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1、 汽輪機(jī)汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)晉能集團(tuán)曹萌1汽輪機(jī)的作用與工作原理 汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠的三大主要設(shè)備之一。它以鍋爐產(chǎn)生的蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。就以我們公司為例,陽(yáng)光公司4臺(tái)汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)，是由東方汽輪機(jī)廠與美國(guó)ETSI公司合作生產(chǎn)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電氣部分原來(lái)采用INFI-90分散式控制系統(tǒng)，現(xiàn)在#1、#2機(jī)組經(jīng)過(guò)DCS一體化改造，采用OVATIN控制系統(tǒng)的配置。液壓部分沒(méi)有改變，全部采用高壓抗燃油系統(tǒng)。汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽口配有4個(gè)調(diào)節(jié)汽閥，中壓缸進(jìn)汽口上配有2 2個(gè)調(diào)節(jié)汽閥，為保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，還配有相應(yīng)的主汽閥，即2個(gè)高壓主汽閥和2個(gè)中壓主汽閥。10個(gè)進(jìn)

2、汽閥均采用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以滿足動(dòng)作時(shí)間短，定位精度高的要求。就凝汽式汽輪機(jī)而言，從鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽經(jīng)由主閥門(mén)進(jìn)入高壓缸，再進(jìn)入中壓缸，再進(jìn)入低壓缸，最終進(jìn)入凝汽器。蒸汽的熱能在汽輪機(jī)內(nèi)消耗，變?yōu)檎羝膭?dòng)能，推動(dòng)裝有葉片的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2講解內(nèi)容主要包括三部分1、汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的組成2、汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的控制策略3、汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的主要試驗(yàn)4、汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的常見(jiàn)故障3一、一、DEH系統(tǒng)的組成 從硬件組成分析從硬件組成分析操作員站,工程師站,控制柜就地部分：伺服放大器,電液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)、LVDT共同組成一個(gè)液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)機(jī)械杠桿、凸輪、

3、彈簧等機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽流量的控制。從對(duì)汽輪機(jī)的作用分析從對(duì)汽輪機(jī)的作用分析 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)由調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保安系統(tǒng)組成。調(diào)節(jié)系統(tǒng)是汽輪機(jī)控制的主要環(huán)節(jié)，全面控制汽輪機(jī)的啟停、升速、帶負(fù)荷及電廠的協(xié)調(diào)控制，采集各種汽輪機(jī)的運(yùn)行信息，顯示汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；保安系統(tǒng)是汽輪機(jī)保護(hù)的重要部分，它全方位監(jiān)視汽輪機(jī)的各個(gè)危害安全運(yùn)行的參數(shù)，保護(hù)汽輪機(jī)安全可靠的運(yùn)行。比如：危急遮斷滑閥、飛錘高低壓遮斷電磁閥，超速限制電磁閥等等。4二：控制策略和功能二：控制策略和功能1、任務(wù)：DEH控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)從掛閘、沖轉(zhuǎn)、定速暖 機(jī)、同期并網(wǎng)、帶初負(fù)荷以及滿負(fù)荷整個(gè)過(guò)程的控制。2、控制方式：手動(dòng)方式、自

4、動(dòng)方式、鍋爐自動(dòng)方式、自啟動(dòng)方式。3、DEH控制功能 DEH控制功能分為四部分,即超速保護(hù)部分、自動(dòng)控制部分、閥門(mén)管理部分和轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力計(jì)算與ATR部分。轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力計(jì)算與ATR部分在我們公司沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，僅起到監(jiān)視作用，不做講解。5 超速保護(hù)部分的主要功能 主要完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量以及各種緊急情況的處理。比如：負(fù)荷不平衡、甩負(fù)荷、超速限制、超速遮斷等主要功能。1、負(fù)荷不平衡控制。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生瞬時(shí)故障，發(fā)電機(jī)輸出功率驟減，汽機(jī)尚未及時(shí)減負(fù)荷，導(dǎo)致汽機(jī)轉(zhuǎn)速突增，為了解決機(jī)負(fù)荷和電負(fù)荷的不平衡問(wèn)題，通過(guò)測(cè)量中壓缸排汽壓力作為汽機(jī)功率的標(biāo)志，當(dāng)汽機(jī)功率與電功率之差超過(guò)30%額定功率時(shí)，快關(guān)中調(diào)門(mén)，達(dá)到改進(jìn)電力系統(tǒng)穩(wěn)

5、定性的作用。62、甩負(fù)荷的類(lèi)型及危害 甩負(fù)荷的類(lèi)型：a、因供電輸變線路突然跳閘，使機(jī)組負(fù)荷無(wú)法正常輸出 b、發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)，發(fā)電機(jī)解列 c、汽輪機(jī)保護(hù)動(dòng)作,高中壓主汽門(mén)突然關(guān)閉，汽機(jī)甩負(fù)荷 d、運(yùn)行中某一主汽門(mén)、調(diào)門(mén)或某一油動(dòng)機(jī)突然關(guān)閉 甩負(fù)荷的危害：運(yùn)行中汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷，不僅給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響，而且直接對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，其危害性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）甩負(fù)荷是造成機(jī)組超速的主要因素 （2）甩負(fù)荷后對(duì)機(jī)組形成了一次較大的熱沖擊 （3）甩負(fù)荷過(guò)程伴隨著一次較大的機(jī)械沖擊 （4）甩負(fù)荷對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成一次較大的擾動(dòng) （5）甩負(fù)荷后還會(huì)造成壓力容

6、器超壓運(yùn)行，甚至引起安全閥啟跳，壓力容器 變形或爆破73、超速限制功能 當(dāng)由電氣原因（上述a、b類(lèi)型）造成機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，則發(fā)電機(jī)甩去全部或大部分負(fù)荷（僅剩下廠用電負(fù)荷），由于控制信號(hào)的滯后，加之對(duì)于中間再熱機(jī)組,由于再熱蒸汽系統(tǒng)容積相當(dāng)大及余汽的作用，使汽機(jī)轉(zhuǎn)速快速飛升，如果汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性不理想，就會(huì)造成超速保護(hù)動(dòng)作而停機(jī)。為了防止機(jī)組跳閘，在轉(zhuǎn)速達(dá)到103%（轉(zhuǎn)速達(dá)到3090RPM），通過(guò)超速保護(hù)電磁閥(OSP)立即快關(guān)高中壓調(diào)門(mén)，抑制轉(zhuǎn)速，起到超速預(yù)警保護(hù)。8 當(dāng)汽輪機(jī)保護(hù)動(dòng)作（上述c類(lèi)型）造成機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)組會(huì)甩去全部負(fù)荷，此時(shí)機(jī)組的轉(zhuǎn)速與甩負(fù)荷前相比基本不變。由于高中壓主汽

7、門(mén)關(guān)閉，切斷了進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽，為了維持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，全靠電網(wǎng)的反送電，此時(shí)汽輪發(fā)電機(jī)組變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行模式，稱為逆功率運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組逆功率運(yùn)行，對(duì)發(fā)電機(jī)本身來(lái)說(shuō)，沒(méi)有什么危害。此時(shí)，發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行，將會(huì)從系統(tǒng)吸收有功，以維持其同步運(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有變化，但系統(tǒng)頻率可能會(huì)降低。作為汽輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)入逆功率異常運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)主汽門(mén)已關(guān)閉，汽機(jī)尾部葉片因?yàn)榕c殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦而形成鼓風(fēng)損耗，葉片甚至因過(guò)熱而損壞，對(duì)汽輪機(jī)造成危害。因此，大機(jī)組都要裝設(shè)逆功率保護(hù)。該保護(hù)主要保護(hù)的是汽輪機(jī)。當(dāng)由某主汽門(mén)或調(diào)門(mén)突關(guān)（上述d類(lèi)型）造成機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，則發(fā)電機(jī)組僅甩去部分負(fù)荷，機(jī)組轉(zhuǎn)速保持不變，其甩負(fù)荷量與

8、突然關(guān)閉的閥門(mén)的通流量占機(jī)組當(dāng)時(shí)進(jìn)汽量的份額有關(guān)，同時(shí)也與閥門(mén)的類(lèi)別有關(guān)。只是降出力而已。94、超速遮斷保護(hù) 汽輪機(jī)是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的離心應(yīng)力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)速增高時(shí)，離心應(yīng)力將迅速增加。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的20%時(shí)，離心應(yīng)力接近于額定轉(zhuǎn)速下應(yīng)力的1.5倍，此時(shí)不僅轉(zhuǎn)動(dòng)部件中按緊力配合的部套會(huì)發(fā)生松動(dòng)，而且離心應(yīng)力將超過(guò)材料所允許的強(qiáng)度，使部件損壞，為此，汽輪機(jī)均裝有超速保護(hù)裝置。在轉(zhuǎn)速達(dá)到110%（轉(zhuǎn)速達(dá)到3300RPM）時(shí)，高壓遮斷電磁閥HPT和超速保護(hù)電磁閥OPS同時(shí)帶電泄油，迅速切斷進(jìn)氣，使汽輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。10自動(dòng)控制部分 主要完成參數(shù)的設(shè)置、反饋環(huán)路的投切、控制

9、方式的選擇、電磁閥試驗(yàn)、噴油試驗(yàn)等等。其主要作用是實(shí)現(xiàn)汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制和負(fù)荷控制。負(fù)荷控制、調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制、轉(zhuǎn)速控制的所有PID調(diào)節(jié)器均應(yīng)用在此部分中。另外負(fù)荷率、升速率及目標(biāo)值的設(shè)定,高負(fù)荷限制、低負(fù)荷限制、主汽壓力限制、閥門(mén)閥位限制、轉(zhuǎn)速控制中的臨界區(qū)控制,自同期控制,鍋爐控制方式,HPT、OSP電磁閥試驗(yàn),飛錘試驗(yàn)、一次調(diào)頻等功能也包含在此部分中。11一次調(diào)頻功能一次調(diào)頻功能 一次調(diào)頻是汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)要據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自發(fā)的進(jìn)行調(diào)整機(jī)組負(fù)荷以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，二次調(diào)頻是人為（比如AGC）根據(jù)電網(wǎng)頻率高低來(lái)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié),不能維持電網(wǎng)頻率不變,只能緩和電網(wǎng)頻率的改變程度。在負(fù)

10、荷控制方式,機(jī)組為了維護(hù)電網(wǎng)供電質(zhì)量,需要具備一次調(diào)頻的能力,以保證電網(wǎng)頻率較低時(shí)機(jī)組能利用調(diào)頻能力提高其發(fā)電量，電網(wǎng)頻率較高時(shí),機(jī)組利用調(diào)頻能力減少發(fā)電量。當(dāng)轉(zhuǎn)速在死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，頻率調(diào)整指令為零，一次調(diào)頻不動(dòng)作，當(dāng)轉(zhuǎn)速在死區(qū)范圍以外時(shí)，一次調(diào)頻動(dòng)作，頻率調(diào)整指令根據(jù)不等率隨轉(zhuǎn)速變化而變化。一次調(diào)頻投入動(dòng)作條件 DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能采用將頻差信號(hào)疊加在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥指令上進(jìn)行調(diào)節(jié)的一次調(diào)頻死區(qū)：2轉(zhuǎn)/分 速度變動(dòng)率4.5%1213閥門(mén)管理部分 閥門(mén)管理部分主要完成伺服閥控制、手自動(dòng)方式選擇、預(yù)暖、閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)、快卸（RUNBACK）、單/順閥切換、掛閘、閥門(mén)整定等功能，實(shí)現(xiàn)DEH與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的對(duì)

11、接。其主要內(nèi)容包括:閥門(mén)的流量特性曲線(函數(shù)關(guān)系)，高中壓主汽門(mén)、調(diào)門(mén)的閥門(mén)校驗(yàn)邏輯,單/順閥切換邏輯,嚴(yán)密性試驗(yàn)邏輯等。14三、主要試驗(yàn)三、主要試驗(yàn)1、啟動(dòng)前的試驗(yàn)：（1）汽輪機(jī)保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)（2）掛閘，RUN（3）閥門(mén)校驗(yàn)（4）高壓遮斷HPT電磁閥、超速保護(hù)OSP電磁閥試驗(yàn) 為了提高可靠性，在DEH系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了四個(gè)高壓遮斷電磁閥（HPT電磁閥）,和四個(gè)超速保護(hù)電磁閥(OSP電磁閥),這兩組電磁閥采用冗余結(jié)構(gòu)，高壓部分的兩組電磁閥可進(jìn)行在線試驗(yàn)，因?yàn)镺SP電磁閥和HPT電磁閥的試驗(yàn)不會(huì)跳機(jī)。152、并網(wǎng)前的試驗(yàn)：噴油試驗(yàn)超速試驗(yàn)嚴(yán)密性試驗(yàn)3、運(yùn)行中的定期試驗(yàn)：閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)單順閥切換試驗(yàn)電磁閥活

12、動(dòng)試驗(yàn)抗燃油泵的連鎖試驗(yàn)16四、常見(jiàn)的故障 1.電源故障2.抗燃油系統(tǒng)有關(guān)問(wèn)題3.模件故障或通道故障4.操作員站故障17電源故障1、1998年1月20日，我公司1B汽泵停運(yùn)消缺，啟動(dòng)#1機(jī)電泵后，發(fā)”DEH系統(tǒng)電源消失”，高中壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，機(jī)組負(fù)荷由225MW突降至76MW，主汽溫度超溫，手打停機(jī)，發(fā)電機(jī)解列。故障原因：DEH系統(tǒng)電源兩路均取自UPS電源，由于電氣側(cè)UPS逆變器故障，由旁路輸出，啟動(dòng)電泵時(shí)，電源電壓波動(dòng)大，DEH系統(tǒng)因電壓擾動(dòng)導(dǎo)致失電而甩負(fù)荷。2、2005年3月16日凌晨1點(diǎn)10分，#1機(jī)組負(fù)荷突然由261MW降至26MW，高低旁路快開(kāi)，因汽包水位低保護(hù)動(dòng)作鍋爐滅火，此

13、時(shí)DEH操作員站與過(guò)程控制單元通訊中斷，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作。故障原因：DEH系統(tǒng)電源兩路均取自UPS電源，對(duì)電源檢查，發(fā)現(xiàn)供電電壓215VAC,DEH系統(tǒng)總線電壓4.84VDC。經(jīng)和ABB公司專家研究，認(rèn)為電氣供電電壓和系統(tǒng)總線電壓偏低。故障原因初步認(rèn)定是交流電壓波動(dòng)，引起總線電壓低于4.76VDC，導(dǎo)致DEH系統(tǒng)所有模件瞬時(shí)故障，造成高中壓進(jìn)汽閥關(guān)閉。18抗燃油系統(tǒng)有關(guān)問(wèn)題1、由于抗燃油質(zhì)差，導(dǎo)致伺服閥卡澀，閥門(mén)無(wú)法正常動(dòng)作 DEH控制系統(tǒng)液壓部分的工作介質(zhì)是抗燃油，而抗燃油的清潔度是電液控制元件正常工作的必要條件。由于抗燃油質(zhì)污染，造成電液轉(zhuǎn)換裝置精密部件堵塞、卡死、沖蝕、磨損，總之，抗燃油質(zhì)不合格，往往造成伺服閥無(wú)法正常工作，最終導(dǎo)致由伺服閥控制的閥門(mén)無(wú)法動(dòng)作，調(diào)節(jié)失靈。2、抗燃油系統(tǒng)壓力低19模件故障或通道故障 模件故障或通道故障是DEH系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題，更換模件或通道，一定做好安全措施。操作員站故障 操作員站故障主要表現(xiàn)在：主機(jī)不能啟動(dòng)（硬盤(pán)損壞，主板燒壞）顯示器故障（黑屏）通訊中斷（通訊模件故障，網(wǎng)線松動(dòng)，網(wǎng)卡損壞）20