汽輪機啟動系統(tǒng)和旁路.ppt

第八章 汽輪機啟動系統(tǒng)和旁路控制系統(tǒng),一、概述 汽輪機的自啟動指汽輪機啟動過程中各步序都自動完成，即從暖閥到目標(biāo)負(fù)荷，啟動過程包括目標(biāo)轉(zhuǎn)速、升速率、高低速暖機時間等，期間還要進(jìn)行大量計算以保證既要快速啟動汽輪機，又要最大限度延長汽輪機使用壽命等，這些工作也只有計算機控制系統(tǒng)才能勝任。 汽輪機自啟動系統(tǒng)（TAS）也稱為自動汽輪機控制（ATC）。600MW及其以上機組一般都具有汽輪機自啟動功能。,二、平圩電廠600MW機組的ATC （一）ATC的基本功能和工作方式 平圩電廠600MW機組的ATC功能由DEH系統(tǒng)實現(xiàn)，ATC是DEH的一個主要控制任務(wù)，它由17個子程序構(gòu)成。（只要是對汽輪機進(jìn)行控制最終肯定會使用DEH中的控制結(jié)構(gòu)，ATC只是再增加的軟件即可實現(xiàn)）在正常運行時，即使汽輪機啟動結(jié)束，只要ATC仍在投入狀態(tài)，ATC會自動計算和監(jiān)視負(fù)荷變化率，當(dāng)負(fù)荷變化率超出范圍后ATC仍可限制其變化。另外還可連續(xù)分析和計算當(dāng)前機組的各報警工況，通過CRT對操作進(jìn)行操作指導(dǎo)。ATC一般有三種工作方式： （1）自動汽輪機控制-ATC 此方式下，ATC可以自動將轉(zhuǎn)速從0升速到3000r/min,（2）ATC監(jiān)視方式 此方式僅用于監(jiān)視汽輪機參數(shù)，并不參與機組控制（負(fù)荷變化率除外）。 （3）ATC監(jiān)視切除 此方式下，ATC各子程序?qū)嶋H還在運行，但所有參數(shù)不能發(fā)出 （二）ATC子程序（共17個） 1、周期控制任務(wù)子程序P00 監(jiān)視計算機停機計時器、根據(jù)工況選擇ATC運行方式、驅(qū)動ATC控制盤上的6個指示燈、管理ATC其余子程序的調(diào)用和與基本DEH軟件接口。 2、高、中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力計算P01、P16 使用這兩個程序計算高、中壓的實際應(yīng)力和預(yù)測應(yīng)力，供P04負(fù)荷升速模塊使用。程序運行周期為5S。,轉(zhuǎn)子應(yīng)力有效檢查（轉(zhuǎn)子應(yīng)力無效條件出現(xiàn)下列條件之一，計算的應(yīng)力無效） 1）兩只汽輪機首級測量溫度熱電偶均發(fā)生故障，溫度信號無法得到 2）在轉(zhuǎn)速控制期間，轉(zhuǎn)速反饋信號故障 3）轉(zhuǎn)子應(yīng)力計算尚未連續(xù)運轉(zhuǎn)超過2H。 設(shè)定轉(zhuǎn)子應(yīng)力極限 1）冷態(tài)啟動極限 2）熱態(tài)啟動極限 3）正常負(fù)荷速率極限 4）高負(fù)荷速率極限 轉(zhuǎn)子有效溫度：有效溫度是轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的標(biāo)志參數(shù)。每5S計算一次。,轉(zhuǎn)子預(yù)測有效溫差計算：子程序按連續(xù)存儲的15個有效溫差（每分鐘刷新一次），使用外推法預(yù)測以后的應(yīng)力。 主汽溫度安全檢查。在每個TV調(diào)節(jié)閥前裝有溫度測點，進(jìn)行程序監(jiān)控。 3.汽輪機金屬溫度監(jiān)視子程序P02 測算汽輪機左右兩側(cè)汽室的內(nèi)、外溫差（包括當(dāng)前值和預(yù)測數(shù)值）并與限值進(jìn)行比較，當(dāng)溫差小于83.3時才允許汽輪機變化狀態(tài)(例如脫離盤車或變速等)運行周期10S. 4.盤車監(jiān)控子程序P03 運行周期60S,功能:,(1)熱態(tài)機組已在盤車時,預(yù)測當(dāng)前蒸汽參數(shù)下,首級汽溫和金屬溫度,并給出未來10MIN鐘內(nèi)首級汽溫和金屬汽溫如何匹配. (2)在冷態(tài)啟動時,程序P03告訴操作員相對于冷態(tài)的轉(zhuǎn)子其主汽溫度是否太高.根據(jù)程序告訴的信號可有兩種操作可選擇:一是可由操作人員超越的工況;另一類為禁止脫離冷態(tài)盤車的工況. 5. 轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制子程序P04 每30S運行一次,根據(jù)P01、P16轉(zhuǎn)子有效溫差及其預(yù)測數(shù)值設(shè)置“轉(zhuǎn)子應(yīng)力保持”等指標(biāo)。 6.偏心度和振動監(jiān)控子程序P05 當(dāng)機組轉(zhuǎn)速600r/min時,P05監(jiān)視轉(zhuǎn)子偏心度，且開始監(jiān)視各軸承的振動。運行周期為10S，功能： （1）當(dāng)偏心度大于76.2um時,設(shè)置”高偏心度”指示符.,(2)當(dāng)監(jiān)視儀表來的數(shù)據(jù)有效時,為振動報警和跳閘數(shù)據(jù)設(shè)定限制數(shù)值. A)轉(zhuǎn)速在6002000r/min時,程序設(shè)置振動報警數(shù)值為203.2um,跳閘限制數(shù)值為 254um.轉(zhuǎn)速大于2000r/min時,將按公式計算報警限制數(shù)值,總的來說是轉(zhuǎn)速越高報警限制數(shù)值越小,對機組的平衡要求越高. B)將每個軸承的振動數(shù)值和限制數(shù)值進(jìn)行比較,超限時設(shè)置”超越跳閘極限”指示符.在ATC控制方式時,若振動超過了報警極限但未達(dá)到跳閘極限時,程序還必須判斷汽輪機轉(zhuǎn)速是否處于低壓缸葉片共振范圍等 7.水檢測和 疏水閥控制子程序P06 根據(jù)金屬溫差確定是否打開疏水門.,8.ATC目標(biāo)值和 升速/變負(fù)荷速率控制子程序P07 P07每秒運行一次.監(jiān)視所有程序設(shè)置的越限標(biāo)記且完成以下任務(wù) (1)按實際運行工況調(diào)整ATC速率表，控制機組的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷變化 （2）在機組處于危急工況時，P07子程序可以保持轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的保持。 9、軸承油溫和金屬溫度監(jiān)控子程序P08 每60S運行一次。功能： （1）監(jiān)視軸承油系統(tǒng)溫度是否超限。 （2）監(jiān)視推力軸承金屬溫度 10、發(fā)電機監(jiān)控子程序P09 60S運行一次。監(jiān)視除軸承振動和金屬溫度以外的發(fā)電機工況及發(fā)電機輔助系統(tǒng)，并設(shè)置6個指示符。,（1）“冷卻氣體溫度高”：當(dāng)氫冷卻器出口溫度高于48，或勵磁機冷卻器出口風(fēng)溫度高于52時。 （2）“氫系統(tǒng)故障”：當(dāng)氫氣壓力大于高限或低于低限，或氫氣純度不合要求，或密封氫氣的密封油和氫氣壓力差太低 （3）“發(fā)電機報警”：發(fā)電機報警接點閉和或#1、#2定子冷卻水泵停運 （4）“勵磁機監(jiān)視器”：根據(jù)油電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的報警工況來設(shè)置 （5）“視在功率頻率曲線超限”：視在功率超出限制 （6）“發(fā)電機無功容量超限”：無功超越限制,11、軸封蒸汽、排汽和凝汽器真空監(jiān)視子程序P10 60S運行一次。根據(jù)機組工況設(shè)置三個標(biāo)志 （1）“軸封系統(tǒng)故障”：當(dāng)高壓軸封蒸汽溫度太低或軸封與金屬溫差太大設(shè)置 （2）“真空越限”：凝汽器壓力超過高限等設(shè)置 （3）“排汽系統(tǒng)故障”：當(dāng)?shù)蛪焊着牌麥囟却笥?9時設(shè)置 12、差脹及軸向位移子程序P11 每60S運行一次。監(jiān)視汽輪機的脹差等數(shù)值 13、背壓與再熱汽溫的關(guān)系子程序P12 60S運行一次。為了防止汽輪機末級葉片過熱，按凝汽器壓力計算再熱溫度極限數(shù)值。 14、傳感器故障探測子程序P13 5S運行一次。監(jiān)視熱電偶開路、變送器輸出超出范圍等傳感器故障。,15、暖機子程序P14 60S運行一次。確定暖機的要求和判斷暖機是否完成 三、石洞山二廠600MW超臨界機組自動啟動系統(tǒng)ATC,以上五部分組成機組主控順序UMS，所有程控在MUS協(xié)調(diào)下工作,構(gòu)成所有控制順序的基本組成是順序步，或者利用順序步可以完成類似的控制順序程序。,代表程序進(jìn)行了一步操作。,檢查被監(jiān)視的操作步是否完成？,YES表示操作步完成。B表示顯示完成后信號。運行人員可通過此信號查看操作完成情況,如果操作步?jīng)]有完成，執(zhí)行F程序，F(xiàn)顯示和此操作關(guān)聯(lián)的信息頁面，讓操作人員分析未完成的原因,在顯示F相關(guān)信號的同時C顯示要完成此操作步的操作指導(dǎo)圖，如此時在手動時，操作人員可以根據(jù)指導(dǎo)進(jìn)行操作,然后程序啟動D步驟，對本步操作進(jìn)行計時，稱為第一時間，當(dāng)在規(guī)定的時間內(nèi)未完成操作，系統(tǒng)將產(chǎn)生第一時間報警。報警后開始第二時間計時，第二時間為恢復(fù)故障時間，若第二時間到，故障依然，則產(chǎn)生第二時間報警，此時系統(tǒng)會從自動轉(zhuǎn)到手動，終止自動順序執(zhí)行,第一時間報警后顯示相關(guān)信息，幫助操作人員分析故障原因。,檢測操作是否正確。H輸出操作是否完成信息,另外在自動順序控制過程中，如果前面已經(jīng)執(zhí)行的步出現(xiàn)故障，程序會自動將程序步返回到故障點，但此時系統(tǒng)會將自動轉(zhuǎn)換到手動，讓操作人員來處理程序步。例如，當(dāng)需要給鍋爐補充水時，發(fā)現(xiàn)給水泵發(fā)生故障而停止工作，則順序程序回返回到給水泵啟動程序步，且自動轉(zhuǎn)換到手動。 另外一種自動轉(zhuǎn)到手動是當(dāng)?shù)诙r間到后故障仍未處理，自動程序步也會由自動轉(zhuǎn)換到手動。 如果執(zhí)行程序步過程中沒有任何故障，則可以在沒有操作員干預(yù)下完成所有程序步。 第二節(jié) 旁路控制系統(tǒng) 一、概述 系統(tǒng)主要功能：保護設(shè)備、回收工質(zhì)、配合啟動,具體功能： （1）機組啟動過程，將不符合參數(shù)要求的蒸汽通過旁路排入凝汽器，符合要求再使用。作用：回收工質(zhì) （2）為汽輪機跳閘后啟動HP和LP使蒸汽流過過熱器和再熱器。如果要保證鍋爐帶最低穩(wěn)燃負(fù)荷，只有通過旁路才能保護過熱和再熱器安全。保護設(shè)備。 （3）鍋爐汽壓過高時，減少對空排汽。回收工質(zhì) （4）配合汽輪機實現(xiàn)中壓缸啟動和帶負(fù)荷，減小轉(zhuǎn)子在啟動過程中熱應(yīng)力 （5）發(fā)電機甩負(fù)荷時，維持汽輪機空載運行，通過旁路將多余蒸汽排入凝汽器。 （6）和2類似只是強調(diào)鍋爐可以不停機。,（一）高壓旁路控制系統(tǒng) 旁路控制系統(tǒng)任務(wù)：在完成以上6個任務(wù)同時能有效的控制主蒸汽壓力、高壓旁路出口蒸汽和低壓旁路出口蒸汽的壓力和溫度。 系統(tǒng)對旁路的要求：1）能在機組正常運行時（如機組啟停過程）按要求調(diào)節(jié)旁路系統(tǒng)蒸汽的壓力和溫度 2）在異常情況下（如汽輪機或發(fā)電機甩負(fù)荷），快速開啟旁路系統(tǒng)，且位置旁路出口的蒸汽溫度在許可的范圍內(nèi)，以保護相關(guān)設(shè)備的安全。,旁路系統(tǒng)設(shè)備通常分兩大類，電子液動和電子電動。 600MW以上機組多數(shù)采用電子液動（和DEH類似） 二、旁路系統(tǒng)控制 設(shè)備組成：高壓旁路調(diào)節(jié)閥、高壓旁路減溫水噴水閥、高壓旁路減溫水截止閥、低壓旁路調(diào)節(jié)閥、低壓旁路減溫水噴水閥。 旁路系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計的功能不同而有所不同，下面以平圩電廠600MW機組為例介紹旁路系統(tǒng) 平圩電廠的旁路由高壓旁路和低壓旁路串聯(lián)而成。高壓旁路（HP）將過熱器出口的蒸汽減溫減壓后輸出到再熱器進(jìn)口；低壓旁路（LP）將再熱器出口蒸汽減溫減壓后輸出到凝汽器。兩級旁路通流量相同為鍋爐額定負(fù)荷的30%。控制系統(tǒng)采用蘇爾壽AV5模擬組裝控制儀表、液動執(zhí)行機構(gòu)。,平圩電廠600MW旁路系統(tǒng)功能如下： （1）機組啟動過程中將不合要求的蒸汽排入凝汽器，直到蒸汽參數(shù)符合要求為止 （2）汽輪機跳閘后，將鍋爐內(nèi)多余蒸汽導(dǎo)入到凝汽器，維持鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷，以便機組再次快速啟動 （3）電氣主開關(guān)跳閘后，汽輪機帶廠用電（7%8%），旁路將多余蒸汽排入凝汽器，維持鍋爐在最低負(fù)荷運行 （4）機組部分甩負(fù)荷時，擔(dān)任超壓保護 （5）保護再熱器，在鍋爐點火至汽輪機沖轉(zhuǎn)前或其他工況下，由旁路系統(tǒng)為再熱器提供冷卻蒸汽。,（一）高壓旁路控制系統(tǒng) 1、過熱器出口蒸汽壓力控制,機組啟動初期，旁路閥門開度在自動控制系統(tǒng)控制下，始終保持最小20%開度，讓不合格蒸汽直接進(jìn)入凝汽器。,當(dāng)鍋爐供汽壓力達(dá)到1MPa后，旁路系統(tǒng)調(diào)節(jié)旁路閥門開度以保證蒸汽壓力為1MPa。實際上當(dāng)鍋爐蒸汽壓力升高時，旁路系統(tǒng)采取開大旁路閥門來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這個過程一直持續(xù)到旁路閥門開打到95%為止。,當(dāng)旁路閥門開度達(dá)到95%以后，調(diào)節(jié)策略改變，將定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)變成隨動系統(tǒng)，旁路定值跟隨鍋爐負(fù)荷變化。此時旁路閥門開度基本不變，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，過熱器出口蒸汽壓力一直上升，當(dāng)上升到7MPa壓力時，汽輪機開始沖轉(zhuǎn)。,汽輪機沖轉(zhuǎn)開始后，旁路系統(tǒng)又變成定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，過熱器出口壓力定值為7MPa。但由于汽輪機隨著沖轉(zhuǎn)進(jìn)行用汽量越來越大，旁路系統(tǒng)采取關(guān)閉旁路閥門來滿足汽輪機的用汽。,汽輪機沖轉(zhuǎn)結(jié)束后，機組進(jìn)入升負(fù)荷階段，此時鍋爐和汽輪機協(xié)調(diào)增加負(fù)荷，旁路閥門完全關(guān)閉，過熱器出口壓力逐漸增加,2、高壓旁路調(diào)節(jié)閥在異常工況下動作情況 1）機組啟動階段如鍋爐點火失敗會使旁路自動處于定壓控制方式（控制過熱器出口壓力為1MPa） 2）機組正常運行過程中汽輪機跳閘（FCB），且高壓旁路排汽溫度不高時（啟動過程或低負(fù)荷階段），旁路系統(tǒng)自動快速打開旁路閥門，同時閉鎖自動控制調(diào)節(jié)。 3）若在高壓旁路投入時出現(xiàn)高壓旁路排汽溫度過高，也要閉鎖自動控制調(diào)節(jié)。 3、高壓旁路至再熱器進(jìn)口的汽溫控制 控制目標(biāo)再熱器進(jìn)口汽溫不超過某一數(shù)值，以保護再熱系統(tǒng)的設(shè)備安全。,電液轉(zhuǎn)換機構(gòu),液動執(zhí)行機構(gòu),減溫水?dāng)_動下對象特性。（減溫水對再熱器進(jìn)口蒸汽溫度的影響）。,蒸汽流量變化時，對再熱器進(jìn)口溫度的影響規(guī)律,再熱器進(jìn)口蒸汽溫度給定數(shù)值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證過熱器出口溫度等于該給定數(shù)值。,再熱器進(jìn)口蒸汽溫度反饋信號，該信號和給定數(shù)值比較后進(jìn)入調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。,給定數(shù)值和再熱器進(jìn)口蒸汽溫度的反饋差值，經(jīng)過PI運算，然后控制液動執(zhí)行機構(gòu)開大或關(guān)小減溫水閥門以調(diào)節(jié)再熱器進(jìn)口蒸汽溫度,蒸汽流量前饋控制：當(dāng)蒸汽流量變化后，一定時間間隔后肯定會影響到再熱器進(jìn)口蒸汽溫度，如沒有R環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)器只有等待再熱器進(jìn)口溫度變化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，而R環(huán)節(jié)可以在蒸汽流量還沒有影響到再熱器進(jìn)口溫度時，提前進(jìn)行預(yù)估調(diào)節(jié)，盡管不可能準(zhǔn)確將擾動消除，但可以抵消部分?jǐn)_動，以減小再熱器進(jìn)口溫度的波動。,超前微分：當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動后，對象的溫度變化需要時間，此時調(diào)節(jié)器不知道對象已經(jīng)受到擾動，而對信號進(jìn)行微分（對變化率進(jìn)行放大）可以提前對擾動進(jìn)行調(diào)節(jié)。,（二）低壓旁路控制系統(tǒng) 1、再熱器出口汽壓控制 汽壓控制為單回路控制系統(tǒng)，系統(tǒng)功能還包含有凝汽器保護 （1）鍋爐點火，高壓缸進(jìn)汽（中壓缸沖轉(zhuǎn)方式）前，調(diào)節(jié)再熱器旁路閥門維持再熱器出口汽壓在最小定值（0.86MPa)。 （2）凝汽器保護： 凝汽器過流量保護：限制低壓旁路調(diào)節(jié)閥門開度來達(dá)到保持凝汽器真空的目的。在維持再熱器出口壓力的調(diào)節(jié)過程中如果流入凝汽器的流量不影響凝汽器真空情況下，保護功能不限制低壓旁路自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，當(dāng)流量過大影響到凝汽器真空時，保護會限制低壓旁路閥門的開度。,其他保護：當(dāng)發(fā)生下列任意情況時，關(guān)