黔西300MW汽輪機DEH控制系統(tǒng)介紹ppt課件

.,黔西電廠300MW汽輪機,DEH控制系統(tǒng)簡介,和利時公司劉康寧,.,介紹提綱,一.DEH控制系統(tǒng)概述二.DEH控制原理三.DEH控制系統(tǒng)的先進性四.操作說明,.,黔西電廠3、4汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537-2型亞臨界凝汽式大型汽輪機。和利時公司為其提供的DEH控制系統(tǒng)中，電氣控制部分采用了和利時公司開發(fā)設計的Hollias-MACS控制系統(tǒng)。其中，硬件采用最新的S/M系列產(chǎn)品。液壓控制部分采用了哈爾濱汽輪機廠設計的高壓抗然油系統(tǒng)。DEH控制系統(tǒng)可分為三大部分：控制對象部分汽輪發(fā)電機組及電網(wǎng)負載等。電氣控制部分操作員站、主控單元、I/O模件等。液壓控制部分油源系統(tǒng)、AST&OPC集成塊、連續(xù)油動機、兩位油動機等。汽輪發(fā)電機組熱力過程鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥節(jié)流后進入汽缸。蒸汽在汽缸中的膨脹對轉(zhuǎn)子做功，將高溫蒸汽攜帶的熱力勢能，轉(zhuǎn)換為拖動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的機械能。發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，同時通過電網(wǎng)輸送給各用電設備。如下圖所示。,一.DEH控制系統(tǒng)概述,.,汽輪發(fā)電機組熱力系統(tǒng)示意圖,轉(zhuǎn)子方程：,.,DEH主要通過控制各進汽閥門的開度，改變進汽流量，來調(diào)節(jié)機組的轉(zhuǎn)速和功率。進汽閥門配置進汽閥門配置為:高壓主汽閥：2個，連續(xù)控制高壓調(diào)節(jié)閥：6個，連續(xù)控制中壓主汽閥：2個，兩位控制中壓調(diào)節(jié)閥：2個，連續(xù)控制,高壓進汽閥、噴嘴組布置示意圖,.,電網(wǎng)結構示意圖,等效轉(zhuǎn)子方程：,.,電網(wǎng)總電負荷隨時間變化曲線示意圖,.,發(fā)電機概念示意圖,有功功率：,.,汽輪發(fā)電機組控制方框圖,.,調(diào)頻過程電網(wǎng)調(diào)頻過程是電力生產(chǎn)與消費能量的平衡過程。電網(wǎng)負載消耗的總功率為一種時變隨機過程。總負荷變化量隨著變化周期時間由短到長，而顯著增大。為了維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，必須設法使發(fā)電機組生產(chǎn)的總功率即時跟隨電網(wǎng)總負荷變化?？蓪㈦娋W(wǎng)調(diào)頻分為以下三個階段：自然調(diào)頻：定義為調(diào)速系統(tǒng)未動作時，僅靠自平衡能力來穩(wěn)定電網(wǎng)供電頻率的過程。當電網(wǎng)出現(xiàn)功率負荷不平衡后，電網(wǎng)中旋轉(zhuǎn)機械的動能會隨著電網(wǎng)頻率的變化而變化，因此可吸收或釋放部分能量來補償系統(tǒng)能量的變化，同時用電設備的負荷也會隨電網(wǎng)頻率的變化而變化，從而可減緩供電頻率的變化。自平衡能力由等效轉(zhuǎn)子時間、自平衡系數(shù)來衡量。由于孤立小電網(wǎng)及發(fā)電機組的自平衡能力較弱，需要良好的一次調(diào)頻性能才能維持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。一次調(diào)頻：定義為在調(diào)速系統(tǒng)給定值不變的情況下，通過轉(zhuǎn)速反饋作用改變其輸出功率來調(diào)整電網(wǎng)的頻率。在電網(wǎng)頻率按自然調(diào)頻過程變化的同時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)探測到機組轉(zhuǎn)速的變化后，通過轉(zhuǎn)速反饋作用迅速調(diào)整各發(fā)電機組的輸出功率，以維持供電頻率穩(wěn)定。,.,在加負荷方向它需要利用鍋爐蓄能的支持，可設置一定的限制，以防止拉跨鍋爐。出現(xiàn)功率不足，頻率下降過低時，應利用低周減載裝置，避免發(fā)生頻率崩潰。在減負荷反向，為了避免機組發(fā)生事故，禁止設置任何限制。良好的一次調(diào)頻性能是機組安全運行及電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的保障。二次調(diào)頻：定義為通過改變調(diào)頻機組調(diào)速系統(tǒng)的給定值，改變其輸出功率使電網(wǎng)頻率回到額定值。在一次調(diào)頻作用后，最終穩(wěn)定頻率會偏離額定值。需通過調(diào)整預先指定的調(diào)頻機組的負荷設定值，使各機組的負荷變化量轉(zhuǎn)移到調(diào)頻機組上，同時將頻率恢復到額定值。并不是調(diào)頻機組才承擔一次調(diào)頻任務，所有機組都應具有良好的一次調(diào)頻能力?，F(xiàn)在還有許多人認為只有調(diào)頻機組才需承擔調(diào)頻任務，基荷機組不承擔調(diào)頻任務，因此僅調(diào)頻機組需投入一次調(diào)頻功能。這種思想是完全錯誤的。由于發(fā)電機組的自平衡能力很弱，每臺機組的轉(zhuǎn)速反饋即一次調(diào)頻功能隨時都應投入，才能保證安全運行。,.,控制系統(tǒng)靜態(tài)特性圖,系統(tǒng)自然調(diào)頻靜態(tài)特性圖,.,二次調(diào)頻靜態(tài)特性圖,.,電氣控制部分DEH由BTC基本控制站、ATC自啟動控制站組成，共有3個機柜。每個MEH控制站對應控制一臺給水泵汽輪機。機柜中安裝有冗余主控單元及各種I/O模塊，以完成各種控制功能。服務器、工程師站及操作員站與DCS系統(tǒng)共用，主要完成數(shù)據(jù)庫管理、控制組態(tài)及監(jiān)視操作等功能。,DEH/MEH電氣部分硬件系統(tǒng)示意圖,.,DEH基本控制站硬件系統(tǒng)示意圖,DEH基本控制站I/O信號容量為：96路開入；48路開出；16路非對外供電型420mA模入；24路對外供電型420mA模入；7路熱電偶模入；8路420mA模出；3路轉(zhuǎn)速；10路油動機伺服控制。,.,DEH自啟動控制站硬件系統(tǒng)示意圖,DEH自啟動控制站I/O信號容量為：32路開入；16路開出；32路非對外供電型420mA模入；16路對外供電型420mA模入；40路熱電阻模入；47路熱電偶模入。,.,測速模塊具有響應速度快、測速精度高、測速范圍大的特點。測速模塊接收到測速探頭的信號后，經(jīng)濾波、隔離、整形等方法處理成方波信號，精確測量出其頻率，再根據(jù)測速齒盤的齒數(shù)，計算出機組的轉(zhuǎn)速。同時還可根據(jù)轉(zhuǎn)速判斷機組超速危險情況，輸出OPC關調(diào)門信號和打閘信號。測量精度為,響應時間為20ms，測速范圍為110000Hz。伺服模塊伺服模塊與伺服閥、油動機滑閥、油缸、LVDT等組成伺服位置隨動系統(tǒng)。伺服模塊采用比例調(diào)節(jié)方式，可有效提高伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免積分飽和現(xiàn)象。具有手動、自動兩種方式，手、自動閥位給定可相互跟蹤，以實現(xiàn)手自動無擾切換。適當調(diào)整比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，縮短油動機動態(tài)響應時間，可有效改善DEH控制系統(tǒng)動態(tài)響應性能。伺服系統(tǒng)時間常數(shù)約0.3s。,.,測速模塊端子板圖,.,伺服模塊原理框圖,.,LVDT、伺服閥接線示意圖,.,伺服模塊端子板圖,.,液壓控制部分液壓控制部分是DEH控制系統(tǒng)控制指令的最終執(zhí)行者。油源系統(tǒng)油源系統(tǒng)為液壓控制部分各油動機提供動力能源，系統(tǒng)壓力為14MPa。它主要由以下設備組成：油箱：1個，容量900升主油泵：2個變量柱塞泵，冗余配置蓄能器：3組循環(huán)泵及冷油系統(tǒng)：1套再生泵及再生系統(tǒng)：1套AST&OPC系統(tǒng)AST&OPC系統(tǒng)控制作允許主汽閥、調(diào)節(jié)閥油動機的開啟條件安全油壓和快關油壓。AST的4個電磁閥組成串并聯(lián)冗余結構，可在線進行活動試驗。透平油系統(tǒng)產(chǎn)生的低壓安全油可通過薄膜接口閥卸掉高壓安全油。快關油壓可通過并聯(lián)的2個OPC電磁閥控制。高壓安全油可通過2個冗余的逆止閥卸掉快關油。,.,AST&OPC系統(tǒng)示意圖,.,連續(xù)控制油動機連續(xù)控制油動機與DEH的伺服模塊配合可使閥門定位在全開全關之間任何位置。在快關油（或安全油）建立期間，油動機受伺服閥控制。在伺服模塊中閥位給定電壓與反映油動機行程的LVDT反饋電壓進行比較，經(jīng)比例放大后輸出給伺服閥。伺服閥根據(jù)控制信號的大小及方向控制作油動機開啟或關閉的速度。油動機行程到達給定值時，伺服閥處于斷流位置，油動機行程維持不變。當快關油（或安全油）消失時，卸荷閥開啟使油動機迅速關閉。兩位控制油動機兩位控制油動機只能使閥門定位在全開（全關）位置。在安全油建立期間，油動機受電磁閥控制。電磁閥帶電時油動機全關，失電時全開。當安全油消失時，卸荷閥開啟使油動機迅速關閉。,.,連續(xù)控制油動機示意圖,.,噴嘴擋板式伺服閥結構示意圖,.,DEH控制系統(tǒng)的目的和任務控制汽輪機的轉(zhuǎn)速控制汽輪機平穩(wěn)升速到同步轉(zhuǎn)速。發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)期間，為了使供電頻率符合規(guī)范要求（500.2Hz），控制汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速保持在額定值（3000r/min）附近。控制發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)速在規(guī)定范圍內(nèi)時（300015r/min），根據(jù)機組能力及需要，控制汽輪發(fā)電機組的功率。保證機組安全運行在發(fā)生甩負荷等異常工況時，限制機組最高飛升轉(zhuǎn)速。在出現(xiàn)真空低、主汽壓力低時，降低發(fā)電功率。在出現(xiàn)危急機組安全的情況時，如超速110，迅速停機。提高自動化水平遠方遙控自動完成掛閘、試驗等操作。高級的可實現(xiàn)ATC自啟動。監(jiān)視機組主要參數(shù)，提供必要的操作指導。,二.DEH控制原理,.,DEH控制原理汽輪機通常采用定滑定啟動模式。汽輪機啟動階段，鍋爐燃燒率維持不變。汽輪機所需的啟動蒸汽壓力由旁路系統(tǒng)控制，維持不變。蒸汽溫度由鍋爐溫控系統(tǒng)控制，維持不變。機組并網(wǎng)帶負荷且旁路閥全關后，逐漸增加鍋爐燃燒率，蒸汽升溫、升壓，滑參數(shù)加負荷。正常運行時，可由汽機或鍋爐維持蒸汽壓力不變；鍋爐溫控系統(tǒng)維持蒸汽溫度不變；通過改變汽機的調(diào)門、鍋爐燃燒率和給水量，以滿足電網(wǎng)對發(fā)電機功率的要求。通常采用高壓主汽門沖轉(zhuǎn)，汽輪機剛啟動時高壓調(diào)節(jié)閥及中壓主汽門全開，高壓主汽門及中壓調(diào)節(jié)閥隨轉(zhuǎn)速給定逐漸開啟。汽輪機為全周進汽形式，對汽缸進行均勻加熱。達到閥切換轉(zhuǎn)速（2950r/min）后，高壓調(diào)節(jié)閥逐漸關小開度。高壓調(diào)節(jié)閥接替高壓主汽門控制轉(zhuǎn)速后，高壓主汽門全開。中壓調(diào)節(jié)閥的開度比高壓的大3倍，在整個正常調(diào)節(jié)過程中不節(jié)流，只是在超速限制、保護動作時才起節(jié)流作用。,.,升速控制在油開關斷開狀態(tài)下，DEH采用轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)，使實際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速變化。給定轉(zhuǎn)速按照經(jīng)驗升速曲線或司機的操作指令變化，控制機組自動完成升速、暖機、過臨界、定速、試驗及自動同期等過程?？焖僖淮握{(diào)頻回路可提高轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應性能。在升速階段即可檢驗一次調(diào)頻的穩(wěn)定性。閥門切換到達切換轉(zhuǎn)速后，隨著切換系數(shù)的變化，高壓主汽門油動機逐漸全開，高壓調(diào)節(jié)閥油動機逐漸關小。在閥切換過程中，機組轉(zhuǎn)速一直受控，確保了切換轉(zhuǎn)速無擾。閥位控制在油開關合閘后，DEH自動由轉(zhuǎn)速PID控制切換為DEH閥控方式?？傞y位給定自動增加36，使發(fā)電機帶上初負荷，以避免出現(xiàn)逆功率。給定閥位值由一次調(diào)頻修正后，控制調(diào)節(jié)閥開度。功率控制給定功率與實際功率之差，由一次調(diào)頻修正后，經(jīng)功率PID調(diào)節(jié)輸出控制機組功率。實際轉(zhuǎn)速超出300015r/min時，將自動切換到閥位控制方式。,.,DEH控制系統(tǒng)SAMA圖主回路,.,壓力控制給定壓力與實際壓力之差，經(jīng)壓力PID調(diào)節(jié)輸出幫助鍋爐控制主汽壓力。當鍋爐輔機故障快卸負荷動作時，可自動投入壓力控制，以幫助鍋爐維持主汽壓力。實際轉(zhuǎn)速超出300015r/min時，將自動切換到閥位控制方式。協(xié)調(diào)控制由機爐協(xié)調(diào)主控器來的CCS給定值，經(jīng)一次調(diào)頻修正后，控制調(diào)節(jié)閥開度。實際轉(zhuǎn)速超出300015r/min時，將自動切換到閥位控制方式。各種限制當閥位限制、高負荷限制、主汽壓力低限制、真空低限制及快卸負荷等動作時，總閥位給定值將以預定的速率減小，直到限制條件消失。OPC超速限制油開關跳閘信號可通過硬件回路直接動作OPC電磁閥，使調(diào)節(jié)閥迅速關閉，以限制轉(zhuǎn)速超調(diào)量。103超速OPC只允許在油開關斷開期間有效，以避免發(fā)生電網(wǎng)振蕩。,.,OPC超速限制邏輯,當中壓缸排汽壓力比實際功率高80時，中壓調(diào)節(jié)閥快關電磁閥動作，迅速關閉中壓調(diào)節(jié)閥。,.,閥門特性修正汽輪機進汽閥的升程流量曲線是非線性的。通過閥門特性修正后，可使總閥位給定與進汽量間呈線性關系。而且可按需要實現(xiàn)單閥方式或順序閥方式進汽。根據(jù)汽輪機廠提供的閥門行程流量曲線及流量系數(shù)修正曲線，采用MATLAB軟件可分別計算出單閥方式修正曲線和順序閥方式修正曲線。,.,.,.,高壓進汽閥、噴嘴組布置示意圖,.,一次調(diào)頻電網(wǎng)一次調(diào)頻作用是電網(wǎng)頻率很重要的穩(wěn)定基礎。發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速有差調(diào)節(jié)反饋是實現(xiàn)電網(wǎng)一次調(diào)頻作用最有效的手段。機組轉(zhuǎn)速反饋同時也是機組運行安全最有力的保障。傳統(tǒng)DEH系統(tǒng)，在升速階段一次調(diào)頻功能不起作用。在機組并入大電網(wǎng)后，而由于通常電網(wǎng)頻率較穩(wěn)定，也不能檢驗一次調(diào)頻的動態(tài)性能。有的在孤網(wǎng)狀態(tài)下甚至是不穩(wěn)定的。與傳統(tǒng)DEH比較采用了快速一次調(diào)頻回路，以提高一次調(diào)頻動態(tài)響應性能，減小DEH主控單元的負荷率。一次調(diào)頻信號不加任何切換邏輯，直接作用到DEH的總閥位給定。機組在任何工況下，轉(zhuǎn)速反饋都存在，對機組及電網(wǎng)的安全運行提供了有力的安全防護。在升速階段即可驗證一次調(diào)頻的穩(wěn)定性。主汽門調(diào)門切換采用了先進的主汽門調(diào)門切換方案，保證了切換過程中轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。,三.DEH控制系統(tǒng)的先進性,.,傳統(tǒng)DEH控制系統(tǒng)SAMA圖主回路,.,DEH控制系統(tǒng)SAMA圖主回路,.,一次調(diào)頻限幅電網(wǎng)一次調(diào)頻作用是電網(wǎng)頻率很重要的穩(wěn)定基礎。發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速有差調(diào)節(jié)反饋是實現(xiàn)電網(wǎng)一次調(diào)頻作用最有效的手段。機組轉(zhuǎn)速反饋同時也是機組運行安全最有力的保障。在下圖所示的各種靜特性中，進入限幅范圍后，機組轉(zhuǎn)速反饋開環(huán)，電網(wǎng)失去一次調(diào)頻作用。電網(wǎng)頻率將按自然調(diào)頻過程迅速下降或升高，將使事故進一步擴大。因此設置一次調(diào)頻死區(qū)應格外謹慎。圖中“設定調(diào)頻范圍的靜特性”圖所示50105功率范圍，是鍋爐不投油的經(jīng)濟工作范圍，應為二次調(diào)頻機組較理想的調(diào)節(jié)范圍?！皫щp向限幅的靜特性”圖示1212r/min轉(zhuǎn)速偏差范圍，是國家規(guī)定的電網(wǎng)頻率允許的偏差范圍。轉(zhuǎn)速在300012r/min范圍內(nèi)時由一次調(diào)頻功能調(diào)節(jié)，超出此范圍后由二次調(diào)頻功能調(diào)節(jié)?！皫д蛳薹撵o特性”圖示轉(zhuǎn)速偏差超出12r/min，即轉(zhuǎn)速小于2988r/min后，可能考慮到鍋爐蓄能的限制不參加一次調(diào)頻。“帶負向限幅的靜特性”圖示轉(zhuǎn)速偏差超出12r/min，即轉(zhuǎn)速大于3012r/min后，不再參加一次調(diào)頻。,.,DEH一次調(diào)頻靜特性,.,不同采樣周期下甩負荷轉(zhuǎn)速飛升曲線,.,不同不等率下甩負荷轉(zhuǎn)速飛升曲線,.,不同油動機時間下甩負荷轉(zhuǎn)速飛升曲線,.,并網(wǎng)帶負荷在機組并網(wǎng)帶負荷時，若實際發(fā)電機并未并網(wǎng)。對于傳統(tǒng)DEH由于其一次調(diào)頻功能尚未投入，帶初負荷的指令會引起機組超速。由于此DEH一次調(diào)頻功能的調(diào)節(jié)作用，帶初負荷的指令只會使機組轉(zhuǎn)速升高15r/min左右。OP