1、港电港电DEHDEH控制系统专题介绍控制系统专题介绍郑建林郑建林DEH专题介绍专题介绍一一四四 SGC顺控程序介绍启动装置TAB介绍二二热应力及温度准则三三汽机主保护设置 汽机启动装置（Start-up device）是汽机启动顺控与DEH之间的接口、桥梁。在大多数情况下，启动装置接受启动顺控控制，参与DEH的复位、挂闸、冲转、暖机、维持额定转速直至并网带初负荷。实际上，启动装置直接参与对高中压主汽阀和高中压调阀的开度控制。启动装置的核心部分是一个受控的斜坡函数发生器，其自身的动态特性为：在0-60S内，输出TAB变化为0-100%。TAB值一般由汽机启动顺控自动设置。运行在OM上也可以设置。
2、启动装置进入工作状态的前提是：汽机保护系统未动作且液压供油单元工作正常，油压大于15MPA。一、启动装置TAB介绍一、启动装置TAB介绍启动装置定值STARTUP DEVICE控制任务定值上升过程0%允许启动SGC STEAM TURBINE(DKW)ST进入汽轮机控制；12.5%汽机复置22.5%高、中压主汽门跳闸电磁门复位（ESV TRIP SOLV RESET）32.5%高、中压调门跳闸电磁门复位（CV TRIP SOLV RESET）42.5%开启高、中压主汽门（ESV PILOT SOLV OPEN）62%允许通过子组控制，使高、中压调门开启，汽机实现冲转、升速、并网99%发电机并网
3、后，释放汽轮机控制门的全开范围（62），完全由汽轮机控制门控制机组的负荷；定值下降过程37.5%所有主汽门关闭 ESV PILOT SOLV OFF 27.5%所有调门跳闸电磁门OFF（CV TRIP SOLV OFF）17.5%所有主汽门跳闸电磁门OFF（ESV TRIP SOLV OFF）7.5%发出汽机跳闸指令一、启动装置TAB介绍一、启动装置TAB介绍 机组启动过程中,启动装置TAB每次到达某一限值时,其输出TAB都会停止变化，等待SGC ST执行特定任务操作，操作完成收到反馈信号后，启动装置TAB输出才会继续变化。TAB值不是直接输入汽机控制器，而是做了处理。目的还是为了保证机组安全
4、。启动装置的输出与汽轮机控制系统的输出YR（代表汽机控制阀阀位）的关系如上图所示。1）TAB值在046。在这个范围内，TAB会完成TTS复位，ESV跳闸电磁阀复位、CV跳闸电磁阀复位，ESV阀开启等操作。在该过程中，要求确保CV可靠关闭，因此此时对应的YR输出是10。2）拐点1（50，0）。TAB大于50后，YR0后，调门才会开启。3）TAB值4692，YR的输出线性的从10升至105，在该过程中，汽机完成冲转，暖机，额定转速，并网。具体控制为转速/负荷控制器控制。4）拐点2（92，105）。TAB大于92后，YR105，此时TAB完全放开，只起限制作用，交由其它控制器控制汽机。一、启动装置T
5、AB介绍 汽轮机在启停和变工况过程中,由于进入汽轮机的蒸汽温度和流量发生变化,使得汽缸与转子的金属表面温度也发生变化,通过热传导汽缸和转子的内部温度也发生相应变化。当温度改变时,物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束,使其不能完全自由胀缩而产生应力,这种由温度变化而产生的应力称为热应力。在汽轮机的启动过程中,热应力是造成设备损坏的主要原因之一,特别是高参数、大容量汽轮机,往往会因为暖机不充分或蒸汽参数不合适,造成热应力过大而产生汽缸裂纹、螺栓断裂、转子裂纹和弯曲等设备损坏事故。故启动过程中的热应力监视和控制相当重要,热应力控制得当,既可以实现汽轮机安全、快速地启动,又可以减少寿命损耗,延
6、长使用期限。二、热应力及温度准则二、热应力及温度准则 SIEMENS DEH的一个显著特点及优点就是汽轮机的启动冲转必须由其提供的程控子组完成,系统未提供运行人员手动操作的界面.为了实现汽轮机的ATC,DEH需要对启动过程中的很多设备、系统以及汽轮机相关的重要参数进行监视和确认.X准则就是其中一个重要的条件,其实质是变温度准则,就是根据金属部件不同的温度,确定不同的蒸汽温度,并使之与汽轮机金属部件温度匹配,温差控制在TSE差值内,从而实现汽轮机在启动过程中的热应力控制,并使启动时间最小,最佳.目前使用的X准则有六个,分别是X2、X4、X5、X6、X7A/B和X8.根据X准则在汽轮机自启动程控中
7、的步骤,可划分为：顺控第13步：X2准则,打开主蒸汽管道上的主汽门并对阀体预热的条件；顺控第20步：X4、X5、X6,汽机冲转,开调门的条件；顺控第23步：X7A、X7B,汽轮机中速暖机结束,升速到额定转速的条件 顺控第29步：X8,发电机并网带负荷的条件根据功能划分：最低蒸汽温度的限定,避免热部件不必要的冷却：X5、X6 蒸汽与金属部件的温差,限制热应力：X7A、X7B、X8、X2 在汽轮机用蒸汽冲转之前过热度的限定：X4二、热应力及温度准则二、热应力及温度准则二、热应力及温度准则 温差是用来表征热应力最直接的物理量。为此汽机厂根据各部件的特性，制定了主要厚重部件的温差限制，以期望把热应力限
8、制在合理的寿命消耗范围内。温度裕度的计算如图所示。其中，横坐标表示部件中心的温度，纵坐标表示温差。两条上下线是汽机厂根据部件特性给出的正、负温差限制值，分别代表机组升、降两个工况下部件最大的允许温差。将部件允许的温差减去部件实际温差（dT）得出的差值就是部件温度裕度Margin 上限温度裕度ddTUdTpermudT 下限温度裕度ddTL dTdTpermL Margin越大，所受的热应力越小；反之，如果Margin越小，说明热应力越大。如果Margin小于0，此时热应力已经超出了厂家的要求，再进行升速或变负荷将会导致超出预期的寿命消耗，减少部件的使用寿命，因此需要限制。目前我们汽机共有五个部
9、件需要进行Margin计算，分别是高压主汽门、高压调门，高压缸、高压转子、中压转子。这五个Magin的取小值作为整台机组应力控制的限制值。经过计算的部件温差,以温差值和棒图的形式在OM画面显示.温度裕度大于零时,以绿色数值显示.如果差值变为负数,颜色将变成黄色.差值低于-15 K时显示为红色.这些报警特征可用来提醒和指导运行人员,通过采取措施来改善状况.二、热应力及温度准则TSE涉及的温度测点涉及的温度测点:MAA11CT021A#1高压主汽门壳体温度100%MAA11CT022A#1高压主汽门壳体温度50%MAA12CT021A#1高压调门壳体温度100%MAA12CT022A#1高压调门壳
10、体温度50%MAA21CT021A#2高压主汽门壳体温度100%MAA21CT022A#2高压主汽门壳体温度50%MAA22CT021A#2高压调门壳体温度100%MAA22CT022A#2高压调门壳体温度50%MAA50CT031A 高压缸蒸汽温度100%MAA50CT032A 高压缸蒸汽温度50%MAA50CT011A/12A/13A 高压内缸壁温90%处温度(三取二,偏差报警45)MAB50CT011A/12A/13A 中压内缸金属90%处温度(三取二,偏差报警18)二、热应力及温度准则 西门子超超临界汽轮机采用X准则来确保启动时合适的蒸汽参数,以及高压缸、高中压转子得到充分暖机;采用高
11、压级压力控制来减少启动初期高压缸部分的应力,从而实现安全快速的启动。高压级压力控制器由汽轮机主顺控的第3 步自动投入,当汽轮机转速大于402 r/min 时,自动退出,退出后,调节器的输出值始终是110,不会对高调门进行限制.主要目的是减少汽轮机开始冲转到低速暖机过程中高压缸部分的热应力。在带有旁路系统的再热汽轮机启动时，高压调节阀先打开，汽轮机高压缸接收蒸汽流量。最初由于蒸汽的凝结而加热，然后则是对流产生加热。最初的凝结阶段，在饱和蒸汽温度下产生强烈的热交换。饱和蒸汽温度则与蒸汽的压力相关。但是，如果冷再热蒸汽压力（高压缸的背压）已经异常的高了（相应的饱和蒸汽温度也高），则会在受监视的部件中
12、发生不允许产生的温度梯度。二、热应力及温度准则 为了限制饱和蒸汽的温度发生如此变化，需要通过压力限制控制器的控制，在适当的压力下进行加热。因此，高压叶片级压力控制器就用作压力限制控制器，在蒸汽开始进入高压缸及加速到暖机速度期间，它通过阀位设定值组成对各高压调节阀进行限制。该控制器有一变化的压力设定点，它是高压缸部件平均温度和许用温差的函数，随着温度的升高，它的作用逐渐减少。当该控制器工作时，将汽轮发电机加速到暖机速度所需的任何动力都靠进一步打开中压调节阀来获得。在冷态启动的情况下，高压调节阀此时可能被节流，这时主蒸汽温度较低及暖机速度也较慢。这样，高压叶片就不会因鼓风作用而遭受过度的温升。该控
13、制器通过汽轮机SGC投入。当汽轮机达到额定转速之下的最小设定转速时或在测量数值有故障时控制器工作状态切除。高压叶片级压力控制器是PI控制。二、热应力及温度准则 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范围的热应力和差胀,为此DEH专门设置了高排温度限制调节器,高排温度限制调节器是一个PI调节器.DEH用高压缸（12级后）的蒸汽温度表示长叶片温度；用高压内缸壁温代表高压转子温度,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.通过限制中调门的开度来增加高压缸的进汽量,从而避免高压缸长叶片
14、区域的蒸汽温度超过最大许可值.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515两个条件都满足,自动投入SGC OPEN HPTURB的程控,恢复高压缸进汽运行.二、热应力及温度准则 西门子660MW 超超临界汽轮机的自动化程度较高,通过执行汽轮机主顺控SGC来自动完成整个启动过程,从汽轮机冲转、升速到360r/min、低速暖机、升速到额定转速3 000r/min、高速暖机一直到并网带负荷。在各个阶段,主顺控会通过X准则的判断来确定热应力是否符合要求
15、,以决定是否可以进行下一步,或继续在本步等待,直到条件满足。这些判断由程序自动实现,不需运行人员干预,否则反而会导致应力超限。顺控程序中，重点区别限压和初压模式，在限压模式中,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。三、SGC顺控程序介绍一汽机程控启动步序：一汽机程控启动步序：第1步：空步。程序设置空步是为了
16、为顺控步须的执行提供充裕的执行时间，另一方面是为以后逻辑的变更留下位置。第2步：投入汽机各阀门组的子环。投入相关汽门的SLC，把各汽门置于SGC顺控子组控制之中。该子环在不投的情况下可以单独操作。第3步：投入汽机限制控制器。a）高压排汽温度控制投入；作用：避免高压缸末几级长叶片鼓风过热损坏。激活后，通过关小中调门减少中压缸进汽量，从而开大高调门增加高压缸的进汽量，达到减少高压缸鼓风过热的目的。b）高压叶片压力控制投入；作用：限制高压缸进汽压力，防止过大的汽化潜热释放导致汽机部件产生过大的热应力。该控制器由汽机自启动顺控子组激活。激活后，汽机中主门控制负荷或升速，高调门负责调节主汽温度和流量。当
17、汽机转速大于暖机转速360r/min后，该控制器自动解 三、SGC顺控程序介绍除控制。c）压力控制为限压方式，在限压模式下，DEH控制机组负荷，转速/负荷调节器起作用，蒸汽压力调节器处于跟随状态；当主汽压力设定值与主汽压力的差值大于0.8Mpa时，限压模式触发，蒸汽压力调节器退出跟随状态，蒸汽压力调节器的输出小于转速/负荷调节器的输出，蒸汽压力调节器起作用，直到主汽压力偏差小于0.8Mpa。在初压模式下，DEH控制机前压力，蒸汽压力调节器起作用。当初压模式和限压模式相互切换时，通过对两个调节器设定值的偏置进行动态变换，从而使两个调节器的输出逆向变化（如初压模式向限压模式转换时，蒸汽压力调节器的
18、输出减小，转速/负荷调节器的输出增大），来达到切换的目的。在转速/负荷调节器和蒸汽压力调节器中，其负荷设定值和压力设定值可以接收DCS来的外部设定值。三、SGC顺控程序介绍第4步：投入汽机本体疏水子环。汽机本体疏水中高压疏水包括左右两个高调门前疏水门，补汽阀前后两个疏水阀，高压缸疏水门和下游高压缸疏水门以及两个冷再管道疏水门。中压疏水包括两个中压主汽门前疏水阀，两个中压调门前疏水和两个调门后疏水。低压疏水即抽汽管道和轴封母管疏水包括一抽抽汽逆止门前的疏水阀，三抽抽汽逆止门前的疏水阀，四抽抽汽逆止门前的疏水阀，六抽A侧抽汽逆止门前的疏水阀，六抽B侧抽汽逆止门前的疏水阀和前后轴封漏汽母管疏水阀。第
19、5步：开启汽机调门前疏水门。汽轮机启动过程应是一个汽缸被加热的过程，进入汽缸的蒸汽温度高于汽缸金属温度。暖机的初阶段，蒸汽对汽缸进行凝结放热，有大量的凝结水。直到汽缸和蒸汽管道壁温达到该压力下的饱和温度时，凝结放热过程结束，凝结水量才大大减少，因此启动过程当中必须要进行疏水。第6步：空步。第7步：空步。三、SGC顺控程序介绍第8步：启动汽机润滑油泵检查顺控子组。检查主机直流油泵和主汽门关闭。润滑油泵检查只能在盘车时进行，所以对于汽轮机跳闸后惰走期间或甩负荷后的再次启动，该试验无需执行。第9步：空步。第10步：空步。第11步：检查汽机主汽门打开前的各项条件合格：HP和IP上下外缸温差在限制值之内
20、；所有辅助系统（润滑油、顶轴油、真空、汽封系统等）运行正常；各调门的阀限设置为105。退出励磁机干燥器。主汽门在第15步到第20步之间开启，对调门阀体预热，主汽门开启时间长短取决于加热蒸汽温度和蒸汽品质。在第16步到第19步之间任一点关闭主汽门，返回至第16步重新走程序。主汽门开启时间由几种情况决定：主汽压力小于2MPa主汽门保持全开；主汽压力大于2MPa主汽门延时后关闭；主汽压力2-3MPa之间，调门预热30分钟；主汽压力3-4MPa之间，调门预热15分钟；主汽压力大于4MPa，主汽门立即关闭。若是热态启动，还要确认蒸汽品质。冷态启动时，即使蒸汽品质不合格，也允许主汽门开启一定时间，以便加热
21、阀体。转速大于暖机转速时的再次启动不考虑蒸汽品质。三、SGC顺控程序介绍第12步：检查蒸汽参数 a）X1和X2准则满足。作用：X1和X2 准则在汽轮机主顺控的第13 步,即开启高压主汽门前加以判断,目的是为了避免高压调门阀体承受过大的热应力。在冷态启动时,汽轮机高压调门的阀体温度低于主蒸汽的饱和温度。在打开主汽门后,蒸汽与调门接触,以凝结换热的方式向调门阀体传递热量。由于凝结换热的放热系数很大,剧烈的换热将使阀体的温度很快上升到蒸汽的饱和温度。如果阀体内部温度过低,就会在阀体内部产生很大的热应力。所以要使主蒸汽的饱和温度低于高调阀阀体内部温度加某一值。b）Z3准则满足：两侧主蒸汽都有10K以上
22、的过热度，延时30min c）Z4准则满足：两侧再热蒸汽有10K以上的过热度，延时30min第13步：投入低压缸喷水，主再热蒸汽暖管结束。第14步：打开再热主汽门前疏水门。三、SGC顺控程序介绍作用：中压主汽门前疏水应在主、再热蒸汽管道暖管结束后开启，从而避免中压主汽门开启后可能导致的管道冷却。该条件适用于温、热态启动。第15步：升TAB，设置初始负荷。作用：机组在温、热态启动时，汽机在并网后应带一定的初负荷，以此避免汽轮机无负荷或低负荷运行产生的高压缸鼓风危险。第16步：主汽门全开。此时，高排通风阀应关闭，只有当汽机转速大于1980r/min时，为防止鼓风摩擦，汽机高排通风阀才应当开启。此时
23、如果出现以下关闭主汽门条件，则主汽门立即关闭。（a）蒸汽品质不合格，主汽压力大于3MPa且高调门50壳体温度小于210，主汽门开，延时15分钟。（b）蒸汽品质不合格，主汽压力大于2MPa且高调门50壳体温度小于210，主汽门开，延时30分钟。（c）蒸汽品质不合格，主汽压力大于2MPa且高调门50壳体度大于210，无延时。三、SGC顺控程序介绍（d）蒸汽品质不合格，主汽压力大于4MPa，无延时。（e）主汽门开启时间限制为60分钟，即子组第16步至第20步在60分钟内无法完成。（f）调门泄漏，汽机转速升至临界转速区域。作用：汽机自启动顺控第11步未将蒸汽品质合格子环投入，那么走到第16步后，主汽门
24、的开启时间将取决于主蒸汽压力和高调门50壳体温度，由该两个参数决定汽机主汽门开启预热阀体的时间，并在预热结束后触发关闭主汽门的信号（TAB降至8.5时正常复位，或启动装置值12.5自检复位（会自动跳机一次，检测跳闸回路正常）四、汽机主保护设置 DEH中的修改逻辑用到的PASSOUT与ETS动作用到的PASSOUT的区别：修改前逻辑为任一阀门的任一跳闸电磁阀指令失电，阀门快关，但伺服阀指令仍存在 目前，DEH修改后的逻辑中，当任一调节门跳闸电磁阀PASSOUT发生时，快关当前调门，并保持调门对应的伺服阀最大负向电流。当主汽门、再热主汽门跳闸电磁阀PASSOUT发生时，快关主汽门，并将主汽门的方向
25、阀带电，切断进油。ETS动作用到的PASSOUT逻辑如下，高压缸两侧进汽门都关闭就ETS跳闸或中压缸两侧进汽门都关闭就ETS跳闸：高压缸进汽两侧阀门PASSOUT断线保护逻辑 中压缸两侧进汽阀门PASSOUT断线保护逻辑 增加的PASSOUT逻辑回路使伺服阀指令置0与ETS断线保护的PASSOUT动作后阀门关闭的区别：共同点：两者均是将调门、主汽门关闭；异同点：ETS断线保护动作后，使所有阀门指令置0同时所有跳闸电磁阀失电。而当任一主汽或调节门跳闸电磁阀PASSOUT发生时，仅仅是快关当前主汽门或调门，即非所有跳闸电磁阀失电。四、汽机主保护设置 调门快关和ETS动作时的调门关闭之间的区别.前者
26、直接作用在电磁阀供电回路上,快关信号一发,调门的跳闸电磁阀立即失电,快关信号消失立即恢复供电,跳闸电磁阀关闭调门的EH油压重新建立,并在伺服阀作用下缓慢开启.而ETS动作则通过一个触发器进行,此时跳闸指令被储存,必须等到汽轮机重新挂闸后才能将该指令复位.在跳闸指令复位前,跳闸电磁阀始终失电无法关闭油路.高调门的快关指令会发给中调门1AF1R的阀位控制器子模块,引起中调门快关.四、汽机主保护设置四、汽机主保护设置超速保护的设置：超速保护的设置：BRAUN三通道转速监视器当3个测量通道的测量结果不同时，报警信号的发出由3个通道中的2个通道同时确定。系统不断检查传感器输入回路，不同通道的传感器输出信
27、号被同时监测，并对各通道进行合理的控制。任何一个故障都发出报警信号。一个独立的数字信号发生器，用以模拟转速变化，对系统进行全面的调试实验，可实现手动操作或自动模拟。四、汽机主保护设置转速信号1转速信号2转速信号3去FDI卡 ETS回路脉冲信号 去ADDFEM卡脉冲信号 去ADDFEM卡脉冲信号 去ADDFEM卡继电器继电器继电器超速保护卡动作信号动作信号超速保护卡动作信号超速保护卡三选二三选二超速保护卡动作信号超速保护卡动作信号动作信号超速保护卡继电器继电器继电器转速信号6转速信号5转速信号4OR去停机电磁阀供电回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡
28、ETS回路去FDI卡 ETS回路说明：1、模拟量保护除振动外，其它2V3的信号均有坏点判断。三点全坏、两点全坏或一点坏与上其它一点超过保护值，都会引起保护动作 2、高、中压主汽门、调门有两个并列的跳闸电磁阀，每个电磁阀只有一个跳闸线圈，DEH会监视电磁阀是否断线（失电），发现两侧任意两个断线，汽机跳闸 3、汽机遮断按钮分为集控室操纵台和就地两个，操纵台上两个并列后再串连就地的按钮 4、113项为ADD Protection，汽机附加保护在AP542中综合，再以硬接线接至AP541，1417为硬接线，其余为FS_WRITE 5、凝汽器压力保护在转速大于402r/min后，方会投入 6、低压缸末端汽缸温度为汽机厂给出的测点清单中名称，实为低压缸排汽温度 7、油箱油位、凝汽器压力计算值和叶片温度保护均为动态值。具体见附录曲线说明 四、汽机主保护设置谢谢 谢！谢！
