西门子SAMA图DEH逻辑讲解
西门子DEH准则
DEH控制采用西门子T3000控制系统。
一、系统介绍1.DEH下设三个控制站:1)汽机主控部分控制站:主调、主保护、应力计算和控制、启动装置回路及压力调节等几个子回路。
2)自启动及阀门自动试验部分控制站:全自动步序启动和停机、阀门全自动在线试验、汽机振动、瓦温等监测保护回路。
3)外围系统控制站:本体疏水、润滑油、EH油、盘车、抽汽、真空破坏阀、轴封、与DCS数据通讯。
2.设计14各画面:3.汽轮机启动装置:是汽机启动顺控SGC与DEH之间的借口和桥梁。
启动装置受启动顺控控制,参与DEH复位、挂闸、冲转、暖机、维持额定转速直至并网带初负荷。
启动装置输出值成为TAB。
4.应力监测点:5个高压主汽门阀体,高压调阀阀体,高压缸外缸,高压转子和中压转子。
二、X准则:控制应力,由汽机应力估算器TSE判断机组能否接受运行方式的改变,并将结果作为允许条件送到汽轮机自启动顺控步序中。
1.X1、X2暖阀暖管准则:1)X1准则:主汽温度高于阀体温度一定值,以防冷却阀体2)X2准则:主汽饱和温度应比算出数值低一定值,在初始加热阶段(凝结放热)可防止高压阀体因应力大(加热过快)而损坏阀体T<T50%+1.3X2T为主汽的饱和温度,T50%为高调门50%深度温度,X2为高调门允许上升温度裕度。
X2与T50%的函数关系2.X4、X5、X6冲转准则1)X4准则:冲转前,主汽温度应有适当过热度,以防止在汽机金属部件内产生过大的温差,采用微过热蒸汽冲动转子。
2)X5准则:冲转前,主汽温度比高压缸温高一定值,以防冷却高压缸。
3)X6准则:冲转前,再热温度应比中压轴温高一定值,以防冷却中压缸3.X7暖机后升速准则1)X7A准则:从600rpm低速暖机后准备冲转至3000rpm检查暖机是否充分的准则。
主汽温度应低于高压轴温50%测点温度曲线一定值,以防高压轴加热过快。
2)X7B准则:再热汽温度应低于中压轴温50%测点温度曲线一定值,以防中压轴加热过快。
DEH逻辑图1
LRSV LT<10
I
LRSV
LT
/L
L=10
H/
HL=85
LRSV LT>85
I
RRSV LT<10
I
RRSV
LT
/L
L=10
H/
HL=85
RRSV LT>85
I
C
I
LMSV
I
RMSV
I
LRSV
I
C
RRSV
ANALOG INPUT2
D
设计
赵宏
2003/5/20
广东新会双水发电厂
页号 1-2 D
150MW汽轮机DEH系统
2 Sec.
VNDP XDUCR#1 BAD 1
AND
B
VNDP XDUCR#2 BAD 1
OR
SP XALM 1
ON TD
2 Sec.
OR
MW XALM
1
TP XALM 1
C
A
I CCS DMD FAIL
I VNDP FAIL
B
I DEH ALARM
C
DEH ALARM
D
设计
赵宏
2003/5/20
校对
代波涛
2003/5/20
逻辑图
版本 A
审核
怀进杰
2003/5/20
批准
刘滨
2003/5/20
哈尔滨汽轮机控制工程有限公司 Harbin Turbine Controls
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2
3
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5
6
7
8
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2
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4
5
6
第五章SAMA图
• 除氧器有定压和滑压两种运行方式,相应 的压力控制系统也有两种形式: • 1.定压运行除氧器压力控制系统 • P>P0,μ↓ • P<P0,μ↑ • 2.滑压运行除氧器压力控制系统
P P0 △ K∫ μ
• 为减小定压运行时抽汽压力损失,提高机 组的运行效率,目前大型机组除氧器均采 用滑压运行方式。该方式是将除氧器加热 蒸汽阀开足,除氧器压力接近抽汽压力 (只差管路压力损失),这样除氧器压力 就随负荷变化而变化,负荷大时,压力高; 负荷小时,压力低。一般情况下,不对压 力进行调节,压力只靠汽轮机抽汽来自然 保持,但是当汽轮机负荷低于一定值时, 要将辅助汽源的蒸汽送入除氧器以维持最 低的允许压力。
• 虽然各公司的SAMA图例有些区别,但SAMA 图的许多符号是通用的。常用的SAMA图例有 四种,分别表示的含意如下: • ⑴○ 表示测量或信号读出功能。一般用来表示 从现场传感器或变送器读出信息。 • ⑵ □ 表示自动信号处理。一般用来表示控制 站(柜)中仪表(或算法模块)的功能。 • ⑶◇表示手动信号处理。一般用来表示在操作 站(器)的功能。 • ⑷ 表示执行机构。一般用来表示安装在现场 的电动、气动和液动等执行器。
• 除氧器压力控制SAMA图如图5-5所示。为 了防止汽轮机跳闸时除氧器压力骤降而使 给水泵汽化,发生汽轮机跳闸时,在跳闸 瞬间除氧器压力设定值跟踪菱形A输出的设 定值X%,此压力设定值恒定,防止了除氧器 压力的骤降。在正常情况下,除氧器压力 设定值由操作员根据当前的运行情况,进 行手动设定,它是通过菱形手操器输出的 改变实现的。除氧器压力的自动控制是以 除氧器内蒸汽空间压力作为被控量,并通 过改变加热蒸汽量作为控制手段,即通过 改变除氧器进汽阀的开度来维持除氧器压 力在规定值的。
SAMA图及控制逻辑
Math functions : GAINBIAS, (计算) INTERP, POLYNOMIAL, SQUAREROOT, SUM
Custom calculations: CALCBLOCK, CALCBLOCKD (自定义计算)
5
Combinatorial logic 组合逻辑
FLIPFLOP -- S-R触发器
Complex Sequential logic: DIGDRUM, ANALOGDRUM, (综合顺序逻辑) STEPTIME, MASTERSEQ, DEVICESEQ Timer/Counter functions: ONDELAY, OFFDELAY, ONESHOT (时间/记数功能) COUNTER, PULSECNT, DIGCOUNT, RESETSUM System time functions: SYSTEMTIME, TIMECHANGE, (系统时间功能) TIMEDETECT, TIMEMON
2
西门子SAMA图DEH逻辑讲解
1.汽轮机调节器汽轮机调节器是DEH的核心部分.它通过控制一个或多个高、中压调门的开度来调整进入汽轮机的蒸汽量,达到调节汽轮机转速、负荷或主汽门前压力的目的.除此以外,SIEMENS DEH调节器还具有限制高压叶片压力、高排温度等保护汽轮机的调节功能,并在电网频率出现偏离时能及时增、减机组出力来调整电网频率;机组出现负荷大扰动甚至发生甩负荷后仍能带厂用电或维持汽轮机定速运行.SIEMENS DEH调节系统采用积木块设计,包括以下几个部分:•速度/负荷控制•主蒸汽压力控制•高压缸排汽温度控制•高压缸叶片前基本压力的极限压力控制•设定值的形成•阀位控制转速/负荷调节器、压力调节器和启动装置限制器TAB的三路输出信号通过中央小选模块,形成有效的允许设定值去作用高、中压调门.为了汽轮机的安全和控制品质的优化,高、中压调门允许进汽设定值还要进行三次不同的处理和修正,才形成最终的调门开度指令:1)高压叶片压力限制调节器和高排温度限制调节器根据功能的不同,分别通过“小选”和“减法”对高、中压调门的允许进汽设定值进行处理;2)允许进汽设定值进行调门特性曲线的线性化修正处理;3)由阀位限制设定值进行限制.为了实现上述调节功能,汽轮机调节器DTC与汽轮机开环系统的汽轮机自启动程控SGC ST、汽轮机保护系统ETS、机组协调控制BLE、热应力评估TSE、阀门自动试验ATT以及液压控制回路EHA等系统或模块存在信息和信号的交互与传输.1.1 转速控制汽轮机转速调节系统主要包括实际转速测量和处理功能页NT、转速设定值功能页NS以及转速/负荷调节功能页NPR三大部分,其作用是根据汽轮机自启动程控SGC ST设定的目标转速,完成汽轮机从启动到低速暖机、升至额定转速暖机到同期并网的转速控制.在这过程中,为了限制汽轮机的热应力,机组转速的升降速率取决于热应力评估TSE模块,运行人员无法手动干预.另外,根据工频一致原理,机组并网期间也可通过转速控制达到负荷控制的目的.1.1.1 转速的测量和处理NT汽轮机的大轴上有一个齿轮盘,齿轮盘的凹槽是一个固定数,60齿.齿轮盘随汽轮机高速旋转,每个凹槽转过传感器时都会使传感器的感应电压发生变化,传感器输出信号的频率也因此与汽机转速成线性关系.通过这个频率和齿轮数就可以方便的计算出汽轮机转速.汽轮机共有六个转速传感器,每三个一组,分成两组.第一组的转速测量值通过布置在核心柜左侧BRAUN超速保护装置的3个转速卡在内部做超速保护判断,同时经转速卡转换后每个信号均并接输出至前两块ADDFEM卡件相应PI通道,选择每路转速信号的高值经测量转换后,读入高速处理器FM458的转速测量和处理功能页中,即转速信号输入ADDFEM时做了信号通道的冗余处理.信号进入NT 功能页后首先进行高频滤波处理,再由一个三选一功能块按通道1、2、3的优先顺序选取一个正常通道的信号作为汽轮机的实际转速值(NT).该三选一功能块还会对三个通道进行监视,与中间转速偏差大于3rpm延时3S后会给出通道故障报警(STNT1/2/3),且该故障转速将由NT值替代,故障转速恢复后,仍遵循固有的转速优先级顺序选取实际转速值.第二组的转速测量值通过布置在核心柜右侧BRAUN超速保护装置的3个转速卡在内部做超速保护判断,不做转速调节用.实际转速值NT提供给以下功能页和自动处理单元:·OM画面显示·汽轮机开环控制系统DTS·汽轮机保护系统DTSZ·汽轮机应力计算程序WTG·电液油动机控制装置EHAS·转速/负荷调节器NPR·转速设定值功能页NS·甩负荷识别功能页LAW由于大型汽轮发电机组都是挠性转子,轴系的工作转速大于转子的固有频率.当机组的转动频率和转子的固有频率一致时,机组会因共振引起振动加剧,从而影响机组安全,所以一般在机组启动过程中都要求以较快的转速通过临界转速,这就是所谓的过临界.转速测量和处理NT功能页提供了对临界转速的监视,根据该型汽轮机的特点,其临界转速分为两个区域,临界转速区域的开始限值GSPA和结束限值GSPE分别是:660r/min~840r/min和1020r/min~2850r/min.功能页再对实际转速信号进行微分处理,可以获取转速的变化率,即平常所说的升、降速率.一般要求过临界的转速不少于100r/min2.在汽机启动过程中(非汽机跳闸后的惰走过程),当转速落在临界转速区域内时机组的升速率低于100r/min2,DEH 将退出启动,发出升速率过小NTGRKL的报警,OM上的ACCL<min指示灯亮.DEH对机组启动过程中的热应力控制十分严格,从冲转条件到暖机程度的判断,从升速率的计算到变负荷速率的限制,热应力评估器TSE都发挥重要作用.因此机组在临界转速区域内发生TSE故障,发出WTS信号时,DEH也将退出启动.DEH退出启动时,会给转速设定功能页NS发出退出启动信号ANFABR.此时转速设定值=当前实际转速-60r,从而确保调门可靠关闭直至退出临界转速区域后,由运行人员在OM上复置“转速设定值复位子环”后,发出SWFQ信号,DEH才会将退出启动信号ANFABR复位,并允许DEH再次设高目标转速冲转.实际投运过程中,该步将在汽机顺控第21步实现,无需操作员人为干预.为模拟电网频率扰动,在转速测量和处理功能页中附加了一个频率变化仿真模块STFCH.当模拟电网频率扰动的命令开始,仿真模块在一定的范围内根据实际需要的变化率、幅值和持续时间给出一个模拟的频率变化量,并加到转速的实际值中.由于电网频率始终是处于一个小幅波动的过程中,实际做一次调频试验时不推荐使用该功能块,而是在延时转速设定值与实际转速偏差PSF40后另加一切换回路,切换网频偏差至人为给定数值.1.1.2 转速设定值NS转速设定值的形成分为两大部分.第一部分是目标转速设定.目标转速NS是不同工况下汽轮机需要达到的转速设定值.将目标转速NS经过速率限制后生成的转速指令成为延时转速设定值NSV.其中延时转速设定值是有效的转速设定值,它用于转速调节器NPR进行转速控制.NS和NSV都在OM上显示.目标转速NS形成回路由设定值调整和存贮器功能块SWS6F以及相应的控制逻辑回路构成.功能块SWS6F在不同的设置指令S作用下存储相应的设定值SV 并输出,直至另一个指令发出.设置指令的优先级是按自下而上排序.八种不同工况下的目标转速设定值见表一.表一:根据不同工况生成的目标转速设定值NS经过电气侧同步转速升/降后送至一个设定值调节器SWF0F.设定值调节器SWF0F会对输入的设定值按一定的速率限制后再输出形成所谓的延时转速设定值NSV,并将它送至转速/负荷调节器NPR 功能页、甩负荷判别LAW功能页以及OM上显示.延时转速设定值是真正用于转速调节的有效设定值.设定值调节器SWF0F有三种工作方式:1)正常限速随动方式.在此方式下,SWF0F的输出值根据设好的速率逐渐增加或减少至输入值,SWF0F会监视输入/输出值之间的偏差,最终动态偏差为0.设定值变化的速率取决于不同的工况:A、正常情况下的升、降速率是由温度裕度子模块WTF计算出来的,升速率OFBN和降速率UFBN通过大小选模块控制在600r/min2以内.B、同期并网时,需要缓慢的调节转速以便同期装置能及时捕捉到同期点,因此此时的变速率预置值180r/min2.C、超速试验时,升速率为预置值600r/min2.2)SWF0F快速跟踪方式.在该方式下,SWF0F不再对输入值进行限速,输入值直通成为输出值.在以下工况下,SWF0F处于快速跟踪方式:A、转速跟踪方式NSNFB、在长甩负荷LAW发生5S脉冲内且发电机出口开关和500KV开关在后延时3S内C、设置指令SBD、机组带负荷运行,NPR处于转速控制方式发生甩负荷LALBNR其中转速跟踪方式NSNF是保证汽轮机安全运行的重要手段,在机组启动过临界时发现升速率太小或TSE故障,或TAB<50%,或汽轮机跳闸后都将转速设定值跟踪实际转速-60,从而确保NPR的输出为负,调门可靠的关闭,并将NSNF信号储存,直到汽轮机再次发出升至暖机转速指令,或升至同期转速指令,或汽机转速落在临界区域外时由操作员手动或汽机顺控STEP21复置“转速设定值复位子环”后发出SWFQ指令才可将转速跟踪指令复归.由于汽轮机临界转速区范围很宽,汽机跳闸后转速很快落在2850r以下,在这短时间内,操作员难以做出跳闸原因的正确判断,所以汽机跳闸后很难再次立即恢复冲转,需要转速惰走到390rpm以下,避开临界转速区,机组才能再次冲转升速. 3)SWF0F保持方式.此时SWF0F保持前一时刻NSV,并不受输入信号变化的影响.在以下工况下,SWF0F处于保持方式:A、启动过程中,延时转速设定值NSV和实际转速NT的偏差大于30r.B、负荷设定值功能页PS来的停止转速设定值变化STPNS指令.开环控制系统DTS来的自动停机AUST(转速大于2850r时高速处理器FM458内部故障报警或汽机顺控STEP35未检测到发电机并网信号)或TSE故障WTS信号都将使STPNS指令有效.典型的汽轮机启动过程中,目标转速设定值NS、延时转速设定值NSV和实际转速的变化情况如图1-1.图1-1 汽轮机启动过程中的设定转速和实际转速汽轮机自启动程控走步到第21步,发出NSWART有效指令,将目标转速NS设定为低速暖机转速870r/min.延时转速设定值NSV按照600r/min2的速率逐渐升高,同时调门逐渐开启,汽机转速跟随NSV一起升高.经过约1h暖机,程控第23步判断暖机条件满足,由操作员手动操作REL NOMINAL SPEED子环释放转速设定值至同期并网转速后,程控走步到第25步,将目标转速NS设定为同期转速3009r/min,NSV按照600r/min2的速率逐步升高,调门逐渐开大,汽机转速跟随NSV一起升高.程控走步到第31步,向DCS发送允许发电机并网信号,根据电气侧同期并网需要由电气同步转速升/降信号将目标转速NSV按照180r/min2的速率切至NSOG或NSUG,根据电气同步转速升/降信号的脉冲宽度和脉冲个数调整汽机转速至并网要求转速.并网同步结束后,目标转速NS保持为电气侧同步调整后的同期并网转速NS,直到汽机并网带初始负荷到最小负荷PMIN以上,目标转速NS 切为额定转速值3000r/min.机组并网后的实际转速取决于电网频率.1.1.3 转速调节回路分析根据汽轮机调速系统的静态特性可知,汽机的出力和转速是相互对应的.功率越大,转速越低,反之功率越小,转速越高.汽轮机的功率和转速关系曲线就是静态特性曲线,其中特性曲线的斜率就是就是转速不等率.西门子汽轮机的转速不等率是5.2%,即156r的转速偏差对应额定功率(1040MW)的变动.因此实际功率和转速偏差的对应关系就是∆n=PEL×0.15.正是由于这种严格的对应关系,所以转速调节和负荷调节的机理是一致的,因此两者的调节器可以采用同一个PI调节器.只需根据工况需要,进行一些回路的切换,即可实现转速和负荷控制的切换.它在下列工况下调节汽轮发电机组的转速或负荷:·汽轮机启动·与电网并网·汽轮机带负荷·甩负荷·汽轮机停机图1-2 转速调节回路原理图转速控制的原理如上图1-2.在机组启动过程中,延时转速设定NSV和实际转速NT的偏差再乘上转速不等率的倒数K4即(NSV-NT)×K4作为PI调节器前馈的输入,PI输出经过限幅处理后,加上调节器外部的转速比例直接作用部分(NSV-NT)×KDN成为转速调节器的输出YNPR.YNPR送至OSB处理,最终形成阀位指令.这就是转速控制的基本原理.实际在控制器计算时,习惯将PI调节器的输入偏差值转换成额定量程的百分数进行计算,即转速偏差另除以额定转速,功率偏差另除以额定功率.1.2 负荷控制负荷控制与转速控制采用同一个调节器.负荷控制回路中包括四个部分,分别是实际负荷处理PEL、目标负荷设定PS、最大负荷设定值PSMX和负荷调节器NPR.正常情况下,作为被控量的负荷设定值与控制量实际负荷之间的偏差是负荷调节器的主要处理对象.但由于工频一致的因素,因此负荷控制也可以通过转速偏差来实现控制,机组对电网频率偏差响应的一次调频回路就是将频差转为负荷偏差叠加到负荷调节器的前馈中,作为一次调频消除静态偏差的部分,达到调频目的.为了实现不同控制方式下的无扰切换,在转速/负荷调节器中设置了较多的切换和跟踪回路.1.2.1 负荷实际值PEL的处理发电机实际负荷值PEL1,PEL2,PEL3由电气侧功率传感器直接读入汽轮机调节器.在正常的运行中,选用三个负荷实际值中的中间值作为实际负荷PEL,并输出到下列的模块和自动设备中:·运行和监控系统OM·机组协调级BLE·汽轮机开环控制系统DTS·透平应力评估WTG·转速设定值NS·负荷设定值PS·转速/负荷调节器NPR·甩负荷识别LAW模块会监视三个实际负荷值PEL1,PEL2,PEL3是否失效或偏差过大,并将失效信息STPEL1/2/3输出到OM系统.一个实际值失效或偏差过大,选用剩下两个值的大值输出;两个实际值值失效,选用未失效实际值;三个实际值均失效,选用替代值SV.1.2.1 负荷设定值PS负荷设定值的形成回路与转速设定值的形成回路基本相同,目标负荷设定值PS先转为延时的负荷设定值PSV,再生成有效的负荷设定值PSW.其中目标负荷设定值是在设定值调整和存贮器功能块SWS6F中形成,根据不同的工况确定不同的目标负荷设定值.目标负荷设定值经过负荷变动率的限制后输出成为延时负荷设定值PSV,PSV再经过一些处理就生成有效负荷设定值PSW.目标负荷形成回路由设定值调整和存贮器功能块SWS6F以及相应的控制逻辑回路构成.功能块SWS6F在不同的设置指令S作用下存储相应的设定值SV并输出,直至另一个指令发出.设置指令的优先级是按自下而上排序.八种不同工况下的目标转速设定值见表二.表二根据不同工况生成的目标负荷设定值PS送至一个设定值调节器SWF0F.设定值调节器SWF0F会对输入的设定值按一定的速率限制后再输出形成所谓的延时负荷设定值PSV,并在OM上显示.设定值调节器SWF0F有三种工作方式:1)正常限速随动方式.在此方式下,SWF0F的输出值根据设好的速率逐渐增加或减少至输入值,SWF0F会监视输入/输出值之间的偏差,最终动态偏差为0.负荷变化率上下限取决于热应力,运行人员手动设定时,该设定值由热应力WTF 功能页与手动设定负荷变化率取小,从而避免机组升降负荷过程中热应力超标.若由运行人员设定,需在OM上的将“负荷变化率投切子环”置ON位. 2)SWF0F快速跟踪方式.在该方式下,SWF0F的输出值快速跟踪.根据优先级的不同,PSV的快速跟踪的值有所区别:A、机组处于非负荷控制方式时LB=0,PSV=0,与原理图上跟踪压力偏差FDXW的修正值有所出入.此时为保证无扰切换,起跟踪作用的是NPR中的SVPS.B、转速/负荷调节器在机组带负荷运行时,在转速调节器和负荷调节器间切换发出设置命令SB时,PSV=SVPS.C、目标负荷超限后,PSV=PSB-1%.D、初压方式下,压力调节器有效时,PSV=PEL,跟踪实际负荷3)SWF0F保持方式.此时SWF0F保持前一时刻PSV,并不受输入信号变化的影响.在以下工况下,SWF0F处于保持方式:A、升负荷过程中PSVLH,压力偏差过大,限压动作GDERB、TSE故障WTSC、自动停机AUST延时负荷设定值PSV叠加压力偏差修正(该压力偏差分修正实际未应用),与最大允许负荷设定值PSB取小后再减去在限压切初压模式切换失败下的附加偏置即生成有效负荷设定值PSW.若超出负荷限制,负荷限制有效BEGRIE信号发出,闭锁外部负荷设定.1.2.2 负荷调节回路分析负荷调节回路是一个带前馈的调节系统.前馈有两个:一是负荷前馈,有效负荷设定值PSW乘以前馈增益KPS后,直接加到调节器的出口,目的是提高变负荷调节的响应速度,加快对电网负荷需求的响应.二是一次调频前馈,该前馈由常规受上下限幅的一次调频分量和一次调频超驰部分取大值而得.一次调频超驰部分在机组并网时始终有效,目的是出现频率大幅偏差后不论一次调频投入与否汽机均超驰调节动作,以消除电网频率偏差.有效负荷设定值PSW与实际负荷PEL的偏差再加上一次调频分量PSF580作为调节器的输入,经过调节器PI运算、双向限幅后输出与负荷和频率限制前馈叠加生成负荷调节器NPR的最终输出指令YNPR.YNPR直接被送至进汽设定值形成OSB功能页中的主小选(MIN)功能页的输入端汽轮机开环控制系统DTS.主调输出图1-3 负荷调节回路原理图1.2.3 带负荷运行时不同控制方式间的无扰切换在前面转速调节回路分析一节中已讲过,由于汽轮机的静态特性决定了功率和频率(转速)存在线性关系,转速和负荷实际上是一个被调量,因此转速和负荷控制可以共用一个PI结构的调节器.也正由于上述原因,在机组带负荷后,机组负荷可由运行人员决定是通过转速调节器,还是通过负荷调节器进行负荷调节.另外,DEH也会检测机组的运行状态,发现机组甩负荷、发电机与电网解列等工况时会将负荷调节自动切至转速调节器.1)并网瞬间分析汽轮机自启动程控允许走步的一个条件就是转速/负荷调节器处于负荷控制方式,即冲转前LBPR=1,因此机组同期并列完成后,当电网主开关一闭合LSE,机组即刻进入负荷调节器发挥作用的负荷控制阶段.此时NPR中的主要信号状态如下:·机组在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR(C1)=1·机组不在转速调节器作用下带负荷运行LBNP(C2)=0·机组处于负荷操作方式LB=1,即机组并网同时(发电机出口开关和电网开关都处于合闸位)DEH在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR=1·负荷操作方式下没有发生负荷中断,C10=1正是由于C10=1,将转速/负荷PI调节器的输入偏差从转速偏差回路切至调频回路,同时将有效负荷设定PSW回路接通,使PI调节器的输入偏差为PSW-PEL,调节器转为负荷控制.此时的目标负荷设定值PS=PSMIN=15%PNOM,机组逐渐把负荷升至目标负荷.在升至最小负荷设定值期间,转速设定值为同期转速NS,该值经电气侧在并网前同期转速升/降调整至并网转速,正常并网时为正向并网,即具体并网转速值为略大于额定转速3000r,.直到机组负荷大于最小负荷设定值后,目标转速设为3000r/min.2)运行人员在OM从负荷控制LBPR切至转速控制LBNR的分析转速/负荷调节器有效(NPRIE=1),运行人员在OM上通过负荷运行方式“LOAD OP MODE”预选块,可以选择不同的机组带负荷运行方式,选择1是转速控制方式LBNRB=1,选择2是负荷控制方式LBPNB=1.机组并网后,正常都是在负荷调节器作用下带负荷运行(LBPR=1).出现某些情况,需要转换成在转速调节器作用下带负荷运行(LBNP=1)时,NPR中的主要信号状态如下:·机组不在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR(C1)=0·机组在转速调节器作用下带负荷运行LBNP(C2)=1·机组退出负荷控制,LB=0(主要原因是C1=0)·C10=0(主要原因是LB=0)上述开关信号状态的转变,最主要由于C10开关信号从“1”置为“0”后,转速/负荷调节器的输入端切回转速控制回路.只是此时的PI调节器的输入端不同于转速控制时的转速偏差,而是先把转速偏差乘以不等率转换成负荷设定值后再减去实际负荷成为负荷偏差:∆=(NSV-NT)×K4-PEL,从而达到负荷控制的目的.此时的控制原理如图1-4.图1-4 转速调节器作用下带负荷运行(LBNP=1)的原理图为了实现两种负荷控制方式间的无扰切换,NPR中引入了SVNS和SVPS.正常运行时,SVNS=3000r/min,SVPS=PEL-PSF,切至转速控制方式后SVNS=NT+PEL×K,SVPS=0.其中NT为切换瞬间的机组实际转速;PEL为切换瞬间的机组实际出力;K为转速不等率,K=0.15;PSF为一次调频分量图1-5 从负荷控制LBPR切至转速控制LBNR瞬间的回路图图1-5描述的就是切换开始,设置命令SB发出后瞬间,控制回路为实现无扰切换所采取的措施.此时DEH发出脉冲信号,设置命令SB置为1,因此在转速设定值功能页中,目标转速NS=SVNS,且速率限制块此时处于快速跟踪状态,无延时的把NS值输出成为NSV.而从上图可知,在切换瞬间,SVPS=NT+PEL×K,所以NSV =NS=SVPS=NT+PEL×K.此时PI控制器的输入偏差为:∆=(NSV-NT)×K4-PEL=(NT+PEL×K-NT)×K-PEL=0.而SB=1的时候,转速/负荷调节器处于快速跟踪状态,调节器的输出SV=YPI+K×(K4×∆)=YPI+K×K4×0=YPI切换前后,控制器的输出没有改变,所以切换是无扰的.等到切换的脉冲消失,SVNS恢复成正常值,SVNS=3000 r/min,但NSV保持了切换瞬间将功率折算成频差的转速设定值,直到运行人员再次输入目标转速值.操作员设高转速设定值,升负荷,反之降负荷.3)运行人员在OM从转速控制LBNR切至负荷控制LBPR的分析运行人员在OM上发出切换至负荷控制的切换命令时,LBPRB=1,NPR中的主要信号如下:·机组在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR(C1)=1·机组不在转速调节器作用下带负荷运行LBNP(C2)=0·机组负荷控制,LB=1·C10=1上述开关信号状态的转变,使机组恢复到负荷调节器作用下带负荷运行(LBPP=1).运行人员通过手动设定目标负荷来调整机组出力.此时的调节器的回路如图1-6.图1-6 从转速控制LBNR切回负荷控制LBPR时的控制原理图由于机组在转速调节器带负荷运行时,一次调频的作用是被切除的,而转回负荷调节器带负荷运行时,一次调频限制回路立即投入,为了消除切换瞬间的负荷设定值的扰动,因此负荷设定值在切换瞬间需要扣除一次调频分量.因此SVPS 此时等于PEL-PSF.切换瞬间发出设置命令SB=1,在目标负荷设定功能页中,PSV快速跟踪PS,PSV=PS=SVPS=PEL-PSF,并保存在设定值贮存器功能页中.而C10=1,使得PI调节器的输入端从转速偏差切回负荷偏差.此时PI调节器的输入端的偏差:Δ=SVPS-PEL+PSF=(PEL-PSF-PEL)+PSF=0SB=1,使得PI调节器处于快速跟踪状态:SV=YPI+K×Δ=YPI所以切换时是无扰动的.1.2.4 一次调频回路分析随着大容量机组在电网中比例不断增加和用户对电能质量要求的提高,电网频率稳定性问题越来越被重视.并网机组的故障跳闸,会对电网频率产生较大的冲击,电网调度系统以及自动发电控制(AGC)调节的滞后性将无法满足电网稳定运行的要求.入网机组一次调频功能的有效投入,则可以弥补这一不足.因此目前并网机组基本上都要求投入一次调频.SIEMENS型汽轮机DEH的一次调频提供了一次调频组件和一次调频限制组件,前者用于满足机组对电网频率偏差的弥补,后者则在于保护汽轮机,限制调频的幅度;前者由运行人员通过OM进行投切,后者是始终有效的.一次调频由运行人员手动投切,并且只有机组处于负荷控制方式下(LB=1)才有效.当退出负荷控制方式时,一次调频会自动失效.由于实际中的频率是很难稳定的,为了避免一次调频不断动作,因此对一次调频做了死区,死区一般是两转.。
第七讲控制实例-SAMA图
(2)执行器工况监视。在再循环阀执行器输出端, 有一个阀位变送器zT,其输出IF与阀门开度成比 例,将其与控制信号进行比较,当偏差较大时, 通过上、下限报警器H/L发出阀位偏差报警信号。 IT与上图中Iθ的意义是一样的。 (3)强制手动。发生PLW、PRA或阀位报警时, 逻辑信号MRE为“l”,系统自动切到手动状态运 行。 超弛控制一般放在控制器输出之后,所以它比正 常调节的优先级高,实际上是在异常工况下的一 种保护措施。当系统恢复正常后,其作用消失, 系统恢复正常调节。如主燃料跳闸时,给水流量 将大幅度下降,为了防止给水泵流量过低,先强 制开大再循环阀,经过一段延时,超弛控制信号 消失,再将控制权交给调节器。超弛控制在自动 控制系统中得到广泛应用。
4、信号报警 对于关键参数,应根据工艺要求规定其高低报警 值:通常设计的信号报警信号有:
测量值越限; 调节器的入口偏差过大; 阀位和控制输出偏差; 测量质量差; 阀位达限值。
5、连锁保护 连锁保护系统是指当生产出现严重故障时, 为保证设备、人身的安全,使各个设备按一定 的顺序紧急停止运转或运转在某个特定的状态。
一、SAMA功能图例外形分四类 ① ○ 测量或信号读出功能。 ② 自动信号处理,一般表示控制柜中仪表的功能。 ③ ◇ 手动信号处理,一般表示在操作器的功能。 ④ 执行机构。 二、SAMA图基本功能 1、信号处理 ① 现场信号和控制室信号进行转换; ② 对信号的质量进行检验,检验其是否在有效的范围之 内; ③ 重要参数应采用多点测量,综合处理; ④ 对测量信号补偿处理。
凝汽器水位调节的工作原理可简述为:在投入自动时, 水位信号与经过速率限制器限制的水位给定值信号相比较, 差值送人Pl调节器:当水位低于给定值时,Pl调节器的 调节指令指挥执行机构开大补水调节阀;反之,使执行机 构关小补水调节阀。当出现凝汽器水位测量信号故障等情 况时,通过手动/自动控制站的判断,将自动方式切换为 手动方式,由运行人员通过手动操作对凝汽器水位进行控 制。
上汽DEH调节部分逻辑图(注释版)[1]
10.06.04 Schlehuber
Standard DKW basic concept HMN
Orig./Repl. f./Repl. by
SIEMENS AG
15.07.04
FUP_DKW_E2.dsf
>
转速通道故障 报警
2 3
C2
>
GSP2A
&
YMYA00 DTR / STC Drehzahlistwert-Aufbereitung speed signal processing
ST
YFM
= 10LBA20CP901 + 10CJJ11
PFD
Sh.No. Shs.
FUP_DKW_E2.dsf
AREA LEVEL
人工转 速目标
OM
实际转速
NPR NT NT SYH
同期装置
SYNCH PS SYT
=1时NS=VGNS =1时NS=SVNS =1时NS=NWART=暖机360RPM =1时NS=NSYN=同步3015RPM
Orig.பைடு நூலகம்Repl. f./Repl. by
SIEMENS AG
15.07.04
YMYA00 DTR / STC Drehzahlsollwert speed setpoint
FUNCTION DIAGRAM
FB DT / FA ST
YFM
= 10MYA01DS010 + 10CJJ11
FUP_DKW_E2.dsf
STK GSE / LSE
STEUERUNG CONTROL
SERVO YAF2 HSTK SERVO YSTK AF2
并网 转速 功率
DEH原理介绍PPT幻灯片
当前值
测点名称
当前值
824BV01A mm 汽机#1轴承Y向轴振动 824BV01B mm
824BV02A mm 汽机#2轴承Y向轴振动 824BV02B mm
824BV03A mm 汽机#3轴承Y向轴振动 824BV03B mm 824BV04A mm 汽机#4轴承Y向轴振动 824BV04B mm
4、阀位限制:当总阀位指令大于阀位限制值时,阀位限制动作, 逐渐关小调门,使总阀位指令小于阀位限制值。
5、高负荷限制:当机组实际负荷大于高负荷限制值时,高负荷限 制动作,逐渐关小调门,使实际负荷小于高负荷限制值。 2
DEH系统组成综述二
6、主汽压力低限制:若投入“低汽压限制”, 当主汽压力低于低 汽压限制值时,限制动作,逐渐关小调门恢复汽压。
%
PID
阀控
MW MW MW MW/min
目标阀位: 给定阀位: 变 化 率:
XXX.XX XXX.XX XXX.XX
% % %/min
在操作员站系统模拟流程图画面上,用鼠标点中下标题栏DEH图标
即进入DEH的“主控画面”,如上图所示。 状态显示区,表明汽机当前的运行状态,指示灯灯亮(绿色或红色)
有效。状态指示灯,分别为主汽门开关状态、并网或解列、已挂闸
汽机本体监测系统图一
主汽882233TTEE0021℃℃882233PPTT0021MMPPaa
排汽823TE04℃
转速
824ST02rpm 882244SSTT0034rrppmm
轴向位移
824AS01mm 824AS02mm
824J01AMW
润滑油压8
3
6PT02MPa
凝汽器真空
833PT01KP
DEH自动保护系统的动作逻辑图和执行机构原理图
§1-3 DEH自动保护系统下面是DEH自动保护系统的动作逻辑图和执行机构原理图。
危急遮断系统的主要执行元件由一个带有四只自动停机遮断电磁阀(20/AST)和二只超速保护电磁阀(20/OPC)的危急遮断控制块(亦称电磁阀组件)、隔膜阀和压力开关等所组成。
一、超速保护控制系统(OPC)1、作用:当机组在30%负荷以上运行油开关跳闸时,或者转速n﹥103%n0时,通过OPC电磁阀迅速关闭高、中压调节汽阀,n﹤103%n0恢复。
2、主要部件:OPC电磁阀两只并联,是超速保护控制电磁阀,它们是受DEH控制器的OPC部分所控制。
正常运行时该两个电磁阀是不带电常闭的,封闭了OPC总管油液的泄放通道,使调节汽阀和再热调节汽阀的执行机构活塞下腔能够建立起油压,一旦OPC控制板动作时,例如转速达到103%额定转速时该两个电磁阀就被励磁(通电)打开使OPC母管油液泄放。
这样,相应执行机构上的卸荷阀就快速开启,使调节汽阀和再热调节汽阀迅速关闭。
3、动作过程:当机组在30%负荷以上运行油开关跳闸时,或者转速n ﹥103%n0时,OPC电磁阀动作,泄掉OPC遮断总管的油压,通过快速卸载阀迅速关闭高、中压调节汽阀;当转速下降到n﹤103%n0时,关闭OPC电磁阀泄油口,恢复OPC遮断总管的油压,重新将高、中压调节汽阀打开到与负荷相适应的位置。
4、意义:防止机组因甩负荷及其他原因超速,避免机组因停机而重新启动,保持电网稳定,节约时间,减少损失。
二、电气危急遮断系统(ETS)1、作用:当ETS系统检测到的安全指标达到安全界限后,通过AST 电磁阀关闭所有的主汽门和调节汽阀,实行紧急停机。
2、AST电磁阀:四只AST电磁阀在正常运行时、它们是被通电励磁关闭,从而封闭了自动停机危急遮断(AST)母管上的抗燃油泄油通道,使所有蒸汽阀执行机构活塞下腔的油压能够建立起来。
当电磁阀失电打开,则总管泄油,导致所有汽阀关闭而使汽机停机。
最新版权威的SAMA图例说明
SAMA图例为美国科学仪器制造协会(scientific apparatus maker`s association)图例,这套图例易于理解,能清楚地表示控制系统功能和原理,它广泛应用于电厂热控系统工程设计中。
SAMA功能图例外形分四类,每一种形状都有明确的含义A.代表测量或显示功能B.代表信号自动处理功能C.手动信号处理功能D.执行机构(1)输入转换A.气—电转换将气压信号转换成直流电压信号SAMA符号:B.脉冲—电压转换将脉冲频率信号转换成直流电压信号SAMA符号:C.电流—电压转换将直流电流信号转换成直流电压信号SAMA符号:D.热电阻—电压转换将热电阻值信号转换成直流电压信号SAMA符号:E.热电偶—电压转换将热电偶毫伏信号转换成直流电压信号SAMA符号:(2)输出转换A.电压—电流转换将直流电压信号转换成直流电流信号SAMA符号:B.电压—触点转换将逻辑电平的高低电压信号转换成诸如继电器触点等的开关信号SAMA符号:(3)信号处理A.绝对值高报警当输入信号超过高限值,发出报警逻辑信号SAMA符号:B.绝对值低报警当输入信号低于低限值,发出报警逻辑信号SAMA符号:C.偏差值报警偏差值报警功能块有一个输入信号和一个给定信号,并可设定二个报警值,分别对应二个输出逻辑量。
可选择正偏差或负偏差报警,当输入信号和给定信号的差值超过正偏差限或给定信号和输入信号的差值超过负偏差限时,相应地输出逻辑信号。
本功能能一对一信号进行双重正偏差或负偏差报警,或同时进行正、负偏差报警。
SAMA符号:D.差值报警差值报警功能块有一个输入信号和一个给定信号,并可设定二个报警限值,分别对应二个输出逻辑量。
可选择高差值报警或低差值报警。
当输入信号和给定信号的差值超过高差值限或小于低差值限时相应地输出逻辑信号。
本功能能对一对信号进行高差值或低差值报警、或同时进行高、低差值报警。
SAMA符号:E.速率报警该功能块有一个输入信号和一个速率限值设定,当输入信号变化的速率超过预先设定的速率时,则输出一个状态信号作为报警。
火力发电厂主要控制工艺逻辑
火电厂控制工艺机组指令机组指令就是对机组下达的负荷指令,机组指令回路接收电网中调AGC指令和本机运行人员的指令。
负荷指令下达至汽机主控回路和锅炉主控回路,通过锅炉风粉控制和汽机DEH 控制实现系统对负荷指令的响应,见图1。
机组指令接收AGC信号的先决条件是机组处于协调控制模式,就是说汽机控制在自动状态,锅炉控制也在自动状态。
在这种情况下,电网中调会根据电网频率的变化,计算频率差,折合成负荷指令下达给发电机组。
发电机组根据AGC信号,通过协调控制系统增加或减少机组出力,稳定电网的频率。
当AGC投入条件不成立的情况下,一般采用锅炉跟随汽机的控制方式,即汽机控制功率,锅炉控制压力。
在这种情况下,机组发电功率由本机运行人员设定,而锅炉则自动调整出力,维持机前设定压力的稳定,保证汽机与锅炉之间的能量平衡。
当汽机主控无法投入自动,同时锅炉主控也无法投入自动的情况下,机组处于BASE运行方式(手动方式)。
此时,DEH系统根据主汽压力来调整综合阀位,使汽机与锅炉保持能量平衡,机组指令跟随综合阀位对应的机组功率。
机组BASE 方式运行通常是机组运行的过渡阶段。
当发电机组的重要辅机(送风机、引风机等)出现故障,只能运行两台设备中的一台时,不能提供充足的出力,发电机组也就无法在额定出力下正常工作。
这时,机组控制以RB(RUNBACK:快速返回)方式运行,通常机组负荷会降低一半。
此时的机组指令同机组1BASE 方式运行时相似,处于跟随模式。
即主汽压力不断下降,汽机进汽调节阀逐渐关小,机组负荷指令则根据综合阀位的大小跟随相应值。
机组指令控制是机组控制系统的顶层控制,也是协调控制的顶层控制,伴随着机组运行工况的变化,指令控制会选择相应控制策略,保持机组出力与电网需求的平衡和汽机与锅炉的能量平衡。
图1指令控制SAMA图协调控制系统协调控制系统就是汽机与锅炉协调控制系统,通常存在三种协调控制方式:机炉协调控制方式、锅炉跟随方式、汽机跟随方式,见图2。
(完整版)SAMA图教程
第五章SAMA 图“Scientific Apparatus Makers Association ”翻译为中文是美国科学仪器制造协会,英文缩写为 SAMA。
SAMA 图是美国科学仪器制造协会颁布的图例,是目前世界上广泛使用的控制工程图例之一。
SAMA 图是包括所有控制仪表的控制系统结构图,SAMA 图例易于理解,能清楚地表示系统功能,它反映控制系统的全部控制功能和信号处理功能,也反应设计者的设计思想。
在设计火电厂的热工控制系统时,首先要根据控制过程的要求,按照 SAMA 图例绘制过程控制系统的 SAMA 图,然后根据该 SAMA 图,再进行DCS 组态图的设计。
SAMA图是特别重要的一类工程图。
目前虽然有一定的标准图例,但各仪表公司在工程设计中还是有自己的一些特殊图形符号。
本章将讨论我国常用的控制系统SAMA图,并介绍二个热工控制系统SAMA图。
第一节SAMA图例SAMA图例的特点是流程比较清楚,特别是对复杂回路画起来和读起来都较容易。
SAMA图的输入输出关系及流程方向与DCS控制组态图比较接近,各控制算法都有比较明确的标志,国际上各大的仪表公司多采用SAMA图设计控制工程。
虽然各公司的 SAMA图例有些区别,但 SAMA图的许多符号是通用的。
常用的SAMA图例有四种,分别表示的含意如下:⑴ ○ 表示测量或信号读出功能。
一般用来表示从现场传感器或变送器读出信息。
⑵表示自动信号处理。
一般用来表示控制站(柜)中仪表(或算法模块)的功能。
⑶ ◇ 表示手动信号处理。
一般用来表示在操作站(器)的功能。
⑷表示执行机构。
一般用来表示安装在现场的电动、气动和液动等执行器。
用 SAMA 图例表达控制系统工作原理时,常将一些符号画在一起,表示一个具体的模块(仪表)具有哪些功能,这样在 SAMA 图又清楚地表达了使用多少功能模块。
常见 SAMA 图例按功能进行分类, 如表 5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6 所示。
第七讲控制实例-SAMA图祥解
操作器的输入和输出方向有信号异常,则操作器应切 换到手动;
操作员在操作器面板上按手动按键;
调节器的入口偏差过大或测量值越限;
阀位和控制输出偏差大或阀位达限值;
③ 调节器输出对应的操作器切至手动时,对应调节器的输 出应切至跟踪状态,以使系统实现无扰切换。
第三章:热工自动控制系统的实现
第三章:热工自动控制系统的实现
3-1 SAMA图图例 3-2 SAMA图的简单应用 3-3 SAMA的应用举例
§3-1:SAMA图图例
SAMA(美国科学仪器制造协会)图是包括所有控制 设备的控制系统结构图,SAMA图例易于理解,能清楚 地表示系统功能,反映控制系统的全部控制功能和信号处 理功能,反应设计者的设计思想。
3、控制系统手/自动切换和手动操作
①在控制系统中一般每一个执行器应配一个操作器;操 作器可根据系统需要手/自动切换、手动操作及阀位显 示、定值和测量值显示;
②Hale Waihona Puke 制系统手/自动切换的基本原则:系统正常时,由操作员在操作器上通过按自动按键使系 统投入自动状态;而在系统有故障或控制系统控制品质 差时,控制系统应由自动状态自动地切换到手动状态。
图中,测量值PV为给水泵出口流量,设定值SP是给水泵入/出 口差压值经函数发生器f(x)的输出,再与运行人员在给定器A1上 设定的偏置值叠加后形成的滑动设定值。系统采用Pl调节的单回路控 制系统。给水泵出口水流量由变送器FT测量,并经开方得到。给水 泵入/出口差压由变送器DP测得。M/A软手操站由手动/自动切 换器T1、手动控制输出给定器A和显示器l组成。当强制转手动信号 “MRE”为“0”,且运行人员在M/A站上选择自动时,系统处于自 动状态,切换器T1选择调节器输出为控制输出信号IT,当系统处于 手 运动 行状 人态员时手,操切决换定器。三T1个选圆择圈给中定的器“AI的”表输示出P为v控、制sP信值号和ITM,/其A站值的由 控制输出值均可在M/A操作站窗口画面上显示
1000MW机组西门子DEH系统逻辑优化
1000MW机组西门子DEH系统逻辑优化一、西门子系统简介上汽厂1000MW机组的DEH系统采用西门子公司的SPPA-TXP3000 控制系统,液压部分是采用高压抗燃油的电液伺服控制系统。
由SPPA-TXP3000与液压系统组成的数字电液控制系统通过数字计算机、电液转换机构、高压抗燃油系统和油动机控制汽轮机主汽门、调节汽门和补汽阀的开度,实现对汽轮发电机组的转速与负荷实时控制。
该系统满足了高可靠性、可扩展性、有冗余的汽轮机转速/负荷控制器的需要。
DEH控制系统为SPPA-TXP3000系统,DEH岛采用大DEH方案,即将属于DCS的汽机油系统、发电机的氢油水系统及部分与汽机安全有关的抽汽逆止门等并入DEH 岛,同时将MEH系统及与小机相关系统也并入DEH岛。
二、逻辑优化第一条甩负荷逻辑优化西门子超超临界机组DEH逻辑中甩负荷识别模件LAW是把甩负荷分为两个阶段,第一阶段是瞬时负荷中断KU(所谓的短甩负荷),机组的功率信号出现二种情况,即可认为机组发生瞬时负荷中断KU:1、瞬时降低的负荷量超过甩负荷识别极限值GPLSP(约为70%)728MW;2、机组出力较低,此时瞬时降低的负荷量可能不会超过GPLSP(728MW),但同时满足以下四个条件:A、发电机出口开关和主变高压侧开关闭合(正常运行时GLSE=1)B、实际负荷低于两倍厂用电负荷的限值GP2EB(104MW)C、实际负荷高于逆功率值GPNEG(-26MW)D、有效负荷设定值PSW-实际负荷PEL的差值大于两倍厂用电负荷的限值GP2EB瞬时负荷中断信号KU马上发出2秒后,机组负荷还是很低(发生KU的条件2依然满足),则发出甩负荷信号LAW。
KU和LAW都送至转速/负荷调节器NPR,另外LAW还送至转速设定模块。
西门子超超临界机组DEH逻辑中“带负荷下的转速控制运行方式”的逻辑即为带厂用电孤岛运行的典型设计。
若机组未设计带厂用电孤岛运行的方式,当“长甩负荷”信号LAW被触发后,汽轮机控制方式切换到“带负荷下的转速控制运行方式”,机组在此控制方式下且未与电网解列,只能维持3000转/分运行无法正常带负荷,易触发发电机逆功率保护动作。
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1.汽轮机调节器汽轮机调节器是DEH的核心部分.它通过控制一个或多个高、中压调门的开度来调整进入汽轮机的蒸汽量,达到调节汽轮机转速、负荷或主汽门前压力的目的.除此以外,SIEMENS DEH调节器还具有限制高压叶片压力、高排温度等保护汽轮机的调节功能,并在电网频率出现偏离时能及时增、减机组出力来调整电网频率;机组出现负荷大扰动甚至发生甩负荷后仍能带厂用电或维持汽轮机定速运行.SIEMENS DEH调节系统采用积木块设计,包括以下几个部分:•速度/负荷控制•主蒸汽压力控制•高压缸排汽温度控制•高压缸叶片前基本压力的极限压力控制•设定值的形成•阀位控制转速/负荷调节器、压力调节器和启动装置限制器TAB的三路输出信号通过中央小选模块,形成有效的允许设定值去作用高、中压调门.为了汽轮机的安全和控制品质的优化,高、中压调门允许进汽设定值还要进行三次不同的处理和修正,才形成最终的调门开度指令:1)高压叶片压力限制调节器和高排温度限制调节器根据功能的不同,分别通过“小选”和“减法”对高、中压调门的允许进汽设定值进行处理;2)允许进汽设定值进行调门特性曲线的线性化修正处理;3)由阀位限制设定值进行限制.为了实现上述调节功能,汽轮机调节器DTC与汽轮机开环系统的汽轮机自启动程控SGC ST、汽轮机保护系统ETS、机组协调控制BLE、热应力评估TSE、阀门自动试验ATT以及液压控制回路EHA等系统或模块存在信息和信号的交互与传输.1.1 转速控制汽轮机转速调节系统主要包括实际转速测量和处理功能页NT、转速设定值功能页NS以及转速/负荷调节功能页NPR三大部分,其作用是根据汽轮机自启动程控SGC ST设定的目标转速,完成汽轮机从启动到低速暖机、升至额定转速暖机到同期并网的转速控制.在这过程中,为了限制汽轮机的热应力,机组转速的升降速率取决于热应力评估TSE模块,运行人员无法手动干预.另外,根据工频一致原理,机组并网期间也可通过转速控制达到负荷控制的目的.1.1.1 转速的测量和处理NT汽轮机的大轴上有一个齿轮盘,齿轮盘的凹槽是一个固定数,60齿.齿轮盘随汽轮机高速旋转,每个凹槽转过传感器时都会使传感器的感应电压发生变化,传感器输出信号的频率也因此与汽机转速成线性关系.通过这个频率和齿轮数就可以方便的计算出汽轮机转速.汽轮机共有六个转速传感器,每三个一组,分成两组.第一组的转速测量值通过布置在核心柜左侧BRAUN超速保护装置的3个转速卡在内部做超速保护判断,同时经转速卡转换后每个信号均并接输出至前两块ADDFEM卡件相应PI通道,选择每路转速信号的高值经测量转换后,读入高速处理器FM458的转速测量和处理功能页中,即转速信号输入ADDFEM时做了信号通道的冗余处理.信号进入NT 功能页后首先进行高频滤波处理,再由一个三选一功能块按通道1、2、3的优先顺序选取一个正常通道的信号作为汽轮机的实际转速值(NT).该三选一功能块还会对三个通道进行监视,与中间转速偏差大于3rpm延时3S后会给出通道故障报警(STNT1/2/3),且该故障转速将由NT值替代,故障转速恢复后,仍遵循固有的转速优先级顺序选取实际转速值.第二组的转速测量值通过布置在核心柜右侧BRAUN超速保护装置的3个转速卡在内部做超速保护判断,不做转速调节用.实际转速值NT提供给以下功能页和自动处理单元:·OM画面显示·汽轮机开环控制系统DTS·汽轮机保护系统DTSZ·汽轮机应力计算程序WTG·电液油动机控制装置EHAS·转速/负荷调节器NPR·转速设定值功能页NS·甩负荷识别功能页LAW由于大型汽轮发电机组都是挠性转子,轴系的工作转速大于转子的固有频率.当机组的转动频率和转子的固有频率一致时,机组会因共振引起振动加剧,从而影响机组安全,所以一般在机组启动过程中都要求以较快的转速通过临界转速,这就是所谓的过临界.转速测量和处理NT功能页提供了对临界转速的监视,根据该型汽轮机的特点,其临界转速分为两个区域,临界转速区域的开始限值GSPA和结束限值GSPE分别是:660r/min~840r/min和1020r/min~2850r/min.功能页再对实际转速信号进行微分处理,可以获取转速的变化率,即平常所说的升、降速率.一般要求过临界的转速不少于100r/min2.在汽机启动过程中(非汽机跳闸后的惰走过程),当转速落在临界转速区域内时机组的升速率低于100r/min2,DEH 将退出启动,发出升速率过小NTGRKL的报警,OM上的ACCL<min指示灯亮.DEH对机组启动过程中的热应力控制十分严格,从冲转条件到暖机程度的判断,从升速率的计算到变负荷速率的限制,热应力评估器TSE都发挥重要作用.因此机组在临界转速区域内发生TSE故障,发出WTS信号时,DEH也将退出启动.DEH退出启动时,会给转速设定功能页NS发出退出启动信号ANFABR.此时转速设定值=当前实际转速-60r,从而确保调门可靠关闭直至退出临界转速区域后,由运行人员在OM上复置“转速设定值复位子环”后,发出SWFQ信号,DEH才会将退出启动信号ANFABR复位,并允许DEH再次设高目标转速冲转.实际投运过程中,该步将在汽机顺控第21步实现,无需操作员人为干预.为模拟电网频率扰动,在转速测量和处理功能页中附加了一个频率变化仿真模块STFCH.当模拟电网频率扰动的命令开始,仿真模块在一定的范围内根据实际需要的变化率、幅值和持续时间给出一个模拟的频率变化量,并加到转速的实际值中.由于电网频率始终是处于一个小幅波动的过程中,实际做一次调频试验时不推荐使用该功能块,而是在延时转速设定值与实际转速偏差PSF40后另加一切换回路,切换网频偏差至人为给定数值.1.1.2 转速设定值NS转速设定值的形成分为两大部分.第一部分是目标转速设定.目标转速NS是不同工况下汽轮机需要达到的转速设定值.将目标转速NS经过速率限制后生成的转速指令成为延时转速设定值NSV.其中延时转速设定值是有效的转速设定值,它用于转速调节器NPR进行转速控制.NS和NSV都在OM上显示.目标转速NS形成回路由设定值调整和存贮器功能块SWS6F以及相应的控制逻辑回路构成.功能块SWS6F在不同的设置指令S作用下存储相应的设定值SV 并输出,直至另一个指令发出.设置指令的优先级是按自下而上排序.八种不同工况下的目标转速设定值见表一.表一:根据不同工况生成的目标转速设定值NS经过电气侧同步转速升/降后送至一个设定值调节器SWF0F.设定值调节器SWF0F会对输入的设定值按一定的速率限制后再输出形成所谓的延时转速设定值NSV,并将它送至转速/负荷调节器NPR 功能页、甩负荷判别LAW功能页以及OM上显示.延时转速设定值是真正用于转速调节的有效设定值.设定值调节器SWF0F有三种工作方式:1)正常限速随动方式.在此方式下,SWF0F的输出值根据设好的速率逐渐增加或减少至输入值,SWF0F会监视输入/输出值之间的偏差,最终动态偏差为0.设定值变化的速率取决于不同的工况:A、正常情况下的升、降速率是由温度裕度子模块WTF计算出来的,升速率OFBN和降速率UFBN通过大小选模块控制在600r/min2以内.B、同期并网时,需要缓慢的调节转速以便同期装置能及时捕捉到同期点,因此此时的变速率预置值180r/min2.C、超速试验时,升速率为预置值600r/min2.2)SWF0F快速跟踪方式.在该方式下,SWF0F不再对输入值进行限速,输入值直通成为输出值.在以下工况下,SWF0F处于快速跟踪方式:A、转速跟踪方式NSNFB、在长甩负荷LAW发生5S脉冲内且发电机出口开关和500KV开关在后延时3S内C、设置指令SBD、机组带负荷运行,NPR处于转速控制方式发生甩负荷LALBNR其中转速跟踪方式NSNF是保证汽轮机安全运行的重要手段,在机组启动过临界时发现升速率太小或TSE故障,或TAB<50%,或汽轮机跳闸后都将转速设定值跟踪实际转速-60,从而确保NPR的输出为负,调门可靠的关闭,并将NSNF信号储存,直到汽轮机再次发出升至暖机转速指令,或升至同期转速指令,或汽机转速落在临界区域外时由操作员手动或汽机顺控STEP21复置“转速设定值复位子环”后发出SWFQ指令才可将转速跟踪指令复归.由于汽轮机临界转速区范围很宽,汽机跳闸后转速很快落在2850r以下,在这短时间内,操作员难以做出跳闸原因的正确判断,所以汽机跳闸后很难再次立即恢复冲转,需要转速惰走到390rpm以下,避开临界转速区,机组才能再次冲转升速. 3)SWF0F保持方式.此时SWF0F保持前一时刻NSV,并不受输入信号变化的影响.在以下工况下,SWF0F处于保持方式:A、启动过程中,延时转速设定值NSV和实际转速NT的偏差大于30r.B、负荷设定值功能页PS来的停止转速设定值变化STPNS指令.开环控制系统DTS来的自动停机AUST(转速大于2850r时高速处理器FM458内部故障报警或汽机顺控STEP35未检测到发电机并网信号)或TSE故障WTS信号都将使STPNS指令有效.典型的汽轮机启动过程中,目标转速设定值NS、延时转速设定值NSV和实际转速的变化情况如图1-1.图1-1 汽轮机启动过程中的设定转速和实际转速汽轮机自启动程控走步到第21步,发出NSWART有效指令,将目标转速NS设定为低速暖机转速870r/min.延时转速设定值NSV按照600r/min2的速率逐渐升高,同时调门逐渐开启,汽机转速跟随NSV一起升高.经过约1h暖机,程控第23步判断暖机条件满足,由操作员手动操作REL NOMINAL SPEED子环释放转速设定值至同期并网转速后,程控走步到第25步,将目标转速NS设定为同期转速3009r/min,NSV按照600r/min2的速率逐步升高,调门逐渐开大,汽机转速跟随NSV一起升高.程控走步到第31步,向DCS发送允许发电机并网信号,根据电气侧同期并网需要由电气同步转速升/降信号将目标转速NSV按照180r/min2的速率切至NSOG或NSUG,根据电气同步转速升/降信号的脉冲宽度和脉冲个数调整汽机转速至并网要求转速.并网同步结束后,目标转速NS保持为电气侧同步调整后的同期并网转速NS,直到汽机并网带初始负荷到最小负荷PMIN以上,目标转速NS 切为额定转速值3000r/min.机组并网后的实际转速取决于电网频率.1.1.3 转速调节回路分析根据汽轮机调速系统的静态特性可知,汽机的出力和转速是相互对应的.功率越大,转速越低,反之功率越小,转速越高.汽轮机的功率和转速关系曲线就是静态特性曲线,其中特性曲线的斜率就是就是转速不等率.西门子汽轮机的转速不等率是5.2%,即156r的转速偏差对应额定功率(1040MW)的变动.因此实际功率和转速偏差的对应关系就是∆n=PEL×0.15.正是由于这种严格的对应关系,所以转速调节和负荷调节的机理是一致的,因此两者的调节器可以采用同一个PI调节器.只需根据工况需要,进行一些回路的切换,即可实现转速和负荷控制的切换.它在下列工况下调节汽轮发电机组的转速或负荷:·汽轮机启动·与电网并网·汽轮机带负荷·甩负荷·汽轮机停机图1-2 转速调节回路原理图转速控制的原理如上图1-2.在机组启动过程中,延时转速设定NSV和实际转速NT的偏差再乘上转速不等率的倒数K4即(NSV-NT)×K4作为PI调节器前馈的输入,PI输出经过限幅处理后,加上调节器外部的转速比例直接作用部分(NSV-NT)×KDN成为转速调节器的输出YNPR.YNPR送至OSB处理,最终形成阀位指令.这就是转速控制的基本原理.实际在控制器计算时,习惯将PI调节器的输入偏差值转换成额定量程的百分数进行计算,即转速偏差另除以额定转速,功率偏差另除以额定功率.1.2 负荷控制负荷控制与转速控制采用同一个调节器.负荷控制回路中包括四个部分,分别是实际负荷处理PEL、目标负荷设定PS、最大负荷设定值PSMX和负荷调节器NPR.正常情况下,作为被控量的负荷设定值与控制量实际负荷之间的偏差是负荷调节器的主要处理对象.但由于工频一致的因素,因此负荷控制也可以通过转速偏差来实现控制,机组对电网频率偏差响应的一次调频回路就是将频差转为负荷偏差叠加到负荷调节器的前馈中,作为一次调频消除静态偏差的部分,达到调频目的.为了实现不同控制方式下的无扰切换,在转速/负荷调节器中设置了较多的切换和跟踪回路.1.2.1 负荷实际值PEL的处理发电机实际负荷值PEL1,PEL2,PEL3由电气侧功率传感器直接读入汽轮机调节器.在正常的运行中,选用三个负荷实际值中的中间值作为实际负荷PEL,并输出到下列的模块和自动设备中:·运行和监控系统OM·机组协调级BLE·汽轮机开环控制系统DTS·透平应力评估WTG·转速设定值NS·负荷设定值PS·转速/负荷调节器NPR·甩负荷识别LAW模块会监视三个实际负荷值PEL1,PEL2,PEL3是否失效或偏差过大,并将失效信息STPEL1/2/3输出到OM系统.一个实际值失效或偏差过大,选用剩下两个值的大值输出;两个实际值值失效,选用未失效实际值;三个实际值均失效,选用替代值SV.1.2.1 负荷设定值PS负荷设定值的形成回路与转速设定值的形成回路基本相同,目标负荷设定值PS先转为延时的负荷设定值PSV,再生成有效的负荷设定值PSW.其中目标负荷设定值是在设定值调整和存贮器功能块SWS6F中形成,根据不同的工况确定不同的目标负荷设定值.目标负荷设定值经过负荷变动率的限制后输出成为延时负荷设定值PSV,PSV再经过一些处理就生成有效负荷设定值PSW.目标负荷形成回路由设定值调整和存贮器功能块SWS6F以及相应的控制逻辑回路构成.功能块SWS6F在不同的设置指令S作用下存储相应的设定值SV并输出,直至另一个指令发出.设置指令的优先级是按自下而上排序.八种不同工况下的目标转速设定值见表二.表二根据不同工况生成的目标负荷设定值PS送至一个设定值调节器SWF0F.设定值调节器SWF0F会对输入的设定值按一定的速率限制后再输出形成所谓的延时负荷设定值PSV,并在OM上显示.设定值调节器SWF0F有三种工作方式:1)正常限速随动方式.在此方式下,SWF0F的输出值根据设好的速率逐渐增加或减少至输入值,SWF0F会监视输入/输出值之间的偏差,最终动态偏差为0.负荷变化率上下限取决于热应力,运行人员手动设定时,该设定值由热应力WTF 功能页与手动设定负荷变化率取小,从而避免机组升降负荷过程中热应力超标.若由运行人员设定,需在OM上的将“负荷变化率投切子环”置ON位. 2)SWF0F快速跟踪方式.在该方式下,SWF0F的输出值快速跟踪.根据优先级的不同,PSV的快速跟踪的值有所区别:A、机组处于非负荷控制方式时LB=0,PSV=0,与原理图上跟踪压力偏差FDXW的修正值有所出入.此时为保证无扰切换,起跟踪作用的是NPR中的SVPS.B、转速/负荷调节器在机组带负荷运行时,在转速调节器和负荷调节器间切换发出设置命令SB时,PSV=SVPS.C、目标负荷超限后,PSV=PSB-1%.D、初压方式下,压力调节器有效时,PSV=PEL,跟踪实际负荷3)SWF0F保持方式.此时SWF0F保持前一时刻PSV,并不受输入信号变化的影响.在以下工况下,SWF0F处于保持方式:A、升负荷过程中PSVLH,压力偏差过大,限压动作GDERB、TSE故障WTSC、自动停机AUST延时负荷设定值PSV叠加压力偏差修正(该压力偏差分修正实际未应用),与最大允许负荷设定值PSB取小后再减去在限压切初压模式切换失败下的附加偏置即生成有效负荷设定值PSW.若超出负荷限制,负荷限制有效BEGRIE信号发出,闭锁外部负荷设定.1.2.2 负荷调节回路分析负荷调节回路是一个带前馈的调节系统.前馈有两个:一是负荷前馈,有效负荷设定值PSW乘以前馈增益KPS后,直接加到调节器的出口,目的是提高变负荷调节的响应速度,加快对电网负荷需求的响应.二是一次调频前馈,该前馈由常规受上下限幅的一次调频分量和一次调频超驰部分取大值而得.一次调频超驰部分在机组并网时始终有效,目的是出现频率大幅偏差后不论一次调频投入与否汽机均超驰调节动作,以消除电网频率偏差.有效负荷设定值PSW与实际负荷PEL的偏差再加上一次调频分量PSF580作为调节器的输入,经过调节器PI运算、双向限幅后输出与负荷和频率限制前馈叠加生成负荷调节器NPR的最终输出指令YNPR.YNPR直接被送至进汽设定值形成OSB功能页中的主小选(MIN)功能页的输入端汽轮机开环控制系统DTS.主调输出图1-3 负荷调节回路原理图1.2.3 带负荷运行时不同控制方式间的无扰切换在前面转速调节回路分析一节中已讲过,由于汽轮机的静态特性决定了功率和频率(转速)存在线性关系,转速和负荷实际上是一个被调量,因此转速和负荷控制可以共用一个PI结构的调节器.也正由于上述原因,在机组带负荷后,机组负荷可由运行人员决定是通过转速调节器,还是通过负荷调节器进行负荷调节.另外,DEH也会检测机组的运行状态,发现机组甩负荷、发电机与电网解列等工况时会将负荷调节自动切至转速调节器.1)并网瞬间分析汽轮机自启动程控允许走步的一个条件就是转速/负荷调节器处于负荷控制方式,即冲转前LBPR=1,因此机组同期并列完成后,当电网主开关一闭合LSE,机组即刻进入负荷调节器发挥作用的负荷控制阶段.此时NPR中的主要信号状态如下:·机组在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR(C1)=1·机组不在转速调节器作用下带负荷运行LBNP(C2)=0·机组处于负荷操作方式LB=1,即机组并网同时(发电机出口开关和电网开关都处于合闸位)DEH在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR=1·负荷操作方式下没有发生负荷中断,C10=1正是由于C10=1,将转速/负荷PI调节器的输入偏差从转速偏差回路切至调频回路,同时将有效负荷设定PSW回路接通,使PI调节器的输入偏差为PSW-PEL,调节器转为负荷控制.此时的目标负荷设定值PS=PSMIN=15%PNOM,机组逐渐把负荷升至目标负荷.在升至最小负荷设定值期间,转速设定值为同期转速NS,该值经电气侧在并网前同期转速升/降调整至并网转速,正常并网时为正向并网,即具体并网转速值为略大于额定转速3000r,.直到机组负荷大于最小负荷设定值后,目标转速设为3000r/min.2)运行人员在OM从负荷控制LBPR切至转速控制LBNR的分析转速/负荷调节器有效(NPRIE=1),运行人员在OM上通过负荷运行方式“LOAD OP MODE”预选块,可以选择不同的机组带负荷运行方式,选择1是转速控制方式LBNRB=1,选择2是负荷控制方式LBPNB=1.机组并网后,正常都是在负荷调节器作用下带负荷运行(LBPR=1).出现某些情况,需要转换成在转速调节器作用下带负荷运行(LBNP=1)时,NPR中的主要信号状态如下:·机组不在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR(C1)=0·机组在转速调节器作用下带负荷运行LBNP(C2)=1·机组退出负荷控制,LB=0(主要原因是C1=0)·C10=0(主要原因是LB=0)上述开关信号状态的转变,最主要由于C10开关信号从“1”置为“0”后,转速/负荷调节器的输入端切回转速控制回路.只是此时的PI调节器的输入端不同于转速控制时的转速偏差,而是先把转速偏差乘以不等率转换成负荷设定值后再减去实际负荷成为负荷偏差:∆=(NSV-NT)×K4-PEL,从而达到负荷控制的目的.此时的控制原理如图1-4.图1-4 转速调节器作用下带负荷运行(LBNP=1)的原理图为了实现两种负荷控制方式间的无扰切换,NPR中引入了SVNS和SVPS.正常运行时,SVNS=3000r/min,SVPS=PEL-PSF,切至转速控制方式后SVNS=NT+PEL×K,SVPS=0.其中NT为切换瞬间的机组实际转速;PEL为切换瞬间的机组实际出力;K为转速不等率,K=0.15;PSF为一次调频分量图1-5 从负荷控制LBPR切至转速控制LBNR瞬间的回路图图1-5描述的就是切换开始,设置命令SB发出后瞬间,控制回路为实现无扰切换所采取的措施.此时DEH发出脉冲信号,设置命令SB置为1,因此在转速设定值功能页中,目标转速NS=SVNS,且速率限制块此时处于快速跟踪状态,无延时的把NS值输出成为NSV.而从上图可知,在切换瞬间,SVPS=NT+PEL×K,所以NSV =NS=SVPS=NT+PEL×K.此时PI控制器的输入偏差为:∆=(NSV-NT)×K4-PEL=(NT+PEL×K-NT)×K-PEL=0.而SB=1的时候,转速/负荷调节器处于快速跟踪状态,调节器的输出SV=YPI+K×(K4×∆)=YPI+K×K4×0=YPI切换前后,控制器的输出没有改变,所以切换是无扰的.等到切换的脉冲消失,SVNS恢复成正常值,SVNS=3000 r/min,但NSV保持了切换瞬间将功率折算成频差的转速设定值,直到运行人员再次输入目标转速值.操作员设高转速设定值,升负荷,反之降负荷.3)运行人员在OM从转速控制LBNR切至负荷控制LBPR的分析运行人员在OM上发出切换至负荷控制的切换命令时,LBPRB=1,NPR中的主要信号如下:·机组在负荷调节器作用下带负荷运行LBPR(C1)=1·机组不在转速调节器作用下带负荷运行LBNP(C2)=0·机组负荷控制,LB=1·C10=1上述开关信号状态的转变,使机组恢复到负荷调节器作用下带负荷运行(LBPP=1).运行人员通过手动设定目标负荷来调整机组出力.此时的调节器的回路如图1-6.图1-6 从转速控制LBNR切回负荷控制LBPR时的控制原理图由于机组在转速调节器带负荷运行时,一次调频的作用是被切除的,而转回负荷调节器带负荷运行时,一次调频限制回路立即投入,为了消除切换瞬间的负荷设定值的扰动,因此负荷设定值在切换瞬间需要扣除一次调频分量.因此SVPS 此时等于PEL-PSF.切换瞬间发出设置命令SB=1,在目标负荷设定功能页中,PSV快速跟踪PS,PSV=PS=SVPS=PEL-PSF,并保存在设定值贮存器功能页中.而C10=1,使得PI调节器的输入端从转速偏差切回负荷偏差.此时PI调节器的输入端的偏差:Δ=SVPS-PEL+PSF=(PEL-PSF-PEL)+PSF=0SB=1,使得PI调节器处于快速跟踪状态:SV=YPI+K×Δ=YPI所以切换时是无扰动的.1.2.4 一次调频回路分析随着大容量机组在电网中比例不断增加和用户对电能质量要求的提高,电网频率稳定性问题越来越被重视.并网机组的故障跳闸,会对电网频率产生较大的冲击,电网调度系统以及自动发电控制(AGC)调节的滞后性将无法满足电网稳定运行的要求.入网机组一次调频功能的有效投入,则可以弥补这一不足.因此目前并网机组基本上都要求投入一次调频.SIEMENS型汽轮机DEH的一次调频提供了一次调频组件和一次调频限制组件,前者用于满足机组对电网频率偏差的弥补,后者则在于保护汽轮机,限制调频的幅度;前者由运行人员通过OM进行投切,后者是始终有效的.一次调频由运行人员手动投切,并且只有机组处于负荷控制方式下(LB=1)才有效.当退出负荷控制方式时,一次调频会自动失效.由于实际中的频率是很难稳定的,为了避免一次调频不断动作,因此对一次调频做了死区,死区一般是两转.。