超超臨界汽輪機控制保護系統(tǒng)2011

1、超超臨界汽輪機控制保護系統(tǒng)q 汽輪機 閉環(huán)控制 (DEH) 電子保護系統(tǒng) (EPS) 超速保護系統(tǒng) (OPS) 汽輪機遮斷系統(tǒng) (TTS) 熱應力計算 (TSE)q 汽機島 汽機島輔助系統(tǒng)控制 開環(huán)控制 高壓/低壓旁路控制和保護 汽輪機和發(fā)電機監(jiān)視、分析和診斷 發(fā)電機輔助系統(tǒng)和電氣設備 勵磁、電壓調節(jié)、同期、發(fā)電機氫油水系統(tǒng)等等控制范圍控制功能機組控制級汽輪機主控程序開環(huán)控制潤滑油系統(tǒng)控制油系統(tǒng)本體疏水系統(tǒng)抽汽逆止門盤車控制低壓缸噴水電子保護系統(tǒng)保護功能超速保護系統(tǒng)汽機遮斷系統(tǒng)自動汽機試驗監(jiān)視功能熱應力計算轉速溫度振動/膨脹閉環(huán)控制汽輪機控制器軸封蒸汽控制控制系統(tǒng)結構CJJ12&CJJ

2、13汽機的監(jiān)視功能汽機的監(jiān)視功能CJJ14&CJJ15輔助系統(tǒng)控制輔助系統(tǒng)控制(選項選項) CKB11網絡柜網絡柜應用服務器、應用服務器、交換機、交換機、GPS時鐘、時鐘、MODBUS通訊接口通訊接口CUM11電源柜電源柜SITOP電源電源CJJ11(Core I&C)汽機閉環(huán)控制和保護功能汽機閉環(huán)控制和保護功能操作員站操作員站操作員站操作員站工程師站工程師站工業(yè)以太網工業(yè)以太網220VAC24VDC110VDC應用服務器應用服務器硬件配置&網絡結構S7-400HFM458FailsafeTurbine TripSystemAddFEMTurbine Protectio

3、n SystemS7-400H輔助輔助 I/OIndustrial EthernetProfibus應用服務器應用服務器客戶端客戶端DEH & ETSOverspeed Protection2oo3L+ 汽輪機控制器 (DEH) CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458EHA-Gov. Valve轉速控制器, 汽輪機負荷運行方式下具有超速限制功能 負荷控制器, 頻率和壓力校正功能初壓壓力控制器, 提供對額定蒸汽壓力的支持高壓以及中壓調門修正模塊 限制器功能( 包括負荷，壓力）100% 的CPU，I/O和通訊模塊冗余數字式伺服控制 FM 458 和 ADDFEM冗余的冗余

4、的 PROFIBUS DPSIEMENSSIEMENSADD FEM1SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxSIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxFM458 B4.20mA+/- 50mA4.20mACV1 LVDT CV1 伺服閥線圈伺服閥線圈AOAO數字式伺服控制數字式伺服控制超高速超高速FM458 CPU0.1ms循環(huán)周期循環(huán)周期超高速超高速I/O ADDFE

5、MI/O信號可靈活配置信號可靈活配置P線圈線圈 2線圈線圈 1閥門閥門位置設定位置設定LVDT +/- 50mA+/- 30mA+/- 30mAAOCV2 LVDTCV2 伺服閥線圈伺服閥線圈SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx+-CPU 400FHFM458CPU 400FHFM4583 冗余的轉速測量 FM 458 和 ADDFEM冗余的冗余的 PROFIBUS DPSIEMENSSIEMENSFM458 B計數脈沖的技術數據：計數脈沖的技術數據：每個每個ADDFEM帶帶

6、3通道輸入通道輸入最高頻率最高頻率: 20KHZ 精度精度: 0.01%采樣周期采樣周期 : 2ms冗余的冗余的FM4583 通道轉速測量通道轉速測量SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxADD FEM 1SIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxSIEMENSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

7、xxxxxxxxxxxxxxxCounter InputADD FEM 2ADD FEM 3Counter InputBRAUN E16CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458多種類型信號輸入輸出 AS414PG 和 ET200M冗余冗余 PROFIBUS DPSIEMENSSIEMENSET200M 1FM458 BmA/V/TC/RTDET200M 2冗余的冗余的 AS400H多種類型輸入多種類型輸入/輸出信號輸出信號mA/V/TC/RTD現場設備現場設備現場設備現場設備CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458閉環(huán)控制 (MYA01)閥門控制主汽門調門熱應力

8、評估熱應力評估Thermal StressEvaluator汽機主控程序汽機主控程序Turbine Master Program監(jiān)視功能監(jiān)視功能Monitoring汽機控制器汽機控制器Turbine governor 閉環(huán)控制 (MYA01)+-+-+-M NM NM NM NM N-+-+M N+-M N+-B1B5B1B2B3B4B5-應力計算自啟動協(xié)調控制保護系統(tǒng)閥門試驗其它系統(tǒng)主汽壓力主汽壓力設定進汽壓力控制偏差高排溫度控制偏差#1調門閥限高排溫度控制器進汽壓力控制器主汽壓力控制器轉速/負荷控制器轉速設定實際轉速實際負荷負荷設定操作員站指令指令#2中調門閥位#1中調門閥位指令補汽閥閥位

9、指令#1調門閥位指令#1調門閥位閥位控制器油動機轉速/負荷控制器通過設定轉速和負荷設定值，轉速/負荷控制器調節(jié)進入到汽輪機的蒸汽流量來實現轉速和負荷的控制。同時，也與電網消耗的發(fā)電機負荷匹配。當電網頻率和額定頻率相對應時達到平衡。如果電網頻率高于額定頻率，發(fā)電機功率將減小。如果電網頻率低于額定頻率，發(fā)電機功率將增加。轉速/負荷控制器通過帶不等率的一次調頻來調節(jié)功率輸出。不等率的設定根據電網頻率與額定頻率的偏差需要增加或減少的輸出功率而定。5%的不等率意味著5%的頻率偏差將會引起機組100%的額定負荷的變化。 轉速/負荷控制器是一個兩變量控制器。在下列工況下它調節(jié)汽輪發(fā)電機的轉速和負荷：機組啟動

10、同期機組帶負荷甩負荷機組停機運行員可以在畫面上選擇機組負荷由轉速控制器或負荷控制器控制。從轉速控制器的負荷運行切換到負荷控制器的負荷運行，兩個設定值自動匹配，以保證兩種運行方式的無擾切換。主汽壓力控制器主汽壓力控制器以下列兩種方式起作用 壓力限制方式 壓力限制方式時，負荷控制仍起作用，壓力控制器僅是作為限制器，在主蒸汽壓力降低時支持鍋爐壓力控制，如果主蒸汽壓力低于某個可調限制值，如低于正常壓力10bar，汽機調節(jié)閥將節(jié)流以防止主蒸汽壓力進一步降低，在此方式壓力會很快恢復。 初壓控制方式 當從壓力限制方式切到初壓控制方式，轉速/負荷控制器切換到壓力控制器，此時負荷保持不變。在初壓控制方式，主汽壓

11、力由調節(jié)閥控制維持在某個設定值，即鍋爐負荷的變化使汽機調節(jié)閥位變化。高排溫度控制器如果發(fā)生非穩(wěn)定狀態(tài)過程，為了限制葉片的熱應力和差脹，高壓葉片排汽區(qū)域蒸汽溫度必須不能超過最大設定值?？梢赃m當控制流經高壓缸的蒸汽流量以保持排汽區(qū)域中的溫度低于允許值。通過高壓缸/中壓缸修正功能，適當調整高調門和中調門開度。以保證高壓缸在任何不穩(wěn)定狀態(tài)運行過程中，如甩負荷、啟動和停機期間（任何不同的主蒸汽工況或凝汽器壓力），溫度不超過允許值。當計算的轉子溫度超過了可變的設定值，采用高壓排汽蒸汽溫度限制控制器來調整中調門開度。如果高壓排汽溫度繼續(xù)升高，透平控制系統(tǒng)首先發(fā)出報警信號。如果溫度進一步升高，透平遮斷動作。高

12、壓排汽蒸汽溫度測點在高壓葉片末級區(qū)域。高排蒸汽溫度限制控制器由機組SGC啟動。高壓排汽溫度控制器是PI控制。高壓葉片級壓力控制器在帶有旁路系統(tǒng)的再熱汽輪機啟動時，高壓調節(jié)閥先打開，汽輪機高壓缸接收蒸汽流量。最初由于蒸汽的凝結而加熱，然后則是對流產生加熱。最初的凝結階段，在飽和蒸汽溫度下產生強烈的熱交換。飽和蒸汽溫度則與蒸汽的壓力相關。但是，如果冷再熱蒸汽壓力（高壓缸的背壓）已經異常的高了（相應的飽和蒸汽溫度也高），則會在受監(jiān)視的部件中發(fā)生不允許產生的溫度梯度。為了限制飽和蒸汽的溫度發(fā)生如此變化，需要通過壓力限制控制器的控制，在適當的壓力下進行加熱。因此，高壓葉片級壓力控制器就用作壓力限制控制器

13、，在蒸汽開始進入高壓缸及加速到暖機速度期間，它通過閥位設定值組成對各高壓調節(jié)閥進行限制。該控制器有一變化的壓力設定點，它是高壓缸部件平均溫度和許用溫差的函數，隨著溫度的升高，它的作用逐漸減少。當該控制器工作時，將汽輪發(fā)電機加速到暖機速度所需的任何動力都靠進一步打開中壓調節(jié)閥來獲得。在冷態(tài)啟動的情況下，高壓調節(jié)閥此時可能被節(jié)流，這時主蒸汽溫度較低及暖機速度也較慢。這樣，高壓葉片就不會因鼓風作用而遭受過度的溫升。該控制器通過汽輪機SGC投入。當汽輪機達到額定轉速之下的最小設定轉速時或在測量數值有故障時控制器工作狀態(tài)切除。高壓葉片級壓力控制器是PI控制。閥位控制器每個調節(jié)閥有一個比例控制器，為了改善

14、控制特性，閥位控制器接受主控制器信號，每個控制閥有一個閥門特性校準，此校準將進汽流量要求信號（來自主控制器）轉化為閥位指令信號，油動機上測得的閥位信號作為反饋送入閥位控制器，閥位控制器控制調節(jié)閥的閥位。如果實際閥位信號失效，則相應的控制閥緩慢關閉。q 閥位限制閥位限制設定值作用于每個閥位控制器，這樣對每個閥門設定值進行限制，此作用可在控制室進行手動設定，也可由自動閥門試驗(ATT)發(fā)出進行閥門試驗。啟動裝置 (TAB)q 確保汽輪機閥門開啟/關閉的正確指令 復置及遮斷汽輪機遮斷系統(tǒng) 復置及遮斷停機電磁閥 模擬閥位信號 閉鎖信號 自動或手動調節(jié) 汽輪機安全停機q 啟動裝置提供一個模擬量信號去一個

15、低選邏輯。在起動前，當遮斷信號釋放時，啟動裝置將閥位信號置零，保證調節(jié)閥可靠關閉。q 在啟動時啟動裝置的信號開始升高，使轉速控制器進行轉速控制，當汽機達到正常速度，并且發(fā)電機已同步，起動裝置設定在100%位置，這樣主控制器信號不再受限制。 啟動裝置 (TAB)自動汽機試驗自動汽機試驗 (ATT)q確認設備的可靠性 在運行期間 選擇單個閥門 故障退出試驗q試驗 檢查活動情況 安全功能試驗 最大關閉時間q操作員啟動及監(jiān)視 熱應力計算 (TSE)q什么是熱應力構件因溫度化不能自由伸縮而產生的應力，或部件本身溫度不均勻使伸縮受制約而產生的應力，稱為熱應力。由于熱應力是溫度變化而產生的，所以也稱溫度應力

16、或溫差應力。部件工作時，它的尺寸將因溫度變化而伸縮。若部件的伸縮不受任何限制，溫度變化只能使其變形，而不致產生應力。若部件不能自由伸縮，將會在其內部產生應力。部件在受熱或冷卻時，若各部分溫度不一致，變形將受制約。溫度高的部分要膨脹伸長，溫度低的部分則限制它的膨脹，結果在高溫部位產生壓應力。低溫部位產生拉應力。熱應力計算 (TSE)計算及監(jiān)視汽機熱應力，通過溫差來決定相應部件的熱應力，將此溫差與允許溫差比較來計算允許的溫升率，這樣，可以在透平材料應力與最大的運行靈活性進行最優(yōu)化控制，所有測量的溫度及計算的溫度余度均進行指示及記錄。進行下列部件的監(jiān)視: HP主汽門閥殼 HP調節(jié)門閥殼 HP汽缸 H

17、P轉子 IP轉子 在啟動及帶負荷時防止汽機超過熱應力運行，TSE根據所測的溫差計算余量，作用于控制設定值，在起動時為轉速設定值，在帶負荷時為負荷設定值。TSE可在控制室進行投入或切除。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熱應

19、力計算 (TSE)m+-Compression AreaTension AreaMeasuring Pointsaprox. 1%aprox. 54%100%Heat InsulationMeasuring InsertDo(r)DrCasing Wallmopermperm0heating up cooling down溫度應力監(jiān)視啟動階段允許的溫差保溫層熱電偶缸壁熱電偶測量點熱應力計算 (TSE)dTdTCasingddTuddTodTzul odTzul uShaftdTzul odTzul uddTuddToTmT1TmTaTaxSimulationSimulation8040-400

20、708040-400298040-400828040-40023缸體轉子X準則 (X Critria)q可變的溫度準則（X準則）描述了在應力限制內，允許汽輪機在最佳時間內啟動所需要的蒸汽工況。可變的溫度準則詳細說明了允許下面的動作實現的蒸汽條件：開啟高壓主汽門，加熱主蒸汽管道和閥體開啟調門，汽輪發(fā)電機帶蒸汽沖轉汽輪發(fā)電機組加速到額定轉速汽輪發(fā)電機帶負荷q可變溫度準則按照功能可以分為三個不同的部分：最小的蒸汽溫度限制以避免加熱組件時的不適當冷卻；最小的汽缸溫度限制以避免在給定的蒸汽溫度下出現不適當的瞬時的熱載荷；在汽輪機帶蒸汽沖轉前設置過熱度。汽機主控程序 (SGC Steam Turbine)

21、q協(xié)調從停機到滿負荷運行的自動啟動過程q在不同的運行工況下 (包括冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動和改變負荷，過臨界轉速)熱應力的直接作用q機組與電網脫開時，自動平衡負荷實現孤網運行q自動完成從滿負荷到投盤車的停機操作過程汽機主控程序確保由一鍵操作實現所有運行方式下的汽輪機自動控制功能:SpeedLoadStand-StillTurning Gear故障安全型的汽輪機遮斷系統(tǒng)(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故障安全型的汽輪機遮斷系統(tǒng) (ETS)q 電子保護系統(tǒng)(EPS) 汽輪機電子保護系統(tǒng)接受傳感器、熱電偶等重要的保護信號。當這些信號超過預設的報警值時，發(fā)出報警。當參數繼續(xù)變化超過遮斷值時，發(fā)出遮斷信號，通過TTS系統(tǒng)動作停機電磁閥，遮斷機組。 標準的保護包括三取二組態(tài)（除振動信號采用二取二）。 汽輪機保護條件通過模擬量測量，信號不間斷的進行監(jiān)視和比較。通過數字化自動系統(tǒng)執(zhí)行信號處理。采用這種設計，可以精確完成所有汽輪機組保護回路而不需要進行額外的試驗。q 汽輪機遮斷系統(tǒng)(TTS) 汽輪機遮

24、斷系統(tǒng)(TTS)是一個連接EPS/OPS系統(tǒng)和遮斷電磁閥的二通道系統(tǒng)。 所有的汽輪機遮斷指令，OPS、EPS、發(fā)電機保護、遮斷按鈕等產生停機信號，都通過TTS系統(tǒng)動作遮斷電磁閥。 停機信號和電磁閥控制信號采用故障安全型卡件，雙通道輸入輸出。故障安全型的汽輪機遮斷系統(tǒng) (ETS)CPU 400FHFM458CPU 400FHFM458OverspeedProtection2x2oo3L1+ L2+#ESV/CV ValveFailsafe Application故障安全型的汽輪機遮斷系統(tǒng) (ETS)n 將標準的和故障安全型的將標準的和故障安全型的 組態(tài)程序整合在同一對控制器中組態(tài)程序整合在同一對控制器中 n 通過支持通過支持Profisafe 協(xié)議的標準協(xié)議的標準Profibus 進行通訊進行通訊n 故障安全型的故障安全型的 I/O 模塊模塊E/AET200MS7-400H CPU (F able)(CPU 417-4H or 414-PG)Standard PROFIBUS DPcommunication together withfail-sa