大型火电机组汽轮机数字式电液控制系统

大型火电机组汽轮机数字式电液控制系统

王长利

大唐长山热电厂；吉林省松原131109

摘要：从汽轮机诞生起就有机械液压式控制系统控制其转速，并通过人工改变控制系统的给定值，以达到控制机组功率的目的。以DEH－Ⅲ为例对数字电液系统的组成、系统功能、运行方式和保护控制进行了介绍。以供同行参考。

关键词：火电机组；汽轮机数字式；电液控制系统

机械液压式控制系统通常称MHC，已沿用了很长时间。随着大容量机组的出现、蒸汽参数的提高以及电网容量的增大．要求大机组担负电网的调频和调峰任务。这些任务对仅配有MHC的汽轮机来说是无法胜任的。又由于电子技术的发展，在60年代初出现了电气液压式控制系统(EHC)，将电气控制回路引入了汽轮机控制系统，扩大了其功能，它具有对汽轮发电机组的启动、升速、并网、负荷增/减等进行监视、操作、控制、调节、保护等功能。对于采用计算机数字技术的电液控制系统(DEH)，还具有数据处理、CRT显示功能；有的DEH系统还具有应力计算、汽轮机寿命消耗管理和自动汽轮机控制(ATC)功能，即汽轮发电机组自启动功能。

1.DEH控制系统组成

EH油系统、DEH数字控制器以及汽轮发电机组构成了DEH控制系统。DEH数字控制器是DEH系统的核心部分，所有控制器都作为一个个站挂在数据高速公路上，它们分别是OPC超速保护控制站、OA操作员自动控制站、RSC转子应力监视站和ATC自动程序控制站，它们共同协作完成DEH功能。GH油系统是AGH执行器部分，包括EH高压供油系统、执行机构和危急遮断系统。

2.DEH系统功能

在系统配置方面采用集散分布方式，利用冗余技术，采用WDPF功能模块组态，构成阀位控制、自动控制、超速保护等功能块以完成机组的自动控制任务。主要功能如下：

2.1汽轮机自动启动功能

在机组启动阶段，DEH系统在ATC方式下能够根据机组的运行状态，按启动程序实现自动启动。

2.2汽轮机自动同步功能

为保证汽轮机顺利并网平稳运行，用于汽轮机达到额定转速后DEH处于自动同步方式时，DEH精确的目标值控制汽轮机转速，一旦经电气同步装置判断符合并网条件，即将机油开关合闸并网。

2.3转速调节功能

能使机组转速维持在定转速附近。

2.4负荷控制功能

机组并网后带上5%额定负荷的初始负荷，如果机组是冷态启动，则由高压调节阀控制机组的升/降负荷。如是热态启动，中压调节阀参与高压调节阀的负荷控制，在机组负荷大于额定负荷的35%以后，中压调节阀全开，由高压调节阀控制机组的升/降负荷”系统能使机组负荷维持在给定值附近。

2.5转子应力监视功能

由转子应力监视站实现高、中压转子的应力计算，转子的应力控制，顺序控制。

2.6伐门管理功能

能够实现对各伐门的顺序控制和单伐控制，单阀方式是所有高压调门同时同步动作，该方式使汽轮机全周进汽，以便均匀受热，减少转子和定子间温差。顺序阀方式根据负荷的大小顺序打开调门，此方式减少了伐门部分开造成的节流损失，提高了效率。

2.7超速保护功能

超速保护功能是通过超速保护器OPC控制OPC电磁阀释放OPC母管油压而实现的。利用快关技术

以维持电力系统稳定和避免机组超速所造成的重大事故。

2.8阀门试验功能

在机组正常运行中，对各进汽阀分别进行开关动作试验，以防止各阀门卡死。阀门试验是在单阀方式负荷控制下才可进行，而且要将功率和调节级压力回路投入。

2.9与CCS等的接口功能

具有与CCS协调控制系统、BPS旁路系统接口的功能。

3.控制系统的启动和运行方式

3.1启动过程

升速和升负荷过程由DEH实现转速与负荷的闭环控制。在升速过程中，目标转速设定后，给定转速将按启动曲线逐步增加，DEH把实际转速与给定转速比较，经过PI校正后得到阀位设定值，从而控制各阀门开度，使机组平稳升速。在升负荷过程中，目标功率设定后，给定功率将按启动曲线逐步增加，DEH把实际功率与给定功率比较，经过PI校正后计算出阀门开度指令，输出控制各阀门开度，使机组平稳升负荷。

3.2启动方式

启动方式有冷态启动和热态启动两种。

冷态启动常用旁路退出方式BYPASSOFF启动。当高压主汽门前的蒸汽压力到达4、2MPa汽机挂闸。两只中压主汽门开启，设置DEH处于操作人员自动方式，运行人员把阀位开到120%，六只高压调门和两只中压调门全开，由控制高压汽门开度来将机组由盘车转速升到2950Fr/min时，机组并网并带上5%负荷的初始负荷。然后由运行人员给出相应的升负荷率和目标负荷，由高压调门控制机组继续升负荷至100%。

热态启动常用旁路投入方式BYPASS启动。首先由中压调门控制机组升速（高压主汽门关、高压调门全开）。当转速升至2630r/min时，暖机8分钟，中压调门保持开度，切至高压调门控制汽轮机升速，同步并网，并带上5%的初始负荷。此后由高压调门与中压调门共同控制机组升负荷。随高压调门逐渐开大，中压调门也逐渐开大，当负荷到35%额定负荷后中压调门全开，由高压调门控制机组继续升负荷至100%。

3.3运行方式

3.3.1操作员自动控制方式OA

此方式是电厂运行人员对汽轮发电机组的主要控制方式。在机组第一次启动时，指定使用该方式，运行人员根据CRT给出的运行指导，在控制台上人工设定升速率、目标转速，使机组升速。在负荷控制阶段，运行人员通过操作盘转入目标负荷及变负荷率，DEH控制器完成调节变量的计算与处理，从而实现负荷的改变。

3.3.2自动汽机控制方式ATC

ATC功能是西屋公司的专利，它针对主机开发了16个子程序，OTC程序能根据机组当时运行情况决定自动改变转速、加速率、负荷率，产生速度保持，负荷保持。运行人员可投ATC监视，也可投ATC运行。

3.3.3遥控—协调控制方式CCS

启动结束后，司机可按下协调控制按钮，在DEH允许的前提下CCS进行控制，同时发出CCS投入信号。此时DEH自动切除负荷反馈和调节级后压力反馈，按CCS主控制器来的目标设定信号控制机组。此方式下DEH的目标值和设定值是由协调控制系统CCS通过遥控接口输入信号来调整，不允许运行人员输入目标值或速率。

3.3.4汽机手动控制方式MANUAL

这是一种开环控制方式，运行人员利用汽机手动操作按钮调节阀门位置，汽机的转速、加速率、负荷和变负荷率都由操作人员直接控制。若发生汽机超速或油开关跳闸，超速保护动作将阀门快速关闭。

4.机组的自动保护

4.1超速保持控制器OPC

超速保持控制器是WDPF上的一个分散处理控制单元，它由中压调节阀门快关作用CIV、负荷下跌预测功能LDA和超速控制功能三部分组成。中压调节阀门快关作用是在电力系统故障，出现部分发甩负荷时，快关中调阀，延时0.3-1S再开启，以维持电力系统的稳定；负荷下跌预测功能是发电机主开关跳闸而且汽机仍带30%以上负荷时，发出甩负荷预测信号，关高、中压调节阀门，以防汽机超速而导致危急保安器动作，发电机油开关开7.5s后转速小于103%额定转速时消除LDA，汽机控制在额定转速运行；超速控制功能是在机组非OPC测试下如出现转速达额定转速时，将高、中压调门关闭，当转速低于103%额定转速时高、中压调门重新打开。

4.2危急遮断控制系统ETS

为保护汽轮安全，丰电危急遮断控制系统ETS监视的参数有：汽轮机超速；推力轴承磨损；轴承油压过低；冷凝器真空过低；抗燃油油压低。当以上任一参数运行越限时，该系统就关闭汽机各进汽阀门，使汽机危急停机。该系统还设有一遥控接口，可接受外部遮断汽机的命令，实现紧急停机。另外还有一套机械遮断装置，当机组转速超过110%额定转速或运行人员要求停机时，由它能实现紧急停机。除以上两个主要保护系统外，DEH还设有主汽压控制TPC和外部负荷返回RB控制以及汽机跳闸时设定值回零控制等控制来保持汽轮发电机组的安全。

结束语

从DEH系统在电厂应用的成功经验表明，其系统控制方式灵活、功能强、可靠性高，完善的控制设备不仅对汽轮发电机组进行转速和负荷控制，而且能完成对机组进行监视和保护，因而在国内大机组上必然要得到广泛的应用。

参考文献

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