汽轮机控制讲义

调整系统频率的主要手段是发电机组原 动机的自动调速系统。DEH系统中的一 次调频回路——速度反馈回路在机组并 网时自动投入，使DEH的负荷指令先经 过速度反馈回路的校正即一次调频。 将机组的实际转速与额定转速WS0比较 后的差经过“死区——线性——限幅” 非线性处理后得到速度补偿系数x，x与 负荷设定值之和形成了频率校正后的负 荷设定值。

在部分进汽方式下（S3=1、S4=1-S3=0）， 这样阀位指令等于S1；相反，在全周进 汽方式下，S3=0，S4=1，这样阀位指令 就等于S2。从一种方式切换到另一种方 式时，S3的值是缓慢的以每秒0.00167的 速度改变。在切换过程中，逻辑同时也 允许调节负荷。

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阀门进汽方式的切换过程大概需要10 分钟，在切换过程中若出现以下任一 情况，切换过程自动保持： 当调节级压力控制器工作时，一级压 力与设定值之间存在2%的偏差。 当负荷控制器工作时，实际负荷与设 定值之间存在4%偏差。 甩开一级压力或负荷控制器。 此时S3保持当前值，待保持逻辑释放 后继续进行切换。


电网频率的变动对用户、发电厂和电力系统 本身都会产生不利影响，严重的可能造成电 网的崩溃。所以必须将电网的频率保持在 50HZ上下一个极小的范围之内。 根据电网频率的变化产生的三个不同的因素 及特点，对电网频率的调整也有一次、二次、 三次的调整。本节主要针对频率波动的周期 及幅度都比较小的第一种频率波动讨论分析 汽轮机DEH的一次调频原理。
阀位指令根据操作员选择的阀控方式控 制各阀开度实现负荷控制。 汽轮机的负荷信号用功率信号代替，电 功率信号和汽轮机速度级压力信号的处 理与汽轮机转速信号的处理一样，都是 采用了三取二的处理方式，其目的是为 了提高控制系统的可靠性。 设定值（负荷指令）要先经过一次调频 的修正（投入一次调频，SPI=1），她 能根据电网负荷的变化自动的调节机组 的出力 。
机组转速反馈信号是汽轮机控制的一个 重要信号。在DEH中常采用三取而或三 取中的方法。如果一路测量信号故障， 则机组照常在自动方式下运行。如果两 路测量信号故障，机组则改为手动运行 方式。从而提高了转速信号的可靠性。 正常情况下，汽轮机转速信号TURBINE SPEED与设定值SET POINT进行比较， 产生的差值乘以正确的增益作为控制器 的输出。有时（汽轮机在自动方式下运 行且超速保护投入或者在自动方式下运 行且主断路器闭合）控制器的输出跟踪 阀位指令REFERENCE或强制等于零。

转速给定值处理逻辑 转速的目标值一般由机组的运行人 员在操作员站上给出。它设定了机组的 摩擦检查转速、暖机转速、阀门切换转 速和额定转速（3000RPM）。目标值经 速率限制后经过给定值处理逻辑处理得 到给定值。

负荷给定值处理逻辑 在操作员自动（OA）方式下，运行 人员给出负荷的目标值，经符合变化率 限制后得到给定值1，再经过负荷给定 值逻辑修正后得到给定值2。

当汽轮机转速超过跳机设定值（110%额 定转速）时，超速跳机状态便成立。此 时，高压遮断集成块上的电磁阀线圈带 电，释放所有阀门的超速保护油和高压 遮断油油压，关闭所有调节汽门和主汽 门。此逻辑使用了两个跳闸设定点，分 别作为模拟量切换器的两个输入S1、S2。 S1设定为3299RPM，S2设定为3359RPM。 在进行机械超速试验时，逻辑将此设定 为S2=3359RPM，实现机械超速。
ELECTRO—HYDRAULIC CONTROL SYSTEM）。

它结合了电子元件的对信号测量、运算 和校正准确方便的优点和液压元件作为 执行机构具有的功率大、速度快的优点。 使得汽轮机的控制达到了极高的水平。
以DCS为基础的DEH系统具有对汽轮机组的 启动、升速、并网、负荷增/减进行监视、操作、 控制、保护等功能，以及数字处理和CRT显示功能。 基于DCS的DEH系统有如下特点： 用操作员站CRT和打印机来监视机组各种参 数及其变化趋势。 具有转速控制、功率控制功能。 主蒸汽压力控制（TPC）、超速保护控制、阀 门快关控制等。 阀门管理功能。 按热应力升速和加载的功能。 软件的模块化和硬件的积木式结构使系统的 组态有极高的灵活性，事故追忆打印功能有 利于对事故的实时分析。
它的形成除了受到变化率的限制外，还 受到以下因素的影响： 汽轮机刚复位运行，给定值被强制等于 实际转速。 负荷反馈刚投入，设定值被强制等于相 应的负荷反馈值。 速度级压力反馈刚投入，设定值被强制 等于相应的速度级压力反馈值。 发电机组刚并网，强制带一定的初始负 荷，初始负荷考虑阀位给定值、主汽压 力和最小负荷等因素。
发电机组刚解列且汽轮机未跳闸，设定 值等于额定转速3000RPM。主要目的是 为主机尽快并网提供条件。 在负荷反馈和速度级压力反馈回路刚切 除时，设定值等于实际阀位。 在发电机解列或汽轮机转速大于103%额 定转速时，给定值等于汽轮机额定转速。 在汽轮机跳闸或转速大于110%额定转速 时，给定值等于汽轮机额定转速。 在汽轮机手动控制时，给定值跟踪实际 阀位。
转速控制器

转速控制器出来的控制指令SPEED SIGNAL在形成对TV、GV控制的阀位 指令REFERENCE前还要经过阀位限制 和RUN BACK逻辑，再由阀位指令 REFERENCE对TV、GV控制实现转速 控制。
负荷控制逻辑

主断路器的闭合信号使DEH主逻辑切换 成负荷控制方式。负荷控制有两种负荷 反馈信号，即代表汽轮机即时功率的调 节级压力信号和代表发电机实发功率的 发电机功率信号。


当汽轮机转速超过超速保护OSP设定值 （103%额定转速）时，超速状态便成立。在 这种情况下，如果汽轮机转速信号正常，并 且没有进行超速保护试验，四个超速保护电 磁阀线圈将带电，释放超速保护跳闸油，母 管的油压使GV、IV阀跳闸关闭。2秒钟后电 磁阀线圈失电，允许阀门打开。 当汽轮机出现甩负荷时，并且汽轮机转速低 于3090RPM时，使用预降负荷控制器逻辑也 可以触发超速保护逻辑。输出断路器跳闸后， 汽机仍然复位时，预降负荷控制器逻辑触发2 秒。如果在这2秒内中压缸排汽压力大于15% 或中压缸排汽压力故障，超速保护逻辑开始 工作。
超速保护控制逻辑

超速保护是通过ETSI公司的汽轮机保护子模 件完成的。三个独立的TPS模件把输入的量作 分析并提供三选二的逻辑。每一个模件都有 独立输入的转速、发电机功率、中压缸排汽 压力、汽机复位及油开关闭合等信号，这些 信号也同时输入至处理器。每一模件检测超 速保护（103%额定转速）、超速跳机（110% 额定转速）及功率不平衡等状态，并把这些 状态送至处理器及终端。当三个TPS中的两个 检测到同样的状态信号时便会采取相应的动 作。

转速控制逻辑


汽轮机从冷态启动到额定转速是通过控制主 汽门升速到2900RPM，然后进行TV/GV转换， 由高压调节门GV升速到3000RPM来实现的。 讲述示例 在发电机主断路器断开的时候，系统处于转 速控制方式。转速给定值与机组转素反馈信 号的比较偏差送入转速控制器，经运算输出 相应的控制指令，即DEMAND，当判断转速 信号系统故障时，逻辑将使机组遮断（在负 荷控制方式时逻辑将发出超速保护OSP指令， 关闭所有调节汽门）。



采用“死区——线性——限幅”频率校正是 考虑到机组运行时不希望受到电网频率经常 性的波动影响，致使机组的阀门经常性动作 造成系统振荡，故将速度偏差经过一死区处 理，以滤掉速度信号中高频低幅的干扰，保 护了汽轮机；当速度偏差信号超过“死区” 后，ΔWS与速度校正量之间呈线性关系；偏 差信号超出一定大范围后，受锅炉负荷适应 能力的限制，而采取了“限幅”措施。 “死区”宽度、线性放大系数可由程序员或 工程师调节。“死区”越宽，机组的调频能 力越差；线性放大系数越大，则机组的调节 能力越突出，同时它也改变了机组的不等率。
汽轮机基本控制器
第二节 DEH逻辑分析
给定值处理逻辑 转速控制逻辑 负荷控制逻辑 单阀/顺阀控制逻辑 一次调频原理 超速保护逻辑

给定值处理逻辑

DEH首先确定控制目标值，目标值可以 为操作人员输入值、自启动逻辑确定值 和炉控制（方式）输入值等。目标值根 据机组运行状态和变化率要求确定控制 给定值SETPOINT，最后由控制逻辑完 成控制目标。

控制指令DEMAND在形成阀位指令 REFERENCE前还要经过阀位限制、自动/手 动REF和RUN BACK逻辑。阀位限制值可由 操作员设定，目的是在炉控等方式时防止汽 轮机超过允许负荷。自动/手动REF的输出值 在系统自动方式时为DEMAND；手动方式时 操作员手动输出以每秒0.56%的变化 率限制 的值；当有遮断或超速保护动作信号时，其 值为0%。RUN BACK逻辑可在机组部分辅机 故障或电网甩部分负荷时，使阀位指令以每 秒1%的速率减小。负荷减小的最终值根据故 障程度分为3档。RUN BACK动作时，手动输 入值跟踪DEMAND，以保障RUN BACK结束 时控制切换无扰动。
汽轮机组DEH控制逻辑分析
目录
概述 DEH控制逻辑分析 EH油系统及执行机构分析 小结

第一节 概述

随着高参数、大容量、中间再热机组的 广泛使用，要求进一步提高再热机组的 功率动态响应性能，抗蒸汽参数扰动的 能力及自动化水平，以满足电网调频、 集中控制和综合自动化的需要。在这种 情况下，人们一方面继续改进和完善传 统的仅具有频率（转速）反馈的机械— 液压式汽轮机调节系统，同时又研制出 了具有功率、频率两种反馈，采用电子 调节器和液压执行机构的汽轮机数字功 率—频率电液调节系统（DIGITAL

这两个反馈回路不能同时投入，当调节 级压力反馈回路投入时，负荷给定值和 调节级压力反馈值均为与额定负荷时调 节级压力之百分比，它们两者比较的偏 差送入调节级压力控制器运算，结果即 为控制指令DEMAND；当发电机功率 反馈回路投入时，发电机功率与给定值 单位均为MW，它们间的偏差送入发电 机功率控制器运算，输出 值与负荷给 定值求和得到DEMAND；当两反馈回 路均未投入时，DEMAND即为给定值。

单阀/顺阀控制逻辑

单阀控制方式下，调节级全周进汽，对 调节级叶片应力控制有益，可以较快的 适应负荷变化；但另一方面，由于存在 节流损失，于经济上是不利的，所以单 阀控制方式较适应变负荷工况。

顺阀控制方式下，调节级部分进汽，由 于减少了节流损失而提高了经济性，但 同时叶片上存在冲击会产生部分应力， 因而对负荷变化有一定的限制，此方式 适应于高负荷时的稳定工况。所以一台 机组的安全、经济地运行，有必要进行 单阀/顺阀间的切换。DEH逻辑规定GV 只能以单阀方式开启进汽，待机组带到 一定负荷后才可切为顺阀控制方式。

上述的阀门切换，在实际切换过程中， 负荷的扰动不可避免，如果处于自动 方式下投入功率反馈回路或速度级压 力反馈回路，则可以一定程度上减少 负荷的扰动。在阀门切换过程中，如 果出现跳闸或是出现任一个GV阀门紧 急状态（执行器定位状态故障），则 强行将阀门控制为单阀方式，可以减 少负荷的扰动。
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一次调频原理

切换过程由单阀/顺阀切换逻辑控制。以 GV1为例：它的阀位指令信号由加法器 产生，是由部分进汽方式指令信号GV1 SINGLE与全周进汽方式指令信号GV1 SEQ相加的和。加法器的运算公式如下： 输出=（S1×S3）+（S2×S4） S1为部分进汽方式下的阀位指令曲线， S2为全周进汽方式下的阀位指令曲线。 通过控制S3、S4来得到1#调节汽门的阀 位指令信号。

功率不平衡计算方法是把中压缸排汽压力的 百分数减去发电机功率百分比，当得到的数 值超过功率不平衡设定值时（30%），功率不 平衡状态便成立。当此情况出现时，控制保 护逻辑使快速关闭中压调节阀CIV的触发器置 位，在0.15秒内迅速关闭中压调节阀门，如果 此时发电机励磁系统是闭合的，表明机组只 是部分甩负荷，关中压调节门使汽机功率下 降，以适应外部负荷的下降，避免继续超速。 在0.3~1秒内，若汽机功率与发电机功率相等， 则重新打开中压调节门，若仍有变化，则至 少保持10秒或直至不平衡状态清除。