西门子数字汽轮机控制器1

• 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。
• 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。
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(Target Set Point)； • 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(Delayed Set Point) NSV，NSV送到转速调节器：NPR， 同时在OM系统上显示。
• (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。
• 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。
• 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。
• 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-up Device)—一个 数字装置(由软件实现)来控制的。
• (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。
• (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。
• 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：
限值监视器 图11-17
C10
图11-17
• 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;
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。
• 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。
• 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。
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。
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。
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。
• 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)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。
• 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： • (1ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
• 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。
• 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；