DEH技术培训(刘康宁).ppt

和利时系统工程股份有限公司 DEH技术培训 介绍提纲 一 DEH控制系统概述二 DEH控制对象三 DEH主要技术指标四 DEH调节原理五 DEH电气控制部分六 DEH机械液压部分七 DEH五类控制功能八 DEH常规控制回路 DEH控制系统的目的和任务控制汽轮机的转速对于发电类机组 为了使供电频率符合规范要求 50 0 2Hz 控制汽轮发电机组转速保持在额定值 3000r min 附近 对于工业拖动类机组 如拖动给水泵 鼓风机 改变机组转速以满足生产工艺需要 控制发电机的功率转速在规定范围内时 根据机组能力及需要 如中调负荷指令 控制汽轮发电机组的功率 控制汽轮机的抽汽压力对于供热机组 转速在规定范围内时 根据机组能力及需要 维持抽汽压力在规定的范围内 一 DEH控制系统概述 保证机组安全运行在发生甩负荷等异常工况时 限制机组最高飞升转速 在出现真空低 主汽压力低时 降低发电功率 在出现危急机组安全的情况时 如超速110 迅速停机 提高自动化水平远方遥控自动完成挂闸 试验等操作 监视机组主要参数 提供必要的操作指导 DEH控制系统的组成控制对象汽轮发电机组及电网负载 热网负载等 电气控制部分操作员站 主控单元 I O模件等 液压控制部分油源系统 保安系统 调节系统等 汽轮机汽轮机将高温蒸汽携带的热力势能 通过蒸汽在汽缸中的膨胀做功转换为拖动发电机等负载的机械能 热力过程 二 DEH控制对象 机械功率与进汽流量 温度等有关 DEH主要通过控制调节阀开度改变进汽流量来调节机组的转速和功率 汽轮机是高温 高压 高转速的旋转机械 DEH通过限制升速率 负荷率及暖机等措施来减小汽轮机的热应力 DEH通过即时迅速关闭调节阀限制机组飞升转速来减小汽轮机的离心应力 启动方式根据汽缸金属温度及锅炉蒸汽温度选择适当的启动冲转方式 高中压联合启动 中压缸启动 调节阀冲转 主汽阀冲转 阀门管理在启动阶段需注重汽缸的均热性 而在正常运行期间需注重汽机的经济性 供热机组通常小机组高压缸部分的通流能力较大 适宜采用热电牵连调节 而大机组宜采用以热定电方式调节 发电机发电机将汽轮机的机械功率转换为电磁功率 通过电网输送给用户 同步发电机发电机转子线圈励磁后 在汽轮机的驱动下旋转 发电机定子线圈 电枢 切割磁力线产生感应电动势 同步功率为 同期并网为了减小并网时对电网 机组的冲击 要求油开关合闸时刻 两端电压满足同期条件 频率 电压 相位 相序相同 调节方式DEH通过改变汽轮机的进汽量来增减发电机输出的有功功率 AVR通过改变发电机的励磁电流来增减发电机输出的无功功率 保证供电质量 频率 电压 满足规范的要求 保护限制为保证必要的绝缘强度 需将发电机的电流 电压 功率 温度等限制在规定的范围内 锅炉锅炉将煤炭中的化学能转换为蒸汽的热力势能 汽包炉汽包炉的热惯性 蓄能较大 蒸汽压力变化较慢 DEH可利用锅炉蓄能快速增加进汽量 以适应电网负载的快速增加 直流炉直流炉的热惯性 蓄能较小 蒸汽压力变化较快 通常需汽轮机协助维持蒸汽压力 锅炉控制系统的主要任务通过调节给水流量维持汽包水位 通过调节燃烧率维持汽包压力汽压 通过调节喷水量维持蒸汽温度 母管制小机组通常采用母管制运行方式 母管制锅炉的蒸汽压力与几台锅炉 汽轮机的总产汽量及耗汽量有关 DEH不宜采用机调压 协调等方式 单元制大机组通常采用单元制运行方式 在调节过程中应兼顾锅炉产汽量与汽轮机耗汽量的平衡 DEH宜采用机炉协调控制方式 蒸汽参数随着蒸汽参数 压力 温度 增加 蒸汽热力势能增大 机组热效率增大 电网为了提高供电可靠性 使各发电机组并列运行相互支援 通过电网将电能传输到各用户 电网容量越大 各设备启停产生的扰动量越小 供电频率越稳定 常采用高电压输送电能以降低沿途损耗 供电质量国家规定额定供电频率为50Hz 频率允许偏差为 0 2Hz 对于小容量系统可放宽到 0 5Hz 供电电压允许偏差为 7 10 负荷特性负荷随频率增加而增加 负荷随生产工艺过程等诸多因素变化 频率调节目前电能不能大量储存 发电总功率与耗电总功率随时相等 电网中汽轮机输出的总机械功率与总耗电功率间出现功率不平衡时 旋转机械的转速将发生变化 电网调频过程可分为自然调频 一次调频 二次调频 电压调节通常通过调节励磁电流 无功补偿来维持电网中各主要点的电压 三 DEH主要技术指标 转速控制范围 盘车转速 3600r min 转速控制精度 1r min 甩负荷下转速最高飞升量 小于7 额定转速 转速不等率 3 6 连续可调 一次调频死区 2r min 调压不等率 10 20 范围内连续可调 负荷控制范围 0 115 抽汽量控制范围 0 115 负荷控制精度 0 5 控制系统不灵敏度 0 06 控制系统控制周期 250ms转速的控制周期 50ms 配汽特性DEH主要通过改变调节阀开度来调节机组的转速和功率 阀门升程 流量通常汽轮机配置有多个进汽阀门 通过凸轮曲线修正 以兼顾均热性 经济性要求 机械凸轮在低负荷下为对称进汽 高负荷为喷嘴调节 为固定模式混合调节 高压抗然油DEH可根据需要在单阀 顺序阀间无扰切换 阀门提升力油动机需克服蒸汽压力对阀碟的作用力才能开启阀门 通常配有预启阀以减小提升力 若阀门升程过大可能由于蒸汽力反向使大阀跳动 四 DEH调节原理 阀门流量 升程曲线 阀门流量修正曲线 单机运行升速控制汽轮机机械功率与损耗功率间不平衡时 机组转速变化 转子时间常数与转动惯量和额定功率大小有关 它反映了转速变化的快慢 通常采用转速PID无差调节 以保证实际转速与给定转速精确相等 单机带负荷汽轮机机械功率与负载消耗的功率间不平衡时 机组转速即供电频率就会发生变化 可采用转速比例调节或PID调节 发电机有功功率等于负载消耗的功率 不能采用功率PID调节 静态特性线 并列运行负荷分配在转速偏离额定值时 为了使各机组承担的负荷变化量按其能力均匀分配 要求采用转速比例调节 且转速不等率相等 不能采用转速PID调节 孤立小网若单台设备容量站电网总容量比例较大 8 其功率变化对供电频率影响明显 为了稳定电网频率 必须采用性能优良的一次调频系统 不能采用功率PID调节 功率反调对于企业自备电厂 由于存在较大的进端扰动 动态时功率调节方向与转速的相反 必须将功率反馈信号延迟数秒 才能使功率PID调节稳定 不宜采用功率PID调节 大电网若单台设备容量站电网总容量比例较小 8 其功率变化对供电频率影响很小 机组转速就像被电网拖住了一样 电网频率与总发电功率和总耗电功率的平衡情况有关 为了提高电网供电频率的稳定性 特别考虑可能发生局部电网从大网中分离出来的情况 应必须投入一次调频 功频调节采用功频调节的目的已由解决中间再热功率延迟问题 改变为可使机组功率与中调的要求精确一致 但给锅炉稳定蒸汽压力的调节带来了一定的负面作用 对于直流炉系统 不宜采用功率PID调节 机炉协调为了减小蒸汽压力波动量 发电机功率的变化应与锅炉的出力协调一致 机炉协调控制系统常采用直接能量平衡原理 电网调频自然调频定义为调速系统未动作时 仅靠电网自身的自平衡能力来稳定供电频率的过程 自平衡能力由等效转子时间常数和自平衡系数来衡量 通常单台机组转子时间常数Ta为5 10秒 自平衡系数 T为0 6左右 电网等效转子时间常数TW为10 20秒 自平衡系数 W为1 6 3 6 由于孤立小电网及发电机组的自平衡能力较弱 需要良好的一次调频性能才能维持转速的稳定 一次调频定义为在调速系统给定值不变的情况下 通过转速反馈作用改变其输出功率来调整电网的频率 IEC标准规定不等率范围为3 6 在加负荷方向它需要利用锅炉蓄能的支持 可设置一定的限制 以防止拉跨锅炉 出现功率不足 频率下降过低时 应利用低周减载装置 避免发生频率崩溃 在减负荷反向 为了避免机组发生事故 禁止设置任何限制 良好的一次调频性能是机组安全运行及电网频率稳定的保障 一次调频静态特性 二次调频定义为通过改变调频机组调速系统的给定值 改变其输出功率使电网频率回到额定值 在一次调频作用后 最终稳定频率会偏离额定值 需通过调整预先指定的调频机组的负荷设定值 使各机组的负荷变化量转移到调频机组上 同时将频率恢复到额定值 并不是调频机组才承担一次调频任务 所有机组都应具有良好的一次调频能力 现在还有许多人认为只有调频机组才需承担调频任务 基荷机组不承担调频任务 因此仅调频机组需投入一次调频功能 这种思想是完全错误的 由于发电机组的自平衡能力很弱 每台机组的转速反馈即一次调频功能随时都应投入 才能保证安全运行 二次调频过程 跳闸保护超速保护汽轮机的强度保证设计值为120 IEC规定跳闸转速为110 112 若机组转速大于跳闸转速 则自动跳闸 迅速关闭汽轮机的所有进汽阀门 避免进一步超速 机组跳闸后 必须通过挂闸操作才能重新开启阀门 TSI保护汽轮机安全监视装置TSI检测轴向位移 胀差 振动等参数 若超过跳闸值 可发出跳闸信号 ETS系统汽轮机紧急跳闸系统ETS综合处理低润滑油压 低真空 轴向位移大等各种跳闸信号 发出跳闸指令 记录跳闸首出 要求其响应迅速 且不会与调节系统同时故障 汽轮机膨胀系统 调节限制超速限制随着机组容量增大 蒸汽参数提高 转子时间常数变小 蒸汽容积时间常数增加 为了限制机组甩负荷时转速的超调量 必须即时迅速地关闭调节阀 然后由转速控制系统带到同步转速 应避免超速跳闸 转速超调量由下式给出 为了缩短发生甩负荷到OPC电磁阀动作的延迟时间 采用了 油开关跳闸 加速度大 超速103 等信号作为判断条件 常见的甩负荷原因为发电机油开关跳闸 但也会遇到线路联络开关跳闸引起甩负荷带小网运行的情况 此时103 超速限制功能将引起系统振动 必须取消 DEH超速限制逻辑 甩负荷转速飞升仿真曲线 一次调频限制转速在调频死区范围内 调节系统处于开环控制 不利于供电频率的稳定 建议所有机组都取消调频死区 据资料介绍 考虑到锅炉 电网等各方面的因素 人为设置了多种一次调频限幅 考虑锅炉经济性 限制进入低负荷区 限制在 12r min转速偏差内 实为规定的转速合格范围 转速 2988r min后限幅 可能考虑锅炉蓄能 转速 3012r min后限幅 不知何故 在减负荷方向禁止设置限幅 以保证发生超速时 通过调节系统也能关闭进汽阀门 在加负荷方向可根据锅炉 发电机能力设置适当的限幅量 电网一次调频作用是电网频率很重要的稳定基础 发电机组的转速有差调节反馈是实现电网一次调频作用最有效的手段 机组转速反馈同时也是机组运行安全最有力的保障 因此设置一次调频死区限幅应格外谨慎 否则可能使电网事故进一步扩大 一次调频死区限幅 高负荷限制为了避免发生叶片在高压加热器退出后 发电机在退出供热后过负荷等情况 设置此功能 真空低限制为了避免因鼓风末级叶片温度过高 设置此功能 主汽压力低限制为了避免因主汽压力降低 引起汽包水位升高 蒸汽温度降低 造成汽轮机水击事故 设置此功能 快卸负荷限制为了帮助锅炉在辅机故障跳闸后 稳定蒸汽温度 压力 避免停机停炉 设置此功能 可利用DEH的压力PID调节维持主汽压力 电源为了提高供电系统的可靠性 通常要求冗余配置电源 交流电源双路220VAC 50Hz 5A电源 一路来自电厂保安段 一路来自UPS 直流电源双路220VDC 5A电源 内部电源通过AC DC转换向主控单元及I O模块等供电 冗余形式有一对一热备用 N 1型热备用 接地分为保护地 屏蔽地 信号地 要求接地电阻小于4 要求电缆屏蔽层一点接地 通常在机柜侧接地 对于机柜间的电缆 应在信号输入侧接地 五 DEH电气控制部分 模件主控单元两台主控单元进行热备用 它们同时通过上 下层网络接收数据 同时按照下装的控制策略进行运算 但只有主站输出运算结果 从站实时跟踪主站数据 一旦主站发生故障 即进行无扰切换 测速模件它具有响应速度快 测速精度高 测速范围大的特点 测速模块接收到测速探头的信号后 经滤波 隔离 整形等方法处理成方波信号 精确测量出其频率 再根据测速齿盘的齿数 计算出机组的转速 同时还可根据转速判断机组超速危险情况 输出OPC关调门信号和打闸信号 测量精度为 响应时间为20ms 测速范围为1 10000Hz 伺服模件伺服模件与伺服阀 油动机滑阀 油缸 LVDT等组成伺服位置随动系统 将阀位给定信号转换为与之对应的油动机行程 从而改变汽轮机的进汽量 伺服模块主要完成给定值生成计算 手自动无扰切换 零位幅度整定计算 显示数据计算等 D A A D转换电压范围为0 5VDC 因此给定电压 反馈电压均应在0 5VDC之间 伺服模块接受两路油动机行程LVDT信号作反馈 伺服模块内部配有2路LVDT调制解调电路 通过高选电路实现冗余 伺服模件可选择比例调节 比例积分调节 恒压输出 恒流输出等方式 给定电压可通过主控单元自动控制 或通过手动增 减信号控制 手 自动阀位给定可相互跟踪 以实现手自动无扰切换 伺服模块在DP通讯故障期间会自动切换到手动方式 在通讯正常后再转为自动方式 伺服模件原理框图 DEH控制系统硬件框图 DEH控制柜 DEH扩展柜 DEH控制柜 DEH扩展柜 基本原理主要可运用牛顿经典力学 流体力学知识来分析机械液压设备的工作原理 理想液体不可压缩 液体的连续性 节流孔压差流量特性 抗然油系统油源站变量泵 加热 冷却 再生 连锁 停机调节阀油动机主汽阀油动机AST OPC集成块DDV阀喷嘴挡板式伺服阀 六 DEH机械液压部分 抗然油油源站系统图 调节阀油动机 主汽阀油动机 DDV阀结构示意图 喷嘴挡板式伺服阀结构示意图 透平油系统典型机械液压系统调速泵输出代表机组转速的一次脉动油压 同步器的弹簧预紧力代表转速给定值 调速器滑阀将给定转速与实际转速比较后 通过二次脉动油路改变中间滑阀位移 中间滑阀完成信号分配任务 将转速偏差信号通过三次脉动油路传递给各油动机 油动机完成功率放大作用 具有驱动力大 动作迅速的特点 凸轮配汽机构完成油动机驱动力的传递及阀门流量特性修正任务 在启动升速初期 通过逐渐关小启动阀的二次脉动油排油口 油动机逐渐开大 机组转速逐渐升高 这期间转速为开环控制 随着转速升高 一次脉动油压逐渐增大 转速负反馈自动投入 然后通过改变同步器给定 使机组转速升到同步转速 在机组并网后 通过改变同步器给定 改变机组输出的机械功率 典型机械液压系统图 电液油动机哈汽型液力弹簧式油动机滑阀上汽型继动器式油动机滑阀小机型机械弹簧式油动机滑阀改滑阀套筒式油动机滑阀 哈汽型电液油动机油路图 上汽型继动器式电液油动机油路图 小机型机械弹簧式电液油动机油路图 改滑阀套筒式油动机油路图 七 DEH五类控制功能 第一类 自动调节控制功能大范围自动升速 自动同期 并网带初负荷 升负荷 阀控方式 功控方式 压控方式 CCS方式 一次调频 抽汽压控 抽汽阀控 第二类 限制功能具有负荷及阀位限制 主汽压力低限制 低真空限制 快卸负荷 OPC超速限制及抽汽压力限制等功能 第三类 试验功能可自动完成假网试验 超速试验 阀门严密性试验等功能 仿真试验及抽汽安全门试验 第四类 保护功能超速保护 失电保护及其他异常保护等功能 第五类 监视及提高自动化水平功能具有自动完成抄报表 系统状态监视 历史数据记录 SOE记录等功能 八 DEH的常规控制回路 转速控制回路功率控制回路 功控阀门开度控制回路 阀控主汽压力 TPC 控制回路 压控限制保护控制回路抽汽阀门开度控制回路 抽汽阀控抽汽压力控制回路 抽汽压控 典型液压调节系统框图 典型传统DEH控制系统框图 改进的DEH控制系统框图 典型抽汽机组DEH控制系统方框图 合肥电厂中控室一瞥 谢谢