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西门子数字汽轮机控制器•数字汽轮机控制器（DTC）的功能是在所有工况下通过汽轮机调节阀调整进入汽轮机的蒸汽量，从而实现对机组转速、负荷、压力的调节。根据机组不同的工作阶段和不同的运行方式，选择不同调节器的输出为阀门控制回路的指令，通过阀门位置控制器、电液伺服阀、油动机来改变阀门的开度，从而改变进入汽轮机的蒸汽量，使机组的实际参数和给定值相一致，数字汽轮机控制器的典型结构如图11-13所示。图11-13•DTC主要由转速／负荷调节器、高压蒸汽压力调节器、高压叶片温度调节器、高压叶片压力调节器、位置调节器等组成。DTC能够实现汽轮机的启停时的转速控制、同期并网、负荷控制、参加一次调频、汽轮机超速前的转速控制、甩负荷时维持厂用电运行等功能。•DTC是一种电液控制系统，控制功能由计算机完成，控制阀的操纵力由液压产生。主控制器按照运行方式的要求，实施过程自动调节，并保证合适的升速率或负荷变化率，使之与运行方式相匹配。•DTC中的设定值控制、开环控制和监视功能，使汽轮发电机组始终保持最佳的运行状态，尽量避免保护装置动作而造成停机。这极大地提高了汽轮发电机组的可用率，通过系统的冗余设计保证了DTC运行的高可靠性。•DTC的特点如下：•(1)在所有的运行阶段，如汽轮机启动、停机、并网运行、独立运行等阶段，DTC均能保证稳定运行。•(2)DTC能适应发电机解列时的全甩负荷。•(3)DTC具有一次调频功能，这一功能使机组具有线性功频静态特性。调频特性的增益和死区可根据电网的需要分别设定；调频功能可以从主控制室投入或切除。•(4)DTC能够接受来自汽轮机应力估算器TSE的限制信号，保证汽轮机在启动、升负荷、降负荷时的热应力控制在允许的范围内。•(5)DTC可由以CRT为基础的操作和监视系统OM进行操作和监视。•一、转速控制系统•汽轮机速度控制的目的是满足汽轮发电机组在启动和电网同步过程中的转速控制要求。速度控制由设定值调节器、设定值控制器和速度控制器构成。速度设定值由设定值调节器决定，通常是由FGC自动操作的，其他速度调整的输入来自自动协调器和OM系统的手动操作。速度设定值信号是设定值控制器的输入信号，设定值控制器决定了速度的变化率，并向速度控制器输出一个延时的设定值信号。•此外，设定值控制器还接收来自TSE的限制信号，以修正它的输出，在启动过程中保证汽轮机不超出允许的热应力范围，同时还允许汽轮发电机以最大允许的升速率运行。速度控制器采用PI(比例一积分)运算规律，这样可以精确控制升速阶段的转速值。一旦汽轮发电机组并网，速度控制器就能转换为PI作用的负荷控制器。速度控制器的输出经处理后送到各阀门的位置控制器，来改变各阀门的开度，实现转速的闭环调节。•(一)转速信号的测量及处理•1．转速信号的测量•汽轮机转速由安装在汽轮机轴周围的电感式传感器测量。传感器的输出信号为矩形波频率信号，频率值与齿轮盘上恒定的凹槽数及转速成正比。齿轮盘上的齿轮数确定后，传感器的输出与汽轮机转速成单值的正比关系。•三个转速测量值NT1、NT2、NT3在汽轮机保护系统DTSZ的外部电子设备中处理后直接送入汽轮机调节器的NT处理模件。NT处理模件如图11-14所示。图11-14•图11-14转速处理模件NT•在转速信号处理模件NT中，对三个测量信号进行监视并进行三选一处理，被选中的三个测量值之一如NT1就作为汽轮机实际转速测量值NT，再通过一个滤波器，滤除高频干扰。滤波后的转速NT作为实际转速值。•如果实际转速测量的第一通道发生故障，选择器会立刻识别出，并且不间断地转换到第二通道，同时转速测量1故障信号STNT1送到OM系统。•如果第二通道也故障，则转换到第三通道，同时转速测量2故障信号STNT2送到OM系统。若备选转速测量通道故障，则只有该通道故障信号至OM系统。•对实际转速NT求微分，可得出实际转速的变化率。•为了模拟电网频率扰动，可附加一个特殊功能到实际转速输出值。引发电网频率扰动的指令、变化率大小及持续时间可由频率变化仿真模块STFCH给出。•2．临界转速处理•在启动阶段，机组转速应尽可能快地通过特定的临界转速区，以保护叶片不受共振引起的损坏。机组的临界转速区有两个：(GSP1A，GSP1E)和(GSP2A，GSP2E)，将实际转速与临界转速区的上、下限比较，就可判断机组转速是否处于临界转速区。•当NT的值大于GSP1A的值且NT的值小于GSP1E的值时，C1=1，表明机组转速在第一临界转速区；•当NT的值远大于GSP2A的值且NT的值小于GSP2E的值时，C2=1，表明机组转速在第二临界转速区；•如果机组转速不在临界转速区，即C1=0，C2=0，则C1+C2=0，此时有汽轮机转速离开振动临界转速NTASP信号产生，并将此信号送到转速设定值形成模件NS。•如果机组转速在临界转速区，即C1=1或C2=1，当实际转速的变化率低于转速变化率监视极限值GNTGRD，或是有汽轮机应力评估器故障WTS信号时，将使SR触发器的置位输入端为“1”信号，使触发器置位，通过或门输出中断启动ANFABR信号。该信号送到转速没定值形成模件NS，使延时转速设定值不断减小，从而使机组实际转速不断减小。当没有应力评估器故障WTS信号时，信号ANFABR通过与门输出转速加速度太低NTGRKL信号，并送到OM系统和汽轮机开环控制系统DTS。•当机组转速不在临界转速区时，C1=0，C2=0，可以通过OM系统发出释放转速设定值调节器SWFQ信号，此时使SR触发器的复位输入端为“1”信号，而置位输入端为“0”信号，从而触发器复位，ANFABR=0，使机组启动继续进行。•(二)延时转速设定值的形成•延时转速设定值在设定值形成模件NS中产生。•图11-15所示为转速设定值模件NS，其中包括两大部分：图11-15限值监视器•第一部分是由设定值调整及存储器模块M以及相应的逻辑控制回路构成的目标转速形成回路；•第二部分是以设定值控制器SPC为主构成的延时转速设定值形成回路。存储器模件M在不同的设置指令S作用下存储相应的设定值SV并输出，形成目标转速设定值(TargetSetPoint)；•设定值控制器SPC根据缸体温度裕量模件WTF计算出的升、降速度变化率OFBN、UFBN，将目标转速设定值NS转化为延时转速设定值(DelayedSetPoint)NSV，NSV送到转速调节器：NPR，同时在OM系统上显示。•典型的汽轮机启动过程中的目标转速设定值NS，延时转速设定值NSV和实际转速NT的变化情况如图11-16所示。•(三)转速调节回路分析•由前面的总体介绍可知，汽轮机有两只高压主汽门，两只中压主汽门，两只高压调节门，两只中压调节门。对于机组在冷态、热态、温态、极热态等四种启动方式下，均采用高调门控制汽轮机冲转至带满负荷，所以，四只调节阀由汽轮机控制系统STC来控制，而四只主汽阀只起截止作用，故其启闭是由启动装置(Start-upDevice)—一个数字装置(由软件实现)来控制的。图11-16•启动装置的输出经过函数变换后送到OSB模件的主小选模块。启动装置的输出在46％～90％范围内变化时，函数块的输出为-10％～105％，呈线性关系。当启动装置的输出为50％时，函数块的输出为0％，所以启动装置的输出为50％是STC起控制作用的标志点，只有当启动装置的输出大于50％(TAB50=1)时，STC才可能打开高调阀。•延时转速设定值nsv和实际转速n，比较，得到控制偏差AN。为了改善转速调节的动态品质，引入了前馈调节，AN经前馈增益KDN放大后直接作用于PI调节器出口。AN经固定偏差K4作用于PI调节器入口，经PI运算和上限限幅后在出口汇交点与前馈作用输出求和，得到转速／负荷调节器NPR的输出YNPR。YNPR送到OSB模件，形成阀位指令，通过阀位控制器、电液转换执行机构改变阀门的实际开度，从而改变进入汽轮机的蒸汽量，实现转速的闭环调节，最终使实际转速等于延时转速设定值。同时YNPR还送到汽轮机开环控制系统DTS。•二、负荷控制系统•在发电机与电网同步并网后，负荷控制立即起作用，并在整个负荷范围内保持。负荷控制系统由负荷设定值调节器、负荷设定值控制器和负荷控制器构成。•目标负荷设定值Ps由设定值调节器决定，通常由机组协调控制系统来自动操作，但目标负荷设定值也能由自启动控制系统和OM系统来设置。目标负荷设定值凡是负荷设定值控制器(SPC)的输入信号，通过SPC将目标负荷设定值Ps转化为延时负荷设定值Psv。•负荷设定值控制器的构造和功能与速度设定值控制器相似，它也接收来自应力估算器WTF的增减负荷变化率OFBP、UFBP信号，使汽轮机在增减负荷时所受应力在允许范围内。负荷变化率可在控制室以MW/min(兆瓦／分)形式设定。设定值控制器的输出Psv与负荷限制值PsB小选后，得到有效负荷设定值Psw，送到转速／负荷调节器：NPR。•由负荷设定值形成模件PS来的有效负荷设定值PSW和机组实发功率PEL比较，得到控制偏差，对偏差进行PI(比例一积分)运算，实现负荷的反馈控制。此外，还引入了有效负荷设定值的前馈作用，这样一方面可以平滑地消除电网引起的负荷扰动，另一方面可快速响应负荷设定值的变化。频率影响通过选择开关直接作用于调节器人口，并且通过转速前馈增益岛KDN作用于调节器的输出端，使机组参与一次调频。负荷调节器的输出YNPR直接作用于允许设定值形成模块OSB，由OSB形成阀位指令作用到阀位控制回路，使阀门的开度改变，从而改变进入汽轮机的蒸汽量，达到负荷调节的要求。•(一)实际负荷的测量与处理•发电机负荷由两个冗余的变送器测量，实际负荷测量值PEL1和PEL2直接送到大选模块，在非故障情况下，选取两值中的大值作为实际负荷值PEL送到以下功能部件：•(1)甩负荷识别LAW；•(2)转速设定值ns；•(3)负荷设定值PS；•(4)转速／负荷调节器NPR。•实际负荷值同时还送到OM系统加以显示，送到单元主控BLE、汽轮机开环控制系抗DTS、应力计算程序WTG。•对两个测量通道要进行故障和偏差监视，当两个测量值中一个发生故障时，系统切换到另一个测量值，汽轮机仍可继续运行，并将故障信号STPEL或STPEL2送到OM系统。如果两个通道之间存在一个不允许的偏差，负荷测量故障STPEL将送到OM系统。•(二)有效负荷设定值Psw的形成•目标负荷设定值Ps通过设定值控制器(SPC)转化为延时负荷设定值Psv，Psv和由最大负荷设定值模件PSMX来的最大负荷设定值PSB进行小选，小选的输出PSW即为有效负荷设定值。有效负荷设定值的形成及相关逻辑如图11-17所示。由此得到的有效负荷设定值PSW送到OM系统显示，送到转速／负荷调节器模件NPR，送到甩负荷识别模块LAW以及电液执行机构的EHAL。图11-17图11-17限值监视器C10•1．目标负荷设定值Ps的形成•目标负荷设定值的形成是通过带记忆的存储器模块M来实现的，存储器M共接收8种指令条件及相应的设定值，最终选取哪个值作为目标负荷设定值是由设置命令的优先级而决定的。•由图11-17可得出以下结论：•(1)当有应力估算器故障WTS信号时，C1=1，存储器M存储并输出延时负荷设定值PSV作为目标负荷设定值，也即目标负荷设定值PS跟踪延时负荷设定值PSV;•(2)汽轮开环控制系统DTS来的最小负荷设定值命令PSMIN使C2=1，则目标负荷设定为最小负荷PSMIN；•(3)转速／负荷调节模件NPR来设置命令SB时，C3=1(当负荷调节的形式从转速调节器的负荷操作LBNR转换到负荷调节器的负荷操作LBPR或反之，会产生设置命令SB)，目标负荷设定值设为SVPS，SVPS是由NPR模件计算得出的；•(4)有来自机组控制BLE的外部负荷设定值有效PSXE信号且没有汽轮机停机STILL信号时，C4=1，目标负荷设定值为BLE来的外部负荷设定值PSX；•(5)汽轮机开环控制系统DTS送来汽轮机停机命令STILL时，C5=1，使目标负荷设定值设定为负荷设定值低限PSUG；•(6)压力控制有两种方式，即