DEH自动调节系统概述

目 录引 言1第一章 DEH自动调节系统概述2第二章 转速调节系统8第一节 转速目标值形成原理8第二节 转速设定值形成原理13第三节 转速调节回路分析15第三章 DEH负荷调节系统16第一节 负荷目标值形成16第二节 负荷设定值的形成原理18第三节 负荷控制系统分析25第四节 控制方式逻辑29第四章 阀门控制与管理35第一节 阀位指令形成原理35第二节 阀门试验38结 论43参考文献44引 言汽轮机是电厂中的重要设备，在高温高压蒸汽的作用下高速旋转，完成热能到机械能的转换。汽轮机驱动发电机转动，将机械能转换为电能，电力网将电能输送到各个用户。为了保证供电质量，就必须保证电力系统的电压、频率的稳定；同时在电网出现故障时，又要能保证机组自身的安全。电压的调节另有专门设备承担，不属于汽轮机调节系统的范围，而频率则直接取决于汽轮发电机的转速，一般要求汽轮发电机的转速稳定在额定转速附近很小的一个范围内，通常此范围为1.53.0r/min。为了达到此要求，汽轮机必须配备可靠的自动控制装置。我国火电厂中300、600MW级汽轮大都配置了纯电调系统，大都采用分散控制系统构成。电液调节系统种类繁多，其工作原理和功能各异。大多数电调设置转速控制、负荷控制，阀门控制、阀门管理，应力计算，应力限制，负荷限制，保护跳闸，ATC等功能，能够满足汽轮机安全运行和启停要求。本课题以某电厂600MW汽轮机配套的DEH控制系统的组态逻辑为例，分析其功能，重点了解转速控制系统、负荷控制系统、阀门控制系统、保护系统的组成及功能。通过设计，加深对DEH控制系统功能的理解、掌握，加深了解汽轮机启停运行的相关知识及操作监控方式。第一章 DEH自动调节系统概述DEH系统由两大部分组成，即液压控制系统和电气控制系统。液控系统作为调节系统的动力单元，用以驱动阀门，使阀门的开度按着阀位指令而改变；电控部分实现各种控制功能，如转速控制、功率控制、手/自动切换等，并最终形成各个阀门的阀位指令。自动调节系统是汽轮机电液控制系统的必备功能，主要对汽轮机的转速和负荷进行闭环调节。汽轮机控制系统有以下四种操作方式：汽机手动(MANUAL MODE)操作员自动(OPERATOR AUTO MODE)机组遥控控制方式(REMOTE MODE)汽机自启动方式(ATC MODE)在手动方式，操作员直接控制阀位设定值的大小，可以在软操作盘上使用阀增(VALVE RAISE)和阀减按钮(VALVE LOWER)控制调汽门的开度，从而控制汽机转速和负荷。在操作员自动方式，操作员通过操作员站OIS输入期待的目标值(转速或负荷)，由自动控制回路计算出阀位设定值，控制阀门的开度，实现汽机转速或负荷的控制。在遥控方式，由来自协调控制系统的负荷指令控制汽轮机的负荷，操作员不能干预负荷指令；通过控制高中压调汽门来实现要求的负荷。在自启动方式，由自启动程序自动控制汽轮机，几乎不需要操作员干预。在正常情况下，汽轮机控制系统运行在自动方式或自启动方式。在操作员自动方式，操作员输入转速目标值和加速率，控制系统通过调节四个高压调汽门和四个中压调汽门的开度，使汽机升速至期待的目标转速。在自启动方式，控制系统根据高、中压转子热应力以及振动、偏心率、轴承温度等自动形成加速率和转速目标值。汽轮机控制系统具有自动同期能力，由操作员选择汽轮机在自同期方式或者由自启动程序将汽机切至自同期方式。它将控制汽轮机转速和发电机电压并且当发电机电压与电网电压同步后，闭合发电机主开关。在发电机刚并网，让汽机带上一定的负荷，防止发电机逆功率运行。在发电机并网后，若汽机在自启动方式，它仅限制汽机的最大负荷变化率，而由操作员控制负荷目标值。操作员有三种方式进行负荷控制。一是开环控制负荷，没有功率反馈和调节级压力反馈；二是将功率回路投入，这样，操作员输入负荷目标值后，控制系统比较负荷设定值与实际负荷的大小经过PI运算后调节调汽门的开度，直至实际负荷符合负荷设定值。另一是将调节级压力回路投入，操作员输入负荷目标值，控制系统比较负荷设定值与实际调节级压力的大小(用调节级压力代表负荷)并经过运算，控制调汽门的开度，直至与负荷设定值相一致。在负荷控制阶段，操作员可以选择遥控控制方式即协调控制方式；在协调控制方式，汽机根据协调控制系统产生的负荷指令进行阀位控制。OVATION DEH系统中有两个DROP完成DEH的控制功能，其中一个用来完成基本控制功能，另一个完成ATC功能。一、自动调节原理框图自动调节系统原理框图如图11所示。由图可知，有三个调节回路：转速调节回路，并网前，通过该回路控制机组转速。功率调节回路，并网后，通过该回路控制机组的负荷。转速目标值遥控方式脱网三选二逻辑 转速 CCS指令值V 调节器 转速回路调节器 负荷回路调节器 调节级压力转速设定值 功率回路切除T调节级压力回路投入 TT 调速级压力三选二逻辑 调速级压力V 目标值 功率设定值 调速级压力设定值 切换逻辑 单阀顺序阀F(X)阀门试验逻辑T阀门试验指令 到CV1阀位控制卡切换逻辑 单阀顺序阀阀门试验逻辑F(X)阀门试验逻辑T阀门试验指令 到CV4阀位控制卡切换逻辑 单阀顺序阀调速级压力回路，并网后，通过该回路控制机组的负荷，是一个单回调节系统。图11 DEH 调节原理框图在负荷控制期间，如果进行机炉协调控制，电调系统还接收协调控制来的CCS 指令。此外，如果没有投入闭环控制回路，处于开环控制方式，由设定值经处理后形成阀位指令。以上几个调节回路的输出经过选择切换，形成自动指令（DEMAND），和手动回路的输出选择切换后形成总的基准值（REFERENCE）。该基准值即为总的流量请求值，经过各阀门特性校正后，形成各个阀门的阀位指令，送到各阀门的液压伺服卡，液压伺服卡执行阀门位置控制功能，最终使阀门实际开度和阀位指令相平衡。阀门开度变化，使进入汽轮机的蒸汽量改变，从而改变相应的被调量(转速、功率、调速级压力)，完成控制功能。二、功能模块说明DEH的所有控制功能是由分散处理单元DPU完成的，为了完成特定的功能，必须进行组态。为了便于分析各个系统及相关逻辑，对组态图中常用的功能模块及图符加以说明，如表1-1示。表1-1 功能码说明序号功能码名称图符功能说明1函数发生器OUTf(x)IN11用于非线性输出，输入关系的线性化，将输入范围分为十二段，每一段都建立一个线性的输入输出关系，然后根据输入计算对应的输出。2模拟切换器TIN2FLAGNIN1YOUT根据逻辑输入FLAG，选取二个模拟输入中的一个作为输出 。当FLAG=0时，输出=(IN1)；当FLAG=1时，输出=(IN2)。3加法器IN3IN1OUTIN2IN4本功能执行四个输入的加权运算，通过选择适当的增益，这个块可实现比例、偏移、差分等功能，这种功能可由下面的方程式描述，输出OUT=(IN1)(G1)+(IN2)(G2)+ (IN3)(G3)+(IN4)(G4)4速率限制器FOUTRALMOUTIN1V对输入信号的变化率加以限制，当输入的变化率不超过一个限值RALM时，输出和输入相等；当输入的变化率大于这个限制值时，输出将按限值所决定的速率改变，直到输出再次等于输入为止,并且限速标志置为逻辑1。5高低限比 较 器OUTH/LIN1对一个信号进行高低限报警，当输入大于高限或小于低限值时，输出OUT为逻辑1 ;反之,当输入小于高限且大于低限时, 输出OUT为逻辑0。6高限比较器OUTH/IN1对一个信号进行高限报警，当输入大于高限时，输出OUT为逻辑1 ;反之,当输入小于高限时, 输出OUT为逻辑0。7低限比较器OUT/LIN1对一个信号进行低限报警，当输入小于低限值时，输出OUT为逻辑1 ;反之,当输入大于低限时, 输出OUT为逻辑0。8小选器IN3IN1OUTIN2IN4本功能选择并且输出一个具有最小代数值的输入。9逻辑非OUTIN1N实现逻辑非运算10逻辑与ANDIN1OUTIN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8实现逻辑与运算11逻辑或ORIN1OUTIN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8实现逻辑或运算12RS触发器OUTSETRSET01RSSET是置位输入，RSET是复位输入，当两个输入S1、S2都为“0”时，记忆以前的输出；当两个输入都是“1”时，输出为0；当S1=1，S2=0时，输出=1；当S1=0，S2=1时，输出=0。13脉冲发生器 OUTIN1ACTTARG根据输入信号IN1输出脉冲，脉冲宽度由TARG确定，即只要输入由0变为1，输出就发出固定宽度脉冲，ACT为记时输出，输入信号IN1由0变为1时开始记时并在达到TARG指定的值时保持不变，直到输入再次由0变为1时清零。14延时开ON DELAYOUTTDIN1ON 当输入保持逻辑1状态的时间超过计时时间TARG，输出才会变成逻辑1，然后它跟踪输入。15延时关OFF DELAYOUTTDIN1OFF 当输入保持逻辑0状态的时间超过计时时间TARG，输出才会变成逻辑0，然后它跟踪输入。16PID算法SVPVdt4KdOUT对SV和PV的偏差进行比例、积分、微分运算。17模拟量发生器AOUT该算法用来产生一个模拟量常数。18键盘接口算法在多数情况下，该算法提供操作员站的控制键和控制器之间的接口，对于 SPUP 、SPDN 、INC、 DEC四个按键，按下时发出逻辑1；其余键按下时发出脉冲。第二章 转速调节系统第一节 转速目标值形成原理在机组运行过程中，操作员可修改目标值，升速率或负荷率，由设定值形成回路形成每个控制阶段的设定值。需指出的是转速目标值形成逻辑和负荷目标值形成逻辑是一个，如图21示。在分析转速控制系统时，只针对与转速有关的条件加以分析。由图可知，在操作员输入目标值时，要使目标值发生改变，必须使得输入目标值信号为1，即DEH1DEMDENT=1,转速目标值共有四种来源，分别是：操作员输入新的目标值；自启动(ATC)目标值（DEH2ATCTARG）；设定值、目标值跟踪值（DEH1X158）；同期跟踪值X135A。（一）输入目标值逻辑在机组运行过程中，操作员输入新的目标值，以适应机组的运行要求，输入目标值逻辑如图22示，由图可知有下列条件都满足时，使输入目标值信号置位，即DEH1 DMDENT=1。（1）改变目标值且按下“输入”键。（2）并网前转速目标值没有超范围且不在叶片共振区；并网后负荷目标值没有超范围。（二）设定值、目标值跟踪（DEH1-DEMDTRK）逻辑当机组的运行方式或运行工况改变时，为了使控制系统平稳运行，设定值、目标值自动调整到合适的值，即设定值、目标值跟踪，其逻辑如图23所示。由图可知，出现以下任一条件时，将使目标值跟踪信号置位，即DEH1-DEMDTRK=1。（1）调速级压力回路刚刚投入；（2）功率回路刚刚投入；（3）功率回路、调速级压力回路刚刚都退出；（4）功率回路或调速级压力回路刚退出； （5）主开关刚刚断开，即与电网刚解列；（6）DEH1OA=0，即手动方式；（7）DEH1TCPERMN=1，指汽机跳闸；（8）DEH1TCPERMN=0，指汽机刚挂闸且调汽阀全开；（9）DEH1ADS=1，指刚进入ADS方式；（10）DEH1BRCL=1，指主开关刚刚合上，即刚并网。图21目标值形成逻辑 图22 DEH1DMDENT（输入目标值）逻辑 图23 DEMDTRK（设定值跟踪）逻辑当设定值跟踪逻辑置位时，将使目标值和设定值跟踪DEH1X158, DEH1X158信号的形成原理如图24所示，根据不同的跟踪条件，形成相应的跟踪值。（1）调速级压力回路刚刚投入时，设定值和目标值跟踪机组的实际调速级压力，使调速级压力调节器的入口偏差为零，以实现无扰切换；（2）功率回路刚刚投入时，设定值和目标值跟踪机组的实际功率，使功率调节器的入口偏差为零，以实现无扰切换；（3）功率回路、调速级压力回路刚刚都退出时，设定值和目标值跟踪GV 主站的输出与一次调频量的和，即（X285+X151）；（4）功率回路或调速级压力回路刚退出时，设定值和目标值也跟踪GV 主站的输出与一次调频量的差，即（X285-X151）； （5）主开关刚刚断开，即与电网刚解列时，若汽轮机没有跳闸，设定值和目标值也跟踪额定转速3000rpm，若汽轮机跳闸，设定值和目标值置零，即跟踪0rpm；（6）DEH1OA=0，即手动方式，若机组没有并网，设定值和目标值也跟踪机组的实际转速（DEH1WS），这样使转速调节器的入口偏差为零，以实现手自动无扰切换；机组已并网，设定值和目标值也跟踪GV 主站的输出X285；（7）DEH1TCPERMN=1，指汽机跳闸，设定值和目标值置零，即跟踪0；（8）DEH1TCPERMN=0，指汽机刚挂闸且调汽阀全开，此时设定值和目标值跟踪机组的实际转速，即盘车转速；（9）DEH1ADS=1，指刚进入ADS方式，设定值和目标值也跟踪GV 主站的输出X285，而此时GV 主站的输出由进入ADS方式前 DEH内部形成，当进入ADS方式后，设定值跟踪（DEMDTRK）标志消失后，将产生遥控跟踪标志（REMDTRK），此时目标值跟踪X127，即协调控制系统的指令，形成GV 主站的输出，这样ADS方式投入和退出时无扰；（10）DEH1BRCL=1，指主开关刚刚合上，即刚并网时，设定值和目标值跟踪GV 主站的输出与初负荷设定值的和，即（X285+X635）。（三）同期方式 在OVATION的电调系统中，同期方式有两种：手动同期和自动同期。机组并网后，负荷达到一定值后，机组可以投入协调方式，即ADS方式。 同期方式是转速控制阶段的一种特殊运行方式，根据电气同期装置来的同期增减信号调整汽轮机的转速，采集发电机出口电压交流信号和电网电压交流信号，通过幅值比较，控制励磁机电压增或减，最后进行相位比较控制发电机主开关闭合，实现同期并网。在自动方式下进入同期方式，可由操作员通过操作员站的相应画面实现；在自启动方式下，由自启动程序发出切换到同期方式命令，进入同期方式。图24 跟踪信号DEH1X158的形成原理由图25可知，自动同期方式置位的条件为：(1) 在操作员自动方式下由操作员按下“同期”按钮，操作盘上的键灯亮说明进入同期方式。(2) 在自启动方式下，由自启动程序发出进入同期方式命令，进入同期方式。当出现以下任一条件(即闭锁条件)时，将使自动同期方式退出：(1) 已进入同期方式，操作员按下“退出同期”键；(2) 没有同期允许信号；(3) 处于手动方式； (4) 汽机转速不在同期转速范围，即不在29853015RPM之间（DEH1X16M=1）；(5) 并网；(6) 汽机跳闸；图25同期方式逻辑第二节 转速设定值形成原理并网前，由设定值形成逻辑形成的设定值就是转速设定值；并网后，由设定值形成逻辑形成的设定值就是负荷设定值。在设定值形成逻辑中，除加法模块外，还有多个切换器，当机组的运行工况或运行状态发生变化时，使设定值也作相应的调整。如当DEMDTRK=1时，转速设定值也处于跟踪状态，和转速目标值的跟踪值一样，也为DEH1X158。图26设定值形成逻辑结合图26所示的设定值形成逻辑，对转速设定值形成可得出以下结论。（1）当DEMDTRK=1时，设定值也处于跟踪状态，跟踪值为DEH1X158。在转速控制期间，有以下四种情况会使设定值跟踪信号置位，即DEMDTRK=1。主开关刚断开，跟踪值为额定转速3000RPM；汽轮机跳闸，跟踪值为0 RPM；控制系统处于手动方式时，转速设定值跟踪汽轮机实际转速；汽轮机刚挂闸且调节阀全开时，跟踪值为汽轮机实际转速即盘车转速。（2）当DEH1GO=0时，即进行标志等于零时，DEH1GO逻辑标志控制的切换器选择转速设定值作为输出，使转速设定值保持不变； （3）当DEH1GO=1时，即有进行标志时，DEH1GO逻辑标志控制的切换器选择加法器的输出作为输出，而加法器的输出由转速设定值和增量（DELT）的和形成，这样转速设定值通过迭代运算得到，若目标值大于设定值，加法器上加一个正的增量（DELT），使设定值不断增加，向目标值逼近；若目标值小于设定值，加法器上加一个负的增量（-DELT），使设定值不断减小。增量（DELT）的大小反映了升速率(升负荷率)的大小，和升速率(升负荷率)成正比。第三节 转速调节回路分析转速调节器根据设定值与实际转速值的偏差进行PI运算，输出控制信号改变阀门的开度，以使实际转速与设定转速相等。当出现以下情况时，转速调节器处于跟踪状态：手动方式；并网；超速限制动作；汽轮机跳闸。跟踪值与跟着指令有关。当为手动方式时，跟踪值为基准值（REFERENCE），且此时转速设定值跟踪实际转速，调节器的入口偏差为“0”，以实现无扰切换；当为其他跟踪指令时，跟踪值为“0”。在机组未并网转速控制期间，若没有发生OSP动作或阀限限制等情况，PID控制器模块的输出经选择切换、小选后就成为自动指令（DEMAND）。由该指令形成各阀门的开度指令送到相应的阀门位置控制回路，使各阀门的开度改变，从而改变进入汽轮机的蒸汽量，进而改变机组的转速。当机组并网后，将选择负荷控制回路的输出或锅炉控制目标值作为自动指令（DEMAND）；当发生汽轮机跳闸或OSP动作工况时，切换器T2的输出为“0”，使自动指令也为0。第三章 DEH负荷调节系统机组并网后，进入负荷控制阶段，负荷控制方式比较多。在控制系统为自动的情况下，有以下四种负荷控制方式：开环控制方式：没有功率反馈和调速级压力反馈，直接输入功率目标值，通过运算形成阀位设定值，控制阀门开度，实现负荷的开环调节。功率反馈控制方式：采用实际功率的闭环反馈控制，比较负荷设定值和实际负荷，对偏差进行PI运算，形成阀门的开度指令。调速级压力反馈控制方式，采用调速级压力闭环反馈控制，比较调速级压力设定值和实际调速级压力，对偏差进行PI运算，形成阀门的开度指令。协调控制方式：这时机组处于协调控制方式，DEH接收CCS来的指令改变调节阀的开度，DEH相当于CCS系统的执行机构。除以上几种负荷方式外，还有手动方式，操作员可通过操盘上的“调节阀增”、“调节阀减”按钮直接改变阀位指令，通过阀门位置控制回路改变实际阀位，从而使实际功率增加或减少。与分析转速控制系统类似，从负荷目标值形成，负荷设定值形成，负荷调节回路及方式逻辑等几方面加以分析和说明。第一节 负荷目标值形成荷目标值的形成逻辑见图21，负荷目标值有以下几种来源：（1）并网后，由操作员输入新的负荷目标值；（2）当有目标值、设定值跟踪指令DEMDTRK时，负荷目标值将跟踪DEH1X158。在负荷控制期间，有以下几种情况会使DEMDTRK=1：调速级压力回路刚刚投入，跟踪机组的实际调速级压力；功率回路刚刚投入，跟踪机组的实际功率；功率回路、调速级压力回路刚刚都退出，跟踪GV 主站的输出与一次调频量的差，即（X285-X151）；功率回路或调速级压力回路刚退出，跟踪GV 主站的输出与一次调频量的差，即（X285-X151）； DEH1OA=0，即手动方式，跟踪GV 主站的输出X285；DEH1ADS=1，指刚进入ADS方式，跟踪GV 主站的输出X285；DEH1BRCL=1，指主开关刚刚合上，即刚并网，跟踪GV 主站的输出与初负荷设定值的和，即（X285+X635）。（3）处于遥控方式时，由协调控制系统来的机主控指令作为负荷目标值，即负荷目标值跟踪遥控跟踪值DEH1X127；遥控方式及遥控跟踪指令的形成原理如图31。由图可知：进入遥控（协调）方式的条件是以下条件全部满足：机组已并网（BRA=1）；处于操作员自动方式(OA=1)； 没有发生快卸负荷工况（RUNBACK=0）有遥控允许接点信号（ADSPERM=1）；遥控信号没有故障(REMSTPFAIL=0)； 操作员按下遥控投入键(PK1=1)。进入遥控方式以后，将发出遥控跟踪的指令，使负荷目标值跟踪遥控指令DEH1X127，遥控指令DEHX127的形成原理如图32示。在没有进入协调方式时，DEH1ADS=0，遥控跟踪值DEH1X127跟踪设定值REFDMD；进入协调方式以后，遥控跟踪值DEH1X127由遥控信号来决定，且发出遥控跟踪指令，使负荷目标值跟踪DEH1X127。 图31 遥控方式及遥控跟踪指令图32 遥控跟踪值DEH1X127的形成原理第二节 负荷设定值的形成原理负荷设定值的形成逻辑和转速设定值的形成逻辑是一个，见图2-6，由负荷设定值形成逻辑形成的设定值(REFDMD)，送到目标值形成逻辑，作为某些方式的跟踪值；对设定值进行归一化处理后，送到功率调节器和调速级压力调节器作为调节器的给定值；此外送到操作员站进行显示。和目标值的来源相对应，在并网带负荷阶段，有以下几种形式的负荷设定值。（1）当DEMDTRK=1时，设定值也处于跟踪状态，跟踪值为DEH1X158。在负荷控制期间，有以下六种情况会使设定值跟踪信号置位，即DEMDTRK=1。调速级压力回路刚刚投入；功率回路刚刚投入；功率回路、调速级压力回路刚刚都退出；功率回路或调速级压力回路刚退出；DEH1OA=0，即手动方式；DEH1ADS=1，指刚进入ADS方式；DEH1BRCL=1，指主开关刚刚合上，即刚并网。（2）当RUNBACK=1即发生快卸负荷工况时，设定值处于跟踪状态，跟踪值为DEH1X647。（3）当DEH1GO=0时，即进行标志等于零时，DEH1GO逻辑标志控制的切换器选择转速设定值作为输出，使负荷设定值保持不变； （4）当DEH1GO=1时，即有进行标志时，DEH1GO逻辑标志控制的切换器选择加法器的输出作为输出，而加法器的输出由负荷设定值和增量（DELT）的和形成，这样负荷设定值通过迭代运算得到，若目标值大于设定值，加法器上加一个正的增量（DELT），使设定值不断增加，向目标值逼近；若目标值小于设定值，加法器上加一个负的增量（-DELT），使设定值不断减小。增量（DELT）的大小反映了升负荷率的大小，和升负荷率成正比。一、RUNBACK及其跟踪值逻辑由单元机组协调控制系统根据不同辅机的故障，把RB工况分为三种RB1、RB2、RB3，相应地把三个接点信号送到DEH。在DEH中根据三个接点信号发出RB1动作（RB1OP）、RB2动作（RB2OP）、RB3动作（RB3OP）的信号。有以上任何一种RB动作或主汽压力限制保护动作时，将发出快卸负荷动作逻辑标志，即RUNBACK=1，它将切除闭环控制回路变为开环控制，与此同时使设定值跟踪DEH1-X647变化，使设定值以一定的速率减小，使机组的功率减小。由图可知，RB动作的条件为： （1）发电机已并网；（2）DEH处于自动方式；（3）负荷设定值大于RB动作目标值；（4）单元机组协调控制系统来的RB动作接点信号；在没有RB动作的情况下，快卸跟踪值DEH1-X647跟踪负荷设定值；在RB动作的情况下，快卸跟踪值DEH1-X647将根据不同的RB情况选择相应的目标值。RUNBACK及其跟踪值DEH1X647的逻辑如图33、图34所示。图33 RUNBACK逻辑图34 快卸跟踪值（DEH1X647）的形成原理主汽压力保护是一种负荷限制措施，单元机组运行过程中，为了协调锅炉和汽轮机两者在能量供需方面的关系，通常在汽轮机控制系统中引入反映锅炉运行工况的机前压力信号。由于汽机增加负荷使机前压力降低到某一限值时，电调系统适时地减小功率定值，使功率回路和调速级压力回路退出，直接使阀位设定值减小，从而减小进入汽轮机的蒸汽量，减小机组功率，协助锅炉恢复主汽压力。根据主汽压力保护限值的来源主汽压力保护又分为操作员TPC和遥控TPC两种。可由操作员通过OIS投入或切除，投切逻辑如图35示。由图可知两种TPC不能同时投入，当TPC功能投入后，若发生主汽压力低则使主汽压力限制保护动作信号置位，即TPLOP=1，进而使RUNBACK=1。操作员TPC投入的条件是有置位条件而没有复位条件。（1）置位条件为同时满足以下条件：主汽压力操作员TPC限值；遥控TPC没有投入；操作员按下TPC投入键。（2）复位条件为以下任一条件：DEH处于手动方式；主开关断开；主汽压力信号故障；TPC不允许；操作员按下TPC退出键。主汽压力保护限值可由运行人员修改。可通过限值操作子画面输入期望的TPC限值，然后按下“输入”(ENTER)按钮，完成主汽压力限制保护限值的设定。图35操作员TPC、遥控TPC逻辑二、初负荷设定值逻辑主开关刚合上机组刚并网时，为了防止逆功，要使机组带上35%的初负荷，所以刚并网时，设定值和目标值处于跟踪状态，跟踪值为GV 主站的输出与初负荷设定值的和，即（X285+X635）。初始设定值X635的形成原理如图36示。由初始负荷设定值和主汽压力修正值相乘得到。初始负荷设定值又和旁路的投入切除有关。主汽压力和功率修正值的关系F(X)如图37示。当主汽压力较低时，初始功率设定值较大；当主汽压力较高时，初始功率设定值较小；因刚并网时，负荷控制系统处于开环工作方式，初始功率设定值实质上为初始阀位设定值，根据主汽压力的大小，自动调整刚并网时阀门的开度。图36初始设定值X635的形成原理图37主汽压力和功率修正值的关系曲线三、一次调频原理及其逻辑一次调频是单元机组参与电网频率调整的一种措施，当发电机与电网同步运行时，电网频率的高低与频差的大小反映了电网电能供应与需求的关系。如果出现正的频差，即电网频率低于额定频率50HZ，则表明供电量小于用电量。若并网运行的机组都能参加一次调频，按各自的调频特性根据频差增加机组的功率使供电量与用电量趋于平衡，则电网频率就能升高，使电网频率稳定在额定频率，反之亦然。典型的调频特性曲线如图38示。曲线的斜率为调频不等率的倒数，其含义为频率变化，则汽机负荷变化100%。曲线的斜率为负，表明频率升高时减小负荷，频率降低时，增加负荷，图中过原点的直线为具有5%不等率的调频特性曲线，为了稳定机组的运行，一般都设有调频死区，即频差在死区范围时，机组的调频量为0，频差大于死区范围时，按调频不等率改变机组的功率定值。图中加粗实线为具有5%不等率且调频死区为0.25HZ的调频特性曲线。在大多数电调系统中调频特性曲线以函数发生器功能码F(X)来实现。不等率、死区在组态时可调整。机组运行过程中，可有运行人员投入或切除一次调频功能，其逻辑如图39所示。图38调频特性曲线图39一次调频功能投切逻辑汽轮发电机组在并网运行时，为保证供电品质对电网频率的要求，通常应投入一次调频功能。当机组转速在死区范围内时，一次调频量为零，一次调频不动作。当转速在死区范围以外时，一次调频动作，一次调频量按不等率随转速变化而变化。由图3-9可知，一次调频功能投入的条件为：系统转速无故障，DEH1-WSFAIL=0；阀限没有起作用，DEH1-X27U=0；机组已并网，BRA=1；汽轮机运行在自动方式，AUTO=1；操作员按下一次调频功能投入键。通常为使机组承担合理的一次调频量，设置DEH的不等率及死区与液压调节系统的不等率及迟缓率相一致。不等率在36%内可调，设为4.5%。 死区在030r/min内可调。当调频功能投入且机组转速大于(3000+调频死区)或机组转速小于(3000-调频死区)时，使一次调频功能激活，此时将实际转速按照调频特性转化为一次调频量送到负荷设定值形成逻辑，使负荷设定值变化，相应的改变机组的实际负荷，机组实施一次调频。一次调频量X151的形成原理如图310所示。函数发生器F(X)用来实现调频特性曲线，当一次调频功能没有投入时，切换器T选择常数0作为输出，一次调频量X151也等于0，即机组不参加一次调频。当一次调频功能投入时，切换器T选择F(X)的输出得到一次调频量X151，并且要用流量请求值对其校正，来限制调频的幅度。当流量请求值小于30%时，左边的F(X)的输出为零；当流量请求值大于30%时，左边的F(X)的输出为1。图310一次调频量X151的形成原理第三节 负荷控制系统分析DEH控制系统中的负荷自动控制有三种形式；功率反馈控制、调速级压力反馈控制、开环控制，负荷控制系统的总貌如图311示。由设定值形成回路形成的设定值(REFDMD) 和一次调频量X151相加并归一化处理后送到两个PI调节器作为给定值，反馈值分别是归一化的实际功率(MW IN PCT) 和归一化的调速级压力(PI IN PCT)。两个闭环调节回路可同时投入，构成串级调节系统。两个闭环调节回路不同时投入，当一个回路投入时，另一个回路处于跟踪状态，这样实现回路的无扰切换。两个调节器的输出经选择、切换形成负荷基准值。当两个回路都退出时，负荷控制为开环方式，直接由归一设定值形成负荷基准值。负荷基准值、速度基准值经切换、选择、阀限处理后形成总的阀位指令（DEH1X285）。阀限可由运行人员修改，总的阀位指令（DEH1X285）送到阀门管理程序，经过进一步的转换后形成阀门的开度指令，通过阀门位置控制回路使实际阀位改变，从而使机组的功率改变，实现负荷的自动调节。一、功率反馈控制回路分析功率反馈控制回路是一个前馈反馈复合调节系统。 在功率回路投入时，有MWI1=1，使由其控制的切换器1的逻辑输入信号为1，切换器1选择加法器2的输出作为输出，形成负荷基准值。加法器2的一路输入为加法器1的输出（即归一设定值），作为功率定值前馈信号，另一路输入为功率PI调节器的输出。PI调节器的给定值为归一设定值，反馈值为归一化的功率测量值MW%。加入前馈作用，可提高机组的负荷响应速度，通过反馈作用，最终使实发功率等于功率定值。在功率回路刚切除时，有MWI1=0，使切换器1选择加法器1的输出作为输出，形成负荷基准值。此时处于开环工作方式。加法器1的输出为设定值和一次调频量之和，因功率回路刚切除时设定值处于跟踪状态，跟踪值为GV 主站的输出与一次调频量的差，即（X285-X151），因此加法器1的输出为GV 主站的输出，即X285，所以功率回路刚退出时，控制系统的输出保持不变，不会对负荷造成扰动。另外PI调节器立即进入跟踪方式，跟踪值为（负荷基准值-实际功率MW%）。 同理功率回路刚刚投入时，设定值处于跟踪状态，跟踪值为机组的实际功率与一次调频量之差，因此加法器1的输出为机组的实际功率MW%；这样一方面调节器的入口偏差为零，使调节器的输出保持不变，保持功率回路投入前的跟踪值（负荷基准值-实际功率MW%），另一方面加法器2的输出为功率设定值与PI调节器的输出之和，为负荷基准值，所以功率回路刚投入时，控制系统的输出为负荷基准值，功率回路的投切是无扰的。图311 负荷控制总貌功率回路的投切逻辑如图3-12示。由图可以看出，投入功率回路时须满足置位条件且没有复位条件。（1）置位条件：由操作员通过OIS的操作盘按下“MW IN”键。（2）复位条件为以下任一条件：由操作员通过OIS的操作盘按下“MW OUT”键拒绝功率回路投入（REJMW=1）；功率信号故障（MWFAIL=1）；协调方式投入（ADS=1）；汽机跳闸（TNL=1）；RB动作（RUNBACK=1）；高旁阀没有关闭(HPVLVCL=0)；低旁阀1没有关闭(LPVLVCL1=0)；低旁阀2没有关闭(LPVLVCL2=0)；阀限起作用(X27U=0)；主开关断开(BRA=0)；手动方式(OA=0)。图312 负荷反馈回路投切逻辑二、调节级压力回路分析调速级压力回路是一个单回路反馈控制系统，归一设定值经切换器1、切换器6 、切换器7 、切换器8 (见图3-11)送到调节器入口，被调量为归一化的调速级压力，调速级压力回路没有投入时，调节器的给定值为归一设定值，调节器的输出跟踪负荷基准值；当调速级压力回路刚投入时，调节器的给定值仍为归一负荷设定值，而负荷设定值处于跟踪状态，跟踪值为实际的调速级压力与一次调频量之差，所以归一负荷设定值为归一化的实际调速级压力，调节器根据入口偏差为零， PI调节器的输出为负荷基准值，调速级压力回路刚投入时负荷控制系统的输出保持不变；同理调速级压力回路刚退出时，负荷控制系统进入开环控制方式，使控制系统的输出保持不变，实现了无扰投切。调速级压力回路的投切逻辑如图3-13所示。同功率回路投入条件类似，当没有复位条件而有置位条件时，可使调速级压力回路投入。图313调速级压力反馈回路投切逻辑（1）置位条件：由操作员通过OIS的操作盘按下“IMP IN”键。（2）复位条件：为以下任一条件：由操作员通过OIS的操作盘按下“IMP OUT”键；拒绝调速级压力回路投入（REJIMP=1）；调速级压力信号故障（PIFAIL=1）；协调方式投入（ADS=1）；汽机跳闸（TNL=1）；RB动作（RUNBACK=1）；旁路投入(HPVLVCL=0)；阀限起作用(X27U=0)；主开关断开(BRA=0)；手动方式(OA=0)。三、负荷开环控制方式 当调速级压力回路和功率回路都切除时，进入负荷开环控制方式，此时的控制回路见图3-11示。由图可知，归一化的负荷设定值经过切换器1、切换器2、切换器3、切换器4、切换器5及阀限后送到GV的手自动站形成负荷基准值。此时若想改变实际功率，由操作员改变目标负荷，由设定值形成回路形成的负荷设定值随之改变；使负荷基准值发生改变，经过阀门管理程序后使阀门开度改变，从而改变机组的功率。四、负荷协调控制方式负荷协调控制方式下，DEH的负荷目标值跟踪遥控指令，即协调控制系统的指令。在ADS方式下，使进行标志置位；由增量的形成逻辑可知，在ADS方式下，负荷变化率设置为10%/s，所以负荷目标值经限速后形成负荷设定值，DEH的功率回路、调速级压力回路切除，负荷设定值迭加一次调频量后形成负荷基准值，相当于DEH接收CCS来的指令经10%/s的变化率限速后形成阀位指令送到阀门位置控制回路，此时DEH 可看作是CCS系统的执行机构。第四节 控制方式逻辑一、操作员自动方式(OA)在操作员自动方式，操作员设置目标转速或目标负荷，通过设定值形成回路形成相应的设定值送到转速调节回路或功率调节回路，由控制回路形成阀位指令，送到液压伺服卡；液压伺服卡执行阀门位置控制功能，使实际阀位与阀位指令相适应，最终使汽机转速或负荷与给定值相平衡。操作员自动方式逻辑如图314示。在没有强切手动（GOTM）信号时，操作员通过OIS的控制模式操作盘按下“自动”键，使高压主汽阀操作站、高压调节阀操作站、中压调节阀操作站切到自动方式，这三个站都为自动方式时，使操作员自动方式逻辑置位。当并网前有系统转速故障时，将自动使三个站退到手动方式，使操作员自动方式逻辑复位。当有任意一个阀门的伺服卡故障时，将发出请求手动（DEH1REQMAN）命令，退到手动方式。操作员可通过操作盘按下“自动”退出键，退到手动方式。二、自启动方式(ATR MODE)逻辑自启动方式是一种高级的自动控制方式，在条件满足时投入自启动方式，它可以使汽轮机自动升速，暖机、同期、并网；根据机组应力的大小自动限制升速率，升负荷率，汽轮机自启停控制是个大范围的自动控制系统，实现自启动的核心问题是应力控制，在汽轮机数字电液调节系统中，自启动(ATC)程序驻留在43DROP中，ATC程序按功能可以分为三类：（1）检测、监视功能程序；（2）应力计算程序；（3）控制功能程序。为确保机组的安全运行，在ATC程序中对各种各样的参数进行监视，并记录趋势，当参数越限时，发出报警信号，当传感器有故障时，可由运行人员操作“超驰”(OVERRIDE)键，旁路坏的传感器，或以相近的值替代以使ATC程序继续运行。被监视的参数由变送器转换后送到子模件处理后送到ATC程序；或者通过通讯从别的站点得到。 DEH按当时的进汽温度和压力,转速及缸温等参数,根据当时高、中压转子危险截面处表面及中心孔的温差，计算出转子的热应力,然后按许用应力算出当前的相对应力比率,从而确定机组的升降速率(负荷率)。ATC程序根据转子热应力、机组振动、胀差等参数, 自动设定目标值、速率(负荷率),实现自动升速和升降负荷。图314 自动方式逻辑自启动方式逻辑如图315示。在操作员自动方式，操作员输入每一个阶段的目标值、变化率，通过设定值形成回路形成设定值，经过控制运算后输出阀位指令，控制阀门的开度，从而控制机组的运行。在自启动方式，不需要操作员输入每一个阶段的目标值、变化率，而是由ATC程序给出每个阶段的目标值，根据应力计算的结果选择合适得升速率或变负荷率。可见，两种方式下，目标值和变化率的来源不一样，设定值形成逻辑是一样的。图315 自启动方式逻辑由图可知，当汽轮机刚挂闸或机组刚并网时，ATC方式退出。当没有以下任一复位条件时，可由操作员通过操作盘投入ATC方式。DEH1DEHDM010DEH1SS49001A汽轮机刚挂闸机组刚并网当ATC方式已投入，若出现以下两种情况时，也使ATC方式退出。DEH2P07M01=1DEH2DP007A=0其中，DEH2P07M01的逻辑如图316示，若出现以下任一条件时将使DEH2P07M01=1。任何发电机输入信号故障；任一轴承转子相对振动大；高中压缸进水；任一轴承金属温度高；任一轴承转子振动大；胀差大；转速控制偏差大；轴位移大；DEH2DP007A的逻辑如图317示，出现以下任一条件时将使DEH2DP007A=0。DEH2P00M01=1；DEH2P00M02=1；DEH2P00M03=1；DEH2P00M04=1；DEH2P00M09=1；DEH2P00M10=1。其中，部分逻辑信号的中文描述如下：DEH2BR5：并网；DEH2VSFAIL：重要测量信号故障，包括：a) 并网前转速信号故障图316 DEH2P07M01的逻辑图317 DEH2DP007A的逻辑b) 并网后发电机有功功率或无功功率信号故障c) 中压排汽温度信号故障d) 盘车时中压缸金属温度故障e) 胀差信号故障f) 第一级蒸汽温度信号故障g) 中压内缸金属温度故障h) 再热器入口温度故障i) 轴位移信号故障DEH2ATCTO：刚退出ATC方式；DEH2ATC5：ATC方式；DEH2HPINV；DEH2IPINV；DEH1ADS：ADS方式；DEH2X60N：设定值和目标值接近；DEH2BR4：；并网；DEH2BRX4：并网；DEH2TVGVTL：TV到GV转换正在进行。第四章 阀门控制与管理不论是转速控制，还是负荷控制，最终都是通过改变阀门的开度实现的，由各种控制回路的输出经选择、切换后形成自动指令；若控制系统处于手动方式，可由操作人员通过OIS操作盘形成手动阀位设定值；若机组投入协调控制，则接受CCS指令；若RB功能投入且发生RB工况，则使阀位设定值按照一定的速率减小，直至减小到50%，由以上几个回路的输出形成的阀位基准值为总的流量请求值或总的阀位请求值，经过单阀/顺序阀转换、阀门流量特性修正后形成每个阀门的阀位指令，送到各个阀门的液压伺服卡；由液压伺服卡实现阀门位置控制功能，输出控制电流到电液伺服阀，从而改变油动机的充油量，使阀门开度发生变化，当实际阀位与阀位指令相平衡时，阀门开度不再改变。为了保证阀门动作的可靠性，要定期对阀门进行活动试验。第一节 阀位指令形成原理高压调节阀阀位指令形成原理图41示意了高压调节阀GV1阀位指令的形成逻辑。当高压调节阀运行在单阀方式且没有进行阀门活动试验、没有关调节阀指令（DEH1GVCL=0）时，DEH1SEQ=0，DEH1GV1TEST=0，由其控制的切换器1、切换器2、切换器3选择“N”端信号输出，即高压调节阀主站的输出X285经平衡模块、单阀流量特性、加法器3、切换器2、切换器3、切换器4形成阀位指令。同理，当高压调节阀运行在顺序阀方式时，DEH1SEQ=1，由其控制的切换器1、切换器2选择“Y”端信号输出，即高压调节阀主站的输出X285经顺序阀流量特性、加法器2、切换器2、切换器3、切换器4形成阀位指令。切换器1发生切换时，需进行限速，限速的速率决定了单阀、顺序阀转换的时间长短。实现两种方式的转换时，需要通过多个控制周期才能完成，在转换期间通过阀门的总流量保持不变，转换步骤如下（以单阀控制向顺序阀控制为例）：（1）根据控制系统计算的流量请求值和顺序阀流量特性，计算顺序阀方式下每一调节阀对应的阀位（X313）；（2）对每一个调节阀，计算目前单阀方式下的阀位和顺序阀方式下的阀位的差值(X314-X313)；（3）因为调节阀单位时间所改变的流量受金属材料应力等其他条件的限制，故整个转换过程需分几步进行，这由切换器1的速率来决定。单阀方式时，切换器1的输出为0, 即X711=0；刚切换到顺序阀方式时，切换器1的输出不是立刻变为1，而是以一定的速率达到1，切换器1的输出从0变到1所经历的时间就是单阀到顺序阀转换需要的时间。图41高压调节阀GV1阀位指令形成加法器1对其两个输入代数相加，其输出X315=X314- X313；加法器2对其两个输入代数相加，其输出X323=X313+ X321；加法器3对其两个输入代数相加，其输出X324=X314+ X322；乘法器1对其两个输入相乘，其输出X321=X315*(-1)*X711+1；乘法器2对其两个输入相乘，其输出X322=X315*(-1)*X711；在单阀方式时，切换器2的输出即高压调节阀的阀位指令由X324决定，而X324为加法器3的输出，由X314决定，X314即为单阀指令；切换器2的“Y”端信号为X323，是加法器2的输出，而此时X321=X315，X315=X314- X313，所以X323= X314，相当于切换器2的“Y”端信号跟踪“N”端信号；因此单阀切到顺序阀时是无扰的。在单阀向顺序阀切换的过程中，切换器2选择“Y”端信号形成高压调节阀的阀位指令，由X323决定；X323=X313+ X321，X321=X315*(-1)*X711+1，X711由0逐渐变化到1，所以X321逐渐由X315变化到0，X323逐渐由X314变化到X313，这样，调节阀的阀位指令逐渐由单阀指令变化到顺序阀指令，完成单阀向顺序阀的转换。同理可分析顺序阀到单阀的转换过程，也时无扰的。转换过程中，有的阀门开大，有的阀门关小，而总的流量指令不变，使转换过程中机组的负荷基本不变。图41中的关调节阀指令（GVCL）由以下任一条件发出：汽轮机跳闸；OPC电磁阀动作；GVHOLD=1。二、高压主汽阀阀位指令的形成在机组启动结束正常运行中高压主汽门全开，汽机跳闸时高压主汽门全关。可以说高压主汽门不参与汽轮机的负荷调节任务。但冲转升速或进行主汽阀严密性试验时，需要控制主汽门开启，所以在主汽阀门液压执行机构中设有电液伺服阀，它可以使主汽阀定位在任意所需的开度。当汽机跳闸时，通过液压回路使高压主汽门快速关闭，同时使阀位指令置0；当进行高压主汽阀试验时，阀位指令将由100%逐渐变到0，之后再逐渐变到100%；当进行主汽阀门严密性试验时，也使阀位指令置0；当冲转升速时控制系统根据转速偏差运算发出主汽阀的阀位指令；当冲转升速到2900RPM时，完成主汽阀到调节阀的切换后，主汽阀的阀位指令为100%，高压主汽阀很快全开。三、中压调节阀阀位指令的形成机组在启动过程中，四个中压调节阀起调节作用，当机组负荷大于30%以后，中调阀保持全开，单独由高调阀承担调节蒸汽流量的任务，和高调阀的阀位指令形成类似，中调阀主站输出的指令考虑中调阀的阀门试验以及负荷不平衡时快关中调阀，形成各个中压调节阀的阀位指令，中调阀阀位指令送到中压调节阀的液压伺服卡。如图4-2四、中压主汽阀的开关逻辑在中压主汽门的液压执行机构中，没有电液伺服阀，中压主汽门在运行时全开，跳闸时关闭，为两位式执行机构。中压主汽门的开启与关闭受其液压执行机构中的电磁阀控制，电磁阀带电，阀门关闭，电磁阀失电，阀门开启，电磁阀的控制逻辑如图43示。图42中压调节阀阀位指令的形成图43 中压主汽阀开关逻辑第二节 阀门试验汽轮机的高、中压主汽门和高、中压调节阀都是由液压执行机构驱动的机械装置，为了保证汽轮机故障时阀门能可靠关闭，DEH系统设置了阀门在线活动试验功能，即在汽轮机带负荷情况下逐个活动阀门