汽輪機綜合控制系統(tǒng)技術(shù)說明書

1、DEH-NK系列汽輪機綜合控制系統(tǒng)(DEH、ETS、TSI)技術(shù)說明書南京汽輪電機（集團）有限責(zé)任公司南京科遠(yuǎn)控制工程有限公目錄1.系統(tǒng)概述32.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能簡述43.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)44.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要功能54.1、DAS功能54.2、自動控制系統(tǒng)54.3、汽機跳閘保護系統(tǒng)（ETS）74.4、汽輪機安全監(jiān)測儀表（TSI）75.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)電子部分構(gòu)成85.1. DEH系統(tǒng)的電子部分86.DEH-NK訂貨型號11、1.系統(tǒng)概述近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及用戶對自動化要求的不斷提高，中小汽輪機（特

2、別是抽汽機組及聯(lián)合循環(huán)機組）也陸續(xù)開始應(yīng)用數(shù)字電液控制系統(tǒng)。中小汽輪機以供熱機組為主，從控制系統(tǒng)角度講即調(diào)節(jié)系統(tǒng)為多變量控制系統(tǒng)，采用液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)其控制品質(zhì)不高，例如熱電負(fù)荷調(diào)節(jié)產(chǎn)生耦合，自整性不夠，調(diào)節(jié)系統(tǒng)僅為比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度不高，超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間過長，高低壓油動機不同步等，且調(diào)節(jié)參數(shù)制造廠內(nèi)一經(jīng)整定后，現(xiàn)場很難改變，這在抽汽汽輪機中尤為突出，用戶運行使用難度大；全液壓調(diào)節(jié)機組由于只能實現(xiàn)比例調(diào)節(jié)，同時同步器調(diào)節(jié)范圍有限（一般96%-106%），在高壓機組（50MW以內(nèi)9MPa進(jìn)汽參數(shù)）常出現(xiàn)滑參數(shù)啟動整定的調(diào)節(jié)參數(shù)不能滿足額定初終參數(shù)下運行需要，例如表現(xiàn)為加不滿負(fù)荷或減不完負(fù)荷。與傳統(tǒng)

3、的液壓控制系統(tǒng)相比，數(shù)字電液控制系統(tǒng)由于使用數(shù)字計算機技術(shù)為基礎(chǔ)作為調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)回路變量調(diào)節(jié)和系統(tǒng)靜態(tài)自整等，控制規(guī)律及參數(shù)（如解藕系數(shù)等）用軟件實現(xiàn)，精確度高，能夠?qū)崿F(xiàn)完全靜態(tài)自整，采用比例積分及微分（PID）調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)性能都得到很大的改善，使得系統(tǒng)的過調(diào)量下降，穩(wěn)定性增強，過程時間縮短。DEH-NK汽輪機控制系統(tǒng)，由計算機控制部分和EH液壓執(zhí)行機構(gòu)組成。DEH-NK控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集（DAS）、數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）、汽機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）和汽輪機監(jiān)測保護儀表系統(tǒng)（TSI）,采用以顯示器為中心的操作和控制方式。DEH-NK控制系統(tǒng)設(shè)置有完善的系統(tǒng)引導(dǎo)，操作員站上電后

4、，系統(tǒng)無需運行人員干預(yù)即可正常啟動至控制畫面,由于對系統(tǒng)所有熱鍵都進(jìn)行了可靠的屏蔽，因此，不應(yīng)進(jìn)行任何使系統(tǒng)退出的嘗試。DEH-NK系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要包括冗余電源、一對控制器DPU、I/O卡件（AI卡件，RTD卡件，TC卡件，PI卡件,AO卡件，DI卡件，DO卡件）、后備手操盤、特殊信號處理裝置（伺服放大，超速保護，振動，差脹，軸向位移，OPC等）、一臺操作員站（包括打印機）。操作員站與控制器DPU通過數(shù)據(jù)高速公路相連，I/O卡與控制DPU之間，通過高速現(xiàn)場總線相連，當(dāng)控制器DPU以上的設(shè)備發(fā)生故障時，可由后備手操盤直接控制閥門位置。在“操作員自動”情況下，操作員主要通過操作員站的鼠標(biāo)和鍵盤，進(jìn)

5、行各種控制操作和畫面操作，操作員指令傳到控制DPU，由I/O卡執(zhí)行輸出控制。2.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能簡述 汽機復(fù)位（掛閘）：通過操作員站控制啟動閥電機，建立安全油壓，打開自動主汽門。 三種啟動方式（手動升速/自動升速/經(jīng)驗曲線升速）供選擇。 摩擦檢查。 主汽門嚴(yán)密性實驗、調(diào)門嚴(yán)密性實驗。 103%超速保護試驗、電超速保護試驗、機械超速保護試驗。 自動同期(提供與同期裝置的接口)。 機組并網(wǎng)后，DEH將自動帶初負(fù)荷以防止逆功率運行。 閥位閉環(huán)負(fù)荷控制。 功率閉環(huán)負(fù)荷控制。 主汽壓力閉環(huán)控制。 DEH可按運行人員給定的目標(biāo)值及負(fù)荷變動率自動調(diào)節(jié)機組的電負(fù)荷。 抽汽控制。 主蒸氣保

6、護。一次調(diào)頻。 協(xié)調(diào)控制。 故障診斷報警。 主汽門活動試驗、調(diào)門活動試驗。 超速保護功能（103nH，關(guān)調(diào)門；110nH，關(guān)所有閥門，停機）。 RUNBACK功能。 和其它系統(tǒng)（如DCS）具有良好接口。 與外部通訊（RS-232，Modbus RTU）。3.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 轉(zhuǎn)速控制范圍：4 轉(zhuǎn)/分3400轉(zhuǎn)/分，精度(1轉(zhuǎn)/分)； 負(fù)荷控制范圍：0115，精度0.5%； 轉(zhuǎn)速不等率：36連續(xù)可調(diào)； 升速率控制精度：(1 r/min); 甩額定負(fù)荷時轉(zhuǎn)速超調(diào)量：( 7額定轉(zhuǎn)速)； 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率 0.2%； 抽汽壓力不等率：010； 系統(tǒng)平均無故障時間：MTBF2

7、0000小時； 系統(tǒng)可用率：99.9%。 共模抑制比應(yīng)90dB，差模抑制比應(yīng)60dB。 DEH系統(tǒng)能在環(huán)境溫度050、相對濕度1095%(不結(jié)露)的環(huán)境中連續(xù)運行。4.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要功能4.1、DAS功能 DEH系統(tǒng)的操作員站的基本功能如下： 監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)每一個模擬量和數(shù)字量 顯示并確認(rèn)報警 顯示操作指導(dǎo) 建立趨勢畫面并獲得趨勢信息 控制驅(qū)動裝置 控制方式選擇 控制方式選擇 調(diào)整過程設(shè)定值等顯示器畫面對鍵盤操作指令的響應(yīng)時間：一般畫面不大于1S，復(fù)雜畫面不大于2S。顯示器畫面上數(shù)據(jù)的刷新周期小于1s。調(diào)用任一畫面的擊鍵次數(shù)，不多于二次。趨勢曲線 DEH-NK控制系統(tǒng)對趨勢

8、曲線的數(shù)量沒有限制，可以對所有的I/O測點都設(shè)置趨勢曲線顯示。棒狀圖 將測點用垂直棒狀排列在一起、形象顯示數(shù)值大小和越限情況，每個棒均有刻度比例尺和越限標(biāo)記，用不同顏色區(qū)別正常與越限。4.2、自動控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制和程序啟動方式 機組并網(wǎng)前，控制系統(tǒng)工作在轉(zhuǎn)速控制運行方式，此時，壓力、功率調(diào)節(jié)器處于跟蹤狀態(tài)。系統(tǒng)升速可有三種方式：就地啟動、高調(diào)門手動啟動、高調(diào)門曲線啟動。三種啟動方式互為閉鎖，即在某一狀態(tài)下，機組只能由其中一種方式啟動。轉(zhuǎn)速控制回路能保證機組自動迅速地沖過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)。DEH系統(tǒng)具有與自動同期裝置的接口, 借助于自動同期裝置，進(jìn)行發(fā)電機自動同步調(diào)節(jié)，使汽輪機轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相適應(yīng)，

9、從而實現(xiàn)發(fā)電機的自動同步并網(wǎng)，或由操作人員在同期指示器的幫助下同步并網(wǎng)。、功率閉環(huán)控制方式機組并網(wǎng)后，機組運行工況穩(wěn)定且功率變送器可靠時，可以投入功率閉環(huán)運行。、主汽壓力控制方式當(dāng)要求由DEH系統(tǒng)來實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制和汽機跟隨方式下的汽壓調(diào)節(jié)任務(wù)時，系統(tǒng)中設(shè)置的主汽壓力控制回路，根據(jù)給定與主汽門前壓力的偏差調(diào)節(jié)高調(diào)門開度維持主汽壓力穩(wěn)定。 閥門試驗和閥位限制為保證發(fā)生事故時閥門能可靠動作, DEH系統(tǒng)具備對調(diào)門進(jìn)行在線試驗的功能，包括主汽門、調(diào)門活動試驗。做調(diào)門嚴(yán)密性試驗時，所有調(diào)門全關(guān)，主汽門全開；主汽門嚴(yán)密性試驗時，所有調(diào)門全開，主汽門關(guān)閉；。這些試驗均通過操作員站在顯示器上完成，在進(jìn)行閥門

10、在線試驗時, 汽輪機的運行不受影響。DEH-NK系統(tǒng)還提供了閥位限制和拉閥試驗功能，在正常運行過程中操作員可以修改高調(diào)門、中抽門和低抽門的最大、最小開度。拉閥試驗功能在機組啟動前，提供了調(diào)門的整定功能。 超速保護功能當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的103時，OPC動作系統(tǒng)快關(guān)調(diào)門，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的110時，超速保護系統(tǒng)發(fā)出停機指令，關(guān)閉自動主汽門及全部調(diào)門停機。 甩負(fù)荷保護運行中的汽輪機由于電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)電機跳閘或電網(wǎng)解列時，DEH系統(tǒng)立即關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)閥和中、低抽調(diào)門，并在延時一段時間后，再自動將調(diào)節(jié)閥重新開啟，維持汽輪機在同步轉(zhuǎn)速下空轉(zhuǎn)，保證汽機能迅速重新并網(wǎng)。當(dāng)DEH接收到DCS來的Ru

11、nback信號，系統(tǒng)自動把負(fù)荷降低到事先的設(shè)定值。 超速試驗超速試驗分103%超速試驗、110%超速試驗和機械超速試驗。OPC組件在機組正常運行時OPC定值為3090rpm；電超速定值為3300rpm；110%超速試驗時，OPC和電超速定值均為3302rpm；做機械超速試驗時，OPC和電超速定值均為3362rpm；103%超速試驗和110%超速試驗均通過操作員站的顯示器上軟手操鍵來完成。、控制回路聯(lián)鎖保護機組的局部故障時閉鎖負(fù)荷增 當(dāng)發(fā)生下述之一情況時閉鎖負(fù)荷增電功率達(dá)上限；主汽壓力高于上限；當(dāng)發(fā)生下述之一情況時負(fù)荷減（調(diào)門關(guān)）主汽壓力低于下限；汽壓保護回路在轉(zhuǎn)速和功率調(diào)節(jié)方式時，轉(zhuǎn)速或負(fù)荷指

12、令改變后，調(diào)速汽門動作，必然引起主汽壓力變化，為避免機前壓力變化過大，設(shè)置了汽壓保護回路，限制機前壓力在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)變化。功率回路的一次調(diào)頻信號DEH-NK系統(tǒng)設(shè)置了一次調(diào)頻回路。當(dāng)一次調(diào)頻投入，在設(shè)定的轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)系統(tǒng)將自動改變一部分負(fù)荷，以適應(yīng)電網(wǎng)頻率的的變化。、抽汽壓力控制及限制。在機組滿足投入抽汽運行條件時，運行人員可通過操作員站投入抽汽壓力控制，通過抽汽壓力反饋，控制抽汽閥的開度。同時通過解耦控制，在抽汽量變化時滿足機組電負(fù)荷基本保持不變，在發(fā)電量變化時滿足抽汽量基本保持不變。4.3、汽機跳閘保護系統(tǒng)（ETS）當(dāng)下列任一情況出現(xiàn)時，ETS發(fā)出汽機跳閘指令，同時發(fā)出報警信號并在汽

13、機監(jiān)視保護系統(tǒng)操作面板上有首跳閘原因顯示及記憶。 汽機轉(zhuǎn)速3300轉(zhuǎn)/分 軸向位移過大 脹差過大 潤滑油壓0.02MPa（三取二） 支持軸承溫度75（或） 推力軸承擔(dān)溫度75（或） 凝汽器真空低于0.06MPa（三取二） 發(fā)變組故障 手動停機保護 其他 當(dāng)ETS動作時，立即關(guān)閉自動主汽門、調(diào)速汽門和抽汽調(diào)門。4.4、汽輪機安全監(jiān)測儀表（TSI）監(jiān)測儀表系統(tǒng)，在汽機盤車、啟動、運行和超速試驗以及停機過程中，可以連續(xù)顯示和記錄汽輪機轉(zhuǎn)子和汽缸機械狀態(tài)參數(shù)，并在超出預(yù)置的運行極限時發(fā)出警報，當(dāng)超出預(yù)置的危險值時使機組自動停機。就地安裝的TSI電渦流傳感器、磁電式振動傳感器、差動變壓器或差動電感傳感器

14、和磁電式轉(zhuǎn)速傳感器直接輸入DEH-NK系統(tǒng)，無需經(jīng)過二次儀表。5.DEH-NK汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)電子部分構(gòu)成整套系統(tǒng)DEH-NK汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)由DEH系統(tǒng)的電子部分和液壓系統(tǒng)兩大部分組成。5.1. DEH系統(tǒng)的電子部分DEH系統(tǒng)的電子部分包括操作員站（含打印機和軟件）、分散處理單元（也稱控制器）、I/O卡件、通訊網(wǎng)絡(luò)、控制機柜和就地傳感器組成。 操作員站 操作員站一般包括一臺19英寸液晶顯示器，一臺操作員站工業(yè)用PC機，一個操作鍵盤和鼠標(biāo)，操作員站通過冗余的通訊處理模件，與DEH系統(tǒng)的冗余數(shù)據(jù)高速公路相連。所供顯示器具有高分辨率，為12801024象素，操作員站處理器中有足夠的永久性存儲器

15、，以存貯運行所需數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供一臺A3幅面的彩色噴墨打印機，可以拷貝何視頻畫面和歷史曲線。分散處理單元執(zhí)行控制和邏輯功能的處理器為冗余配置,一旦某個工作的處理器模件發(fā)生故障，系統(tǒng)能自動地?zé)o擾切換至冗余的處理器模件，并在操作員站報警。處理器模件中的存儲器采用FLASHRAM,無需電池作為數(shù)據(jù)存儲的后備電源.重要數(shù)據(jù)采用電擦除存取存儲器(EEPROM)，能永久保存。DEH采用冗余處理器模件，切換時間小于20ms。保證控制和保護功能不會因冗余切換而丟失或延遲。整套系統(tǒng)配置一對冗余控制器。為保證DEH系統(tǒng)運行的可靠和留有擴展的余地，處理器的CPU負(fù)荷最忙時不大于50%，處理器的內(nèi)部存貯器有50%的余量

16、，外部存貯器占用容量不大于40%。模擬量控制的處理器模件完成閉環(huán)控制的最大執(zhí)行周期不大于200ms；對需快速處理的模擬和開關(guān)控制回路如轉(zhuǎn)速等，其執(zhí)行周期不大于100ms執(zhí)行一次，并確保DEH系統(tǒng)的響應(yīng)速度滿足其控制要求?？刂破鲄?shù)：存儲溫度：-25C-85C運行溫度：0-50C相對濕度：5-95%不結(jié)露 抗輻射規(guī)范：EN50081-2 抗干擾規(guī)范：EN50082-2設(shè)備安全規(guī)范：EN61010 (1993)隔離規(guī)范：BS4743 抗震動規(guī)范：符合IEC1131-2抗沖擊規(guī)范：符合IEC1131-2電源冗余控制器冗余網(wǎng)絡(luò)冗余具有電源、通訊、看門狗、運行、后備指示 RAM：32Mbytes EPR

17、OM：32Mbytes 策略存儲于EEPROM 復(fù)位、同步按鈕帶電插拔/更換電源：24VDC，范圍：18-36 VDC 功耗：20W 看門狗繼電器：接點容量：24VAC/DC，0.5A， 接點隔離：30VAC或60VDC CPU保險： 6.3A, 20 5mm RS422/RS485：線路阻抗：120-240雙絞線 線路長度：1220m/9600bits/sec 連接設(shè)備數(shù)量：16 個 I/O卡件（1） 每個I/O卡件的點數(shù)不超過8點，提高系統(tǒng)的分散性和可靠性。（2） 卡件提供信號斷線和短路檢測功能, 這一功能在每次掃描過程中完成。（3） 所有數(shù)字量輸入模件都有防抖動濾波處理。（4） 采用相應(yīng)

18、的手段,使I/O模件能自動地和周期性地進(jìn)行零飄和增益的校正。（5） 轉(zhuǎn)速測量有三重冗余的轉(zhuǎn)速測量組件，超速保護執(zhí)行時間不大于20ms，103%超速保護和轉(zhuǎn)速控制測量元件相互獨立。（6） 冗余輸入的信號的處理, 由不同的模件來完成，伺服閥的控制通道冗余配置。（7） 每一點控制模擬量輸入/輸出有一個獨立的D/A轉(zhuǎn)換器，每一路電阻輸入都有單獨的橋路。（8） 在整個運行環(huán)境溫度范圍內(nèi), DEH的模擬量輸入信號的精度； 高電平為0.1%, 低電平為0.2%; 模擬量輸出信號精度不低于0.25%, 系統(tǒng)設(shè)計滿足在六個月內(nèi)不需手動校正而保證這些精度的要求。（9） 通過I/O模件，DEH系統(tǒng)能為420mA二線

19、制變送器和閥位傳感器提供 24V DC電源，并且不論該變送器、傳感器是否隨DEH成套供應(yīng)。當(dāng)某些變送器和閥位傳感器不需系統(tǒng)提供24V DC電源時，也能在模件上很方便地切除。（10） 數(shù)字量輸出模件采用電隔離方式，并具有5A、220VAC或10A、30VDC的分?jǐn)嗄芰Α＃?1） 接受變送器輸入信號的模擬量輸入模件，其任一輸入端短路時，并不影響其它輸入通道。（12） 每一個數(shù)字量輸入通道、輸出通道有適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。 數(shù)據(jù)通訊DEH-NK系統(tǒng)的冗余控制網(wǎng)絡(luò)為ELIN，用于連接分散處理單元、工程師站（操作員站），完成各站的通訊和數(shù)據(jù)交換，傳輸速率100Mbps，通訊介質(zhì)為雙鉸線，采用TCPIP協(xié)議。 控制機柜（1） DEH的機柜結(jié)構(gòu)符合NEMA標(biāo)準(zhǔn)(NEMA12，并設(shè)計成經(jīng)底部進(jìn)出電纜。（2） DEH的機柜內(nèi)設(shè)置排氣風(fēng)扇或內(nèi)部循環(huán)風(fēng)扇，并設(shè)置溫度檢測元件，當(dāng)溫度過高時進(jìn)行報警。（3） DEH-NK機柜共一只，前后開門。（4） DEH系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間重要控制信息的交換器將通過各自的I/O模件以硬接線方式實現(xiàn)，DEH系統(tǒng)能提供足夠數(shù)量的I/O點供其它如SOE、MFT、熱工信號報警等系統(tǒng)使用。（5） 建議模擬量信號（AI、TC、RTD、PI）采用計算機屏蔽電纜（6） 電源電纜的線徑不小于1.5mm，接地電纜不小于