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文本内容:
全电调DEH系统分析【摘要】:介绍我厂DEH控制系统的功能原理,且重点介绍系统功能及软、硬件功能,最后简略介绍系统仿真及联动试验【关键词】控制系统;软件通讯;硬件配置【前言】随着科学技术的不断发展,计算机技术现已广泛用到各种设备的监视和控制中,随着以微处理器为基础的分散控制系统DCS技术的大力发展,运用分散控制、集中管理的设计思想,不但控制的可靠性得到了更大的提高,操作维护人员的劳动强度亦可大大减轻为了适应发展,我厂#
1、#2机组进行了全电调控制系统改造它是以计算机为核心,采用东汽厂成熟的控制系统思想和先进的、可靠的硬件产品,配以完善的应用软件而形成的;它将计算机与自动控制有机地结合在一起,充分发挥了计算机的高速计算和数据处理以及具有记忆、比较、判断等逻辑功能,并且易与其它系统接口;其液压系统采用高压抗燃油系统下面就将各部分一一作以介绍
(一) 控制功能
1、自动挂闸
2、整定伺服系统静态关系
3、启动前的控制和启动方式自动判断热状态高压缸预暖启动方式中压缸启动、高中压缸联合启动
4、转速控制目标转速、升速率、临界转速、暖机、3000r/min定速、电机假并网试验
5、负荷控制并网/升负荷及负荷正常调节并网带初负荷、升负荷、暖机、定─滑─定升负荷负荷控制方式负荷反馈控制、一次调频、CCS控制、主汽压力限制、快卸负荷负荷限制高负荷限制、低负荷限制、阀位限制
6、单阀、顺序阀转换
7、超速保护超速限制甩负荷、103%超速保护
8、在线试验喷油试验超速试验电气超速试验、机械超速试验阀门活动试验高压遮断电磁阀试验严密性试验
9、控制方式切换汽机自动/手动方式
(二) 控制系统原理
1、汽轮机控制系统都是通过执行机构油动机来控制__在进汽口上的调节汽阀来改变汽轮机蒸汽转矩,以调节汽轮机的转速,哈汽200MW型汽轮机高压缸进汽口上配有四个调节汽阀,中压缸进汽口上配有四个调节汽阀,为保证汽机的安全运行,还配有相应的主汽阀所述的12个进汽阀均采用液压执行机构来驱动,以满足动作时间短,定位精度高的要求
2、汽轮机的工作转速为3000rpm,当电网中的负荷变动时,引起汽轮机转速随之变动,汽轮机调节系统中的测速环节测量到汽轮机的实际转速,并与额定转速3000r/min相比较后,通过频差放大,调节器伺服控制等环节来控制高、中压调节阀CV、ICV的开度,形成转速负反馈使转速变化维持在预定范围内
3、汽轮机的上述12个进汽阀均采用高压抗燃油为工质的油动机驱动,除8个调节阀CV、ICV用伺服阀与DEH的微机接口实现连续控制其余二个中压主汽阀RSV和二个高压主汽阀MSV采用电磁阀与DEH接口实现两位控制
4、自动挂闸挂闸就是使汽轮机的保护系统处于警戒状态的过程在#
1、#2机组的全电调改造中,保留了原有的危急遮断部套,保安油压__采用薄膜接口阀与高压保安油相连汽轮机已挂闸为危急遮断器滑阀在上支点,透平保安油压建立(压力开关PS
2、PS
3、PS4闭合三取二),薄膜接口阀关闭,主汽阀(MSV、RSV)上高压保安油压建立,且危急遮断器滑阀上腔室油压建立(PS1闭合),此时滑阀处于警戒状态挂闸允许条件汽轮机已跳闸所有进汽阀全关
5、整定静态关系在机组启动前,必须完成伺服阀、LVDT、功放板、DCM板、LVDT前置器板的静态关系整定,保证各个伺服机构的控制精度及线性度,以满足机组对该伺服系统静态关系的要求,CV、ICV阀可同时进行校验,也可分别进行校验,此过程在OIS上进行
6、启动前的控制和启动方式
6.
1、自动判断热状态汽轮机的启动过程,对汽机、转子是一个加热过程为减少启动过程的热应力,对于不同的初始温度,应采用不同的启动曲线DEH在每次挂闸时,自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温T的高低划分机组热状态T<150℃冷态150℃<T<300℃温态300℃<T<400℃热态400℃<T极热态
6.
2、高中压缸联合启动当旁路系统性能不完善或热态、极热态启动时,可采用高、中压缸联合启动方式此时,高、中压调节阀同时开启,本系统的启动方式采用的是高中压缸联合启动
7、转速控制在汽轮发电机组并网前,DEH为转速闭环无差调节系统其设定点为给定转速给定转速与实际转速之差,经PID调节器运算后,通过伺服系统控制油动机开度,使实际转速跟随给定转速变化在给定目标转速后,给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近当进入临界转速区时,自动将升速率改为700r/min/min快速冲过去在升速过程中,通常需对汽轮机进行中速、高速暖机,以减少热应力
8、负荷控制
8.
1、并网、升负荷及负荷正常调节
8.
1.
1、并网带初负荷当同期条件均满足时,油开关合闸,DEH立即增加给定值,使发电机带上初负荷避免出现逆功率由于刚并网时,未投入负荷反馈,故用主蒸汽压力修正应增加的给定值
8.
1.
2、升负荷在汽轮发电机组并网后,DEH为实现一次调频,调节系统配有转速反馈在试验或带基本负荷时,也可投入负荷反馈在负荷反馈投入时,目标和给定值均以MW形式表示在负荷反馈切除时,目标和给定值以额定压力下总流量的百分比形式表示在设定目标后,给定值自动以设定的负荷率向目标值逼近,随之发电机负荷逐渐增大在升负荷过程中,通常需对汽轮机进行暖机,以减少热应力
8.
1.
3、暖机汽轮机在升负荷过程中,考虑到热应力、胀差等各种因素,通常需进行暖机若需暂停升负荷,可进行如下操作:不在CCS方式时,操作员发“保持”指令;在CCS方式下时,退出CCS方式后发“保持”指令
8.
2、负荷控制方式
8.
2.
1、负荷反馈负荷控制器是一个PI控制器,用于比较设定值与实际功率,经过计算后输出控制CV阀和ICV阀在负荷反馈投入时,设定点以MW形式表示采用PID无差调节,稳态时负荷等于设定的值
8.
2.
2、一次调频汽轮发电机组在并网运行时,为保证供电品质对电网频率的要求,通常应投入一次调频功能当机组转速在死区范围内时,频率调整给定为零,一次调频不动作当转速在死区范围以外时,一次调频动作,频率调整给定按不等率随转速变化而变化
8.
2.
3、CCS控制此时汽机负荷目标值受锅炉控制系统控制,负荷率为100MW/min,在负荷限制动作时产生保持__在CCS方式下,DEH的目标等于CCS给定,且切除负荷反馈,一次调频死区改为30r/minCCS给定__与目标及总阀位给定的对应关系为:4~20__—0~100%CCS给定__代表总的阀位给定
8.
2.
4、主汽压力控制(TPC)在锅炉系统出现某种故障不能维持主汽压力时,可通过关小调门开度减少蒸汽流量的方法使主汽压力恢复正常在主汽压力限制方式投入期间,若主汽压力低于设置的限制值,则主汽压力限制动作动作时,设定点在刚动作时的基础上,以1%/秒的变化率减小同时目标和设定点即等于总的阀位参考量,也跟随着减小若主汽压力回升到限制值之上,则停止减设定点若主汽压力一直不回升,设定点减到总的阀位参考量不大于20%时,停止减在主汽压力限制动作时,自动切除负荷反馈,退出CCS方式
8.
3、负荷限制:
8.
3.
1、高负荷限制在操作员站上调出“自动限制”画面,按“高负荷限制”按钮,可设定高负荷限制值在并网后,如果操作员已从操作员站上输入一个新的高负荷限值,则该值即为新的设定点值,高负荷限制上限不应大于210MW如果实际功率已达到高负荷限制值,目标值大于设定值,则DEH发“保持”__
8.
3.
2、低负荷限制并网以后,实际负荷不允许低于某一限制值,如果实际功率已达到这一限制值,则DEH发“保持”指令
8.
4、阀位限制汽轮发电机组由于某种原因,在一段时间内,不希望阀门开得太大时,操作员可在0~110%内设置阀位限制值DEH总的阀位给定值为负荷参考量与此限制值之间较小的值,为防止阀位跳变,阀位限制值设有变化率限制,变化率为1%/秒,当阀位限制动作时,若目标大于设定点,则发保持指令,停止增大设定点
9、超速保护
9.
1、超速限制为避免汽轮机因转速太高离心应力太大而采用的方法称为超速限制
9.
1.
1、甩负荷:由于大容量汽轮机的转子时间常数较小,汽缸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必须设置一套甩负荷超速限制逻辑若油开关断开出现甩负荷,若负荷大于15%,则迅速动作超速限制电磁阀,关闭高、中压调节阀,同时将目标转速及给定转速改为3000r/min,延时2秒后,超速限制电磁阀失电,调节阀由转速闭环控制,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
9.
1.
2、103%超速因汽轮机若出现超速,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%一旦转速超过103%,则迅速动作超速限制电磁阀,关闭高中压调节阀,延时2秒后,超速限制电磁阀失电,调节阀由转速闭环控制,使汽轮机转速稳定在3000r/min
9.
2、超速保护若汽轮机的转速太高,由于离心应力的作用,会损坏汽轮机虽然为防止汽轮机超速,DEH系统中配上了超速限制功能,但万一转速限制不住,超过预定转速则立即打闸,迅速关闭所有主汽阀、调节阀为了安全可靠,系统中设置了多道超速保护:DEH电气超速保护109%DEH硬件超速保护110%危急遮断飞锤机械超速保护另外,DEH还配有下列打闸停机功能:操作员手打停机由紧急停机柜ETS来打闸__
10、在线试验:
10.1 阀门活动试验: 为确保阀门活动灵活,需定期对阀门进行活动试验,以防止卡涩阀门活动试验对主汽阀、调节阀均进行试验
10.2 喷油试验: 为确保危急遮断飞锤在机组一旦出现超速时,能迅速飞出遮断汽轮机,需经常对飞锤进行活动试验,此活动试验是将油喷到飞锤中增大离心力,使之飞出但飞锤因喷油试验飞出不应打闸为提高可靠性,采用了冗余设计,二个飞锤,二个危急遮断器滑阀,用杠杆将它们__起来通过__杠杆,使喷出的飞锤不会遮断汽机
10.3 超速试验: 做超速试验时,将DEH的目标转速设置为3360r/min慢慢提升汽轮机转速,到达被试验的一路超速保护的动作转速时,此路超速保护动作,遮断汽轮机因此超速试验也叫提升转速试验DEH可自动记录汽轮机遮断转速以及最高转速
10.4高压遮断电磁阀试验:为提高可靠性,高压遮断超速限制电磁阀采用了冗余结构高压部分的电磁阀可进行在线试验此项试验在POC站上操作正常情况下,6YV、7YV、8YV、9YV电磁铁带电5PS、6PS断开正常试验时,6YV或7YV失电动作,则6PS将闭合若电磁阀动作后,15秒内压力开关__不正确,则认为试验故障当做完6YV、7YV电磁铁试验后,使6YV、7YV恢复带电状态6PS断开然后再做8YV、9YV试验8YV或9YV失电动作,则5PS将闭合若电磁阀动作后,15秒内压力开关__不正确,则认为试验故障当做完8YV、9YV电磁铁试验后,使8YV、9YV恢复带电状态5PS断开
(三)软件设计 DEH控制系统的软件采用了计算机的成熟技术,它可分为系统软件包括操作系统及支撑软件和应用软件2层,应用软件在操作系统管理下工作__系统的支撑软件为用户提供了一个全__的软件__平台,它可用图形组态的方式构成简捷的人机对话界面,技术人员只需经过简单培训,就能熟练地对系统进行各种规定的操作1 系统软件DEH控制系统由操作员站和EWS工程师站组成,它们挂在冗余的μΣNETWORK100网络上协同工作,网络通讯由中文版WINDOWSNTSERVER
4.0多任务操作系统实现工程师站上的组态支撑软件是一组功能强大的软件工具包,它为用户提供了一个友好的全__的用户界面,能离线对控制过程进行应用软件__2 应用软件 DEH控制系统的应用软件是在系统支撑软件支持下,在工程师工作站上,由专业人员设计并输入它要完成系统配置组态、数据库生成组态、控制回路生成组态等工作专业人员只需使用图表或功能块图,就能完成控制逻辑图的设计另外,应用软件在高度透明的前提下进行了合理的分层,这样用户很容易掌握DEH控制系统的机理,从而增加运行维护人员对系统的信任度和工作信心,用户可通过操作员站查询全部软件流程图、逻辑图,通过工程师站有限度的进行系统组态和在线修改等等运行监视过程中需要选择调整的参数,如速率、负荷率、目标值等,允许运行人员在操作员站上在规定的范围内修改3 通讯方式通过μΣNETWORK100网络将多台控制器、POC站、工程师站等设备连接起来,构成分布控制系统控制网,网络的最大挂站能力为255个,传输速率为100MbpsμΣ100网络主要技术性能项目技术特性连接控制器HISEC04-M/R600C结构双重化,环形通讯速率100Mbps通讯介质光纤(GI-50/125μm)站间距__X2KM总长度__X100KM挂站数__X255台访问方式令牌(FDDI)通讯缓冲区256KB数据长度__X
1.5KByte传送周期1ms~1000ms4 硬件设计 DEH控制系统硬件配置主要由以下部分组成标准机柜电源分配系统模板操作员站EWS工程师站
4.1 工程师站(EWS)EWS是专用于工程师设计、组态、调试、监视系统的工具EWS包括PentiumPC主机,显示器,键盘、打印机,鼠标器等EWS的主要功能有系统登录、程序维护、控制器状态控制、系统构成显示、参数调整、在线监视、系统维护、维护EWS是系统日常运行维护的中心,必须由专业工程师进行操作工程师站的设置,方便了用户的正常运行,使系统更具有可操作性、可修改性,增加了全系统的透明度
4.2 操作员站 操作员站由工业微机、显示器、操作员专用键盘、打印机、球标等构成现场运行人员通过使用显示器、球标、专用键盘等操作工具完成对汽轮机的监视和控制在操作员站上,只能利用已经组态好的图形软件,对汽轮机进行监视和控制操作,而不能修改应用软件现场运行人员对汽轮机系统做任何控制操作,都记录下来【结束语】全电调DEH控制系统已经在我厂改造了两台机组,全电调DEH系统与传统的汽轮机液调控制系统、电液共存式控制系统相比具有很多优点采用全电调系统,控制精度高、执行机构线性度好,减少了机械部件之间的传动环节,进一步减小了阀门迟缓率和控制死区的不利影响,改善了大型发电机组转速负荷控制的稳态、动态特性DEH系统的投入,使机组能够稳定、快速地响应机组负荷指令变化【____】:
1、计算机控制系统水利电力出版社
2、HIACS—5000逻辑图及说明北京日立公司
3、热工自动控制系统中国电力出版社。