汽轮机自动调节系统

　　摘 要：汽轮机调节系统在电厂生产电能过程中尤为重要。

　　电能不能大量储存，火电厂发出的电力必须随时满足用户要求，即在数量、质量要求同时满足用户要求。

　　数量要求：用户对发电量的要求。

　　这就是要求电力负荷根据用户要求来调整发电大小，以满足用户要求。

　　本文就汽轮机自动调节系统展开分析，包括介绍汽轮机自动调节系统的产生与发展，要求，中间再热机组的调节体统以及汽轮机自动调节系统的功能等

　　关键词：汽轮机;自动调节系统;中间再热机组;调速系统

　　1. 汽轮机自动调节理论的产生与发展

　　汽轮机自动调节理论的产生与发展，和其它理论的产生与发展一样，都是随着生产需要而产生，并且随生产的不断发展而逐渐完善与提高的。

　　随着汽轮机容量的增大和形式的变化，要求调节系统也不断地改进与提高。

　　从本世纪六十年代开始，在汽轮机上应用功频电液调节系统，与原来的机械调节系统相比，它更加灵活，便于各种信号的综合与传递，便于实现机炉的综合调节，随着电子计算机技术的发展，计算机开始应用于过程控制，把计算机的数字系统与模拟系统相结合可以大大改善调节特性。

　　利用它不仅可以实现机组启停的程序控制，又可以在正常运行时实现自动控制。

　　这不但提高了机组的自动化水平，也便于实现全厂的自动化。

　　2. 运行对调速系统的要求

　　1)调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利并网和解裂。

　　2)当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全她过度到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动。

　　3)为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内;

　　4)当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值小于超速保护装置动作转速。

　　3. 中间再热机组调节系统的特点及种类

　　3.1中间再热机组调节系统的特点

　　由于中间再热容积的存在，在调节系统中采取相应措施的意义在于，既保证机组运行的安全性与经济性，又提高它对负荷的适应性。

　　为了保证安全，中间再热机组除了设置高压缸调节阀外，还设置了中低压缸调节阀，以便在机组甩负荷时，该两个调节阀同时关闭，停止新汽和再热蒸汽的进入，并通过旁路排走中间容积的蒸汽以防止机组的超速。

　　为了解决功率滞后的矛盾，提高机组对负荷的适应性，在调节系统中增设动态校正器，实现过调调节。

　　由于中间再热式机组是采用单元制主蒸汽系统，汽轮机负荷对锅炉的影响比母管制系统敏感，所以需要汽轮机与锅炉之间的协调配合。

　　3.2中间再热机组调节系统的种类

　　汽轮机的调节保护系统根据其转速感受机构及中间放大器的结构不同，可以分为机械液压调节，模拟电液调节和数字电液调节三种型式。

　　3.2.1机械液压调节系统

　　机械液压调节系统是由杠杆，曲柄等机构作信号放大和液压流量控制阀作功率放大。

　　机械传动机构旷动间隙的存在，液压控制部件易受油液污染的影响，使调节品质和运行稳定，可靠性不是很理想。

　　3.2.2模拟电液调节系统

　　模拟电液调节系统是基于模拟电路的连续控制调节系统，它将电子技术与液压控制技术有机地结合在一起，综合了电子元件检测灵敏，精度高，线性好，迟缓小，传输速度快，调整方便，能实现复杂调节规律，以及液压元件驱动功率大，惯性小的优点。

　　模拟电液调节系统的控制功能和调节品质较机械液压调节系统有了很大的提高，改善了调节系统的甩负荷动态特性，增强了机组的安全性。

　　3.2.3数字电液控制系统

　　数字电液控制系统(简称DEH)是以计算机代替模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，以发挥计算机控制运算、逻辑判断与处理能力强及软件组态灵活、方便的优势，将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体。

　　数字电液控制系统是由电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统组成，它实现的主要功能是：汽轮机自动控制程序(ATC);汽轮机功率的自动调节;汽轮机的自动保护;机组和DEH系统状态的监测。

　　4. 汽轮机调节系统的动态特性

　　4.1影响甩负荷动态特性的主要因素

　　影响汽轮机调节系统动态特性的因素来自于本体设备(如再热器等的中间容积、转子等)和调节系统部件两个主要方面。

　　4.2本体设备对动态特性的影响

　　(一) 转子时间常数Ta。

　　转子时间常数Ta表示了转子的转动惯量与额定转矩的相对大小;

　　(二) 蒸汽中间容积常数Tρ。

　　蒸汽中间容积常数Tρ表示了中间容积内蒸汽的作功能力与机组额定功率的比值。

　　5. 调速系统的功能

　　蒸汽和发电机随转速的变化如图所示：当转速n增加明蒸汽主力矩减小，发电机反力矩增加;当转速n减小时，蒸汽主力矩增加，发电机反力矩减小。

　　A点是两力矩平衡状态点：曲线1， 2之交点。

　　(1)当外界负荷减少时，反力矩由曲线2变到曲线2’，而主力矩曲线1不变。

　　其工作点由A移到B，机组转速由(自平衡能力：当不考虑调速系统的功能作用下，负荷变动时，机组能自动保持平衡状态的能力)。

　　(2)当调速系统动作，减小进汽量，主力矩曲线由1变为1'，与反力矩曲线2’交于C点，机组转速变为接近。

　　【摘要】：为保证电力系统的安全运行，国内的大型机组均使用电液调节系统进行控制，实现转速控制、同步并网、负荷控制等功能。本文以电厂300MW机组使用的上海汽轮机有限责任公司生产的汽轮机为例，介绍其系统机构、调试要点和实现功能。

　　【关键词】：300MW机组;电液调节系统;控制;调试

　　近年来，300MW机组在我国得到了广泛的应用。为保证电力系统的安全运行，国内的大型机组均使用电液调节系统进行控制，实现转速控制、同步并网、负荷控制等能。改变了系统的适应性和灵活性，提高了控制能力和控制效果，大大提高了发电机组的自动化水平[1]。本文以电厂300MW机组使用的上海汽轮机有限责任公司生产的汽轮机为例，介绍其系统机构、调试要点和实现功能。

　　1、系统简介

　　该电厂的机组热控系统采用上海新华控制工程有限公司提供的Symphony系统，是一套集计算机、自动控制技术、数据库和网络为一体的产品，具有独立的分散控制系统、监控技术及数据采集系统、控制系统，能够满足各个生产领域对信息管理和过程控制的需求。系统采用合理的软、硬件功能配置和模块化设计，具有易于扩展的能力，将离线和在线调试集中于一体，便于调试及修改，设备的各个控制相对对立。由高速数据网、DPU以及连接在网上的人机接口站组成，采用开放式的系统结构，设计了冗余TCP/IP网络结点在不同类型的站。

　　其中，汽轮机系统的功能模件组成了一个过程控制单元，，包括汽机基本控制、超速保护和汽机自启停3个功能，并分别由3个冗余的功能控制器和相应的功能子模件完成。其硬件配置图如下：

　　图一 汽轮机硬件配置

　　机组的汽轮机电液调节系统操作员站是基于WindowsNT(2000)环境下的人机系统，具有界面友好、操作方便的特点。共设置了包括总貌、趋势、棒图、操作面板、报警信息等11幅画面，为运行人员提供了方便的操作手段，通过监控画面实施检测汽轮机的运行。

　　2、控制功能

　　汽轮机电液调节系统的控制功能由3对冗余的BRCl00控制器实现，主要控制汽轮机的转速和功率，通过GV、TV、RSV和 IV实现，同时还具备防止汽机超速的保护逻辑。主要功能包括超速保护、基本控制和自启停，3部分之间既相互独立，又通过对总线的控制交换控制信息。

　　2.1 超速保护

　　这部分的作用主要是超保护逻辑、DEH跳闸逻辑及超速试验选择逻辑、提供有开关状态及汽机自动停机挂闸状态三选二、转速三选二，控制着OPC电磁阀，，并汇总DEH跳闸信号通过接线将其送到ETS[2]。能够有效防止汽轮机的转速飞快上升，维持转速在3000r/min。超速实验必须在大于2950 r/min的定速3000 r/min、油开关未合闸的情况下进行。

　　2.2 基本控制部分

　　基本控制部分是汽轮机电液调节系统的核心，它提供与转速及复合相关的控制逻辑、调节回路，通过一对冗余的BRC100实现所有伺服阀接口和闭环控制的PID调节器。此外，还包括自动控制的其他功能，如限制设定、阀门管理、阀门设定、阀门试验、阀门切换、设定值/变化率发生器等。

　　2.2.1 转速控制

　　该电厂使用的汽轮机包括高压缸启动和高中压缸启动两种启动方式。由TV控制冲转高压缸启动，当汽机挂闸后，阀门未处于校验状态，运行人员可以发出用户RUN命令，这时TV保持关闭，GV、IV全开。这个命令相当于开机指令，它的发出意味着冲转开始，汽机运行期间始终保持RUN命令，当汽机重新跳闸才能将其清除掉。

　　根据DEH的画面，运行人员可以设定升速率和目标转速，当转速给定等于目标值时，程序会自动进入HOLD状态，等待运行人员重新发出新的目标值。在汽轮机升速的过程中，除了临界区外，运行人员可以随时发出HOLD命令，这个时候，转速给定与实际转速相等，汽机会停止继续升速，持当前转速[3]。为保证汽机安全通过临界区，转速在920~2000 r/min、2120~2820 r/min时，进入临界区，自动设置升速率为500 r/min。工程师站可在线修改转速的临界区范围。