1000MW汽轮机控制保护系统综述综述

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， 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

2、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AS417AS417AS417FM458ET200ET200ET200ET200ET200ADDFUM继电器柜卡件柜服务器PLANT BUS SINEC H1 FOTERMINAL 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BA电源

3、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 A

4、DDFEM 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ET200MPROFIBUS DPFM458 AxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxSIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx姆欧的新项目姆欧的新项目xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

5、xxxxxxxxPROFIBUS DPFM458 BSIEMENSSIEMENSADD FEMAS 417AAS 417BADD FEMFM 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ADDFEMnDEHDEH专用控制接口模块专用控制接口模块ADDFEMADDFEM12 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

6、 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 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

7、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（TSEv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

8、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。 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。

9、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

10、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 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，

11、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m+-Compression AreaTension AreaMeasuring Pointsaprox. 1%aprox. 54%100%Heat InsulationMeasurin

12、g 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

13、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

14、，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

15、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。 BRAUN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。超速保护构成转速

16、信号1转速信号2转速信号3去FDI卡 ETS回路脉冲信号 去ADDFEM卡脉冲信号 去ADDFEM卡脉冲信号 去ADDFEM卡继电器继电器继电器超速保护卡动作信号动作信号超速保护卡动作信号超速保护卡三选二三选二超速保护卡动作信号超速保护卡动作信号动作信号超速保护卡继电器继电器继电器转速信号6转速信号5转速信号4OR去停机电磁阀供电回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡 ETS回路去FDI卡 ETS回路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

17、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。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

18、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(数字量)ETSETS技术特点技术特点 超速保护系统(OPS) 是带有自动在线试验的特殊电子系统，提供3只独立的转速探头和通道 。 电子保护系统(EPS) 执行回路是冗余的控制系统。 每个(EPS) 回路提供三个热电偶或传感器，并采用不同的冗余I/O通道。 所有的遮断信号有指示。 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。 传感器、电缆、电源和仪表系统故障具有自诊断和指示。监测仪表（TSI）采用瑞士采用瑞士VIBROMETER公公司司VM600产品产品v 卡件组态可以在线进行 输入输出非常灵活v 通讯可以经过串口或以太网连接v 可以加装CMC16状态监测模块和VM600的状态监测软件CMS，组成一套集监测保护和状态/运行监测为一体的系统v 一个框架可以监测多达48个通道（