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汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 汽轮机数字电液控制系统汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control SystemDigital Electro-Hydraulic Control System for for Steam TurbinesSteam Turbines 南京工程学院能动院南京工程学院能动院 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 1.1汽轮机控制的基本概念 一、 汽轮机控制的发展过程 1.机械、液压调节系统 (MHC-Mechanical Hydraulic Control)最早 2.电液调节系统 (EHC-Electro-Hydraulic Control) EHC与MHC并存, 60年代初。 3.模拟电液系统 (AEH-Analog Electro-Hydraulic Control) 纯电调, 60年代中,(60年代末以模拟电路为主) 4.数字电液控制系统 (DEH-Digital Electronic Hydraulic Control ) 早期的DEH系统多以小型计算机为核心 构成。当微机为基础的DCS分散控制系 统出现后,DEH就逐渐转向由DCS组成。 第一章 概论 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 二、汽轮机控制的内容 一个完善的汽轮机控制系统应包括的功能系统 1、监视系统: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 续监测汽轮机运行中各参数的变化。汽轮机的参数监视通常由DAS系统实现 ,测量结果同时送往调节系统作限制条件,送往保护系统作保护条件,送往 顺序控制系统作控制条件。 2、保护系统: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备损坏。 3、调节系统:汽轮机的闭环自动调节系统包括转速调节系统、功率调节系统 、压力调节系统。 4、热应力在线监视系统:运行中监视转子热应力不超过允许应力。转子热应 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 度值来间接计算转子热应力。 5、汽轮机自启停控制系统 汽轮机自启停控制(Automatic Turbine Control, ATC)能够完成从盘车、升速并网、带负荷、甩负荷、停机的全部过程自动 控制。其中一种是模仿人的操作过程,按事先规定的步骤和时间完成;另一 种是考虑热应力控制的自动启停过程。 6、液压伺服系统:液压伺服系统包括汽轮机供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,其功能是根据电调系统的指令去操作相应阀门 的动作。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 三、汽轮机自动控制的基本原理 1、汽轮机调节系统静态特性 转速不等率( ,速度变动率) 速度变动率(也称转速不等率)代表 汽轮机的静态调速特性,是汽轮机调节 过程中一个重要参数,它是指汽轮机空 负荷时所对应的最大转速和额定负荷时 所对应的最小转速之差,与汽轮机额定转速之比,即 一次调频:对并列运行的机组,当外界负荷变动引起电网频率变动时,电 网中各机组的调速系统动作、负荷就自动增减,以适应外界负荷变化的需 要。这种由调速系统自动控制机组负荷的增减,以减小频率变化幅度的方 式,称为一次调频。 承担尖峰及变动负荷的机组,其速度变动率应较小些,取为34%;带基本 负荷的机组,则速度变动率应大些,取46% 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 迟缓率 迟缓现象:调速系统各部套间存在间隙、摩擦力、 错油门存在重叠度,造成静态特性在加/减负荷中 曲线不重合。在调速系统调节过程中,存在着迟缓 现象,使得调速系统的静态特性线不再是一根,而是 一条带状区域。 迟缓率:表示迟缓程度的大小: 迟缓对机组运行的影响: 单机运行:转速自发飘动n=n0 并网运行:负荷自发摆动P/Pelr=/ 希望迟缓率越小越好。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 静特性平移和同步器 I.作用 在单机运行时,使用同步器可以保证机组在任何负荷下保持转速不变。 在机组并网运行时,通过同步器可以改变汽轮机的功率,使各台机组承 担给定负荷,调整电网频率,以维持电网周波稳定二次调频。 在机组并网前,用同步器可改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速, 使发电机与电网同步并列。正由于有此用途,故称其为同步器。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System II.一次调频与二次调频概念区别 一次调频是按并列运行机组的静态特性自动分配负荷,而二次调频要靠 同步器人为地进行; 并列运行的机组通常都参与一次调频,但一次调频通常不可能保持电网 周波不变而只能减小周波变化的程度; 一次调频可以认为是暂态的。即当电网负荷变化后,二次调频来不及立 即保证电网有功功率的供求平衡,暂时由一次调频来维持电网周波不致 有过大变化而造成严重后果,当二次调频使周波恢复正常后,一次调频作 用便消失。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 2、汽轮机调节系统的动态特性 动态特性评价指标 稳定性: 汽轮机运行时,当负荷或蒸汽压力变化时,通过调 节系统会很快过度到新的稳定工况。 动态超调量: 为汽轮机最大飞升转速,为了不引起危急遮断器动作停机(110112% n0 ),一般取107%109% n0 静态偏差: 对有差调节系统为 动态调节时间: 取 ,一般为几秒到几十秒,最大不超过一分钟。 振荡次数 在调节时间内被调节的振荡次数,明显的振荡不超过23次。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 影响动态特性的主要因素 转子飞升时间:额定主力矩作用下,转速由零至额定转速所用时间Ta。即 转子转动惯量越小、转矩越大、转子飞升时间越短,越容易超速。小机组 Ta =1114秒,大机组58秒。 中间容积常数:调节阀后蒸汽通流部分存在蒸汽容积,当蒸汽流量改变时 ,驱动力矩并不立即变化,而存在延时,且容积压缩/膨胀过程易引起调 节阀过调、转速波动;甩负荷中间容积继续作功,使超速加剧。 转速不等率影响: 大,动态、静态偏差大;稳定性好;动态过程振荡小 。 油动机时间常数:油动机活塞行程时间大,动态偏差大,过渡过程时间长 ,控制品质差。 迟缓率:死区使动态偏差加大。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 1.2 中间再热机组的调节 一、中间再热机组的调节特点 1.中低压缸功率滞后 负荷变化时,由于中低压缸功率的滞后,降低了一次 调频能力,但可以采用高压汽门动态过开来补偿。 2.甩负荷时超速 甩负荷时,为防止再热器蓄汽量使汽轮机超速,应同时关 闭高、中压汽门。 3.机炉协调控制 单元制、机炉动态特性差异。单元制机组负荷适应性的提高主要取决于对 锅炉蓄存能量的利用程度,而汽轮机、锅炉的控制方式关系到锅炉蓄存能 量的利用,目前采用的机组控制方式有以下几种: 汽轮机跟随控制方式 当汽轮机定压运行时(图a),外界负荷改变的讯号选送给锅炉,待锅炉出力改 变使新汽压力改变后,汽轮机根据新汽压力的改变再相应改变负荷。这种方 式可维持新汽压力不变,当新汽压力有微小改变时,压力调节器即改变调 节阀的开度,使流量(功率)改变。当汽轮机滑压运行时,调节阀全开,功 率(流量)将随新汽压力的增减而变化,如图(b)所示。这种控制方式因锅炉 燃烧过程的迟滞将使机组功率的响应延滞。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 锅炉跟随控制方式 汽轮机根据功率讯号增加 负荷,此时蒸汽流量的增 大使新汽压力降低,锅炉 根据流量、压力的变化讯 号控制燃烧调节系统,以维 持新汽压力不变。这种控 制方式的特点是暂时利用 锅炉的蓄存能量以适应外 界负荷的变化。当负荷变 化较小时,能实现快速响 应,可参加一次调频,但在负 荷变化较大时,由于锅炉燃 烧的迟滞时间较长,主蒸 汽压力的变化较大。 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 机炉协调控制方式 这种控制方式综合了前两种控制方式的特点,将功率变化指令同时发给锅 炉及汽轮机控制系统,对调节阀开度及锅炉燃烧进行同步调整,协调控制。 其特点在于它一方面可利用锅炉蓄存能量,使汽轮机出力迅速作出调整;另 一方面又可同时改变锅炉的出力,共同适应外界负荷变化的要求,使新汽压 力波动较小。这种控制方式如果在主蒸汽压力偏差运行范围内,则蒸汽调节 阀与压力偏差无关,它是根据功率偏差来进行控制的;一旦压力偏差超出允 许范围时,这个偏差就用来修正调节阀的控制 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 二、中间再热机组调节系统简介 1.再热汽轮机液压调节系统 2.再热汽轮机功率-频率调节系统 3.再热汽轮机数字电液调节系统 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 第一章思考题 汽轮机调节系统经历了哪几个发展阶段? 一个完善的汽轮机控制系统应包括哪些功能系统? 一次调频与二次调频有什么不同? 中间再热式机组的调节有什么特点? 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 一、DEH控制系统的组成 数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System, DEH-C。 电子控制器 计算机、混合数模卡件、接口和电源等。6个控制 柜,用于给定、接受反馈、逻辑运算和发出指令等。 操作系统 操作盘、图像、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。 EH供油系统 EH高压油泵、油再生装置、冷油器等为控制系 统提供控制与动力用油 。 电液伺服执行机构 电液伺服阀、快速卸载阀、液压马达、位 置反馈传感器等负责执行高压主汽阀、高压调节汽阀和中压主 汽阀、中压调节汽阀 的开度指令。 保护系统 OPC、AST电磁阀、隔膜阀等在危急情况下遮断和 手动停机之用 。 第二章 汽轮机数字电液控制(DEH)的基本原理 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 二、数字电液控制系统方框图 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 汽轮机数字电液控制系统 Digital Electro-Hydraulic Control System 再热汽轮机DEH系统的调节原理图。图中的输出是转速,外扰是负荷变 化R,内扰是蒸汽压力p,n 和P分别由转速和功率给定。调节对象考虑了 调节级压力特性、发电机功率特性和电网特性,与此相关,设置
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