1000MW汽轮机控制保护系统剖析

1、汽轮机控制保护系统 EH系统 汽轮机控制系统(DEH) 保护系统（ETS） 监测仪表（TSI） EH油站 冗余的EH油泵 冗余的过滤器 再生装置（分子筛+离子 交换器） 蓄能器（5-50L） 电子设备（液位开关、压 差开关 等） 在线循环系统(循环泵、 冷油器、滤油器）（各两 只） 冷油器采用空气冷却器 EH供油系统原理 原理图 调节汽阀/再热调节汽阀油动机 快关电磁阀 伺服阀 压力油回油油缸 行程发送器 过滤器 快关弹簧 阀门 主汽门/再热主汽门油动机 方向阀 快关电磁阀 压力油回油油缸 过滤器 快关弹簧 阀门 EH油动机 主汽门 调 门 油动机 EH油管路 EH液压系统特点 油箱集成式，

2、冗余的循环泵和冷却泵 冷油器采用空冷 不设机械超速，无隔膜阀 不采用停机电磁阀和超速保护电磁阀，无 安全油压和OPC油压，每只油动机设两只冗 余的快关电磁阀 LVDT采用内置式，直流反馈信号 EH系统油冲洗 油冲洗示意图 油冲洗工具 油动机侧压力油管和 回油管通过截止阀相 连 全压，通过蓄能器冲 洗 一次冲洗一根管道 系统图（PID) 本体系统图 润滑油、轴承、疏水、轴封等 测点清单 KKS号 卡件柜 AS417 AS417AS417 FM458 ET200ET200ET200ET200ET200 ADDFUM 继电器柜卡件柜 服务器 PLANT BUS SINEC H1 FO TERMINA

3、L BUS SINEC H1 FO 时钟 辅助系统ETS 转子应力 阀门控制 自启动 操作员站 B A 电源 工程师站 DEH配置(西门子T3000) v 系统通信 工业以太网通信协议，用于AS417H控制器、工程师站、操作 员站总线间的通讯，速度可达100M。 PROFIBUS-DP通信协议用于AS417H控制器与ET200M以及FM458 与ADDFEM接口间的通讯,速度可达12M。 v 控制器 两对冗余的处理器417H和FM458, 实现双控制器冗余切换，切 换时间为毫秒级。 v I/O模件 I/O采用汽轮机控制专用的ADDFEM模件和通用的ET200M模件 ADDFEM 的模拟量输出信

4、号可直接驱动伺服阀； 完善的自诊断功能、传感器断线监测功能、在线插拔功能 DEH系统硬件配置 冗余417H，FM 458 和 ADDFEM 冗余的自动化系统 Profibus DP(12 Mbit/s) ADD FEM(DEH控制专 用的输入输出模块) ET200M( SIEMENS标 准输入/输出模块) 姆欧的新项目姆欧的新项目姆欧的新项目姆欧的新项目 ET200M PROFIBUS DP FM458 A x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x SIEMENS x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

5、x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 姆欧的新项目姆欧的新项目 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x PROFIBUS DP FM458 B SIEMENSSIEMENS ADD FEM AS 417AAS 417B ADD FEM

6、 FM 458 超高速处理器 n功能强大的功能强大的FM458处理器处理器 用于高速的汽轮机控制用于高速的汽轮机控制 高性能闭环控制和运算处理 高速响应能力用于转速控制和 紧急遮断 高分辨率用于位置控制 128 MHz, 64bit RISC 浮点处 理器 最小循环周期 0.1 ms , 一般为 0.5 ms. 性能卓越的ADDFEM nDEHDEH专用控制接口模块专用控制接口模块 ADDFEMADDFEM 12 通道数字量输入 8 通道模拟量输出 12 通道模拟量输入 3 通道脉冲量输入 16 通道数字量输入 冗余的Profibus DP 接口,支持12M/S通信 速率 完善的自诊断功能 汽

7、轮机控制系统 蒸汽阀门控制 应力计算及温度准则（X准则） 汽轮机自启动 汽轮机辅助系统控制 转速/负荷控制器 启动限制控制器(TAB) 自动阀门试验(ATT) 压力控制器 高排温度控制器 蒸汽阀门控制(MYA01) DEH控制简图 + - + - + - M N M N M N M N M N - + + - - + M N + - M N + - B1 B5 B1 B2 B3 B4 B5 - 应力计算 自启动 协调控制 保护系统 阀门试验 其它系统 主汽压力 主汽压力设定 进汽压力控制偏差 高排温度控制偏差 #1调门阀限 高排温度控制器 进汽压力控制器 主汽压力控制器 转速/负荷控制器 转速

8、设定 实际转速 实际负荷 负荷设定操作员站 指令 指令 #2中调门阀位 #1中调门阀位 指令 补汽阀阀位 指令 #1调门阀位 指令 #1调门阀位阀位控制器 油动机 DEH主控制画面 DEH的功能 转速控制 负荷控制 v应力监视（TSE v升速率监视功能 v同步功能 v变负荷功能 v 甩负荷控制 v频率单元 主汽压力控制 v压力限制方式 v初压控制方式 阀位控制 v阀位控制 v阀位限制 高排温度控制 高排压比控制 高排压力控制 转速/负荷控制器 负荷控制器 采用允许的负荷率升负荷。最大的升降负荷率 根据锅炉能力，同时还受应力（TSE）限制。在锅 炉故障时或负荷指令变化太快，则由应力限制器对 汽轮

9、机控制阀进行节流。该负荷控制器的功能为： v从负荷控制主汽压力限制方式转为初压力控制 方式。 v在甩负荷时防止机组超速。 v在带负荷运行时通过频率/负荷静特性支持电网 频率。 v根据电网要求以动态及稳定的方式使汽轮发电 机在负荷岛（与电网分开）并列运行。 转速/负荷控制器功能 改变负荷功能 负荷可以由运行人员手动设定，或由外部系统（协 调控制器或负荷分配器）自动设定，在上述情况中， 如果需要，设定值受TSE限制，为了改善动态稳定 性，负荷设定值的比例系数可调，并对负荷控制器 直接进行控制。 从负荷控制切换到转速控制 在带负荷运行时转速设定值自动切到正常转速，因 而当甩负荷时可精确地控制在此转速

10、。 当机组脱网时，负荷设定值切除并自动转到转速控 制。 当机组带负荷时，也可以从负荷控制切除为转速控 制，此切换为无扰的。 压力控制器 压力控制器以下列两种方式起作用。 压力限制方式 压力限制方式时，负荷控制仍起作用，压力控制器仅是作为限制 器，在主蒸汽压力降低时支持锅炉压力控制，如果主蒸汽压力低于某 个可调限制值，如低于正常压力10bar，汽机调节阀将节流以防止主 蒸汽压力进一步降低，在此方式压力会很快恢复。 初压控制方式 当从压力限制方式切到初始压力方式，转速/负荷控制器切 换到压力控制器，此时负荷保持不变，在初始压力方式，HP 压力由调节阀控制维持在某个设定值，即锅炉负荷的变化使汽 机调

11、节阀位变化。 阀位控制器 。 每个调节阀有一个比例控制器，为了改善控制特 性，阀位控制器接受主控制器信号，每个控制阀有一 个阀门特性校准，此校准将进汽流量要求信号（来自 主控制器）转化为阀位指令信号，油动机上测得的阀 位信号作为反馈送入阀位控制器，阀位控制器控制调 节阀的阀位。如果实际阀位信号失效，则相应的控制 阀缓慢关闭。 阀位限止阀位限止 阀位设定值限止作用于每个阀位控制器，这样对 每个阀门设定值进行限制，此作用可在控制室进行手 动设定，也可由自动阀门试验(ATT)发出进行阀门试 验 确保汽轮机阀门开启/关闭的正确指令 复置及遮断汽轮机遮断系统 复置及遮断停机电磁阀 模拟阀位信号 闭锁信号

12、 自动或手动调节 汽轮机安全停机 汽轮机启动装置（TAB)的功能 汽轮机启动装置（TAB)的功能 启动装置提供一个模拟量信号去一个低选逻辑。在 起动前，当遮断信号释放时，启动装置将阀位信号 置零，保证调节阀可靠关闭。 在起动时起动装置的信号开始升高，使转速控制器 进行转速控制，当汽机达到正常速度，并且发电机 已同步，起动装置设定在100%位置，这样主控制 器信号不再受限制。 启动限制控制器(TAB) 确认设备的可靠性 在运行期间 选择单个阀门 故障退出试验 试验 检查活动情况 安全功能试验 最大关闭时间 提供操作员启动及监视 自动阀门试验(ATT)的功能 自动阀门试验 ATT操作画面 应力监视

13、 m + - Compression Area Tension Area Measuring Points aprox. 1% aprox. 54% 100% Heat Insulation Measuring Insert D o (r) D r Casing Wall m o perm perm 0 heating up cooling down 温度应力监视 启动阶段允许的温差 保温层 热电偶 缸壁 热电偶 测量点 应力计算 汽 缸转 子 TSE温度裕度画面 TSE作用 计算及监视汽机热应力，通过温差来决定相应 部件的热应力，将此温差与允许温差比较来计算允 许的温升率，这样，可以在透平材

14、料应力与最大的 运行灵活性进行最优化控制，所有测量的温度及计 算的温度余度均进行指示及记录。 进行下列部件的监视: HP主汽门阀壳，HP调节 门阀壳，HP汽缸， HP转子，IP转子 在启动及带负荷时防止汽机超过热应力运行， TSE根据所测的温差计算余量，然后作用于控制设 定值，在起动时为转速设定值，在带负荷时为负荷 设定值。TSE可在控制室进行投入或切除。 X准则 v可变的温度准则（X准则）描述了在应力限制内，允许汽轮机在 最佳时间内启动所需要的蒸汽工况.可变温度准则详细说明了所 需要的允许下面的动作实现的蒸汽条件。 开启高压主汽门，加热主蒸汽管道和阀体 开启调门，汽轮发电机带蒸汽冲转 汽轮发

15、电机组加速到额定转速 汽轮发电机带负荷 v可变温度准则按照功能可以分为三个不同的部分： 最小的蒸汽温度限制以避免加热组件时的不适当冷却 最小的汽缸温度限制以避免在给定的蒸汽温度下出现不适当 的瞬时的热载荷 在汽轮机带蒸汽冲转前设置过热度 汽轮机组自启动 汽轮机主控程序在汽轮机启动冲转及带 负荷工程中，监视汽轮机的状态，如蒸汽温 度、阀门及汽缸的金属温度，并判断是否满 足机组启动冲转的条件（X准则）。在启动 过程中在适当的时机向汽轮机辅助系统及其 它相关系统发出指令并从这些系统接受反馈 信号，使这些系统的状态与汽轮机启动的要 求适应。 汽轮机启动 高中压联合启动 高压缸先进汽，中调门在 16%流

16、量时开启 根据高排温度调节高中压 调门的开度，调整高中压 缸流量比 DEH的功能 辅助系统控制 润滑油系统控制 控制油系统控制 汽机本体疏水系统控制 轴封系统控制 抽汽逆止门控制 盘车控制 低压缸喷水控制 润滑油系统控制画面 DEH控制逻辑图 保护系统（ETS） 汽轮机超速保护汽轮机超速保护(OPS) ： 机组不设机械危急遮断器，采用电子超速装 置。当机组转速超过设定值时，发出停机信号。 电子保护系统电子保护系统(EPS) ： 采集所有需要停机的模拟量的值，当这些 值超过设定值时，发出停机信号。 汽轮机遮断系统汽轮机遮断系统(TTS) ： 接受所有的停机信号，使停机电磁阀动作， 遮断机组。 B

17、RAUN三通道转速监视器 三个测量通道 当3个测量通道的测量结果不同时 ，报警信号的发出由3个通道中的2 个通道同时确定。 系统不断检查传感器输入回路， 不同通道的传感器输出信号被同时 监测，并对各通道进行合理的控制 。任何一个故障都发出报警信号。 一个独立的数字信号发生器，用 以模拟转速变化，对系统进行全面 的调试实验，可实现手动操作或自 动模拟。 超速保护构成 电子保护系统电子保护系统(EPS)(EPS) 汽轮机电子保护系统接受传感器、热电偶等重要的保 护信号。当这些信号超过预设的报警值时，发出报警。 当参数继续变化超过遮断值时，发出遮断信号，通过 TTS系统动作停机电磁阀，遮断机组。 标

18、准的保护包括三取二组态（除振动信号采用二取 二）。 汽轮机保护条件通过模拟量测量，信号不间断的进行 监视和比较。通过数字化自动系统执行信号处理。采 用这种设计，可以精确完成所有汽轮机组保护回路而 不需要进行额外的试验。 汽轮机遮断系统汽轮机遮断系统(TTS)(TTS) 汽轮机遮断系统(TTS)是一个连接 EPS/OPS系统和遮断电磁阀的二通道系统。 所有的汽轮机遮断指令，OPS、EPS、发 电机保护、遮断按钮等产生停机信号，都通过 TTS系统动作遮断电磁阀。 停机信号和电磁阀控制信号采用故障安全型卡 件，双通道输入输出。 主要停机信号 超速保护 三取二(数字量) 轴向位移大 三取二(模拟量) 排汽压力大 三取二(模拟量) 排汽温度高 三取二(模拟量) 润滑油压低 三取二(模拟量) 油箱油位低 三取二(模拟量) 轴承温度高 三取二(模拟量) 轴承振动大 二取二(模拟量) 就地手动停机按钮 (数字量) 控制室手动停机按钮 (数字量) 其它汽轮机保护指令 (数字量) 其它保护信号(