1、 第七章第七章 汽轮机数字电液控制系统汽轮机数字电液控制系统(DEH)7.1 概述概述 汽轮机控制的发展过程汽轮机控制的发展过程汽轮机控制装置的发展经历了以下几个阶段汽轮机控制装置的发展经历了以下几个阶段 一、早期的汽轮机控制系统是由离心飞锤、一、早期的汽轮机控制系统是由离心飞锤、杠杆、凸轮等机械部件和错油门、油动机等杠杆、凸轮等机械部件和错油门、油动机等液压部件构成，称为液压部件构成，称为机械液压式控制系统机械液压式控制系统(MechanicalHydraulic Control，MHC)简称液调。这种系统的控制器是由机械元件简称液调。这种系统的控制器是由机械元件组成的，执行器是由液压元件组
2、成的组成的，执行器是由液压元件组成的。二、随着汽轮机单机容量的增大和中间再热二、随着汽轮机单机容量的增大和中间再热机组的出现，单元制运行方式的普遍采用以机组的出现，单元制运行方式的普遍采用以及电网自动化水平的提高，产生了电气液压及电网自动化水平的提高，产生了电气液压式控制系统式控制系统(ElectroHydraulic Control，EHC)，简称，简称电液控制装置电液控制装置。三、随着电气元件可靠性的提高，出现了不三、随着电气元件可靠性的提高，出现了不依靠机械液压式控制系统作后备的纯电液控依靠机械液压式控制系统作后备的纯电液控制系统。开始采用的纯电液控制系统是由模制系统。开始采用的纯电液控
3、制系统是由模拟电路组成的，称为模拟式电气液压控制系拟电路组成的，称为模拟式电气液压控制系统统(Analog ElectricHydraulic Control，AEH)，也称，也称模拟电液控制装置模拟电液控制装置，这种系统的，这种系统的控制器是由模拟电路组成的，执行器仍保留控制器是由模拟电路组成的，执行器仍保留原有的液压部分，两者之间通过电液转换器原有的液压部分，两者之间通过电液转换器相连接。相连接。四、计算机技术的发展将汽轮机控制技术四、计算机技术的发展将汽轮机控制技术又向前推进了一大步，又向前推进了一大步，80年代出现了以数年代出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系字计算机为基础的
4、数字式电气液压控制系统统(Digital Electric-Hydraulic Control，DEH)，简称，简称数字电液控制装置数字电液控制装置。DEH实际上是数字式管理，电动式控制，实际上是数字式管理，电动式控制，液动式执行的方式。液动式执行的方式。五、近期的汽轮机五、近期的汽轮机DEH系统逐步转向以分系统逐步转向以分散控制系统散控制系统(DCS)为基础，它具有对汽轮发为基础，它具有对汽轮发电机的启动、升速、并网、负荷增减、电机的启动、升速、并网、负荷增减、停止进行监视、操作、控制、保护，以及停止进行监视、操作、控制、保护，以及数字处理和数字处理和CRT显示等功能。显示等功能。基于基于D
5、CS的的DEH系统有如下特点：系统有如下特点：(1)用操作员站的用操作员站的CRT和打印机来监视机组和打印机来监视机组 各种参数及其变化趋势。各种参数及其变化趋势。(2)具有转速控制、功率控制功能。具有转速控制、功率控制功能。(3)可进行主蒸汽压力控制、超速保护控可进行主蒸汽压力控制、超速保护控 制、阀门快关控制等。制、阀门快关控制等。(4)具有阀门管理功能。具有阀门管理功能。(5)具有按热应力升速和加载的功能。具有按热应力升速和加载的功能。(6)软件的模块化和硬件的积木式结构使系软件的模块化和硬件的积木式结构使系 统的组态具有极高的灵活性；事故追忆统的组态具有极高的灵活性；事故追忆 打印功能
6、有利于对事故的实时分析。打印功能有利于对事故的实时分析。7.2 汽轮机控制的主要内容汽轮机控制的主要内容 目前火力发电厂多采用单机容量为目前火力发电厂多采用单机容量为300600MW的亚临界压力的单元机组。随着电的亚临界压力的单元机组。随着电网自动化程度和单元制运行水平的不断提网自动化程度和单元制运行水平的不断提高，对汽轮机控制系统提出了更高的要求高，对汽轮机控制系统提出了更高的要求一个完善的汽轮机控制系统应包括以下功一个完善的汽轮机控制系统应包括以下功能系统。能系统。一、监视系统一、监视系统(TSI)监视系统是保证汽轮机安全运行的必不可少监视系统是保证汽轮机安全运行的必不可少的设备，它能够连
7、续监测汽轮机运行中各参的设备，它能够连续监测汽轮机运行中各参数的变化。主要内容有：汽轮机转速、轴及数的变化。主要内容有：汽轮机转速、轴及轴承振动、转子轴位移，转子与汽缸的相对轴承振动、转子轴位移，转子与汽缸的相对胀差，汽缸热膨胀、主蒸汽压力、主蒸汽温胀差，汽缸热膨胀、主蒸汽压力、主蒸汽温度、凝汽器真空、高压缸速度级后压力，再度、凝汽器真空、高压缸速度级后压力，再热蒸汽压力和温度，汽缸温度、润滑油压、热蒸汽压力和温度，汽缸温度、润滑油压、EH油压、轴承温度等。汽轮机的参数监视油压、轴承温度等。汽轮机的参数监视通常由数据采集系统通常由数据采集系统(DAS)实现。实现。二、保护系统二、保护系统 保护
8、系统的作用是，当电网或汽轮机本身保护系统的作用是，当电网或汽轮机本身出现故障时，保护装置根据实际情况迅速出现故障时，保护装置根据实际情况迅速动作，使汽轮机退出工作，或者采取一定动作，使汽轮机退出工作，或者采取一定措施进行保护，以防止事故扩大或造成设措施进行保护，以防止事故扩大或造成设备损坏。大容量汽轮机的保护内容有：备损坏。大容量汽轮机的保护内容有：超超速保护、低油压保护、位移保护、低真空速保护、低油压保护、位移保护、低真空保护、保护、胀差保护、振动保护等。胀差保护、振动保护等。三、控制系统三、控制系统 汽轮机的闭环自动控制系统包括转速控制汽轮机的闭环自动控制系统包括转速控制系统、功率（负荷）
9、控制系统、压力控制系统、功率（负荷）控制系统、压力控制系统等等。闭环控制是汽轮机控制系统的系统等等。闭环控制是汽轮机控制系统的主要功能，控制品质的优劣将直接影响机主要功能，控制品质的优劣将直接影响机组的供电参数和质量，并且对单元机组的组的供电参数和质量，并且对单元机组的安全运行也有直接影响。安全运行也有直接影响。四、热应力在线监视系统四、热应力在线监视系统 汽轮机运行工况的改变必然引起转子和汽汽轮机运行工况的改变必然引起转子和汽缸热应力的变化。由于转子在高速旋转下缸热应力的变化。由于转子在高速旋转下已经承受了比较大的机械应力，因此热应已经承受了比较大的机械应力，因此热应力的变化对转子的影响更大
10、，运行中监视力的变化对转子的影响更大，运行中监视转子热应力不超过允许应力显得尤为重要。转子热应力不超过允许应力显得尤为重要。热应力无法直接测量，通常是用建立模型热应力无法直接测量，通常是用建立模型的方法通过测取汽轮机某些特定点的温度的方法通过测取汽轮机某些特定点的温度值来间接计算热应力的。值来间接计算热应力的。五、汽轮机自启停控制系统五、汽轮机自启停控制系统 汽轮机自启停控制汽轮机自启停控制(Automatic Turbine Control，简称，简称ATC)系统是非常复杂的一个系统是非常复杂的一个系统，汽轮机自启停控制系统应能完成从启系统，汽轮机自启停控制系统应能完成从启动准备直至带满负荷
11、或者从正常运行到停机动准备直至带满负荷或者从正常运行到停机的全部过程，即完成盘车、抽真空、升速、的全部过程，即完成盘车、抽真空、升速、并网、带负荷、带满负荷以及甩负荷和停机并网、带负荷、带满负荷以及甩负荷和停机的全部过程。实现汽轮机自启停的前提条件的全部过程。实现汽轮机自启停的前提条件是各个必要的控制系统应配备齐全，且正常是各个必要的控制系统应配备齐全，且正常投运。这些系统包括自动控制系统、监视系投运。这些系统包括自动控制系统、监视系统、热应力计算系统以及旁路控制系统等。统、热应力计算系统以及旁路控制系统等。六、液压伺服系统六、液压伺服系统 液压伺服系统包括汽轮机供油系统即液压伺服系统包括汽轮
12、机供油系统即EH油系统和液压执行机构两部分。供油系统油系统和液压执行机构两部分。供油系统向液压执行机构提供压力油。液压执行机向液压执行机构提供压力油。液压执行机构由电液转换器、油动机、位置传感器等构由电液转换器、油动机、位置传感器等部件组成，其功能是根据电液控制系统的部件组成，其功能是根据电液控制系统的指令去操作相应阀门的动作。指令去操作相应阀门的动作。由上述汽轮机控制所涉及的内容可以看由上述汽轮机控制所涉及的内容可以看出，现代大型单元机组的汽轮机控制系出，现代大型单元机组的汽轮机控制系统涉及面很广，系统复杂，技术要求高，统涉及面很广，系统复杂，技术要求高，既包括了模拟量的反馈控制，又包括开既
13、包括了模拟量的反馈控制，又包括开关量的逻辑控制，是集过程控制、顺序关量的逻辑控制，是集过程控制、顺序控制、自动保护、自动检测于一体的复控制、自动保护、自动检测于一体的复杂控制系统。杂控制系统。7.3 汽轮机自动控制的基本原理汽轮机自动控制的基本原理 电力生产对发电用的汽轮机控制系统电力生产对发电用的汽轮机控制系统提出了两个基本要求：一是保证能够提出了两个基本要求：一是保证能够随时满足用户对电能的需要随时满足用户对电能的需要（负荷要（负荷要求）求）；二是使机组能维持一定的转速；二是使机组能维持一定的转速（频率要求），（频率要求），保证供电的频率和机保证供电的频率和机组本身的安全。组本身的安全。单
14、元机组的电功率与汽轮机的进汽、排汽参单元机组的电功率与汽轮机的进汽、排汽参数有关。如果汽轮机的进汽参数和排汽压力数有关。如果汽轮机的进汽参数和排汽压力均保持不变，那么机组发出的电功率基本上均保持不变，那么机组发出的电功率基本上与汽轮机的进汽量成正比，当外界电负荷增与汽轮机的进汽量成正比，当外界电负荷增大时，汽轮机的进汽量应增大，若进汽量不大时，汽轮机的进汽量应增大，若进汽量不增大，则汽轮机的转速将会减小。为使电功增大，则汽轮机的转速将会减小。为使电功率与外界电负荷相适应，机组将在另一转速率与外界电负荷相适应，机组将在另一转速下运行，反之亦然。这就是汽轮机的自调整下运行，反之亦然。这就是汽轮机的
15、自调整性能。性能。一、汽轮机液压控制系统的静态特性一、汽轮机液压控制系统的静态特性 由于汽轮机负荷变化时，其转速也会相应由于汽轮机负荷变化时，其转速也会相应地发生变化。地发生变化。在稳定状态下，汽轮机的功在稳定状态下，汽轮机的功率与转速之间的关系，称为汽轮机控制系率与转速之间的关系，称为汽轮机控制系统的静态特性。统的静态特性。1、转速不等率、转速不等率 控制系统的静态特性曲线是一条连续倾斜控制系统的静态特性曲线是一条连续倾斜的曲线，其倾斜程度可用控制系统的转速的曲线，其倾斜程度可用控制系统的转速不等率不等率表示。表示。即转速不等率为满负荷到空负荷，转速即转速不等率为满负荷到空负荷，转速的最大相
16、对变化率。的最大相对变化率。是控制系统最重要的指标，从自动控制是控制系统最重要的指标，从自动控制原理的角度讲，原理的角度讲，相当于控制系统的比例相当于控制系统的比例带，它既反映了带，它既反映了一次调频一次调频能力的强弱，能力的强弱，又表明了又表明了稳定性稳定性的好坏。如果特性曲线的好坏。如果特性曲线平坦，即平坦，即较小，则一次调频能力较强。较小，则一次调频能力较强。可见，可见，的大小对供电质量和控制系统的的大小对供电质量和控制系统的稳定性有十分重要的影响。稳定性有十分重要的影响。2、一次调频和二次调频、一次调频和二次调频 电网的调频过程可分为电网的调频过程可分为一次调频一次调频和和二次调二次调
17、频。频。电网中负荷的变化将引起电网中频率电网中负荷的变化将引起电网中频率的变化，当并网运行的汽轮机感受到电网的变化，当并网运行的汽轮机感受到电网频率变化以后，这些机组立即按其静态特频率变化以后，这些机组立即按其静态特性改变自己的实发功率，以减小电网频率性改变自己的实发功率，以减小电网频率波动的幅度，这就是波动的幅度，这就是一次调频一次调频。一次调频要求汽轮机具有快速的功率响应一次调频要求汽轮机具有快速的功率响应特性。如曲线特性。如曲线1所示。所示。当电网负荷变化后，只有增大某些机组的当电网负荷变化后，只有增大某些机组的实发功率，使电网达到新的供需平衡，才实发功率，使电网达到新的供需平衡，才能使
18、电网频率恢复到给定值，这一过程叫能使电网频率恢复到给定值，这一过程叫做做二次调频二次调频。参加。参加二次调频二次调频的机组叫的机组叫调频调频机组。机组。二次调频机组承担的功率变化幅度较大，二次调频机组承担的功率变化幅度较大，但变化速度较慢。如曲线但变化速度较慢。如曲线2所示。所示。3静态特性曲线的平移和同步器静态特性曲线的平移和同步器 单元机组有两种基本运行方式：一种是单元机组有两种基本运行方式：一种是单机单机运行，即在电网中只有一台机组运行；另一运行，即在电网中只有一台机组运行；另一种是种是并网并网运行，电网中同时有两台或两台以运行，电网中同时有两台或两台以上机组运行。由于各发电机有共同的转
19、速，上机组运行。由于各发电机有共同的转速，各机组控制系统的作用将受到互相牵制。每各机组控制系统的作用将受到互相牵制。每一台机组的转速都取决于电网的频率，而电一台机组的转速都取决于电网的频率，而电网的频率又由所有机组的控制系统综合工作网的频率又由所有机组的控制系统综合工作所决定。因此，分配给电网中每台机组的负所决定。因此，分配给电网中每台机组的负荷取决于各台机组控制系统的静态特性。荷取决于各台机组控制系统的静态特性。假设在电网中只有两台机组，它们的静态特性如假设在电网中只有两台机组，它们的静态特性如图所示。设电网的频率是图所示。设电网的频率是f1，与，与f1相应的转速是相应的转速是n1，根据两台
20、机组的静态特性，根据两台机组的静态特性，1号机和号机和2号机的号机的功率分别是功率分别是P1和和P2，两台机组所发出功率的总，两台机组所发出功率的总和和(P1+P1)应等于用户所消耗的功率应等于用户所消耗的功率PL设电网设电网的负荷增加了的负荷增加了PL，则电网的频率从，则电网的频率从f1下降到下降到f2，机组的转速从机组的转速从n1，下降到，下降到n2，由静态特性曲线可，由静态特性曲线可知，知，1号机和号机和2号机功率分别增大到号机功率分别增大到P1和和P2，而且必然有而且必然有PL=P1+P2的关系，的关系，7.4 DEH控制系统的基本组成和功能控制系统的基本组成和功能 300MW机组的机
21、组的DEH控制系统，在系统配置控制系统，在系统配置方面，尽可能吸收分散控制系统可靠性高的方面，尽可能吸收分散控制系统可靠性高的优点，在硬件设备方面，主要部件都采用微优点，在硬件设备方面，主要部件都采用微处理机，从而简化了硬件电路，提高了系统处理机，从而简化了硬件电路，提高了系统的可靠性。的可靠性。图图1-26为该机组的为该机组的DEH系统图，主要由五大系统图，主要由五大部分组成：部分组成：(1)电子控制器：电子控制器：主要包括数字计算机、混主要包括数字计算机、混合数模插件、接口和电源设备等，均集中合数模插件、接口和电源设备等，均集中布置在六个控制柜内。主要用于给定、接布置在六个控制柜内。主要用
22、于给定、接受反馈信号、逻辑运算和发出指令进行控受反馈信号、逻辑运算和发出指令进行控制等。制等。(2)操作系统：操作系统：主要设置有操作盘，图像站主要设置有操作盘，图像站的显示器和打印机等，为运行人员提供运的显示器和打印机等，为运行人员提供运行信息、监督、人机对话和操作等服务。行信息、监督、人机对话和操作等服务。(3)油系统：油系统：汽轮机有两套油系统，高压控汽轮机有两套油系统，高压控制油与润滑油。高压油制油与润滑油。高压油(EH油系统油系统)采用三采用三芳基磷酸脂芳基磷酸脂抗燃油抗燃油，为控制系统提供控制，为控制系统提供控制与动力用油，系统设有两台油泵，互为备与动力用油，系统设有两台油泵，互为
23、备用，供油油压为用，供油油压为12.4214.47MPa，它接，它接受控制器或操作盘来的指令进行控制。润受控制器或操作盘来的指令进行控制。润滑油系统的主油泵由汽轮机轴拖动，为润滑油系统的主油泵由汽轮机轴拖动，为润滑系统提供滑系统提供1.441.69MPa的的汽轮机油汽轮机油。(4)执行机构：执行机构：主要由伺服放大器、电液转换主要由伺服放大器、电液转换器和油动机组成，负责带动高压主汽阀、高器和油动机组成，负责带动高压主汽阀、高压调节汽阀和中压主汽阀、中压调节汽阀。压调节汽阀和中压主汽阀、中压调节汽阀。(5)保护系统：保护系统：设有六个电磁阀，其中两个用设有六个电磁阀，其中两个用于超速时关闭高、
24、中压调节汽阀，其余用于于超速时关闭高、中压调节汽阀，其余用于严重超速严重超速(110)、润滑油压低、润滑油压低、EH油压低、油压低、推力轴承磨损过大、凝汽器真空过低等情况推力轴承磨损过大、凝汽器真空过低等情况下危急遮断和手动停机之用。下危急遮断和手动停机之用。7.5 功频电液调节系统功频电液调节系统 汽轮机调节都是把负荷扰动引起的转速变汽轮机调节都是把负荷扰动引起的转速变化信号化信号n输入到调速器，再经过油动机的输入到调速器，再经过油动机的放大作用，控制调节阀开度的变化。在额放大作用，控制调节阀开度的变化。在额定蒸汽参数下功率的变化与阀门开度成正定蒸汽参数下功率的变化与阀门开度成正比，最终使转
25、速偏差比，最终使转速偏差n与功率变化与功率变化P成成正比。而机组采用了中间再热后，由于单正比。而机组采用了中间再热后，由于单元制系统的汽压波动较大，破坏了上述的元制系统的汽压波动较大，破坏了上述的比例关系，破坏了一次调频能力。比例关系，破坏了一次调频能力。随着自动化水平的提高，要求机组自动化随着自动化水平的提高，要求机组自动化水平也要相应的提高，因而就要求用计算水平也要相应的提高，因而就要求用计算机参与过程控制。为此，便出现了灵敏度机参与过程控制。为此，便出现了灵敏度较高的电子调节器和液压油动机组成的新较高的电子调节器和液压油动机组成的新型调节系统，同时为了改善机组的一次调型调节系统，同时为了
26、改善机组的一次调频能力又采用了功率调节器，即形成了功频能力又采用了功率调节器，即形成了功频电液调节系统。频电液调节系统。一、一、功频电液调节系统的工作原理功频电液调节系统的工作原理 功频电液调节系统中包括电调和液压放大功频电液调节系统中包括电调和液压放大两部分。其中电调部分包括测功、测频和两部分。其中电调部分包括测功、测频和校正单元，液压放大部分包括滑阀和油动校正单元，液压放大部分包括滑阀和油动机，它们之间由电液转换器相连。机，它们之间由电液转换器相连。测频单元，其作用相当于调速器，调速器测频单元，其作用相当于调速器，调速器在感受了转速变化后输出一个滑环位移，在感受了转速变化后输出一个滑环位移
27、，而测频单元在感受了转速变化后输出一个而测频单元在感受了转速变化后输出一个相应的电压信号。相应的电压信号。测功单元的作用是测取汽轮发电机的有功测功单元的作用是测取汽轮发电机的有功功率，并成比例地输出直流电压信号，作功率，并成比例地输出直流电压信号，作为整个系统的负反馈信号，以保持转速偏为整个系统的负反馈信号，以保持转速偏差与功率变化之间的固定比例关系。校正差与功率变化之间的固定比例关系。校正单元是一个具有单元是一个具有PID作用的无差调节器，它作用的无差调节器，它的作用是将测频、测功及给定的输入信号的作用是将测频、测功及给定的输入信号进行进行PID运算，同时将信号加以放大，其输运算，同时将信号
28、加以放大，其输出信号去推动电液转换器。出信号去推动电液转换器。电液转换器，顾名思义，就是将电信号转电液转换器，顾名思义，就是将电信号转换成液压控制信号的装置，它是电调部分换成液压控制信号的装置，它是电调部分和液压部分的联络部件。给定装置相当于和液压部分的联络部件。给定装置相当于原来调节系统的同步器，由它给出电压信原来调节系统的同步器，由它给出电压信号去操纵调节系统。号去操纵调节系统。二、功频电液调节系统的静态特性二、功频电液调节系统的静态特性 当汽轮机的负荷变化时，调节系统将产生当汽轮机的负荷变化时，调节系统将产生相应的动作以消除外界的扰动，经过一定相应的动作以消除外界的扰动，经过一定的时间后
29、，调节系统将在新的工况下稳定的时间后，调节系统将在新的工况下稳定运行。根据比例积分特性，在达到新的稳运行。根据比例积分特性，在达到新的稳定工况时，其输出的电压之和必须等于零，定工况时，其输出的电压之和必须等于零，即在任何稳定工况下，必然有即在任何稳定工况下，必然有 Ug+Up+Un=0 如果给定电压如果给定电压Ug不变，则负荷的变化将引不变，则负荷的变化将引起相应的转速变化，必然有：起相应的转速变化，必然有：上述表示了汽轮机功率与转速的关系，也上述表示了汽轮机功率与转速的关系，也就是通常所说的静态特性，就是通常所说的静态特性，K值表示了静值表示了静态特性曲线的斜率，此斜率只与测功单元、态特性曲
30、线的斜率，此斜率只与测功单元、测速单元的转换系数测速单元的转换系数KP和和Kn有关。由于有关。由于测功元件和测速元件的特性一般能够保证测功元件和测速元件的特性一般能够保证良好的线性，即良好的线性，即Kp=常数，常数，Kn=常数，所常数，所以以K值也基本上是一个常数，或者说功频值也基本上是一个常数，或者说功频电液调节系统的静态特性基本是一条直线。电液调节系统的静态特性基本是一条直线。三、功频电液调节系统的反调现象三、功频电液调节系统的反调现象 反调现象产生的原因就是由于测量功率时反调现象产生的原因就是由于测量功率时所取的信号不同而造成的。因为测量汽轮所取的信号不同而造成的。因为测量汽轮机功率作为
31、功率信号时，这个信号是系统机功率作为功率信号时，这个信号是系统的反馈信号，而测量发电机功率作为功率的反馈信号，而测量发电机功率作为功率信号时，此信号是一个扰动信号。在甩负信号时，此信号是一个扰动信号。在甩负荷时这个信号的作用方向是使调节阀打开荷时这个信号的作用方向是使调节阀打开因此，恶化了过渡过程。因此，恶化了过渡过程。由于转速的变化是发电机负荷变化所引起由于转速的变化是发电机负荷变化所引起的，所以转速信号的变化以落后于发电机的，所以转速信号的变化以落后于发电机信号信号UPL的变化，而汽轮机功率的变化又的变化，而汽轮机功率的变化又是由于转速的变化所引起的，所以汽轮机是由于转速的变化所引起的，所
32、以汽轮机功率信号功率信号UPT的变化又落后于转速信号的变化又落后于转速信号Un的变化。对于以发动机功率作为功率信号的变化。对于以发动机功率作为功率信号的系统，由于发电机功率信号始终超前于的系统，由于发电机功率信号始终超前于转速信号，甩负荷后二者之间始终为正，转速信号，甩负荷后二者之间始终为正，所以就出现了反调现象。所以就出现了反调现象。常见的克服反调现象的方法有：在系统常见的克服反调现象的方法有：在系统中引入转速的微分信号，把发电机功率信中引入转速的微分信号，把发电机功率信号校正成为汽轮机功率信号；使测功元号校正成为汽轮机功率信号；使测功元件与一个滞后环节相串联，以延迟功率信件与一个滞后环节相
33、串联，以延迟功率信号的变化；在系统中引入负的功率微分号的变化；在系统中引入负的功率微分信号；在甩负荷时，同时切除功率给定信号；在甩负荷时，同时切除功率给定信号。信号。7.6 汽轮机转速控制与负荷控制汽轮机转速控制与负荷控制 DEH系统最主要的任务是对汽轮机进行有系统最主要的任务是对汽轮机进行有效地控制。效地控制。DEH系统的控制，按执行机构系统的控制，按执行机构划分，可分为高压主汽阀划分，可分为高压主汽阀(TV)控制、高压控制、高压调节汽阀调节汽阀(GV)控制、中压主汽阀控制和中控制、中压主汽阀控制和中压调节汽阀压调节汽阀(IV)控制；按操作方式划分，可控制；按操作方式划分，可分为数字控制、模
34、拟控制和手动控制；按分为数字控制、模拟控制和手动控制；按控制目标划分，可分为转速控制和负荷控控制目标划分，可分为转速控制和负荷控制，当机组启停时，对转速进行控制，并制，当机组启停时，对转速进行控制，并网运行时对负荷进行控制。网运行时对负荷进行控制。一、高压主汽阀一、高压主汽阀(TV)控制控制 高压主汽阀控制用于启动升速和机组跳闸高压主汽阀控制用于启动升速和机组跳闸时进行紧急停机。当机组冷态启动时，时进行紧急停机。当机组冷态启动时，TV从盘车后的转速升到从盘车后的转速升到2900rmin；热态启；热态启动时，动时，TV将将IV控制的最大转速控制的最大转速(2600rmin)升至升至2900rmi
35、n后，转速控制由后，转速控制由TV转至转至GV，然后，然后TV保持全开，一直到机组保持全开，一直到机组并网、带负荷运行，这期间只要不出现机并网、带负荷运行，这期间只要不出现机组跳闸，就始终由组跳闸，就始终由GV进行控制。进行控制。(一一)高压主汽阀的工作方式高压主汽阀的工作方式 (1)控制系统处于自动方式运行，由控制系统处于自动方式运行，由TV控制机控制机组转速时，数字系统有两种自动工作方式：组转速时，数字系统有两种自动工作方式：1)操作员自动方式操作员自动方式(OA)。该方式由操作员通。该方式由操作员通过操作键盘输入目标转速和升速率进行控制。过操作键盘输入目标转速和升速率进行控制。2)自动汽
36、轮机程序控制方式自动汽轮机程序控制方式(ATC)。该方式由。该方式由ATC软件包给出各阶段的目标转速请求值，并软件包给出各阶段的目标转速请求值，并根据转子应力计算确定的每一阶段的转速变化根据转子应力计算确定的每一阶段的转速变化率进行控制。率进行控制。(2)在在TV控制机组转速升至控制机组转速升至2900rmin时，时，实行实行TV至至GV的切换，切换完成后有一开的切换，切换完成后有一开偏置信号使高压主汽阀保持全开。偏置信号使高压主汽阀保持全开。(3)TV手动方式。该方式下数字系统不参手动方式。该方式下数字系统不参与机组控制，仅处于跟踪状态，只通过模与机组控制，仅处于跟踪状态，只通过模拟系统对机
37、组进行转速控制。拟系统对机组进行转速控制。(二二)高压主汽阀的转速控制原理高压主汽阀的转速控制原理 转速控制是由控制方式选择、设定值形成回转速控制是由控制方式选择、设定值形成回路比较器路比较器(COMP)、进行、进行-保持器保持器(GO-HOLD)和设定值计数器和设定值计数器(REF COUNTER)以及以及PI校校正器等环节组成。正器等环节组成。TV转速自动控制的整个过程是：在每一控转速自动控制的整个过程是：在每一控制周期中，一方面不断地对被控对象的状制周期中，一方面不断地对被控对象的状态参数进行检测和数据处理，建立控制进态参数进行检测和数据处理，建立控制进程标志；另一方面是状态识别，不断地
38、根程标志；另一方面是状态识别，不断地根据进程选择控制策略计算控制变量，对转据进程选择控制策略计算控制变量，对转速实施闭环控制。速实施闭环控制。二、高压调节汽阀二、高压调节汽阀(GV)控制控制 (一一)高压调节汽阀控制的任务高压调节汽阀控制的任务 (1)在启动过程中，机组自转速在启动过程中，机组自转速2900rmin开始，开始，TV切换至切换至GV，由，由GV控制机组控制机组的转速。的转速。(2)并网。根据电网的实际频率，当机组并网。根据电网的实际频率，当机组的转速升至同步转速的转速升至同步转速(3000rmin)附近时，附近时，由操作员选择自动同步控制或手动同步控由操作员选择自动同步控制或手动
39、同步控制方式，控制机组的转速直至并网、维持制方式，控制机组的转速直至并网、维持空载和带初负荷。空载和带初负荷。(3)机组并网带初负荷后，由机组并网带初负荷后，由GV控制机组控制机组升负荷。若机组是热态启动，在负荷未达升负荷。若机组是热态启动，在负荷未达到到35额定负荷之前，中压调节汽阀也参额定负荷之前，中压调节汽阀也参与负荷的调节。与负荷的调节。(4)在异常情况在异常情况(ASL、OPC动作等动作等)下，调下，调节汽阀迅速关闭，切断高压缸的进汽，避节汽阀迅速关闭，切断高压缸的进汽，避免事故发生，确保机组的安全。免事故发生，确保机组的安全。(二二)高压调节汽阀的工作方式高压调节汽阀的工作方式 高
40、压调节汽阀的工作方式有自动高压调节汽阀的工作方式有自动(AUTO)方方式和手动方式。自动方式有自动程序控制式和手动方式。自动方式有自动程序控制方式方式(ATC)；自动同步控制方式；自动同步控制方式；POS方方式；操作员自动方式式；操作员自动方式(OA)；遥控自动方式；遥控自动方式(REMOTE)；电厂计算机控制方式；电厂计算机控制方式(PLANT COMP)等。等。(三三)高压调节汽阀的转速自动控制高压调节汽阀的转速自动控制 高压调节汽阀的转速控制，包括从高压调节汽阀的转速控制，包括从TV控控制切换到制切换到GV控制、将转速升至同步转速和控制、将转速升至同步转速和实现同步并网三个阶段。在机组转
41、入转速实现同步并网三个阶段。在机组转入转速控制之前，根据高压调节汽阀控制控制之前，根据高压调节汽阀控制(GC)逻逻辑，首先建立辑，首先建立GV控制的状态标志，以便控制的状态标志，以便DEH系统根据机组的状态，选择控制策略。系统根据机组的状态，选择控制策略。(四四)高压调节汽阀的负荷自动控制高压调节汽阀的负荷自动控制 由于由于GV的负荷控制有多种方式，每一种方的负荷控制有多种方式，每一种方式的设定值又有所不同，因此，其控制过式的设定值又有所不同，因此，其控制过程比较复杂，主要的问题归纳为：程比较复杂，主要的问题归纳为：1工作方式选择工作方式选择 GV负荷控制的手动或自动控制，是通过手负荷控制的手
42、动或自动控制，是通过手动自动开关实现的，当开关切换至自动动自动开关实现的，当开关切换至自动位置时，位置时，DEH系统即进入操作员自动方式。系统即进入操作员自动方式。2设定值形成逻辑设定值形成逻辑 DEH系统负荷控制时，指定工作方式下的目系统负荷控制时，指定工作方式下的目标负荷和负荷变化率被转换成能被机组接受标负荷和负荷变化率被转换成能被机组接受的设定值，是通过的设定值，是通过GV控制的设定值形成逻辑控制的设定值形成逻辑来进行的。设定值是由来进行的。设定值是由“设定值计数器设定值计数器”产产生，该软件计数器受控于生，该软件计数器受控于RAISE(增增)、LOWER(减减)和和RATE(速率速率)
43、三个信号。增或减三个信号。增或减的信号有两个来源：一是比较器的输出；二的信号有两个来源：一是比较器的输出；二是直接来自各个外部信号，而这些信号又取是直接来自各个外部信号，而这些信号又取决于决于DEH的工作方式。的工作方式。3高压调节汽阀的负荷控制高压调节汽阀的负荷控制 高压调节汽阀负荷控制回路，是机组运行高压调节汽阀负荷控制回路，是机组运行中用得最多的回路。它是根据设定值形成中用得最多的回路。它是根据设定值形成回路输出的负荷指令，经转速、发电机功回路输出的负荷指令，经转速、发电机功率和第一级压力校正，再经限值选择后，率和第一级压力校正，再经限值选择后，作为当前运行方式下的流量请求值输入阀作为当
44、前运行方式下的流量请求值输入阀门管理程序，选择阀门调节方式，改变调门管理程序，选择阀门调节方式，改变调节阀开度，控制机组的负荷。节阀开度，控制机组的负荷。(1)频率校正回路。频率校正回路。该回路是在机组并网后该回路是在机组并网后自动投入的，其标志是自动投入的，其标志是SPI=1。它一旦投。它一旦投入，运行人员就无法切除，仅在油开关跳入，运行人员就无法切除，仅在油开关跳闸闸(BR=1)，或转速通道故障时才可自动切，或转速通道故障时才可自动切除。故障况下除。故障况下(SPI=0)，设定值回路形成的，设定值回路形成的负荷请求值，可直接作为功率校正回路的负荷请求值，可直接作为功率校正回路的请求值而不经
45、率校正环节进行，但这种情请求值而不经率校正环节进行，但这种情况仅是短期的，因为伴随着转速回路的故况仅是短期的，因为伴随着转速回路的故障，当机组甩负荷、功率给定切除又出现障，当机组甩负荷、功率给定切除又出现故障时，会使机组有超速的危险。故障时，会使机组有超速的危险。(2)发电机功率校正回路。发电机功率校正回路。发电机功率反馈发电机功率反馈回路是在机组并网后由操作员投入的。负回路是在机组并网后由操作员投入的。负荷指令荷指令REF1是否经过发电机功率校正，实是否经过发电机功率校正，实际上也就取决于发电机功率校正回路是否际上也就取决于发电机功率校正回路是否投投(MWI=1？)。(3)第一级第一级(即调
46、节级即调节级)压力校正回路。压力校正回路。负荷负荷指令指令REF2经标度变换后，用来作为判断经标度变换后，用来作为判断一级压力校正回路投入的标志，状态标志一级压力校正回路投入的标志，状态标志IPI可由操作盘上的可由操作盘上的“调节级压力投入调节级压力投入”键设置（键设置（IPI=1)，此时，以压力为单位表，此时，以压力为单位表示的功率请求值示的功率请求值PISP与调节级压力反馈与调节级压力反馈信号比较，经二级信号比较，经二级PI校正和上下限限幅后，校正和上下限限幅后，转换成流量百分比输入阀门管理程序。转换成流量百分比输入阀门管理程序。三、中压调节汽阀三、中压调节汽阀(IV)的控制的控制 300
47、MW机组的再热蒸汽，经过中压主汽机组的再热蒸汽，经过中压主汽阀和中压调节汽阀，然后进入中压缸。中阀和中压调节汽阀，然后进入中压缸。中压主汽阀为开关型，在机组挂闸、自动停压主汽阀为开关型，在机组挂闸、自动停机母管油压建立后，即处于全开状态，因机母管油压建立后，即处于全开状态，因此，不参与机组的转速和负荷控制。此，不参与机组的转速和负荷控制。中压调节汽阀为调节型汽阀，它在中压调节汽阀为调节型汽阀，它在DEH控控制系统中的任务是：制系统中的任务是：(1)在机组热态启动、旁路系统投入时，中在机组热态启动、旁路系统投入时，中压调节汽阀参与转速和负荷控制；旁路系压调节汽阀参与转速和负荷控制；旁路系统切除后
48、，该调节汽阀全开。统切除后，该调节汽阀全开。(2)异常工况异常工况(如机组甩负荷如机组甩负荷)下，中压调节下，中压调节汽阀迅速关闭，防止机组的超速。汽阀迅速关闭，防止机组的超速。(一一)中压调节汽阀的工作方式中压调节汽阀的工作方式 中压调节汽阀有下述工作方式。中压调节汽阀有下述工作方式。(1)机组热态启动、旁路系统投入机组热态启动、旁路系统投入(BPON)，DEH系统处于自动方式系统处于自动方式(AUTO)时，中压调时，中压调节汽阀参与系统的转速和负荷控制。节汽阀参与系统的转速和负荷控制。1)机组盘车后，由操作员自动机组盘车后，由操作员自动(OA)或自动或自动汽轮机程序控制汽轮机程序控制(AT
49、C)给出目标转速和升给出目标转速和升速率，自动从盘车转速升至速率，自动从盘车转速升至2600rmin。2)转速达到转速达到2600rmin后，后，DEH系统自系统自动完成中压调节汽阀动完成中压调节汽阀(IV)到高压主汽门到高压主汽门(TV)的切换，由的切换，由TV控制机组继续升速，直到并控制机组继续升速，直到并网和升负荷之前，网和升负荷之前，IV一直保持切换时的开一直保持切换时的开度。度。(2)机组冷态启动、旁路系统不投，机组冷态启动、旁路系统不投，DEH处处于自动方式下，输出一个全开偏置信号，于自动方式下，输出一个全开偏置信号，使中压调节汽阀全开，不参与机组的转速使中压调节汽阀全开，不参与机
50、组的转速和负荷控制。和负荷控制。(3)手动方式手动方式(AUTO)启动时，运行人员操启动时，运行人员操作中压调节汽阀的手动信号，也反馈给中作中压调节汽阀的手动信号，也反馈给中压调节汽阀的自动控制回路，作为手动至压调节汽阀的自动控制回路，作为手动至自动无扰切换的跟踪信号。自动无扰切换的跟踪信号。(4)机组跳闸机组跳闸(ASL)时，保护系统关闭中压时，保护系统关闭中压调节汽阀，相应的中压调节汽阀的自动回调节汽阀，相应的中压调节汽阀的自动回路也输出关闭阀门的置零信号。路也输出关闭阀门的置零信号。(二二)中压调节汽阀的转速控制原理中压调节汽阀的转速控制原理 中压调节汽阀的转速控制，是在机组热中压调节汽
