新华 DEH -V 汽轮机数字式电液控制系统

1、DB04008D E H-V汽轮机数字式电液控制系统D i g i t a lE l e c t r o-H y d r a u l i cS y s t e m目录1.概述 (22.DEH-V系统结构 (32.1.硬件组成 (32.1.1.分散处理单元DPU (42.1.2.I/O处理模件 (42.1.3.I/O端子板 (122.1.4.人机接口站 (152.2.软件结构 (152.2.1.MMI软件 (162.2.2.DPU软件 (172.2.3.通讯处理软件 (193.EH液压系统 (193.1.高压抗然油系统 (193.1.1.供油系统 (193.1.2.执行机构 (203.1.3.危

2、急遮断系统(AST/OPC (213.2.低压透平油系统 (214.DEH-V在小机组中的应用 (235.DEH-V控制功能简介 (236.DEH-V人机界面 (307.DEH-V的特点 (338.引用的规范和标准 (349.应用领域 (3510.DEH-V技术规范 (3611.外形尺寸 (3612.电源要求 (3713.运行环境 (3714.参考业绩 (371.概述汽轮机是高温、高压、高速旋转的大型动力设备,汽轮发电机转子的时间常数小,自平衡能力很弱,转子、汽缸等部件厚度大,温度变化剧烈。因此要求汽轮机控制系统必须具有实时性、快速性,尤其在其阀门控制、转速调节、超速保护、应力计算和寿命管理等

3、方面有其特殊性。汽轮机数字式电液控制系统DEH是电站汽轮发电机组不可或缺的组成部分,是汽轮机启动、停止、正常运行和事故工况下的调节控制器。DEH系统与EH系统组成的电液控制系统,通过控制汽轮机主汽门和调门的开度,实现对汽轮发电机组的转速、负荷、压力等的控制。 DEH-V汽轮机岛一体化系统图DEH-V汽轮机控制系统是新华公司在三百多套DEH-IIIA系统,五年多运行实践的基础上改进而成的。DEH-V系统包含了当今最先进的控制技术,进一步提高了系统可靠性,使系统结构更加合理,DEH调试、维护更加方便。DEH-V系统集成了控制、监视和保护功能,范围涵盖给水泵汽轮机控制系统MEH、汽轮机旁路控制系统B

4、PC、汽轮机保护系统ETS、汽轮机监测仪表系统TSI、汽轮机故障诊断系统TCM、汽轮机寿命管理系统Sailor、全厂仿真系统Simpanel等集成为一体,组成汽轮机岛控制系统,简称ATM。 DEH-V系统结构图2.DEH-V系统结构2.1.硬件组成DEH-V控制系统硬件由控制机柜、端子柜、操作盘、连接电缆、人机界面等组成。端子柜内含有各种端子模件,完成将各种现场信号转换为I/O模件可以接受的标准信号,同时完成I/O模件送来的指令信号的处理工作,包括给变送器供电、电流/电压转换等。控制机柜内包括冗余处理单元DPU,I/O控制模件、交流电源配电箱、冗余直流电源以及相互之间的连接预制电缆等。操作盘是

5、可选的,用来在自动控制系统故障情况下,维持机组运行或在线处理、更换部件时使用。DEH系统的操作与显示,数据、曲线的记录等均由连接在高速数据公路上的工程师站、操作员站完成。DEH-V的系统与原DEH-IIIA相比,其结构上的改进有:1.改进DEH基本控制部分的系统结构,使原来典型的5个I/O控制站减少到3个,减少了系统的响应时间,提高了DEH性能;2.可以根据设计需要,自由安排阀门控制模件和OPC模件,增加了通用性和分散性;3.采用双层网络结构,I/O总线采用10MB/S冗余工业以太网,网络通讯采用100MB/S冗余工业以太网,大大提高了DEH系统的数据吞吐量;4.DEH-V仿真系统更加方便和规

6、范,只需将EMU模件插入插槽即可;5.VPC模件位置可以自由安排,布局更加合理,负载均衡,自动化程度提高; DEH-V机柜示意图2.1.1.分散处理单元DPUDPU为DEH-V控制系统的主机部分,采用Pentium400处理器,运行在实时控制系统之下。汽轮机的控制软件都装在DPU内,DPU通过冗余I/O总线,实现对下位机的通讯及控制。同时通过网络接口模件实现DPU联网。软件的修改在工程师站上完成,组态完毕后装载至DPU 内,修改可以在线修改或离线修改。汽轮机由两套冗余的DPU控制,互为热备用。2.1.2.I/O处理模件DEH-V系统全部采用智能控制处理模件,每一块模件由印刷电路板、电子元器件、

7、微处理器、输入输出接口等组成,完成特定的信号处理功能。DEH-V系统I/O模件均采用表面贴装工艺。用于DEH-V系统的模件主要有:a开关量输入模件(DIb开关量输出模件(DOc模拟量输入模件(AId模拟量输出模件(AOe阀门控制模件(VPCf转速测量与保护模件(SDPg专用仿真模件(EMUhETS处理模件(LPCiTSI处理模件(VDP、SKPn VPC模件其中VPC模件专为DEH-V系统设计,用于汽轮机阀门伺服驱动控制。该模件与功率放大模件相配合,可以实现对高压抗燃油或低压透平油系统电液转换器的驱动。VPC模件与电液转换器一一对应,实现油动机的单独控制。如果汽轮机的阀门与油动机也是一一对应,

8、则在低压纯电调系统中也可以实现阀门管理功能。VPC模件还具有手动、自动切换、跟踪功能,以及与液压安全油系统的联锁保护功能。DEH-V阀门伺服控制方面的新特点包括:1.阀门控制模件VPC可以适应各种LVDT、变送器等多种位移反馈信号;2.VPC模件采用智能数字整定,无须人为调整阀门开度和零位。避免了手动调整,提高了自动化程度和位置精度;3.实现了阀门反馈信号智能选择,克服了反馈信号故障对阀门控制回路的影响,提高了阀门控制的可靠性;4.采用16位A/D、12位D/A转换器,进一步提高阀门控制精度;5.采用PWM脉宽调制技术,实现低压电调系统的大电流驱动,减少了功耗,使部件工作更加可靠; VPC模件

9、示意图通过工程师站或便携机,通过BCnet网络或通过VPC模件上的串口均可连接VPC,对其进行工作方式设置、阀门开度校正、控制回路参数调整等。VPC模件采用数字整定后,在提高阀门控制精度和准确度的同时,大大减少了现场调试人员的工作量。热工人员在工程师站或者通过便携式计算机就可以对阀门进行远程校正。可以一次完成阀门或油动机的零位、满度、偏置调整。还可以调整阀门控制回路的PID参数,使阀门伺服控制特性达到最佳状态。这些参数设置完成后,保留在工程师站和VPC模件上。通过工程师站可以对VPC模件的参数进行下装和上装,这样,当机组运行中某VPC故障的情况下,就可以直接把保存在工程师站上的参数下装到新的V

10、PC模件中,不需要重新对VPC模件进行整定。VPC数字整定界面VPC模件可以接受最多4路反馈输入,包括2路LVDT信号或者2路420mA标准变送器信号。在VPC模件调试软件中可以设定单独选择其中1路信号或对多路反馈进行智能选择,作为反馈信号,包括:n 选“A”以A路信号为反馈n 选“B”以A路信号为反馈n “均选”以A路和B路的平均值信号为反馈n “自动高选”根据2路信号的情况,智能选择A路或B路信号当VPC检测到2路反馈均故障的情况下,自动输出指令关闭该阀门。VPC模件还设计了与机组安全保护系统的联锁功能,当紧急遮断系统动作以后,安全油压力消失,主汽门关闭。检测该安全油压力的3个压力开关就动

11、作,联锁VPC模件快速清除阀门控制指令,使调节阀门跟随关闭。 VPC联锁保护原理图为了保证DEH系统的安全可靠和方便在线维修,DEH-V设计了后备手动操作盘。通过手动操作盘可以在DEH主控系统故障的情况下,直接操作汽轮机的进汽调节阀门,维持机组运 统。在这种情况下,当任何一块VPC模件、或一根LVDT故障等情况仍然可以维持机组运行。此时,故障部分可以在线更换,进一步提高了机组的可利用率。 冗余VPC控制原理图VPC具有多种监测与诊断功能,可以在线监视阀门开度指令、反馈、伺服阀驱动电流、机组挂闸、OPC等信号,故障时给出报警并记录,便于分析阀门的运动情况。VPC模件的主要特性:(1输入,输出信号

12、完全隔离,隔离放大器耐压达1500V(28路新型电子开关(隔离电压达400V,切换时间0.5mS(3高可靠性设计、支持直接手动逻辑(4支持热插拔设计,单电源24V或5V(5LED状态指示(6全新低功耗设计Pmax4.5Wn SDP模件SDP模件检测汽轮机转速,并判断是否超过超速保护与控制设定值,同时该模件还具有甩负荷预测(LDA功能、功率-负荷不平衡(PLU功能等,并可实现在线运行超速保护试验。SDP模件可以在20ms内完成转速的判断、执行任务,保证汽轮机甩额定负荷转速飞升不超过7%。同时为了保证超速保护系统的可靠性,在DEH-V系统中采用了3块独立的SDP模件,其输出结果进行“3选2”判断,

13、可以最大程度上防止误动和拒动。冗余总线冗余总线 SDP超速保护原理图SDP为汽机控制系统中专用的测速及超速保护模件,模件上采用AMD188EM为16位嵌入式CPU,它具有与速度快、数据处理能力强PC机的指令相兼容。因此,具有较强的软件开发手段。最大寻址空间为存贮器1Mbyte,I/O为64K,有3个16位定时器/计数器、多级中断、8个优先级等功能。程序存储器FLASHROM(AMD29F040,FLASHROM中固化了32K的EMON86V3.21和PI的执行程序,数据存储器一片628128128K字节的RAM,该RAM主要用于程序的运行和数据计算。SDP模件的主要指标是:1.1路转速输入:1

14、-20KHz,最小电压:100mV,测量转速时间20ms;2.8路开关量输入:机组挂闸、并网、遮断;3.4路开关量输出:OPC、AST;4.6 SDP模件示意图DEH-V系统OPC超速保护控制的特点是:1.OPC超速控制、甩负荷预测等功能仍由大规模可编程阵列硬件实现,保证OPC系统的快速性;2.OPC保护控制功能分散在3个独立SDP模件上,分散布置,通过硬件实现“三选二”表决,进一步提高可靠性;3.SDP模件为智能型,具有完善的在线监视、诊断手段;4.增加功率-负荷不平衡功能(PLU,解决电网故障后的系统稳定性问题;5.智能设定OPC保护控制设定值、测速齿数,使之适应DEH、MEH、ETS系统

15、;6.提高OPC BR1OSTIEP1SDP超速控制原理图SDP模件采用数字设定OPC动作定值,该定值包括超速保护控制(OPC动作点、超速保护遮断(OPT动作点、测速齿轮齿数、甩负荷预测(LDA动作点、功率负荷不平衡动作点(PLU等。这些设置值固化在SDP模件的FLASH-ROM中,DEH-V可以读取,并进行监视。由于可设置,因此SDP模件可以广泛适用于DEH、MEH、ETS等各种控制系统中旋转设备的转速测量。SDP模件主要特性:1.高性能、高可靠性设计2.输入/输出信号完全隔离,隔离电压达1500V3.硬件看门狗和电源检测功能。4.输入,输出自动诊断。5.全新低功耗设计Pmax4.50W6.

16、支持热插拔设计,单电源24V或5V7.LED状态指示SDP模件精度:1.测量精度1r/min2.灵敏度小于0.01Vp-p3.扫描周期10msn LPC模件LPC模件做为可选设备,主要为中、小型机组的紧急停机系统而设计。LPC模件采用CPLD器件的硬件,可实现各种ETS跳机保护功能与联锁逻辑。通过编程的方法,将逻辑固化在LPC模件上后,即作为硬件执行。LPC模件动作速度快,可靠性高,LPC模件的执行周期5ms,可以保证在出现紧急情况下,立即停止汽轮机的运行,保证机组的安全。该ETS特点是: LPC模件示意图1.硬件采用与DEH-V系统同一系列,实现了DEH、ETS系统一体化;2.节省了ETS系

17、统单独投资,降低了设备造价;3.减少了备品、备件的种类和数量,降低了系统维护、运行成本;4.采用双LPC模件冗余的配置模式或3块LPC模件冗余的模式,提高了保护系统的可靠性;5.可对任何一块LPC模件进行在线维护,而机组仍然具有连续保护功能,不影响机组运行;6.LPC模件具有智能CPU,可将所有保护信号通过I/O总线送到DPU,供显示、记录、报警,并记录跳机首出原因;7.同时LPC模件还具有顺序事件记录功能,时间分辨率1500V。4.6路开关量输出,隔离电压1500V。5.支持热插拔设计,单电源24V或5V6.全新低功耗设计Pmax60%,或转速上升超过107%,则PLU动作,关闭调节汽门。如

18、果频率波动超过额定频率0.5Hz 以上时,DEH自动投入二次调频。 105%107%103%95%100%n DEH频率调节与OPC的关系25超速保护控制OPC;提供103%、110%超速保护控制,定值可以根据具体机组设定。26甩负荷预测LDA;如果在机组负荷较高的情况下,发生发电机出口开关断开,则DEH判断机组必将严重超速,为此,在机组转速还没有达到OPC定值(103%之前,就提前快速关闭调节汽门,有效防止机组超速,大大改善转速调节的动态过程。27功率不平衡控制PLU;主要用于机组电气出现故障后,出力与负荷不平衡,将造成机组转速飞升的情况。这也是一种预防性的措施,有利于电网频率的稳定,保护电

19、网的安全。28手/自动无扰切换。DEH设计了手动和自动控制方式,两种方式相互跟踪,无扰切换。29时钟同步DEH-V 可以接受全球定位(GPS系统的时钟信号,作为整个DEH 系统的时钟基准。在DEH 系统内部,时钟由数据高速公路上级别最高的MMI 站决定。30通讯接口DEH-V 可以实现与DCS 通信,提供DCS 所需信息。一般通过DEH 工程师站与外系统进行通讯,也可以采用另外的网关站。提供的通讯接口包括:n RS232C:采用MODBUSSlaveRTU方式,可提供RS232C/485转换器n 基于TCP-IP 的以太网通讯,DEH 提供DEH 侧的网卡和连接电缆。31自诊断DEH 具有完善

20、的通道级自诊断功能,诊断范围包括电源、DPU、I/O 模件、I/O 端子,提供系统故障报警、保持或根据系统需要,使DEH 系统向安全方向转移。DEH-V自检功能6.DEH-V人机界面DEH-V系统通过操作员站OPU对DEH、MEH、BPC、ETS等系统进行正常操作,可以实现机组的启动、冲转、暖机、并网等一系列操作,对机组进行各种试验,以及目标值设定、控制参数修改等。DEH-V提供了在WINDOWS-NT操作系统下的多窗口显示和操作: 运行曲线 实时数值 棒状图 趋势图 报警窗口 启动方式 控制方式 设备启停 限制值设定 回路投切等下面是DEH-V的一些典型显示与操作画面:DEH-V操作基本画面

21、DEH-V操作面板DEH-V阀门控制画面DEH-V转速控制曲线DEH-V负荷控制曲线DEH-V报警画面7.DEH-V的特点1新华DEH-V计算机部分采用分散型控制系统,全冗余配置,以太网通讯。液压部分可以采用高压抗燃油或低压透平油作为工作介质。2DEH-V可以扩展,构成电站汽轮机岛控制系统。功能覆盖汽轮机控制系统DEH,给水泵汽轮机控制系统MEH,旁路阀门控制系统BPC,汽轮机紧急停机系统ETS,汽轮机辅机控制系统SCS,汽轮机及给水泵汽轮机监视仪表TSI等。3DEH-V的超速控制及保护(OPC,包括103%、110%、甩负荷预测LDA、功率不平衡PLU。OPC与基本控制系统分开,是一套独立的

22、硬件及软件,采用“三选二”结构,保证OPC系统的可靠性。4阀门控制采用智能整定,无须手动调整,可在线更换,无须重新整定。5DEH重要信号和输入模件采用三重冗余,在DEH-V内部进行三选二。6多变量多级反馈调节回路,确保动态响应及静态特性,参与电网一、二次调频。7基本控制采用冗余DPU,包括转速控制、功率控制、汽压控制,可实现机炉协调、电热协调。8具备独有阀门管理计算方法,可实现阀门流量特性线性化,实现单阀与顺序阀两种控制方式。9汽轮机阀门试验同时具有全行程试验及松动试验二种方式。10ATC控制采用冗余DPU。包括转子应力计算、寿命累计、汽轮机自动启停控制、辅机设备监测等。11配备与DCS系统及

23、大屏幕显示的接口,可实现与任何DCS系统的连接。12阀门伺服执行机构的位置反馈信号(LVDT双通道配置,智能选择,消除由于LVDT单通道配置故障时引起的阀门误动现象。13智能阀门伺服驱动卡与执行机构(阀门一对一构成伺服控制回路,可以进行在线维修。14高压抗燃油系统采用MOOG公司伺服阀、低压透平油系统采用新华专门为低压系统设计的碟阀电液转换器。15EH伺服执行机构油动机的缓冲技术,在阀门快速关闭时,避免阀门与阀座的撞击。16EH系统配置独立的滤油系统,在线油循环,保证油质。17DEH-V采用专用便携式仿真器,全功能闭环模拟汽轮机、锅炉、电网,考核DEH功能和运行情况。18设备齐全的EH系统电液联动试验室,保证EH设备可靠性。电液联动试验室8.引用的规范和标准(1通用标准n 美国防火协会(NFPAANSI/NFPA70国家电气规范n 美国电气和电子工程师协会(IEEEEIARS-232-C数据终端设备与使用串行二进制数据进行数据交换的数据通讯设备之间的接口n 美国仪器仪表学会(ISAISAIPTS68热电偶换算表ISARP55.1数字处理计算机硬件测试n 美国科学仪器制造商协会(SAMASAM