超超临界汽轮机控制保护系统2011

1、超超临界汽轮机控制保护系统q 汽轮机 闭环控制 (DEH) 电子保护系统 (EPS) 超速保护系统 (OPS) 汽轮机遮断系统 (TTS) 热应力计算 (TSE)q 汽机岛 汽机岛辅助系统控制 开环控制 高压/低压旁路控制和保护 汽轮机和发电机监视、分析和诊断 发电机辅助系统和电气设备 励磁、电压调节、同期、发电机氢油水系统等等控制范围控制功能机组控制级汽轮机主控程序开环控制润滑油系统控制油系统本体疏水系统抽汽逆止门盘车控制低压缸喷水电子保护系统保护功能超速保护系统汽机遮断系统自动汽机试验监视功能热应力计算转速温度振动/膨胀闭环控制汽轮机控制器轴封蒸汽控制控制系统结构CJJ12&CJJ

2、13汽机的监视功能汽机的监视功能CJJ14&CJJ15辅助系统控制辅助系统控制(选项选项) CKB11网络柜网络柜应用服务器、应用服务器、交换机、交换机、GPS时钟、时钟、MODBUS通讯接口通讯接口CUM11电源柜电源柜SITOP电源电源CJJ11(Core I&C)汽机闭环控制和保护功能汽机闭环控制和保护功能操作员站操作员站操作员站操作员站工程师站工程师站工业以太网工业以太网220VAC24VDC110VDC应用服务器应用服务器硬件配置&网络结构S7-400HFM458FailsafeTurbine TripSystemAddFEMTurbine Protectio

3、n SystemS7-400H辅助辅助 I/OIndustrial EthernetProfibus应用服务器应用服务器客户端客户端DEH & ETSOverspeed Protection2oo3L+ 汽轮机控制器 (DEH) CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458EHA-Gov. Valve转速控制器, 汽轮机负荷运行方式下具有超速限制功能 负荷控制器, 频率和压力校正功能初压压力控制器, 提供对额定蒸汽压力的支持高压以及中压调门修正模块 限制器功能( 包括负荷，压力）100% 的CPU，I/O和通讯模块冗余数字式伺服控制 FM 458 和 ADDFEM冗余的冗余

4、的 PROFIBUS DPSIEMENSSIEMENSADD FEM1SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxSIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxFM458 B4.20mA+/- 50mA4.20mACV1 LVDT CV1 伺服阀线圈伺服阀线圈AOAO数字式伺服控制数字式伺服控制超高速超高速FM458 CPU0.1ms循环周期循环周期超高速超高速I/O ADDFE

5、MI/O信号可灵活配置信号可灵活配置P线圈线圈 2线圈线圈 1阀门阀门位置设定位置设定LVDT +/- 50mA+/- 30mA+/- 30mAAOCV2 LVDTCV2 伺服阀线圈伺服阀线圈SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx+-CPU 400FHFM458CPU 400FHFM4583 冗余的转速测量 FM 458 和 ADDFEM冗余的冗余的 PROFIBUS DPSIEMENSSIEMENSFM458 B计数脉冲的技术数据：计数脉冲的技术数据：每个每个ADDFEM带带

6、3通道输入通道输入最高频率最高频率: 20KHZ 精度精度: 0.01%采样周期采样周期 : 2ms冗余的冗余的FM4583 通道转速测量通道转速测量SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxADD FEM 1SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxSIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

7、xxxxxxxxxxxxxxxCounter InputADD FEM 2ADD FEM 3Counter InputBRAUN E16CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458多种类型信号输入输出 AS414PG 和 ET200M冗余冗余 PROFIBUS DPSIEMENSSIEMENSET200M 1FM458 BmA/V/TC/RTDET200M 2冗余的冗余的 AS400H多种类型输入多种类型输入/输出信号输出信号mA/V/TC/RTD现场设备现场设备现场设备现场设备CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458闭环控制 (MYA01)阀门控制主汽门调门热应力

8、评估热应力评估Thermal StressEvaluator汽机主控程序汽机主控程序Turbine Master Program监视功能监视功能Monitoring汽机控制器汽机控制器Turbine governor 闭环控制 (MYA01)+-+-+-M NM NM NM NM N-+-+M N+-M N+-B1B5B1B2B3B4B5-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

9、指令#1调门阀位指令#1调门阀位阀位控制器油动机转速/负荷控制器通过设定转速和负荷设定值，转速/负荷控制器调节进入到汽轮机的蒸汽流量来实现转速和负荷的控制。同时，也与电网消耗的发电机负荷匹配。当电网频率和额定频率相对应时达到平衡。如果电网频率高于额定频率，发电机功率将减小。如果电网频率低于额定频率，发电机功率将增加。转速/负荷控制器通过带不等率的一次调频来调节功率输出。不等率的设定根据电网频率与额定频率的偏差需要增加或减少的输出功率而定。5%的不等率意味着5%的频率偏差将会引起机组100%的额定负荷的变化。 转速/负荷控制器是一个两变量控制器。在下列工况下它调节汽轮发电机的转速和负荷：机组启动

10、同期机组带负荷甩负荷机组停机运行员可以在画面上选择机组负荷由转速控制器或负荷控制器控制。从转速控制器的负荷运行切换到负荷控制器的负荷运行，两个设定值自动匹配，以保证两种运行方式的无扰切换。主汽压力控制器主汽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压控制方式，转速/负荷控制器切换到压力控制器，此时负荷保持不变。在初压控制方式，主汽压

11、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节阀位变化。高排温度控制器如果发生非稳定状态过程，为了限制叶片的热应力和差胀，高压叶片排汽区域蒸汽温度必须不能超过最大设定值。可以适当控制流经高压缸的蒸汽流量以保持排汽区域中的温度低于允许值。通过高压缸/中压缸修正功能，适当调整高调门和中调门开度。以保证高压缸在任何不稳定状态运行过程中，如甩负荷、启动和停机期间（任何不同的主蒸汽工况或凝汽器压力），温度不超过允许值。当计算的转子温度超过了可变的设定值，采用高压排汽蒸汽温度限制控制器来调整中调门开度。如果高压排汽温度继续升高，透平控制系统首先发出报警信号。如果温度进一步升高，透平遮断动作。高

12、压排汽蒸汽温度测点在高压叶片末级区域。高排蒸汽温度限制控制器由机组SGC启动。高压排汽温度控制器是PI控制。高压叶片级压力控制器在带有旁路系统的再热汽轮机启动时，高压调节阀先打开，汽轮机高压缸接收蒸汽流量。最初由于蒸汽的凝结而加热，然后则是对流产生加热。最初的凝结阶段，在饱和蒸汽温度下产生强烈的热交换。饱和蒸汽温度则与蒸汽的压力相关。但是，如果冷再热蒸汽压力（高压缸的背压）已经异常的高了（相应的饱和蒸汽温度也高），则会在受监视的部件中发生不允许产生的温度梯度。为了限制饱和蒸汽的温度发生如此变化，需要通过压力限制控制器的控制，在适当的压力下进行加热。因此，高压叶片级压力控制器就用作压力限制控制器

13、，在蒸汽开始进入高压缸及加速到暖机速度期间，它通过阀位设定值组成对各高压调节阀进行限制。该控制器有一变化的压力设定点，它是高压缸部件平均温度和许用温差的函数，随着温度的升高，它的作用逐渐减少。当该控制器工作时，将汽轮发电机加速到暖机速度所需的任何动力都靠进一步打开中压调节阀来获得。在冷态启动的情况下，高压调节阀此时可能被节流，这时主蒸汽温度较低及暖机速度也较慢。这样，高压叶片就不会因鼓风作用而遭受过度的温升。该控制器通过汽轮机SGC投入。当汽轮机达到额定转速之下的最小设定转速时或在测量数值有故障时控制器工作状态切除。高压叶片级压力控制器是PI控制。阀位控制器每个调节阀有一个比例控制器，为了改善

14、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。q 阀位限制阀位限制设定值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。启动装置 (TAB)q 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 自动或手动调节 汽轮机安全停机q 启动装置提供一个模拟量信号去一个

15、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。q 在启动时启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。 启动装置 (TAB)自动汽机试验自动汽机试验 (ATT)q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q试验 检查活动情况 安全功能试验 最大关闭时间q操作员启动及监视 热应力计算 (TSE)q什么是热应力构件因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或部件本身温度不均匀使伸缩受制约而产生的应力，称为热应力。由于热应力是温度变化而产生的，所以也称温度应力

16、或温差应力。部件工作时，它的尺寸将因温度变化而伸缩。若部件的伸缩不受任何限制，温度变化只能使其变形，而不致产生应力。若部件不能自由伸缩，将会在其内部产生应力。部件在受热或冷却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力。低温部位产生拉应力。热应力计算 (TSE)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 H

17、P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，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。IP-CasingSBIN-NB K1FltHP-ShaftHP-Casing123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L+800+80123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 L+8

18、0+80SBIN-NB K1FltSBIN-NB K1FltCloseIP-Shaft123K3 .0 G W 2 L123K3 .0 G W 2 LSBIN-NB K1Flt3SA10C010C-XT013SA10C010C-XQ073SA10C010C-XQ063SA10C010D-XQ063SA10C010E-XQ063SA10C010F-XQ063SA10C010D-XQ073SA10C010E-XQ073SA10C010F-XQ073SA10C010D-XT013SA10C010E-XT013SA10C010F-XT01+800+80+800+80+800+80+80+80+80热应

19、力计算 (TSE)m+-Compression AreaTension AreaMeasuring Pointsaprox. 1%aprox. 54%100%Heat InsulationMeasuring InsertDo(r)DrCasing Wallmopermperm0heating 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热应力计算 (TSE)dTdTCasingddTuddTodTzul odTzul uShaftdTzul odTzul uddTuddToTmT1TmTaTaxSimulationSimulation8040-400

20、708040-400298040-400828040-40023缸体转子X准则 (X Critria)q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。可变的温度准则详细说明了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电机组加速到额定转速汽轮发电机带负荷q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。汽机主控程序 (SGC Steam Turbine)

21、q协调从停机到满负荷运行的自动启动过程q在不同的运行工况下 (包括冷态、温态、热态启动和改变负荷，过临界转速)热应力的直接作用q机组与电网脱开时，自动平衡负荷实现孤网运行q自动完成从满负荷到投盘车的停机操作过程汽机主控程序确保由一键操作实现所有运行方式下的汽轮机自动控制功能:SpeedLoadStand-StillTurning Gear故障安全型的汽轮机遮断系统(ETS)Electronic Protection System (EPS)- ANALOG -trip criteria 1AP - BAP - AI/O - ch.2I/O - ch.3trip criteria 2trip c

22、riteria xI/O - ch.1red. L2-BusTurbine Trip System (TTS)- BINARY -turbine protectionsystem trip *)generator electricalprotection trip *)emergency trippush buttons *) trip solenoid valve(s)ch.2ch.1ch.2ch.1 1Overspeed Protection System (OPS)binary signalshardwired*)overspeed protectionsystem 2 trip *)T

23、urbine Protection System - Overviewch. 2ch. 1ch. 32v3故障安全型的汽轮机遮断系统 (ETS)q 电子保护系统(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。q 汽轮机遮断系统(TTS) 汽轮机遮

24、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。故障安全型的汽轮机遮断系统 (ETS)CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458OverspeedProtection2x2oo3L1+ L2+#ESV/CV ValveFailsafe Application故障安全型的汽轮机遮断系统 (ETS)n 将标准的和故障安全型的将标准的和故障安全型的 组态程序整合在同一对控制器中组态程序整合在同一对控制器中 n 通过支持通过支持Profisafe 协议的标准协议的标准Profibus 进行通讯进行通讯n 故障安全型的故障安全型的 I/O 模块模块E/AET200MS7-400H CPU (F able)(CPU 417-4H or 414-PG)Standard PROFIBUS DPcommunication together withfail-sa