西门子SAMA图DEH逻辑讲解

-.z.1.汽轮机调节器汽轮机调节器是DEH的核心局部.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,到达调节汽轮机转速、负荷或主汽门前压力的目的.除此以外,SIEMENSDEH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.SIEMENSDEH调节系统采用积木块设计,包括以下几个局部：•速度/负荷控制•主蒸汽压力控制•高压缸排汽温度控制•高压缸叶片前根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.为了汽轮机的平安和控制品质的优化,高、中压调门允许进汽设定值还要进展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展处理；2〕允许进汽设定值进展调门特性曲线的线性化修正处理；3〕由阀位限制设定值进展限制.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SGCST、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三大局部,其作用是根据汽轮机自启动程控SGCST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到达负荷控制的目的.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功能页后首先进展高频滤波处理,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展监视,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个转速卡在部做超速保护判断,不做转速调节用.实际转速值NT提供应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,从而影响机组平安,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,临界转速区域的开场限值GSPA和完毕限值GSPE分别是：660r/min～840r/min和1020r/min～2850r/min.功能页再对实际转速信号进展微分处理,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ACCL<min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场,仿真模块在一定的围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局部.第一局部是目标转速设定.目标转速NS是不同工况下汽轮机需要到达的转速设定值.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进展转速控制.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50％TABGNF;汽轮机跳闸SS;＝NT－60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超速试验完毕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NSYNC＝3009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NSWART＝360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SB＝SVNS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,SVNS＝3000r/min,切至转速控制方式瞬间SVNS＝NT＋PEL×K.其中K＝STATNR*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DEVTOOHIGH和STOP警告,停顿延时转速设定值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.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不再对输入值进展限速,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脉冲且发电机出口开关和500KV开关在后延时3SC、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是保证汽轮机平安运行的重要手段,在机组启动过临界时发现升速率太小或TSE故障,或TAB<50%,或汽轮机跳闸后都将转速设定值跟踪实际转速－60,从而确保NPR的输出为负,调门可靠的关闭,并将NSNF信号储存,直到汽轮机再次发出升至暖机转速指令,或升至同期转速指令,或汽机转速落在临界区域外时由操作员手动或汽机顺控STEP21复置“转速设定值复位子环〞后发出SWFQ指令才可将转速跟踪指令复归.由于汽轮机临界转速区围很宽,汽机跳闸后转速很快落在2850r以下,在这短时间,操作员难以做出跳闸原因的正确判断,所以汽机跳闸后很难再次立即恢复冲转,需要转速惰走到390rpm以下,避开临界转速区,机组才能再次冲转升速.3〕SWF0F保持方式.此时SWF0F保持前一时刻NSV,并不受输入信号变化的影响.在以下工况下,SWF0F处于保持方式：A、启动过程中,延时转速设定值NSV和实际转速NT的偏差大于30r.B、负荷设定值功能页PS来的停顿转速设定值变化STPNS指令.开环控制系统DTS来的自动停机AUST(转速大于2850r时高速处理器FM458部故障报警或汽机顺控STEP35未检测到发电机并网信号)或TSE故障WTS信号都将使STPNS指令有效.典型的汽轮机启动过程中,目标转速设定值NS、延时转速设定值NSV和实际转速的变化情况如图1-1.图1-1汽轮机启动过程中的设定转速和实际转速-.z.汽轮机自启动程控走步到第21步,发出NSWART有效指令,将目标转速NS设定为低速暖机转速870r/min.延时转速设定值NSV按照600r/min2的速率逐渐升高,同时调门逐渐开启,汽机转速跟随NSV一起升高.经过约1h暖机,程控第23步判断暖机条件满足,由操作员手动操作RELNOMINALSPEED子环释放转速设定值至同期并网转速后,程控走步到第25步,将目标转速NS设定为同期转速3009r/min,NSV按照600r/min2的速率逐步升高,调门逐渐开大,汽机转速跟随NSV一起升高.程控走步到第31步,向DCS发送允许发电机并网信号,根据电气侧同期并网需要由电气同步转速升/降信号将目标转速NSV按照180r/min2的速率切至NSOG或NSUG,根据电气同步转速升/降信号的脉冲宽度和脉冲个数调整汽机转速至并网要求转速.并网同步完毕后,目标转速NS保持为电气侧同步调整后的同期并网转速NS,直到汽机并网带初始负荷到最小负荷PMIN以上,目标转速NS切为额定转速值3000r/min.机组并网后的实际转速取决于电网频率.-.z.1.1.3转速调节回路分析根据汽轮机调速系统的静态特性可知,汽机的出力和转速是相互对应的.功率越大,转速越低,反之功率越小,转速越高.汽轮机的功率和转速关系曲线就是静态特性曲线,其中特性曲线的斜率就是就是转速不等率.西门子汽轮机的转速不等率是5.2％,即156r的转速偏差对应额定功率〔1040MW〕的变动.因此实际功率和转速偏差的对应关系就是∆n=PEL×0.15.正是由于这种严格的对应关系,所以转速调节和负荷调节的机理是一致的,因此两者的调节器可以采用同一个PI调节器.只需根据工况需要,进展一些回路的切换,即可实现转速和负荷控制的切换.它在以下工况下调节汽轮发电机组的转速或负荷：·汽轮机启动·与电网并网·汽轮机带负荷·甩负荷·汽轮机停机图1-2转速调节回路原理图转速控制的原理如上图1-2.在机组启动过程中,延时转速设定NSV和实际转速NT的偏差再乘上转速不等率的倒数K4即〔NSV－NT〕×K4作为PI调节器前馈的输入,PI输出经过限幅处理后,加上调节器外部的转速比例直接作用局部〔NSV－NT〕×KDN成为转速调节器的输出YNPR.YNPR送至OSB处理,最终形成阀位指令.这就是转速控制的根本原理.实际在控制器计算时,习惯将PI调节器的输入偏差值转换成额定量程的百分数进展计算,即转速偏差另除以额定转速,功率偏差另除以额定功率.1.2负荷控制负荷控制与转速控制采用同一个调节器.负荷控制回路中包括四个局部,分别是实际负荷处理PEL、目标负荷设定PS、最大负荷设定值PSM*和负荷调节器NPR.正常情况下,作为被控量的负荷设定值与控制量实际负荷之间的偏差是负荷调节器的主要处理对象.但由于工频一致的因素,因此负荷控制也可以通过转速偏差来实现控制,机组对电网频率偏差响应的一次调频回路就是将频差转为负荷偏差叠加到负荷调节器的前馈中,作为一次调频消除静态偏差的局部,到达调频目的.为了实现不同控制方式下的无扰切换,在转速/负荷调节器中设置了较多的切换和跟踪回路.1.2.1负荷实际值PEL的处理发电机实际负荷值PEL1,PEL2,PEL3由电气侧功率传感器直接读入汽轮机调节器.在正常的运行中,选用三个负荷实际值中的中间值作为实际负荷PEL,并输出到以下的模块和自动设备中：·运行和监控系统OM·机组协调级BLE·汽轮机开环控制系统DTS·透平应力评估WTG·转速设定值NS·负荷设定值PS·转速/负荷调节器NPR·甩负荷识别LAW模块会监视三个实际负荷值PEL1,PEL2,PEL3是否失效或偏差过大,并将失效信息STPEL1/2/3输出到OM系统.一个实际值失效或偏差过大,选用剩下两个值的大值输出；两个实际值值失效,选用未失效实际值；三个实际值均失效,选用替代值SV.1.2.1负荷设定值PS负荷设定值的形成回路与转速设定值的形成回路根本一样,目标负荷设定值PS先转为延时的负荷设定值PSV,再生成有效的负荷设定值PSW.其中目标负荷设定值是在设定值调整和存贮器功能块SWS6F中形成,根据不同的工况确定不同的目标负荷设定值.目标负荷设定值经过负荷变动率的限制后输出成为延时负荷设定值PSV,PSV再经过一些处理就生成有效负荷设定值PSW.目标负荷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二.表二序号工况负荷设定值说明1TSE故障WTS＝PSVTSE故障,机组升降负荷的热应力无法控制,因此保持当前设定值,负荷不变动.2汽轮机自启动程控发出的最小负荷指令PSMIN＝PSMIN自启动程控STEP15设定,设定值为150MW,目的是防止防止汽轮机无负荷或低负荷运行产生高压缸鼓风危险.3DEH控制负荷时,NPR调节器在转速控制LBNP与负荷控制LBPR间切换产生设置指令SB＝SVPS根据功频一致原理计算出SVPS,目的在于保证切换时无扰4DEH外部设定〔CCS过来〕＝PS*协调投入时,DEH承受CCS发出的负荷指令5停机程控发出STILL＝PSUG停机程控只有跳机后才会发出,此功能实际上是无效6初压方式下＝PSV＝PELDEH切至初压方式运行时,PS跟踪实际负荷7目标负荷超限＝PSB-1％当延时负荷设定值PSV比最大负荷设定值PSB大2％时8排除上述工况,可手动设定由运行人员在OM设定目标负荷注：1、TSE故障,或负荷限制有效BEGRIE〔即PSV大于PSB时〕,或DEH处于非限压方式,或机组未并网时,DEH闭锁外部负荷外部设定PS*AB；2、DEH在初压方式下,且压力调节器有效FDPRIE时,负荷设定值开场跟踪实际负荷,以便初压和限压切换时无扰；3、正常运行时,SVPS＝PEL－PSF,从负荷控制切至转速控制时,SVPS＝0.4、表中的优先等级是自上而下逐渐降低.根据不同工况生成的目标负荷设定值PS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负荷设定值PSV,并在OM上显示.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.负荷变化率上下限取决于热应力,运行人员手动设定时,该设定值由热应力WTF功能页与手动设定负荷变化率取小,从而防止机组升降负荷过程中热应力超标.假设由运行人员设定,需在OM上的将“负荷变化率投切子环〞置ON位.2〕SWF0F快速跟踪方式.在该方式下,SWF0F的输出值快速跟踪.根据优先级的不同,PSV的快速跟踪的值有所区别：A、机组处于非负荷控制方式时LB＝0,PSV＝0,与原理图上跟踪压力偏差FD*W的修正值有所出入.此时为保证无扰切换,起跟踪作用的是NPR中的SVPS.B、转速/负荷调节器在机组带负荷运行时,在转速调节器和负荷调节器间切换发出设置命令SB时,PSV＝SVPS.C、目标负荷超限后,PSV＝PSB－1％.D、初压方式下,压力调节器有效时,PSV＝PEL,跟踪实际负荷3〕SWF0F保持方式.此时SWF0F保持前一时刻PSV,并不受输入信号变化的影响.在以下工况下,SWF0F处于保持方式：A、升负荷过程中PSVLH,压力偏差过大,限压动作GDERB、TSE故障WTSC、自动停机AUST延时负荷设定值PSV叠加压力偏差修正(该压力偏差分修正实际未应用),与最大允许负荷设定值PSB取小后再减去在限压切初压模式切换失败下的附加偏置即生成有效负荷设定值PSW.假设超出负荷限制,负荷限制有效BEGRIE信号发出,闭锁外部负荷设定.1.2.2负荷调节回路分析负荷调节回路是一个带前馈的调节系统.前馈有两个：一是负荷前馈,有效负荷设定值PSW乘以前馈增益KPS后,直接加到调节器的出口,目的是提高变负荷调节的响应速度,加快对电网负荷需求的响应.二是一次调频前馈,该前馈由常规受上下限幅的一次调频分量和一次调频超驰局部取大值而得.一次调频超驰局部在机组并网时始终有效,目的是出现频率大幅偏差后不管一次调频投入与否汽机均超驰调节动作,以消除电网频率偏差.有效负荷设定值PSW与实际负荷PEL的偏差再加上一次调频分量PSF580作为调节器的输入,经过调节器PI运算、双向限幅后输出与负荷和频率限制前馈叠加生成负荷调节器NPR的最终输出指令YNPR.YNPR直接被送至进汽设定值形成OSB功能页中的主小选〔MIN〕功能页的输入端汽轮机开环控制系统DTS.图1－3负荷调节回路原理图1.2.3带负荷运行时不同控制方式间的无扰切换在前面转速调节回路分析一节中已讲过,由于汽轮机的静态特性决定了功率和频率〔转速〕存在线性关系,转速和负荷实际上是一个被调量,因此转速和负荷控制可以共用一个PI构造的调节器.也正由于上述原因,在机组带负荷后,机组负荷可由运行人员决定是通过转速调节器,还是通过负荷调节器进展负荷调节.另外,DEH也会检测机组的运行状态,发现机组甩负荷、发电机与电网解列等工况时会将负荷调节自动切至转速调节器.1〕并网瞬间分析汽轮机自启动程控允许走步的一个条件就是转速/负荷调节器处于负荷控制方式,即冲转前LBPR＝1,因此机组同期并列完成后,当电网主开关一闭合LSE,机组即刻进入负荷调节器发挥作用的负荷控制阶段.此时NPR中的主要信号状态如下：·机组在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR〔C1〕＝1·机组不在转速调节器作用下带负荷运行LBNP〔C2〕＝0·机组处于负荷操作方式LB＝1,即机组并网同时〔发电机出口开关和电网开关都处于合闸位〕DEH在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR＝1·负荷操作方式下没有发生负荷中断,C10＝1正是由于C10＝1,将转速/负荷PI调节器的输入偏差从转速偏差回路切至调频回路,同时将有效负荷设定PSW回路接通,使PI调节器的输入偏差为PSW－PEL,调节器转为负荷控制.此时的目标负荷设定值PS＝PSMIN＝15%PNOM,机组逐渐把负荷升至目标负荷.在升至最小负荷设定值期间,转速设定值为同期转速NS,该值经电气侧在并网前同期转速升/降调整至并网转速,正常并网时为正向并网,即具体并网转速值为略大于额定转速3000r,.直到机组负荷大于最小负荷设定值后,目标转速设为3000r/min.2〕运行人员在OM从负荷控制LBPR切至转速控制LBNR的分析转速/负荷调节器有效〔NPRIE＝1〕,运行人员在OM上通过负荷运行方式“LOADOPMODE〞预选块,可以选择不同的机组带负荷运行方式,选择1是转速控制方式LBNRB＝1,选择2是负荷控制方式LBPNB＝1.机组并网后,正常都是在负荷调节器作用下带负荷运行〔LBPR＝1〕.出现*些情况,需要转换成在转速调节器作用下带负荷运行〔LBNP＝1〕时,NPR中的主要信号状态如下：·机组不在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR〔C1〕＝0·机组在转速调节器作用下带负荷运行LBNP〔C2〕＝1·机组退出负荷控制,LB＝0〔主要原因是C1＝0〕·C10＝0〔主要原因是LB＝0〕上述开关信号状态的转变,最主要由于C10开关信号从“1〞置为“0〞后,转速/负荷调节器的输入端切回转速控制回路.只是此时的PI调节器的输入端不同于转速控制时的转速偏差,而是先把转速偏差乘以不等率转换成负荷设定值后再减去实际负荷成为负荷偏差：∆＝〔NSV－NT〕×K4－PEL,从而到达负荷控制的目的.此时的控制原理如图1-4.图1-4转速调节器作用下带负荷运行〔LBNP＝1〕的原理图为了实现两种负荷控制方式间的无扰切换,NPR中引入了SVNS和SVPS.正常运行时,SVNS＝3000r/min,SVPS＝PEL－PSF,切至转速控制方式后SVNS＝NT＋PEL×K,SVPS＝0.其中NT为切换瞬间的机组实际转速；PEL为切换瞬间的机组实际出力；K为转速不等率,K＝0.15；PSF为一次调频分量图1-5从负荷控制LBPR切至转速控制LBNR瞬间的回路图图1-5描述的就是切换开场,设置命令SB发出后瞬间,控制回路为实现无扰切换所采取的措施.此时DEH发出脉冲信号,设置命令SB置为1,因此在转速设定值功能页中,目标转速NS＝SVNS,且速率限制块此时处于快速跟踪状态,无延时的把NS值输出成为NSV.而从上图可知,在切换瞬间,SVPS＝NT＋PEL×K,所以NSV＝NS＝SVPS＝NT＋PEL×K.此时PI控制器的输入偏差为：∆＝〔NSV－NT〕×K4－PEL＝〔NT＋PEL×K－NT〕×K－PEL＝0.而SB＝1的时候,转速/负荷调节器处于快速跟踪状态,调节器的输出SV＝YPI＋K×〔K4×∆〕＝YPI＋K×K4×0＝YPI切换前后,控制器的输出没有改变,所以切换是无扰的.等到切换的脉冲消失,SVNS恢复成正常值,SVNS＝3000r/min,但NSV保持了切换瞬间将功率折算成频差的转速设定值,直到运行人员再次输入目标转速值.操作员设高转速设定值,升负荷,反之降负荷.3〕运行人员在OM从转速控制LBNR切至负荷控制LBPR的分析运行人员在OM上发出切换至负荷控制的切换命令时,LBPRB＝1,NPR中的主要信号如下：·机组在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR〔C1〕＝1·机组不在转速调节器作用下带负荷运行LBNP〔C2〕＝0·机组负荷控制,LB＝1·C10＝1上述开关信号状态的转变,使机组恢复到负荷调节器作用下带负荷运行〔LBPP＝1〕.运行人员通过手动设定目标负荷来调整机组出力.此时的调节器的回路如图1-6.图1-6从转速控制LBNR切回负荷控制LBPR时的控制原理图由于机组在转速调节器带负荷运行时,一次调频的作用是被切除的,而转回负荷调节器带负荷运行时,一次调频限制回路立即投入,为了消除切换瞬间的负荷设定值的扰动,因此负荷设定值在切换瞬间需要扣除一次调频分量.因此SVPS此时等于PEL－PSF.切换瞬间发出设置命令SB＝1,在目标负荷设定功能页中,PSV快速跟踪PS,PSV＝PS＝SVPS＝PEL－PSF,并保存在设定值贮存器功能页中.而C10＝1,使得PI调节器的输入端从转速偏差切回负荷偏差.此时PI调节器的输入端的偏差：Δ＝SVPS－PEL＋PSF＝(PEL－PSF－PEL)＋PSF＝0SB＝1,使得PI调节器处于快速跟踪状态：SV＝YPI＋K×Δ＝YPI所以切换时是无扰动的.1.2.4一次调频回路分析随着大容量机组在电网中比例不断增加和用户对电能质量要求的提高,电网频率稳定性问题越来越被重视.并网机组的故障跳闸,会对电网频率产生较大的冲击,电网调度系统以及自动发电控制〔AGC〕调节的滞后性将无法满足电网稳定运行的要求.入网机组一次调频功能的有效投入,则可以弥补这一缺乏.因此目前并网机组根本上都要求投入一次调频.SIEMENS型汽轮机DEH的一次调频提供了一次调频组件和一次调频限制组件,前者用于满足机组对电网频率偏差的弥补,后者则在于保护汽轮机,限制调频的幅度；前者由运行人员通过OM进展投切,后者是始终有效的.一次调频由运行人员手动投切,并且只有机组处于负荷控制方式下〔LB＝1〕才有效.当退出负荷控制方式时,一次调频会自动失效.由于实际中的频率是很难稳定的,为了防止一次调频不断动作,因此对一次调频做了死区,死区一般是两转.但转速偏离额定转速〔NNOM＝3000r/min〕两转以上,转速的偏差值〔Δ＝NSV－NT〕乘上不等率,将频差信号转换成相应需要调整的负荷量以调节器前馈的方式叠加到负荷偏差中,并通过转速调节器的比例前馈部件KDN直接作用于PI调节器输出.当电网频率下降,并网的汽轮发电机组实际转速低于额定转速,所以根据频差计算出的一次调频负荷分量是一个正的数值,即意味着机组需要加负荷.反之频率升高,调频风量为负值,说明供大小于求,需要减少机组出力.图1-7一次调频特性曲线2〕一次调频限制及超驰一次调频限制的目的是在电网出现大频率偏差时,限制DEH的调频的幅度,从而保护汽轮机.因此一次调频限制的死区大于一次调频的死区,所以在机组正常调频时,频率限制不会启动.只有频率偏差过大时,超出了一次调频限制的死区,频率限制开场发挥功能.此时频差信号成为一个固定值,以此来限制一次调频过调的问题.西门子机型设计逻辑带有一次调频超驰功能,在并网情况下,即使一次调频不投入,网频偏差超过0.5HZ时,该超驰环节动作,超驰调节汽机进汽量.1.3机组甩负荷时的汽轮机控制由于发电机发出的电能是通过电网输送给用户.因此在机组正常运行时,如果发电机出口开关或升压站的电网开关突然跳闸,或电网输电突然中断,都将引起汽轮发电机组甩负荷.由于此时汽轮机的输入能量远大于其输出能量,两者能量的不平衡必将引起汽轮机转速飞升.为了防止汽轮机超速,所有的DEH都设有防超速的安保系统.传统的以西屋机为代表的DEH系统一般都设有OPC回路,待汽轮机转速升至3090r/min引起OPC动作后,调门的EH油压泄去,调门快速关闭,从而到达防止汽轮机超速的目的.而西门子型DEH则采用与此完全不同的方式,它通过对机组甩负荷的识别,快关调门后,将机组从负荷控制切为转速控制,既预防了汽轮机超速,又能在转速稳定后,维持汽轮机空负荷或带厂用电运行.1.3.1甩负荷识别LAW甩负荷识别功能页LAW把甩负荷分为两种方式,第一种方式是瞬时负荷中断KU〔所谓的短甩负荷〕,机组的功率信号出现瞬时降低的负荷量超过甩负荷识别极限值GPLSP〔瞬间降低功率值约为额定功率的40％〕,即可认为机组发生瞬时负荷中断KU.第二种方式是长甩负荷LAW,同时满足以下四个条件触发短甩负荷KU且延时2S后触发5S定宽脉冲长甩负荷LAW信号：A、在发电机出口开关和主变高压侧开关闭合后延时3SB、实际负荷低于两倍厂用电负荷的限值GP2EBC、实际负荷高于逆功率值GPNEGD、有效负荷设定值PSW－实际负荷PEL的差值大于两倍厂用电负荷的限值GP2EB瞬时负荷中断信号KU为150ms定宽脉冲,该信号发出后,会快速关闭调门〔KU并不直接用于调门快关,调门快关是由调门阀位和阀位指令偏差过大触发的,有关调门的快关功能见阀门管理一节〕,减少汽轮机的输入能量,尽量降低汽轮机转速可能的飞升量.但为了防止在短时间屡次发生KU中断,导致调门频繁开关,KU信号触发后发7S定宽脉冲闭锁RS触发器复位端为1.长甩负荷LAW触发后会切换机组运行方式为转速控制器带负荷运行,按照负荷-转速的对应关系,由操作员设置目标转速从而到达控制功率的目的.1.3.2甩负荷后的DEH控制分析1〕瞬时负荷中断ku后的分析无论因何种原因〔包括发电机出口开关或升压站电网开关跳闸〕导致机组瞬时负荷中断,转速/负荷调节器NPR功能页中的C10开关量都将置0,即C10＝0,导致NPR处于转速控制回路.此时的控制原理如图1-8.图1-8负荷瞬时中断后的控制原理此时PI的输入端偏差：∆＝转速设定值－NT－PEL.根据甩负荷前的控制方式,转速设定值回路略有不同,如果当时带负荷运行〔LB＝1〕,C18＝0,则转速设定值＝NSV.NSV根据当时的机组功率又有所不同,假设实际功率小于最小负荷时,NSV＝3009r/min〔同期转速〕；假设大于最小负荷,NSV＝3000r/min.甩负荷前,如果机组不在带负荷运行方式〔LB＝0〕,C18＝1,则转速设定值回路切至NNOM.总之,瞬时负荷中断后,转速/负荷调节器的转速控制回路起作用,转速设定值为额定转速NNOM或同期转速NSYNC.由于甩负荷,实际转速肯定会有所上升,而且不可能出现逆功率,因此PI调节器的输入偏差为负值,PI调节器在负偏差的作用下,输出快速减到零.而调门的阀位控制回路会作用使其快速关闭.在调节和硬件回路双管作用下,确保机组甩负荷后调门能迅速关闭,机组转速不超速.在负荷瞬时中断KU发出后,在甩负荷识别时间,NPR回路不会发生任何切换,也不触发设置命令〔SB＝0〕,因此在甩负荷识别LAW发出前假设KU信号消失,则C10＝1,NPR的控制回路切回原工况.所有的回路和设定值都不变.2〕甩负荷LAW后的分析甩负荷信号LAW是电网脱扣,机组带以转速控制器带负荷运行的方式带厂用电运行.甩负荷前期的DEH处理就是负荷瞬时中断后所做的处理.唯一的区别在于,甩负荷LAW认为负荷已中断不可能恢复,因此在甩负荷识别时间2S过后,发出甩负荷信号LAW后,NPR调节器会发生切换,发出设置命令〔SB＝1〕,NPR成为在转速调节器作用下的带负荷运行〔LBNR＝1〕.此时NPR调节器控制根据转速偏差换算得出的目标负荷与实际负荷的偏差.换言之,在电网故障消除后,DEH不会自动恢复到事故前工况,只能维持机组在LAW后的状态.假设机组未与电网解列,运行人员可以通过设定目标转速来改变机组出力.设高目标转速,升负荷,否则降出力.在机组与电网并上网以后可以在OM切换带负荷运行方式,将DEH切至在负荷调节器作用下带负荷运行〔LBPR＝1〕,重新设置目标负荷来恢复机组出力.1.4主蒸汽压力控制1.4.1主汽压力实际值PFD主蒸汽压力的左右侧两组六个实际值PFD1-6直接读入汽轮机调节器,在正常运行中,每组信号三取中,然后两组三取号再经过取小得出主汽压力实际值PFD输出到主蒸汽压力设定值子模块FDS、主蒸汽压力调节器子模块FDPR和机组协调器BLE,并显示在OM上.模块会监视每组三个主蒸汽压力实际值是否失效或偏差过大,并将失效信息输出到OM系统.一个实际值失效或偏差过大,选用剩下两个值的大值输出；两个实际值值失效,选用未失效实际值；三个实际值均失效,选用替代值SV.1.4.2主汽压力设定值FDS正常情况下,主汽压力设定值FDS来自机组协调BLE的滑压曲线,并在DEH的OM上.如果压力设定值信号传递有故障,则FDSFG＝0,C1＝0,使最后从DCS的协调传递过来的主汽压力设定值被保存,同时在OM上显示主汽压力设定值故障信息STFDS*.主汽压力设定值FDS经过设定值调节器的速率限制后形成延时的主汽压力设定值FDSV,FDSV也显示在OM.主汽压力设定值变化的速率由参数FDSVG决定.延时主汽压力设定值FDSV减去主汽压力实际值就成为主汽压力控制偏差FD*W,并输出到限制压力/初始压力切换子模块GDVD和负荷设定值子模块PS中.延时主汽压力设定值FDSV叠加上限压方式设定值偏差DGD成为修正过的延时主汽压力设定值FDSVK,应用于主汽压力调节器子模块FDPR.1.4.3主汽压力调节器FDPR主汽压力调节器是一个PI型调节器,其输入偏差是修正的延时主汽设定值减去实际压力即Δ＝FDSVK－PFD.PI的输出指令经过高、低幅限制后,输出YFDPR到设定值形成OSB功能页.调节器输出的上限是校正过的主汽压力PFDK的函数.下限则取决于发电机出口开关和电网开关的合闸信号GLSE.机组并网前,GLSE＝0,限制值是YFDPG1；并网后,转换到限值2YFDPG2.主汽压力调节器无效时,调节器快速跟踪.跟踪值SV＝YR＋K×〔PFD－FDSV*〕,YR是OSB功能页的中央小选功能页输出值.这使主汽压力调节器有效的断开作用.但主汽压力一旦低于允许值之下,控制偏差Δ就是负的.主汽压力调节器立刻有效,并适当关闭调门,使压力不再下降.1.4.4限压/初压模式及两者间的切换分析取决于电厂机组的运行模式,主汽压力调节器可以选用压力限制控制方式或初始压力控制方式.在压力限制模式中,汽机侧调整机组负荷,锅炉跟随调节主汽压力.此时压力调节器是无效的,它快速跟踪进汽设定值OSB的输出YR,随时处于备用状态,一旦主汽压力和压力设定值偏差过大时,压力调节器即可投入作用,关小调门,维持机前压力.而在初压模式中,锅炉侧调节机组负荷,汽轮机跟随调节主汽压力.此时压力调节器发挥作用.限压/初压方式可以通过OM系统手动执行.1〕限压方式〔GDE〕DEH侧投入限压方式条件包括:1.机组退出负荷控制〔LB＝0〕;2.运行人员在OM上手动切换;3.执行汽轮机停机的程控指令;4.DCS侧限压方式请求.其中DCS侧限压方式请求包括:a.DEH来汽机在限压方式,此项为DEH侧投限压方式后选择DCS侧预选块在限压方式;b.高旁未全关,且高旁不在B方式;c.锅炉主控投自动.限压方式下有效的调节器是负荷调节器,压力调节器处于跟踪方式.压力调节器输出Y：Y=YP+YIYP:调节器比例局部,YP=*D*FDPRKP;*D:控制偏差,*D=*-W;*:主汽压力实际值PFD;W:主汽压力设定值,GDE=1时,W=FDSV+DGDDGD:压力偏置,置值为-10bar;YI:积分局部,S=1,YI=SV+DY;不在初压模式,且主汽压力控制器小选未选中,此时S=1DY:设定值偏置,DY=*D**DK,上/下限幅,上限DU=0.08,下限DL=0.002,0.08=16**D,即*D=0.005,即主汽压力PFD比压力设定值FDSV小8.65bar以达上限DU,小10.03375bar以上达下限DL.由上式可见,DGD是在限压方式下,为了保证主汽压力调节器不启作用而在主汽压力设定值上附加的偏置值.假设主汽压力实际值与主汽压力设定值偏差超过附加偏置值-DGD,主汽压力调节器积分局部设定值偏置达下限DL0.002,此时为防止主汽压力下跌过大,主汽压力调节器将启作用,直到调节主汽压力恢复至与压力设定值偏差小于-DGD,负荷调节器重新启作用,在这种状态下限压/初压方式不会自动切换.为了防止因压力偏差过大导致主汽压力调节器启作用,在限压/初压方式切换GDVD功能页中还设有压力偏差监视回路.一旦实际压力PFD和延时主汽压力设定值FDSV之间的差值FD*W小于压力限值GWGDER〔置值为-8bar〕,DEH在OM发出“到达限值压力〞〔LimitPressReached〕报警,同时报警GDER信号送至负荷设定PS功能页中,闭锁负荷设定值的上升,防止主汽压力继续下降.2〕初压方式〔VDE〕DEH侧投入初压方式条件包括:1.运行人员在OM上手动切换;2.汽轮机顺控第34步,高旁全关后,自动投入初压方式;3.DCS侧初压方式请求.其中DCS侧初压方式请求包括:a.锅炉主控在手动方式且高旁全关;b.锅炉RUNBACK且高旁全关;c.DEH来汽机在初压方式且高旁全关,此项为DEH侧投初压方式,预选DCS侧预选块在初压方式,同时切除锅炉主控自动;4.高旁不在B方式且此时在高旁全关5S脉冲.限压切换至初压时,压力调节器回路由DGD偏置切换至0,设定值偏置DY达下限DL,而同时负荷调节器附加DVD＝20.8MW的正偏置.DVD被送至转速/负荷调节器NPR的负荷设定值形成回路中.负荷调节器的输入偏差：Δ＝PSW＋DVD－PEL.由于DVD偏差的存在,负荷调节器的输出上升,直至到达YU上限,YU＝YR+PIRDY-N410-KPS2Y.中央小选模块选中压力调节器的输出,压力调节器有效.OSB中发出压力调节器有效信号FDPRIE,并送至负荷设定值PS功能页,负荷设定值开场跟踪实际负荷.1.5保护高压叶片的限制调节器汽轮机的高压叶片作用在高温高压环境中,除承受巨大的离心力外,还要承受热应力.因此SIEMENSDEH的调节器中专门设置了保护高压叶片的高压叶片温度限制调节器和高压叶片压力限制调节器.在高压叶片区域的温度或压力测点监视到汽轮机可能存在风险时,调节器发挥作用,开场调整高、中压调门的开度来改变高压缸的进汽量或进汽压力,从而保证叶片平安.这两个调节器由汽轮机自启动程控在第三步中投入.1.5.1高排温度限制调节器HATR在机组启动、甩负荷或其它异常工况下,由于高压缸进汽量的减少,导致高压缸未几级叶片在高速旋转下摩擦产生的高温得不到有效的冷却,叶片可能产生超出许用围的热应力和差胀,为此DEH专门设置了高排温度限制调节器,通过限制中调门的开度来增加高压缸的进汽量,从而防止高压缸长叶片区域的蒸汽温度超过最大许可值.高排温度限制调节器是一个PI调节器.DEH用高压缸〔12级后〕的蒸汽温度MAA50CT015/016/017表示长叶片温度；用高压缸壁温MAA50CT011/012/013代表高压转子温度,转子温度和叶片温度的温差再乘以－1作为调节器的输入偏差.调节器的输出值经双向限幅,调节器的输出YHATR始终大于零,送至进汽设定值形成功能页OSB.当叶片温度升高,偏差增大,限制调节器的输出YHATR为正.OSB在送给中压调门的指令中减去YHATR,从而关小中压调门,到达增加高压缸进汽的目的.而且OM上的HPE*TTEMPCTRLACT[HATRIE]灯亮.高压叶片和转子的温差为负时,由于调节器输出限幅的作用,YHATR＝0,不对中调门进展限制.在以下情况下,高排温度限制调节器处于跟踪状态,保持当前值.·限压方式下〔GDE〕,主汽压力调节器有效FDPRIE·汽轮机启动装置有效TABIE,即TAB起作用时·高排温度限制调节器无效YHATR值等于零,或者运行人员在OM手动退出调节器的投入子环都将使高排温度限制调节器无效.此时OM上的HPE*TTEMPCTRLACT[HATRIE]灯不亮,YHATR值强制为0.叶片温度与转子温度的差值还用于高排温度保护：∆>-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℃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翻开,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拟高时,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展限制,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构造,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展限制,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％,不会对高调门进展限制.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