷时，DEH将退出协调运行，并自动选择阀位控制方式。2.13后备手操DEH系统具有必要的后备手操手段，以便计算机故障时，运行人员可以通过后备手段控制机组运行和停机。在DEH中，可根据用户要求，选配压S-232、422、485串行通讯接口。用以实现与DCS、等其它系统的数据交换，以便实现事故追忆、报表打印、生产管理等功能。2.15完善的自诊断功能由于采用智能模件，DEH具有较完善的硬件、软件自诊断功能，可检测出模板级、通道级的故障点。2.16模拟试验功能DEH系统可与仿真机配合，模拟机组全部启动过程，以便在启动前及调试时对系统的功能及逻辑检验。2.17操作员站画面显示对汽轮机全貌、阀位、趋势以及重要参数等显示在CRT画面上，为运行人员提供参考数据资料并可打印报表。3、 DEH技术指标3.1转速控制：范围：0〜3390r/min，3.2负荷控制：范围：0〜105%，3.3转速不等率：3〜6%连续可调。3.4系统迟缓率：W0.25%。3.5机组甩全负荷时，转速超调量：W7%3.6系统控制运算周期：＜50ms。3.7DEH系统无故障运行时间＞8000h。3.8电控装置＞20000h。3.9系统可用率＞99.9%。4、 DEH系统操作说明DEH装置投入前的准备工作：4.1.1装置通电预热两个小时，检查各DPU及I/O卡件工作是否正常，监测各测点模拟量数值是否正常，开关量状态是否正常。4.1.2检查操作员站工作是否正常，包括通讯、点状态等。4.1.3调速油泵压力油达到2.0MPa，油温38-420C之间。启动前状态检查及操作4.2.1操作员站上各指示灯的状态是否正确。4.2.2主汽门关指示灯亮。4.2.3高调门指示表状态应为零。4.3开机4.3.1挂闸、开主汽门顺时针手摇启动阀至全关，挂闸，逆时针手摇启动阀至全开，开主汽门。4.3.2摩检确认机组启动的各项条件具备后，按下摩检按钮，摩检投入灯亮，同时机组开始以100r/min的升速率升速，到达500r/min时自动关闭高压调速汽门，转子惰走，此时摩检在进行中指示灯亮运行人员即可听音检查。检查正常后，可以重新启机升速。静态打闸实验：按下控制方式按钮，点击手动设定高调门按钮，设定高调门开100%，手打解脱滑阀或停机按钮，检查高、低压调抽汽逆止门关闭。然后重新挂闸。4.3.3升速操作当运行人员在控制方式下选择了“自动”，自动方式要求运行人员使用目标设定按钮，在弹出的小窗口上设定出想要的升速目标值，用转速变化率设定所弹出的小窗口设定升速率，（根据缸温情况）然后选择“进行”，机组就按目标转速及升速率进行升速。升速过程中，如果需要机组保持转速，选择小窗口中的“保持”按钮，机组就在当前转速下维持运行。如果要继续升速而不保持，选择小窗口中的“进行”按钮，机组可以按原定的目标转速继续升速。如果机组在过临界，选择转速“保持”则无效。4.3.4超速试验超速试验包括：OPC超速试验、电超速试验（AST）、机械超速试验。在准备做超速试验时，后备手操盘上的OPC钥匙开关打到OPC试验位，所有的超速试验就可以进行了。在操作员站上主画面（DEH控制）进行选择，在3PC试验所弹出的小窗口中，选择“103%超速保护试验”，将升速目标值设定到3100r/min、升速率设定到150r/min、机组升速至3090r/min时，OPC电磁阀动作，再将转速目标值设定为3000转，选择“进行”，恢复原运行状态。做电超速试验时，选择电超速试验所弹出的小窗口中的“电超速试验”，将升速的目标值设定至3310r/min、升速率设定为150r/min/min、机组升速至3300r/min时，DEH发出停机信号到ETS，AST电磁阀动作。做机械超速试验时，则选择机械超速试验所弹出小窗口中的“机械超速试验”，机组继续升速，DEH系统将OPC、DEH电超速信号自动隔离开，升速的目标值设定到3360r/min、升速率为150r/min、机组自动升速至3360r/min,危急保安器动作。机组如果至3360r/min撞击子还未飞出，为安全起见，电超速将起作用，将机组跳闸。到3360r/min而未跳闸时，必须立即手动打闸停机。注意：以上所有试验在作完后，一定要将其相应的试验窗口关闭，恢复原运行方式。4.3.5同期操作机组转速达到3000r/min定速后，可在同期所弹出的小窗口中选择自动同期或手动同期。4.3.5.1自动同期当自动准同期装置准备同期时，它将发出自动同期投入信号给DEH系统，这时运行人员可以选择自动同期中的投入，这时DEH接受自动准同期装置发出的增减转速脉冲信号，控制机组转速达到同步转速。4.3.5.2手动同期选择手动同期中的投入之后，再操作同期窗口中的手动同期升或手动同期降按钮来改变机组转速，达到同步转速。4.3.6并网操作机组达到同步转速后，电气操作并网，此时DEH控制机组自动落入阀位控制，阀门会自动升高一定值，DEH控制机组自动带上初负荷，以防止逆功率运行4.3.6.1阀位控制并网后机组的控制方式自动落入阀位控制。运行人员通过目标设定所弹出的小窗口设定阀位目标值，从而达到调整机组负荷的目的。它赋予运行人员最大限的权力与灵活性，同时它又是各闭环控制回路的后备，是其他控制回路切除时默认的控制方式。当这些回路出现故障（如测量信号失效）时，DEH自动切换到阀位控制方式。4.3.6.2选择功率回路，（需在3MW负荷以上时方可切换）在弹出的窗口中选择投入，功率回路“投入”显示出来，阀位控制显示“切除”。根据实际运行情况，设定出目标负荷，并选择适当的负荷变化率，选择运行，（在运行过程中也可根据实际情况重新设定负荷变化率）于是DEH通过控制高调门开，按照给定的负荷变化率和给定的目标负荷控制机组达到预定的目标负荷。运行人员可按上述操作将负荷升至需要值。4.3.7调门严密性试验及校验4.3.7.1调门严密性试验：当机组转速达到3000r/min、DEH系统处于自动状态时，就可以进行调门严密性试验了。选择DEH控制画面中的调门严密性试验所弹出的窗口中的“调门严密性试验”，调门严密性试验则自动进行，这时机组控制方式自动转为“手动”，转速设定值清零，调门关闭，汽机转速开始下降，当确定结束试验时，选择调门严密性试验所弹出的窗口中的“调门严密性试验结束”来结束调门严密性试验。4.3.7.2阀门校验：阀门校验在机组启动前，都已校验完毕，由于调门采用的是凸轮配汽机构，因此，不允许在线校验，如果在线时做任何修改，必须由热工人员指导。5、DEH控制系统5.1调节系统本机的调节系统采用先进的数字式电液控制系统（DEH系统），由1台高压油动机通过凸轮机构控制5个调节阀的开关，以调节汽轮机高压缸的进汽量。DEH控制装置的控制信号（4—20mA）通过2台MOOGDDV/634电液转换器分别控制高压油动机的开度，以满足电负荷的需要。电负荷的反馈信号，来自装在前轴承箱内的测速装置，在每个油动机活塞杆上装有2只位移传感器（LVDT），其作为滑阀位置的反馈信号回输给DEH控制装置。本机控制系统液压部分（EH部分）所用的油源与主机润滑系统共用，油压为2.0MPa。为了保证电液转换器可靠工作，在向电液转换器供油的管路上，设有1台粗滤器和2台精滤器。5.2电液转换器组件电液转换器组件由一只MOOGDDV634电液转换器、一只手动节流阀、一只手动截止阀、一个集成块组成，本机有2套电液转换器组件，均安装在前轴承箱外侧。MOOGDDV634阀是MOOG公司最新研制的新型电液伺服阀。它是一种直接驱动式伺服阀，采用集成电路实现阀芯的闭环控制，阀芯的驱动装置是永磁直流电机，对中弹簧使阀芯保持在中位。直流电机克服弹簧的对中力使门芯在两个方向都可偏离中位，平衡在一个新的位置。这样就解决了比例电磁线圈只能在一个方向产生力的不足之处。阀芯位置闭环控制电子线路与脉宽调制（PWM）驱动电子线路固化为一块集成块，用特殊的连接技术固定在伺服阀内，因此无需配套电子装置就能对其进行控制。MOOGDDV634是双喷嘴力反馈两级伺服阀的新发展与补充，用先进的集成块与微型位置传感器替代了工艺复杂的机械反馈装置，从而简化了结构，提高了可靠性。要注意在管路安装时要保证从精密滤油器到DDV阀的管子内部要清洁。高压油动机高压油动机结构，由1个油动机滑阀和1个油动机活塞（杆）装在同一个壳体内组成的。活塞（杆）用以输出液压力，以控制阀门的开关，滑阀用以控制活塞上、下的油压。在平衡工况时，滑阀处于中间平衡位置，此时它的中部两个凸肩封住进、出活塞上、下油室的油路。油动机滑阀的上部通入压力油，下部通入脉动油，而脉动油压受DDV电液转换器控制。高压油动机座于前轴承箱内.5.4滤油器组为满足MOOGDDV/634电液转换器的工作油质，系统中配置了一台粗滤油器和二台精密，可在线切换滤油器为之供油。滤油器过滤精度为22um。在每个滤筒上均设有一个压差报警器。当过滤器进出口压差达到设定值时发出报警信号，提醒运行人员将油切换到另一只滤筒。同时可在线清洗已堵塞的滤芯。滤油器顶端有放气堵头，在清洁的滤芯接进系统前，对离线壳体放气。8保安油系统为了保证汽轮机安全运行，除了要求调节系统工作可靠外，还装备了必要的保护装置，液压保护装置包括危急遮断器、危急遮断油门，试验控制阀，启动阀。8.1危急遮断油门危急遮断油门可接受危急遮断器动作信号或轴向位移动作信号，实现紧急停机。当危急遮断器飞锤飞出时，将危急遮断油门前端的挂钩打脱，油门滑阀在弹簧力的作用下移动，切断保安油路。当汽轮机转子产生任一方向轴向位移时，主轴上靠近挂钩处的凸肩将使挂钩脱扣，实现紧急停机。危急遮断油门动作后，若重新挂闸，须拉动试验控制阀上的复位阀手柄。试验控制阀试验控制阀是一个组合阀，由手动停机阀、喷油试验阀、复位阀组成。做危急遮断器喷油试验时，首先将切换阀手柄压下，将危急遮断油门从保安系统中解除。同时旋转注油阀手轮，使注油滑阀到底。此时，高压油进入危急遮断器底部，危急遮断器飞锤在离心力和油压作用下，将危急遮断油门挂钩打脱。危急遮断器动作后，先关注油阀，再用复位阀使危急折遮油门重新挂闸，然后放松切换阀手柄，使危急遮断油门重新并入保安系统。复位阀用于危急遮断油门挂闸，只有在注油阀图退出后才起作用。拉动复位阀的手柄，即可将危急遮断油门挂闸。8.3危机遮断(AST)电磁组件它是两只并联的电磁阀及截止阀和一个集成块组成。布置于前箱侧部。正常运行时，这两个电磁阀是失电关闭的，它封闭了附加保安油压的泄油通道。当各种电气停机保护装置，如轴向位移、超速、低油压等信号发出时，电磁阀被励磁打开，使附加保安油压泄压，主汽门关闭。OPC滑阀及OPC电磁阀组OPC滑阀及OPC电磁阀组是用于防止汽轮机超速的保护装置。OPC滑阀正常运行时是失电关闭的，正常运行时OPC滑阀上部和下部的油压都是1.96MPa，但滑阀的下部油压作用面积大于上部，滑阀被推至上限位，此时滑阀的凸肩封住脉动油的泄油口，脉动油维持正常工作油压，当因某些意外原因，引起汽轮机转速飞升而超过3090r/min时，DEH的OPC控制器就会发出信号，使OPC滑阀电磁阀励磁后打开，OPC滑阀下部的油压被泄掉，OPC滑阀在上部的油压作用下，落至下限位，此时脉动油接通排