汽轮机控制.

汽轮机控制～高压缸中压缸低压缸低压缸高压旁路阀锅炉过热器再热器高压主汽阀TV高压调节阀GV中压主汽阀SV中压调节阀IV低压旁路阀反流阀高压排汽止回阀真空阀给水泵凝汽器发电机断路器图3-1机组热力系统简图第一节汽轮机控制系统一、控制任务1自动监测汽轮机监测仪表（TurbineSupervisoryInstrumentation,TSI）2自动保护(1)超速保护系统（OverspeedProtectionController,OPC）:超速时关闭高、中压缸调节阀。(2)危急遮断系统（EmergencyTripSystem,ETS，又称紧急跳闸系统）:用于参数严重超标、危及机组安全时，紧急关闭所有的主汽阀和调节汽阀，立即停机。(3)机械超速保护和手动遮断系统3自动调节调节汽门开度（%）0204060801001中压调节汽门2高压调节汽门功率(100%)100图3-2调节汽门开度与功率关系汽轮机的主要控制参数是功率、转速和主蒸汽压力调节汽轮机的进汽量可控制汽轮发电机组的输出电功率（有功功率）。４汽轮机自动启停控制从启动准备到带满负荷或从正常运行到停机整个过程汽轮机全部实现自动控制。汽轮机控制系统都设有ATC（AutomationTurbineControl）功能，即具有汽轮机自动盘车、自动升速、自动并网到自动带负荷功能。二、控制系统构成•目前汽轮机控制系统广泛采用数字电液控制（DigitalElectro-HydraulicControl，DEH）技术，同时将汽轮机和发电机构成的汽轮发电机组作为被控对象进行控制，因此汽轮机控制系统实际上是汽轮发电机组控制系统。AST4AST3AST2IMP调节级压力主汽压PTAST油路高压调节阀GV高压主汽阀TV中压主汽阀SV高压缸中压缸低压缸发电机再热器油断路器高压主汽阀油动机高压调节阀油动机中压主汽阀油动机中压调节阀油动机中压调节阀IV汽轮机数字控制器（DCS）阀位反馈阀位指令测量信号系统连接信号TD，AS，RB等并网BR挂闸ASLOPC油路EH高压抗燃油供油系统排油超速保护OPC（1）OPC（2）图3-3汽轮机控制系统构成原理图转速nIEP功率PE紧急跳闸ETS隔膜阀润滑油供油系统机械遮断手动遮断AST1三、控制原理ATC自动给定N负荷控制投入NOA手动给定轴出旋转机械功率＋高压缸功率中、低压缸功率YNY调频投入功率调节器－K2K1K3调节级压力控制投入阀门管理发电机蒸汽容积高压缸中间再热器中、低压缸＋电功率转速励磁电流图3—4汽轮机控制原理图电液转换、油动机及阀门调节级压力调节器频率校正＋－给定处理回路并网YK4转速调节器＋－CCS的TD指令同期信号调节级压力测量功率测量转速测量3000r/min＋－＋＋汽轮机功率控制器调节级压力控制器电液转换器油动机进汽容积转速控制器中低压缸功率转子测阀位测调节级压力测转速高压缸功率中间再热器汽压扰动发电机功率功率给定转速给定顺序阀系数单阀系数顺序阀系数00阀门试验逻辑阀门试验逻辑%%转速∑3000r/min转速调节器操作员设定其它给定信号给定值处理回路f(x)T调频投入∑∑T主汽压限制值设定值0V≯主汽压限制动作功率调节器功率T功率控制切除0∑T调节级压力控制投入调节级压力调节器调节级压力T＜阀位限制T手动手动回路手动增手动减T0跳闸或超速T快卸指令快卸动作K×f(x)T阀门试验逻辑T阀门试验到IV1伺服到IV4伺服中压缸启动为0高中压启动为1f(x)Tf(x)图3-5汽轮机控制原则方案到GV1伺服T主汽压限制投入脱网阀门试验××单阀系数∑阀门试验逻辑f(x)Tf(x)到GV4伺服阀门试验××∑T运行-3%T运行-3%T复位运行-3%T-3%第二节阀门管理1阀门配置与作用高压调节阀GV3高压主汽阀TV1高压调节阀GV2过热器蒸汽高压缸配汽高压主汽阀TV2高压调节阀GV1高压调节阀GV4ⅠⅡⅢⅣ图3—7汽轮机阀门布置图•高压主汽阀具有危急状态时快速关闭、截断进汽和启动时调节汽轮机转速两个功能。当高压调节阀失效时能提供一个额外的保护。高压主汽阀在汽轮机全速旋转时和正常工况下保持全开。•当汽轮机发电机组正常运行时，通过调节高压调节阀门开度，改变进汽流量，达到速度和负荷控制的目的。•中压主汽阀的作用是在紧急情况下快速地关闭以便切断进入中压缸的再热蒸汽。•中压调节阀的基本作用是在将要发生突发事故时起保护作用。它在汽轮机保护系统动作时进行关闭。第二个作用是在汽轮机启动和升负荷时，控制再热蒸汽流量。2汽轮机进汽方式汽轮机进汽方式可分为：全周进汽方式和部分进汽方式两种方式。这时对应的高压调节阀运行方式为单阀方式（节流调节）与和顺序阀方式（喷嘴调节）。单阀方式是将所有调节阀同时开大或关小来调节负荷，这种方式为全周进汽方式，该进汽方法可减少机组的热应力，但节流损失大，对机组经济性是不利的。在机组冷态启动或变负荷过程中希望选用这种方式，因为这样能使汽轮机高压缸第一级汽室的温度变化比较均匀，使汽轮机转动部分与静止部分之间的温差减少，因而使调频机组能承受更大的负荷变化率。顺序阀方式是随着机组负荷的增加（减少）逐个开启（关闭）调节阀，开启阀门的总数是随负荷变化而变化的，负荷增开启阀门的总数也增，即实现喷嘴调节，这种方式为部分进汽方式。该进汽方式可减少节流损失，因而使机组有较高的热效率，但机组受热不均，热应力大，这种方式适于定压运行或额定负荷工况。由于这种方式可能存在金属受热不均和叶片受到冲击产生应力，而使机组变负荷速度受到限制。图3-7中的高压调节阀的顺序阀开启顺序可设计为GV1/GV2，GV3GV4，即GV1和GV2同时开启，然后是GV3，GV4最后开启。关闭顺序与此相反。高压调节阀GV3高压主汽阀TV1高压调节阀GV2过热器蒸汽高压缸配汽高压主汽阀TV2高压调节阀GV1高压调节阀GV4ⅠⅡⅢⅣ图3—7汽轮机阀门布置图3阀门管理（1）线性化总流量需求值Q÷调节阀数目单阀流量需求值f(x)阀位开度L流量阀门开度L图3-8单阀控制时阀位计算在顺序阀控制方式下102030405060708090100GV1,GV2阀门开度L图3-9顺序阀控制各阀位计算f(x)GV3GV4总流量需求值102030405060708090100高压调节阀阀位指令及阀切换在单阀／顺序阀方式切换时，一个很重要的问题是尽量避免阀门的抖动和负荷的波动，做到均衡平稳地切换。为此，要求阀门管理回路在实现方式切换期间，保持通过阀门的总流量不变。为此，把整个切换分成若干步进行，经过若干个有限的控制周期完成切换。－控制偏差大于4%T0顺序阀方式T手动系统复位图3—11单阀系数、顺序阀系数形成原理TV≯单阀系数kSIN11&汽轮机复位&阀转换在进行≥10.00167∑1＋顺序阀系数kSEQ≥1总流量需求值≥99.9%总流量需求值≤0.1%（１）单阀／顺序阀切换正常进行时，其切换需要经过若干个有限的控制周期才能完成，切换时间可通过调整限速模块的速率来确定。当总流量需求值大于99.9%（对应阀门全开）或小于0.1%关）时，（对应阀门全切换瞬间完成。第三节汽轮机运行方式1.操作员自动（OperatorAutomation，OA）2.汽轮机自启动（ATC）3.自动同期（AS）4.协调控制（CCS）由运行人员根据汽轮发电机机组运行情况选择运行方式。一、操作员自动（OA）1、操作员直接控制２、转速自动控制３、功率自动控制４、主汽压力自动控制二、汽轮机自启动（ATC）ATC程序根据机组运行需要，能自动完成：（1）变更转速；（2）改变升速率；（3）产生转速保持；（4）改变负荷变化率；（5）产生负荷保持。三、自动同期（AS）采用自动同期方式一般须满足下列条件：1.控制在“操作员自动方式”或“汽轮机自启动”方式；2.机组的转速由高压调门控制；3.发电机变压器组断路器断开（未并网）；4.自动同期允许；5.汽轮机转速在同步范围。四、协调控制（CCS）协调控制方式一般须满足下列条件：（1）机组已并网；（2）收到协调允许信号。第四节控制功能与控制系统特性一、控制功能1.转速控制OA手动给定ATC自动给定阀门管理转速图3—14汽轮机转速控制图电液转换、油动机及阀门给定处理回路转速调节器－同步信号转速测量＋汽轮发电机组2.负荷控制汽轮发电机组一般满足以下条件时可投入负荷控制：（1）机组已并网，控制系统在“操作员自动”方式（2）功率信号正常，且负荷在合适范围；（3）控制系统未参加单元机组协调控制；（4）主汽压力控制未投入。等。＋Y机械功率OA手动给定N调频投入功率调节器－K1K3调节级压力控制投入阀门管理发电机蒸汽容积高压缸中间再热器中、低压缸＋电功率负荷扰动图3—15汽轮机功频控制系统图电液转换、油动机及阀门调节级压力调节器频率校正＋－给定处理回路调节级压力测量功率测量转速测量n0=3000r/min＋－＋P0PEn一般当以下情况发生时负荷控制被切除：（1）油开关跳闸；（2）汽机已跳闸；（3）操作员自动方式下，操作员直接控制，即“手动”方式；（4）功率信号故障；（5）实际功率不在合适范围，负荷小于低负荷限制值或大于高负荷限制值；（6）阀位限制动作；等。一次调频的投入条件如下：1.机组已并网；2.控制系统在“操作员自动”状态；3.负荷大于10％额定负荷。3.协调控制汽轮发电机组一般满足以下条件时可投入协调控制：1.机组已并网；2.接收到CCS请求信号；3.由CCS来的给定信号正常；等。－从CCS来TD指令机械功率调频投入K1阀门管理发电机蒸汽容积高压缸中间再热器中、低压缸＋电功率负荷扰动图3—16参加机组协调控制时的汽轮机控制系统结构电液转换、油动机及阀门频率校正＋给定处理回路转速测量3000r/min＋＋在协调控制方式下，禁止负荷控制投入和做阀门试验。当有以下条件产生时协调控制方式被切除：1.CCS请求信号消失；2.从CCS来的给定信号故障；3.油开关跳闸；4.汽机已跳闸；5.操作人员将CCS控制切除；等。第五节汽轮机旁路控制系统1旁路系统及控制方案锅炉～高旁减压阀高压旁路系统喷水隔离阀喷水调节阀低压旁路系统凝汽器高压缸低压缸发电机低旁减压阀喷水调节阀低压减温水高压减温水中压缸过热器再热器图16－1高低压串级旁路系统低旁减压阀压二、旁路系统作用：（1）加快启动速度、减小启动时间。（2）机组启动、停止和甩负荷时，可以回收工质，减少对空排放，提高运行的经济性。（3）正常运行时，起超压保护作用。（4）机组启动、停止和甩负荷时，保护再热器。（5）当汽轮发电机组或电网短时故障时，旁路系统的存在可使锅炉处于独立运行状态，从而使单元机组转入停机不停炉运行方式或带厂用电运行。三、旁路控制系统1、控制任务旁路控制系统的控制任务可分为以下两部分：1、机组起停过程中的控制任务（1）保证主蒸汽压力按起动曲线变化；（2）保证高旁后蒸汽温度在再热器安全运行所允许的温度范围内；（3）保证再热蒸汽压力在与机组出力相适应的数值上；（4）保证低压旁路后蒸汽温度在凝结器安全运行所允许的范围内。2、正常运行时的保护在正常运行时的保护包括：当蒸汽压力过高危及安全时，进行超压保护；汽轮机急甩负荷时的工质回收；保护凝结器；保护再热器。A高压旁路压力设定值A主蒸汽压力NY0∑△K∫AT手动最小阀位控制0%AYmin＞高压旁路快关NY高压旁路快开0%高旁减压阀开度指令图16－4高旁旁路压力控制T1&压力跟踪高压旁路自动△PT2YANT3NY100%T4－＋AAN•为防止锅炉超压或减少安全门动作，旁路系统设计了高压旁路快开功能，发生下列情况之一，高压旁路减压阀快速开启，并投自动方式：1）汽轮机跳闸；2）发电机断路器跳开；3）锅炉主燃料跳闸；4）主汽压太高；5）压力变化率大于设定值；6）接收到甩负荷信号。满足下列任一条件，高压旁路减压阀快速关闭，并且自动切手动：1）高压旁路阀后温度太高；2）凝汽器真空低；3）低压旁路阀故障；4）汽机110%超速。