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传统的液压调节保安系统,无法满足电站综合自动化的控制要求,它的参数测量、运算放大基本上都是机械液压式的,在测量的精确性、方便性、灵活性、线性度和运算逻辑的复杂性等方面都远远不及电子装置。
因此它是属于被淘汰的一类调节控制系统,但是液压执行机构在输出力、线性度、体积小、输出刚度等方面又远远优于电气设备,总之,传统的液压调节保安系统的自动化水平较低,不能进行自动启动,也难于实现机炉协调控制(CCS)和电网自动发电控制(AGC)。
因此,不论是从提高机组的安全、稳定运行的需要方面,还是从适应现代电网对机组提出更高的控制要求方面,都有必要对原设计的调节系统进行更新改造,代之以数字电液控制系统(DEH)。
这也是当今最先进的调节系统为电液调节系统,它已越来越多地用于新机组的配套和老机组的调节系统改造。
DEH分类
数字电液控制系统(DEH)由计算机控制装置和液压伺服执行机构两大部分组成。
各种类型的DEH控制系统,其控制装置的硬件和基本控制功能几乎完全相同,主要区别在于用什么样的执行机构来实现DEH对汽轮机的控制。
对于100MW和50MW凝汽式汽轮机,推荐采用低压透平油纯电调DEH方案,该方案的最大特点是保留原设计的油动机及凸轮配汽机构,且用原透平油系统供油,因而对原机组的改动最小,需增加的机械液压部套最少,具有简单、实用、经济、可靠等显著优点。
DEH控制装置
2.1系统结构
DEH是以微处理器为核心的,具备LCD显示、控制操作、打印记录、试验等功能的完整独立的控制系统。
机组的启停运行监控和系统自诊断信息高度集中在LCD画面和键盘上,通过键盘和LCD画面能完成所有控制操作,并获得系统运行的各种信息。
本方案的DEH控制系统由现场控制柜、操作员站、工程师站继电器操作回路和专用硬手操盘等组成。
DEH控制装置接受两路220VAC±
10%电源,一路来自交流不停电电源装置(UPS),另一路来自厂用保安段电源。
●工程师站和操作员站
工程师站和操作员站由高可靠工业控制机及其外围设备组成。
若DEH与DCS为一体化设计,则工程师站和操作员站可与DCS系统共用,不需另外配置。
●现场控制站
现场控制站由主控单元、测速模块、伺服模块、各种I/O模块及现场电源组件等构成,具有可靠性高、分散度强、可冗余配量等特点。
●继电器操作回路
完成现场电磁阀的驱动,电源失电及硬接线打闸逻辑;
硬件甩负荷快关逻辑。
●硬接线手操盘
专用硬手操盘安装在操作台上,用预制电缆与现场控制站连接,它作为自动控制系统的后备操作手段,一些重要的操作如启动、停机、超速试验、手动切换、手动增、手动减等可在硬手操盘上操作和显示。
2.2DEH控制回路
DEH的控制算法采用HS2000系统通用的系统软件和应用软件,包括实时操作系统程序、应用程序及本系统的支持程序。
应用这些软件,可按控制系统图组态出DEH控制所需的实时控制回路、LCD画面生成和打印制表格式的生成。
控制回路包括:
转速控制,功率控制,阀门开度控制,主汽压力控制,汽压及真空保护,防超速保护,快速减负荷等。
●转速控制回路
转速控制回路包括转速目标值给定,转速变化率给定,升速曲线的生成及选择,转速PI调节器,转速测量及三取二逻辑,转速不等率和不调频死区设定,频率同期的自动或手动控制等。
本回路承担汽轮发电机组的转速控制任务。
●功率控制回路
功率控制回路包括目标功率值给定,功率变化率给定,一次调频对功率给定的修正,最大功率限制及限制值给定,功率测量及三取二逻辑,功率PI调节器,机炉协调控制的投入/切除等。
本回路构成了汽轮发电机组的功率闭环控制。
●阀门开度控制回路
阀门开度控制回路包括高压调节阀开度值给定,开度变化率给定,阀门开度测量及大选逻辑,阀位PI调节器,该回路构成对高压调节阀开度的控制,维持阀位为定值。
●主汽压力控制回路
主汽压力控制回路包括机前主汽压给定,主汽压测量及大选逻辑和压力PI调节器。
该回路构成对机前主汽压力的控制,维持锅炉出口压力稳定。
●汽压及真空保护控制回路
包括汽压和真空测量,保护值设定,低汽压及低真空减负荷回路。
●防超速保护控制回路(OPC)
接受油开关跳闸辅助接点信号和转速103%n0信号,经逻辑运算发出快关调门控制信号,并通过硬接线使快关电磁阀带电,迅速关闭调节阀。
●快速减负荷控制回路(RB)
当机组辅机发生故障时,DEH接受CCS发来的快速降负荷信号,根据不同的故障情况可按三种速率快速降负荷。
●伺服放大及LVDT反馈回路
伺服放大器与电液伺服阀、油动机、位移反馈(LVDT)构成一个电液随动系统。
伺服放大器除将输入信号放大后去控制电液伺服阀外,还对LVDT进行调制、解调,变为油动机的位移反馈信号,完成对油动机位置的闭环控制。
2.3DEH控制功能
DEH的基本控制功能为汽轮发电机组的转速和负荷控制,它能对机组实施从冲转、暖机、升速、同期并网、带初负荷直至带满负荷的全过程控制。
在协调控制方式下,能接受协调控制系统给出的控制指令。
●转速控制功能
汽机按机组当前热状态对应的经验升速曲线,自动实现将汽机从盘车转速逐渐提升到额定转速,并在升速过程中自动维持暖机转速和迅速冲过临界转速。
DEH系统具有与自动同期装置的接口,接受同期装置的升/降频率信号,自动调整机组的转速,使汽机转速与电网频率同步,实现发电机自动同期。
在升速过程中,运行人员可以通过操作键盘设定目标转速和升速率。
●负荷控制功能
机组并网后,自动带初负荷,并按机组的不同热状态,自动升负荷至目标值。
在升负荷过程中,运行人员可以通过操作键盘设定目标负荷值和负荷变化率。
机组可以根据电网要求参与一次调频或不参与一次调频,机组转速不等率和不调频死区值可以在运行中进行修改,而不影响正常运行。
DEH具有阀控功控、压控回路,能适应机组不同运行工况下的控制要求。
●CCS方式
DEH留有与CCS系统的硬接线I/O接口或通讯接口,接受CCS主控器来的阀位给定信号,与协调控制系统配合完成机跟炉、炉跟机以及机炉协调控制的各种功能。
●负荷限制功能
当机组运行工况或蒸汽参数出现异常时,为避免机组损坏,在DEH中设有各种情况下的负荷限制。
1)功率反馈限制-当实测功率与功率定值差值过大时,自动切除功率反馈回路,变为开环控制方式,同时降低功率给定值。
2)主汽压力限制-当主汽压力降低到规定值时,主汽压力限制回路投入,减小阀门开度指令。
此时,阀门不再接受负荷控制回路的指令。
3)低真空限制-当凝汽器的真空降低至规定值时,低真空限制回路投入,控制汽阀减负荷,负荷控制回路退出工作。
4)最高和最低负荷限制-限制值由人工给定,并可根据需要随时改变。
●调节阀快关功能
当机组甩负荷时,为避免超速,DEH中设有接受油开关跳闸信号和103%n0转速信号的OPC回路。
当上述信号发生时,发出OPC信号,通过硬接线使快关电磁阀带电,迅速关闭调节阀,并同时使伺服板的输入置0,维持汽机转速在3000r/min,防止汽机超速。
●装置及系统故障的监视和保护功能
DEH除了能对装置本身的运行状态进行监视外,还对传感器和执行机构进行监视,并对故障进行报警,提供操作指导。
●过程参数的实时显示和控制参数在线设定与修改功能
DEH能将系统的过程参数,以图形、图表的方式进行显示和打印记录,并有事故追忆功能,使运行人员对机组的有关运行参数的当前数值和变化趋势一目了然。
DEH可以由运行人员在线设定和修改控制参数而不影响机组当前运行状态。
2.4控制系统性能
●转速控制范围:
盘车转速~3600r/min
●转速控制精度:
±
1r/min
●转速不等率:
3-6%连续可调
●一次调频死区:
0-30r/min连续可调
●负荷控制范围:
0-115%
●负荷控制精度:
+1MW
●控制系统不灵敏度:
<
0.06%
●控制系统控制周期:
50ms
●甩负荷时最大飞升转速:
7%
3液压伺服系统
3.1液压系统改造
3.1.1本方案仅针对调节系统进行改造,保留原设计的保安系统,即保留属于保安系统的部套和操作手段。
保留危急遮断器、危急遮断滑阀、电磁解脱阀、同步器挂闸装置、喷油试验装置、主汽门自动关闭器和操纵座等,且仍保持原有的挂闸、开主汽门、喷油试验等操作方法。
3.1.2取消原设计调节系统中的弹性调速器、调速随动滑阀、综合滑阀、油动机反馈滑阀等液压部套及有关控制油管路。
3.1.3保留原设计的调节阀油动机及其滑阀,作为DEH控制系统的液压执行机构。
增设一台电液伺服阀及其控制块,电液伺服阀接受DEH的电气信号并转换为液压信号控制油动机的位置,由安装在油动机活塞杆上的LVDT实施位移反馈,构成一台电液伺服油动机。
3.1.4为了使机组在甩负荷时能快关调节汽门,在油动机的控制油路上增设一个快关电磁阀,接受OPC快关信号。
3.2电液伺服油动机
3.2.1电液伺服油动机工作原理
电液伺服油动机由油动机,断流式错油门,DDV电液伺服阀,可调节流阀,LVDT位移反馈等组成。
油动机在稳态时,错油门阀芯处于中间位置,切断油动机活塞上、下腔的进油和排油,使活塞保持在某一中间位置。
当要求调节汽阀开大时(即油动机活塞向上运动),DEH来的阀位信号增加,通过伺服板放大后进入DDV电液伺服阀,使其阀芯向上运动,P口与A口接通,压力油进入错油门阀芯下腔的脉动油路,使阀芯向上运动,活塞下腔接通进油,上腔接通排油,活塞向上运动,这时安装在活塞杆上的LVDT发出位移变化信号,并通过解调器进入伺服板,与阀位信号抵消,活塞便处在一个新的平衡位置,于是完成一个调节过程。
3.2.2电液伺服阀
电液伺服阀是实现电调的关键部套,本方案采用的电液伺服阀为美国MOOG公司近期推出的一种直接驱动式电液伺服阀(DDV阀),它是传统的喷咀档板式MOOG阀的换代产品,本方案采用D634型,该型阀具有如下特点:
●采用高能永磁直线力马达,自带功放,具有强大的驱动力,可直接驱动控制滑阀。
●取消了喷咀挡板式前置液压放大器,解决了由此引起的伺服阀卡涩问题,大大提高抗污染能力(过滤精度为50μ即可)和工作可靠性。
●具有高分辨率、低滞环,具有很高的控制精度。
●动态特性与供油压力无关,能适应不同油源压力的电液控制系统。
DDV阀的输出为四边控制滑阀,为使其工作在最佳状态,稳态时其阀芯应处于中间位置,即控制油口A、B均为断流状态。
为此,在设计控制油路时,增加一个可调节流阀,设置一偏置油口fn1,该油口的面积在稳态时等于错油门反馈油口fn的面积,使伺服阀稳态时处于断流工作位置。
3.2.3快关电磁阀
接受DEH来的OPC防超速保护控制信号,电磁阀带电,滑阀将脉动油接通排油,使油动机关闭。
OPC信号消失,电磁阀失电,油动机重新由电液伺服阀控制。
3.2.4位移传感器(LVD
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