热电厂汽轮机控制系统现代化改造分析|热电厂汽轮机工作原理
时间：2019-04-02 03:10:56 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文对热电厂汽轮机控制系统的现代化改造及相关系统的软件开发进行了详细的分析探讨。 关键词：汽轮机、DEH控制系统、开发应用 Abstract: in this paper, it analyzes the thermal power plantsteam turbine control system of the modernization reform and related system software development.
Keywords: steam turbine, DEH control system, application development
中图分类号：TK26文献标识码：A文章编号：
引言
锅炉、汽轮机和发电机是火电厂的三大主体设备。其中汽轮机是以蒸汽为工质的将热能转换为机械能的旋转式原动机，汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组。对于汽轮机控制系统而言，随着时代的发展，以往的机械液压式调节系统已无法更好的满足生产要求。随着测试技术、控制技术以及计算机技术等的发展和其在自动化领域的应用，在大中型汽轮发电机组中，DEH控制系统的应用已经很普及，有必要对现行的汽轮机控制系统进行改造，从而实现汽轮机控制系统的安全稳定高效运行。
DEH控制系统原理概述
图1为DEH控制系统原理框图。该系统实际上为模拟-数字、功率-频率、电子-液压调节系统，其采样讯号除转速为数字量外，其余采样讯号均为模拟量，故送入计算机前需经A/D转换器变换成数字量，在计算机中进行数字处理和运算，其输出信号经D/A反变换后送至电液转换器，将电讯号转变成液压讯号，此液压讯号作用于油动机以控制主汽门及调节汽门开度，使汽轮机的转速或者功率发生变化。系统中的给定值，有转速给定及功率给定，可以数字量输入，也可以模拟量输入。
图1 DEH控制系统原理图
现代化的DEH控制系统改造分析
1、硬件系统改造分析
（1）电子控制装置选配
电子控制装置是DEH控制系统的核心部分，它由数字系统和模拟系统两部分组成开滦热电DEH系统的电子控制装置设计采用了北京和利时公司的MACS SmartPro分布式控制系统，分别控制高压调节油动机和中压旋转隔板油动机。该系统运用ProfiBus-DP现场总线技术， MACSTY系统正常工作的基础是现场控制站。
（2）液压(EH)控制机构组成
液压控制机构采用高压抗燃油的液压伺服机构，油压可从的0. 98Mpa提高到12.42-14. 49Mpa，提高了十倍之多，使结构紧凑，推力更大，动作更为精确迅速。机电一体化技术在汽轮机DEH控制系统得到了充分的展示。
液压控制机构选型上，主要由EH供油系统(油箱及管路)、电液伺服阀(DDV阀)、高压主汽阀油动机(MSV)、高压调节阀油动机(CV),高/低压抽汽油动机(HCV, LCV)、线性位移差动变送器(LVDT), OPC, AST电磁阀保护系统控制块、快速卸载阀、过滤器及隔膜阀等组成。在DEH控制系统中，数字部分的输出，经过数/模转换后，进入液压控制机构，进行末级放大和执行。
在方案中给每个油动机配备相应的DDV油路块，与错油门、油动机一起构成电液油动机，其控制原理如图。其中DDV电液伺服阀以美国MOOG公司产品，具有高控制精度、高性能动态响应、高抗污染能力和高可靠性能等特点。DEH控制器生成的油动机阀位指令信号，经伺服板、DDV阀油路块，形成调节油压至错油门，从而产生油动机动作。油动机行程经LVDT测出，反馈至伺服板输入端，使之与该油动机阀位指令保持相等，从而使油动机行程完全由DEH阀位指令控制，进而实现DEH纯电调控制。
图2 控制原理图
DEH液压控制系统具有如下特点：1.控制各电液油动机的脉动油由一个卸载阀连接，各油动机阀位指令信号全部由DEH控制器运算后产生；2.由于伺服板的调节作用，各油动机行程完全取决于DEH阀位指令的大小。
在DEH控制系统开发中，强调现场控制站必须有独立的冗余主控单元，采取分散隔离措施;OPC测速通道是独立的三选二系统，OPC要具有103%超速控制及超速保护功能:所有油动机反馈信号，必须是双通道;EH系统必须有单独的滤油系统，在线油循环，确保油质，使伺服阀能长期稳定运行。
2、DEH控制系统的软件开发分析
机组DEH控制系统是借助北京和利时公司的SmartPro MACS系统软件进行开发的，软件版本为Smart Pro v3.0.1.
控制算法组态主要在ConMaker软件中完成。主要完成工程设置、设备组态和IO点的布置，以及控制算法的实现。ConMaker应用程序中包含有控制方案编辑器和仿真调试器，是一套完整控制编辑和调试软件包。控制算法的实现一般分为三大块:电信号到工程量的转换模块、控制算法实现模块、输出工程量到电信号的转换模块。
3、DEH控制系统的功能实现
通过对DEH控制系统软件的开发，在完成设备组态和人机界面后，可以实现汽轮机运行所必须的各种功能。
（1）试验功能
汽轮机在启动前、并网前及运行中，都要进行有关试验，以确认机组设备状态良好、保护系统安全可靠。DEH控制系统的试验是整个汽轮机保护实验系统的重要组成部分，可分为如下几种:
1) 103%超速限制试验。用于检验103%超速限制的动作转速;
2)超速保护试验。用于检验各超速保护的动作转速;
3)调门严密性试验;
4)主汽门严密性试验;
5)主汽门活动试验;
6)高压遮断模块试验;
7)抽汽安全试验。
（2）限制保护功能
限制保护系统的作用是: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。开滦热电汽轮机DEH控制系统开发出的限制保护功能有:
超速限制;
超速保护。
DEH系统设有3种超速保护:一是超速控制保护(OPC)，即当转速超过103%额定转速，或在机组带30%以上额定负荷时发电机跳闸，OPC电磁阀打开，泄掉OPC油压，关闭调速汽门，防止机组超速;二是电超速保护(AST) ,即当机组转速超过110%额定转速时，打开AST电磁阀，泄掉AST油压，关闭全部主汽门及调速汽门，紧急停机;三是机械超速保护，即当机组转速升至109%一111%额定转速时，离心飞锤(或飞环)飞出，危急保安器动作，通过隔膜阀泄掉AST油压，关闭全部主汽门及调速汽门，紧急停机。
运行操作功能
在SmartPro系统主画面上，用鼠标点中“电调主控”图标即进入DEH的“主控画面”
菜单区下面是状态显示区，表明汽机当前的运行状态，指示灯灯亮(绿色或红色)有效。状态指示灯分别为己挂闸、主汽门开、转速过临界、并网、已供热、紧急手动、和仿真状态等字样，图中还有指示汽机当前的运行参数。运行操作功能体现在:
1)挂闸启动；2)升速控制；
3)同期并网；4)阀控方式。
汽轮机高压缸四个调门进汽方式有两种方式，一种为四个调门开度一致称为单阀方式，优点为全周进汽暖机效果好膨胀均匀。一种为四个调门根据流量线形曲线先后开启，开度根据设定曲线分布，称为顺阀方式，优点为节流损失小，经济效率高。
另外，本系统还存在很多辅助功能。比如：自动判断热状态、阀门维修、阀门整定(自动调零调幅)等功能，在此不再一一赘述。
结论：
本文介绍了热电厂汽轮机DEH控制系统的软、硬件功能及开发改造情况，通过对DEH系统设备组态和人机界面的开发，实现了汽轮机运行所必须的各种功能，从而能够保证汽轮机DEH控制系统投入正常运行。
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
