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汽轮机控制系统

发布时间:

汽轮机控制

中压主汽阀SV

中压调节阀IV

低压旁路阀

高压主汽阀TV 过 热 器 再 热 器 高 压 旁 路 阀

高压调节阀GV 断路器

锅 炉

高 压 缸

中 压 缸

低 压 缸

低 压 缸



反流阀 真空阀

发电机

高压排汽止回阀

给水泵 图3-1机组热力系统简图

凝汽器

第一节 汽轮机控制系统
一、控制任务
1自动监测
汽轮机监测仪表(Turbine Supervisory Instrumentation, TSI)

2自动保护
(1)超速保护系统(Overspeed Protection Controller, OPC): 超速时关闭高、中压缸调节阀。 (2)危急遮断系统(Emergency Trip System, ETS,又称紧急跳闸系 统): 用于参数严重超标、危及机组安全时,紧急关闭所有的主汽阀和 调节汽阀,立即停机。 (3) 机械超速保护和手动遮断系统

3自动调节
100 调节汽门开度(%) 1 中压调节汽门

2 高压调节汽门

0

20

40

60

80

100

图3-2调节汽门开度与功率关系

功率 (100%)

汽轮机的主要控制参数是功率、转速和主蒸汽压力 调节汽轮机的进汽量(也即改变发电机功率角)可控制汽轮 发电机组的输出电功率(有功功率)。

4汽轮机自动启停控制
汽轮机控制系统都设有ATC(Automation Turbine Control)功能,即具有汽轮机自动盘车、 自动升速、自动并网到自动带负荷功能。

二、控制系统构成
目前汽轮机控制系统广泛采用DEH(Digital Electro-Hydraulic)技术,同时将汽轮机 和发电机构成的汽轮发电机组作为被控对 象进行控制,因此汽轮机控制系统实际上 是汽轮发电机组控制系统。

? 数字电液控制系统(又称DEH系统, Digital Electro-Hydraulic Control System)是20世纪70年代后期发展起来的 大型汽轮发电机组的自动控制装置,早期 的DEH系统采用专用的数字控制装置,但 现在汽轮机控制系统普遍采用分散控制系 统DCS(Distributed Control Systems) 系统予以实现。

转速 n 高压主汽阀 TV 高压调节阀 GV 高压缸 中压缸 低压缸 发电机

主 汽 压 PT

调 节 级 压 力

中压主汽阀 SV 再热器 IMP

中压调节阀 IV IEP

功率 PE

并网BR 高压主汽阀油 动机 高压调节阀油 动机 OPC油路 AST油路 挂闸ASL 中压主汽阀油 动机 中压调节阀油 动机 油断路器

阀 位 指 令

阀 位 反 馈

测 量 信 号 EH高压抗燃油 供油系统

汽轮机数字控制器 (DCS) AST1 AST3

隔膜阀

润滑油供油系统 超速保护OPC(1) 系统连接信号 TD,AS,RB等 紧急跳闸ETS OPC(2) AST2 AST4 机械遮断 手动遮断

排油
图3-3 汽轮机控制系统构成原理图

三、控制原理
转速 调节器 + - 中 间 再 热 器 中 、 低 压 缸

中 、 低 压 缸 功 率 励磁电流

OA手动给定

N
ATC自动给定 CCS的TD指令 同期信号 给 定 处 理 回 路

N Y

N

Y
功率 调节器 + + + - 负 荷 控 制 投 入 - K2 调节级压 力调节器

Y
K3 K4 并 网

阀 门 管 理

调 节 级 投压 入力 控 制

电 机液 及转 阀换 门、 油 动

+ 蒸 汽 容 积 + 高 压 缸 高 压 缸 功 率 轴 出 旋 转 机 械 功 率 发电机

电功率

转速

调 频 投 入

K1

调节级压 力测量

频率 校正

功率 测量

+ 3000r/min

- 转速 测量

转速

3000r/min

操作员设定 其它给定信号 给定值处理回路 设定值 0 0 ∑ ∑ 功率 调节器 主汽压限制投 入 T % 调节级压力 调节器 0 V≯ 主汽压限制值 T 主汽压限制动作 调节级压力 0 T 调频投入 %



转速 调节器

f(x)

功率

功率控制切除

T ∑

调节级压力 控制投入

T T < 脱网 阀位限制 手动 回路 跳闸或超速 快卸动作 中压缸启动为0 高中压启动为1 f (x) 阀门试验 单阀系数 T × ∑ 运行 运行 手动增 手动减

手动 0 快卸指令 K f(x) 阀门试验 单阀系数 T 阀门试 验逻辑 -3% T 阀门试验 T 阀门试 验逻辑 -3% -3%

T T T

×

f (x) T × ∑

阀门试 验逻辑 顺序阀系数

f(x)

阀门试 验逻辑 顺序阀系数

f(x)

×

×

复位运行 T

T

-3%

T

到IV1伺服

到IV4伺服

到GV1伺服

到GV4伺服

操作员目标值 T ATC目标值 T 自动同期目标值 T

操作员手动

ATC运行方式

自动同期方式

非临界区目标值 T

自动设定目标值

CCS目标值(TD指令) T

CCS方式

保持方式 T 变化率限制 V≯ 运行方式

设定值 图3—6 给定值处理逻辑

第二节 阀门管理
1阀门配置与作用
高压缸配汽 高压调节阀GV2 高压调节阀GV4





高压调节阀GV3





高压调节阀GV1

高压主汽阀TV1

高压主汽阀TV2

过热器蒸汽

图3—7汽轮机阀门布置图

? 高压主汽阀具有危急状态时快速关闭、截断进汽 和启动时调节汽轮机转速两个功能。当高压调节 阀失效时能提供一个额外的保护。高压主汽阀在 汽轮机全速旋转时和正常工况下保持全开。 ? 当汽轮机发电机组正常运行时,通过调节高压调 节阀门开度,改变进汽流量,达到速度和负荷控 制的目的。 ? 中压主汽阀的作用是在紧急情况下快速地关闭以 便切断进入中压缸的再热蒸汽。 ? 中压调节阀的基本作用是在将要发生突发事故时 起保护作用。它在汽轮机保护系统动作时进行关 闭。第二个作用是在汽轮机启动和升负荷时,控 制再热蒸汽流量。

2 汽轮机进汽方式 汽轮机进汽方式可分为:全周进汽方式 和部分进汽方式两种方式。这时对应的高 压调节阀运行方式为单阀方式(节流调节) 与和顺序阀方式(喷嘴调节)。

图3-7中的高压调节阀的顺序阀开启顺序 可设计为GV1/GV2,GV3 GV4,即GV1和 GV2同时开启,然后是GV3,GV4最后开 启。关闭顺序与此相反。
高压缸配汽

高压调节阀GV2
Ⅱ 高压调节阀GV3 Ⅲ Ⅳ Ⅰ

高压调节阀GV4

高压调节阀GV1

高压主汽阀TV1

高压主汽阀TV2

过热器蒸汽

图3—7汽轮机阀门布置图

3 阀门管理
(1)线性化
阀门 开度 L

总流量需求值Q
÷

单阀流量需求值 f(x)

流量 阀位开度L

调节阀数目 图3-8 单阀控制时阀位计算

在顺序阀控制方式下
f(x) 100 90 80 70

阀门开度L

60 50 40 30 20 10

GV1,GV2 GV3

GV4

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
总流量需求值
图3-9 顺序阀控制各阀位计算

高压调节阀阀位指令及阀切换
在单阀/顺序阀方式切换时,一个很重 要的问题是尽量避免阀门的抖动和负荷的 波动,做到均衡平稳地切换。为此,要求 阀门管理回路在实现方式切换期间,保持 通过阀门的总流量不变。为此,把整个切 换分成若干步进行,经过若干个有限的控 制周期完成切换。

假设阀门切换过程中汽轮机运行工况稳 定,即真空和主蒸汽参数不变,不考虑抽 汽的影响,汽轮机的负荷仅由蒸汽流量决 定,而各个调节阀所控制的流量也只和阀 门开度有关,那么可以认为汽轮机负荷进 仅是阀门开度的单函数。用y表示汽轮机负 荷,L表示阀门开度,设有4个高压调节阀。 在单阀方式下:
ySIN ? ? fi ( LiSIN )
i ?1 4

顺序阀方式下: ySEQ ? ? fi ( LiSEQ )
i ?1

4

单阀/顺序阀切换的中间过程任意状态下:
y ? ? fi ( Li )
i ?1 4

如果要求单阀/顺序问方式及切换过程中 负荷无扰动,则应有

ySIN ? ySEQ ? y

? f (L
i ?1 i

4

iSIN

) ? ? fi ( LiSEQ ) ? ? fi ( Li )
i ?1 i ?1

4

4

由于4个高压调节阀设计相似,理想情况下认为完全 相同,并假设经阀门曲线修正后,阀门开度与流量成 正比,阀门开度与汽轮机负荷成正比,则

fi ( Li ) ? kLi
所以,满足阀门无扰切换的条件为

? f (L
i ?1 i
4

4

iSIN

) ? ? fi ( LiSEQ ) ? ? fi ( Li )
i ?1 i ?1

4

4

?L
i ?1

iSIN

? ? LiSEQ ? ? Li
i ?1 i ?1

4

4

显然,这个问题有很多解。为简化问题, 可以设定边界条件:

Li ? Fi (LiSIN , LiSEQ )
满足该边界条件的最简单解是
Li ? kSIN ? LiSIN ? kSEQ ? LiSEQ

式中:kSIN为单阀系数;kSEQ为顺序阀系数。 当阀门处于单阀方式时: k =1, k =0
SIN SEQ

当阀门处于顺序阀方式时: kSIN =0, kSEQ=1 当阀门处于切换的中间状态时:

0 ? kSIN ? 1,0 ? kSEQ ? 1

kSIN ? kSEQ ? 1

总流量需求值 阀切换系数 中压缸启动为0 高中压启动为1

×

f 1(x) 阀门试验值 T 阀门试验逻辑 GV1单阀开度L1SIN 单阀系数k SIN × + ∑ -3% + 顺序阀系数k SEQ

f2(x)

GV1顺序阀开度L1SEQ ×

T

运行RUN

GV1阀位开度指令 图3-10 高压调节阀GV1阀位指令形成原理

其阀位开度=L1SIN×kSIN+L1SEQ×kSEQ

1 0 顺序阀方式 T 手动系统复位 T 1

& T ≥1 &

汽轮机复位 控制偏差大于4% 阀转换在进行 总流量需求值≥99.9%

0.00167

V≯

≥1 1 - ∑ +

总流量需求值≤0.1%

单阀系数kSIN

顺序阀系数kSEQ

图3—11 单阀系数、顺序阀系数形成原理

(1)单阀/顺序阀切换正常进行时,其切换需要经过若干个有限 的控制周期才能完成,切换时间可通过调整限速模块的速率来确定。 当总流量需求值大于99.9%(对应阀门全开)或小于0.1%关)时, (对应阀门全切换瞬间完成。

(2)切换过程中,出现以下二种情况时,暂停 切换,等到异常情况消失后,再继续切换。 1)汽轮机复位,手动系统复位; 2)当控制差大于4%停止切换,这是由于在实 际的阀门切换过程中,前面分析中的假设条件是难 以成立的,所以不可避免地会有负荷扰动,负荷扰 动的大小与阀门特性曲线的准确性、汽轮机运行工 况和控制回路的投运有关。

其它阀阀位指令形成
中压调节阀阀位指令与高压调节阀阀位指 令产生原理基本相同。 高压主汽阀阀位指令
中压主汽阀阀位指令

0% 阀室预暖 10% 100% 计算基准值 T 0% & 跳闸汽轮机 主汽阀泄漏试验 T 运行RUN T 手动系统复位

T

≥1

f(x) 试验阀门开度值 T 汽轮机跳闸 0% T 0% 左高压主汽阀试验 试验阀门开度值

f(x) 右高压主汽阀试验 T 汽轮机跳闸 T

左高压主汽阀阀位指令

右高压主汽阀阀位指令 图3—12 高压主汽阀阀位指令形成原理

左中压主汽阀试验关闭 ≥1 开始主汽阀泄漏试验

打开左中压主汽阀

&

打开右中压主汽阀 右中压主汽阀试验关闭 运行RUN ≥1 &

图3—13 中压主汽阀阀位指令形成原理

第三节 汽轮机运行方式
1. 操作员自动(Operator Automation, OA) 2. 汽轮机自启动(ATC) 3. 自动同期(AS) 4. 协调控制(CCS) 由运行人员根据汽轮发电机机组运行 情况选择运行方式。

一、操作员自动(OA)
1、操作员直接控制 2、转速自动控制 3、功率自动控制 4、主汽压力自动控制

二、汽轮机自启动(ATC)
ATC程序根据机组运行需要,能自动完 成: (1)变更转速; (2)改变升速率; (3)产生转速保持; (4)改变负荷变化率; (5)产生负荷保持。

三、自动同期(AS)
采用自动同期方式一般须满足下列条件: 1. 控制在“操作员自动方式”或“汽轮机自 启动”方式; 2. 机组的转速由高压调门控制; 3. 发电机变压器组断路器断开(未并网); 4. 自动同期允许; 5. 汽轮机转速在同步范围。

四、协调控制(CCS)
协调控制方式一般须满足下列条件: (1)机组已并网; (2)收到协调允许信号。

第四节 控制功能与控制系统特性
一、控制功能
1.转速控制

OA手动给定
ATC自动给定 同步信号

给 定 处 理 回 路

转速 调节器
+ -

阀 门 管 理

动电 机液 及转 阀换 门、 油

转速
汽轮发电机 组

转速测量

图3—14汽轮机转速控制图

2.负荷控制 汽轮发电机组一般满足以下条件时可投入负荷 控制: (1)机组已并网,控制系统在“操作员自动”方 式 (2)功率信号正常,且负荷在合适范围; (3)控制系统未参加单元机组协调控制; (4)主汽压力控制未投入。 等。

中 间 再 热 器

中 、 低 压 缸 机 械 功 率

负荷扰动

手 动 给 定

P0 给+ 定 处 理 回 路

N + + 调 频 投 入 功率 调节器 - PE - 调节级 压力调 节器 Y K3 调 节 制级 投压 入力 控 调节级压 力测量

阀 门 管 理

动电 机液 及转 阀换 门、 油

电功率

蒸 汽 容 积

高 压 缸

+ 发电机

OA

K1

频率 校正

功率 测量 + - n 转速 测量

n0=3000r/min 图3—15汽轮机功频控制系统图

3. 协调控制

汽轮发电机组一般满足以下条件时可投 入协调控制: 1. 机组已并网; 2. 接收到CCS请求信号; 3. 由CCS来的给定信号正常; 等。

中 间 再 热 器

中 、 低 压 缸

负荷扰动

从CCS来 TD指令

给 定 处 理 回 路

+ + K1 频率 校正

调 频 投 入

阀 门 管 理

动电 机液 及转 阀换 门、 油

蒸 汽 容 积

机 械 功 率
高 压 缸 +

电功率

发电机

+ 3000r/min



转速 测量

图3—16参加机组协调控制时的汽轮机控制系统结构

在协调控制方式下,禁止负荷控制投 入和做阀门试验。 当有以下条件产生时协调控制方式被切除: 1. CCS请求信号消失; 2. 从CCS来的给定信号故障; 3. 油开关跳闸; 4. 汽机已跳闸; 5. 操作人员将CCS控制切除; 等。

二、控制系统特性
当汽轮机控制为协调控制方式时,要从 单元机组来讨论整个机组特性,其特性在 单元机组协调控制章节中介绍。 在此仅对非协调控制时汽轮机功频控制 特性进行简单讨论。 1、静态特性

中 间 再 热 器

中 、 低 压 缸 机 械 功 率

负荷扰动

手 动 给 定

P0 给+ 定 处 理 回 路

N + + 调 频 投 入 功率 调节器 - PE - 调节级 压力调 节器 Y K3 调 节 制级 投压 入力 控 调节级压 力测量

阀 门 管 理

动电 机液 及转 阀换 门、 油

电功率

蒸 汽 容 积

高 压 缸

+ 发电机

OA

K1

频率 校正

功率 测量 + - n 转速 测量

n0=3000r/min 图3—15汽轮机功频控制系统图

在频率校正回路中,频率校正实际上是一 个死区—线性—限幅非线性环节。当死区— 线性—限幅非线性环节中的死区为0,且限 幅未发生作用时,频率校正回路的输出为

P 1 ? k (n0 ? n)
式中k为频率校正的比例系数,又称调差系数, 单位:MW/(r/min)。 k反映了机组一次调频能力,k大一次调频能 力强。如果电网系统中所有机组的调差系数k都 很大,则容易引起系统不稳定。

频率校正回路的输出P1与给定回路输出 的功率给定值P0相叠加作为功率调节器的 给定,由于功率调节器采用PI控制规律,系 统稳态时,汽轮发电机组的输出电功率PE 等于功率给定值,即

PE ? P 0 ? k (n0 ? n)
n n0

P0 PE n ? n0 ? ? k k

O

P0

PE

图3-17 汽轮发电机组功频控制时静态特性

转速不等率δ表示
nmax ? nmin ?n ?? ? 100% ? ? 100% n0 n0

nmax , nmin , n0

代表机组空负荷,满负荷和额定负荷时的转速

1 P额定 ?? ? ? 100% k n0

2、控制系统动态特性
负荷扰动 阀 门 开 度
蒸汽 容积 高压缸功率 + 高压缸 + 中间再热 器 中、低压 缸 中 、 低 压 缸 功 率

P0 +


+ 功率 调节器 - PE

电液转 换、油 动机及 阀门

压 力

- + 转子

转速

频率校正

功率测量 3000 - n 转速测量



图3—17汽轮机功频控制等效图

负荷扰动 +
1 K p (1 ? ) Ti s


1 Ts s ? 1

转速
1 Ta s ? ?

P0

+ +



1 To s ? 1

?1Tp s ? 1
Tp s ? 1



1 ?
3000




图3—18汽轮机功频控制动态特性

FHP

+ +

+ +

PM

FIP
主汽压力

高调开度

1 1 ? TCH s

1 1 ? TRH s
中调开度

1 1 ? TCO s

FLP

第五节 汽轮机保护与安全监视系统
一、汽轮机保护 控制系统保护主要有 (1)超速保护系统,用于机组超速时关闭高、中 压缸调节阀。实际上有103%超速保护和110%超 速保护方式两种: 1. OPC(1),当汽轮机超过103%额定转速, 即3090r/min时,OPC电磁阀动作,迅速关闭高、 中压缸调节阀。 2. OPC(2),当汽轮机超过110%额定转速,即 3300r/min时,AST电磁阀动作,将所有的主汽 阀和调节汽阀迅速关闭,进行紧急停机。

转速 n 高压主汽阀 TV 高压调节阀 GV 高压缸 中压缸 低压缸 发电机

主 汽 压 PT

调 节 级 压 力

中压主汽阀 SV 再热器 IMP

中压调节阀 IV IEP

功率 PE

并网BR 高压主汽阀油 动机 高压调节阀油 动机 OPC油路 AST油路 挂闸ASL 中压主汽阀油 动机 中压调节阀油 动机 油断路器

阀 位 指 令

阀 位 反 馈

测 量 信 号 EH高压抗燃油 供油系统

汽轮机数字控制器 (DCS) AST1 AST3

隔膜阀

润滑油供油系统 超速保护OPC(1) 系统连接信号 TD,AS,RB等 紧急跳闸ETS OPC(2) AST2 AST4 机械遮断 手动遮断

排油
图3-3 汽轮机控制系统构成原理图

(2)危急遮断系统,用于参数严重超标、危 及机组安全时,紧急关闭所有的主汽阀和 调节汽阀,立即停机。 如超速110%、轴向位移超限、轴承油压 低、凝汽器真空度低、推力轴承磨损、抗 燃油(EH电液调节)油压低、遥控跳闸信 号等发生时,由自动保护系统动作AST电磁 阀,快速泄放高压抗燃油,使主汽阀和调 节汽阀迅速关闭,达到保护汽轮机发电机 组的目的。 此外还有机械超速保护和手动遮断系统等。

二、安全监控系统
汽轮机启停和运行过程中对一些重要参数和状态 进行监测。 包括汽轮机转速、发电机功率、主蒸汽压力和 温度、再热蒸汽压力和温度、凝汽器真空、调节 级压力、各级抽汽压力和温度、润滑油压和油温、 控制油压、油动机行程、主汽门的开关状态、转 子的轴向位移和偏心、高压缸和低压缸差胀、缸 胀、汽轮机各轴瓦和轴振动、推力瓦温度、高压 抗燃油油泵运行状态、汽缸与转子的热应力、上 下汽缸温差等。另外,还包括汽轮机控制系统本 身的运行状况,如控制器电源、输入输出件以及 内部程序的运行情况等。 一般称为汽轮机监测仪表(Turbine Supervisory Instrumentation, TSI),也称汽 轮机安全监控系统。

第六节 汽轮机旁路控制系统
1 旁路系统及控制方案

一、旁路系统
旁路系统是为汽轮机提供的一条旁路通 道,它是由蒸汽管路及减温减压装置组成。 其作用是将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机 而引到下一级压力和温度的蒸汽管道或直 接引入凝汽器,这样可平衡锅炉的产汽量 和汽轮机的耗汽量,稳定锅炉和汽轮机的 运行。

再热机组的旁路系统型式主要有一级大旁 路、二级串联旁路系统、三级旁路(高压 旁路串联低压旁路,再并联大旁路)。目 前,大型单元机组多采用高低压二级串联 的旁路系统。

高旁减压阀 高压减温水

高 压 旁 路 系 统

发电机 高 压 缸 中 压 缸 低压缸 ~

喷水隔离阀 喷水调节阀

过 热 器

再 热 器
低旁减压阀

低压旁路系统

低压减温水 锅炉

喷水调节阀

凝汽器

低旁减压阀

压 图16-1 高低压串级旁路系统

二、旁路控制系统
1、控制任务 旁路控制系统的控制任务可分为以下两部分: 1、机组起停过程中的控制任务 (1)保证主蒸汽压力按起动曲线变化; (2)保证高旁后蒸汽温度在再热器安全运行所允许的温 度范围内; (3)保证再热蒸汽压力在与机组出力相适应的数值上; (4)保证低压旁路后蒸汽温度在凝结器安全运行所允许 的范围内。 2、正常运行时的保护 在正常运行时的保护包括:当蒸汽压力过高危及安全时, 进行超压保护;汽轮机急甩负荷时的工质回收;保护凝结 器;保护再热器。

2、旁路控制系统方案
高低压二级串联的旁路系统来说,旁路 控制系统主要由高压旁路控制系统和低压 旁路控制系统构成。

高压旁路控制系统主要由高压旁路压力 控制系统和高压旁路温度控制系统组成。
主蒸汽压力 主蒸汽压力设定 运算模块(含: 运行方式、阀位 反馈、最大最小 阀位限制等信号, 以及速率限制、 比例运算等) 高旁出口温度

高旁主蒸汽 压力调节器

设定值

高旁后汽温 调节器

高旁流量

乘法器

高旁减压阀开度 (a) 图16-2 高压旁路控制原则性方案

高旁喷水阀开度 (b)

低压旁路控制系统主要由低压旁路压力控 制系统和低压旁路温度控制系统组成。
调速级压力 再热蒸汽压力 低旁出口温度

函数 运算模块

低旁汽压 力调节器

设定值

低旁汽温 调节器

低旁流量

乘法器

低旁减压阀开度 (a) 图16-3 低压旁路控制原则性方案

低旁喷水阀开度 (b)

2 600MW机组旁路控制系统
以往的旁路控制系统均采用专用的电子控 制装置进行旁路控制,但这一情况在 600MW机组上有所改变,一些机组已开始 采用DCS实现旁路控制功能。

一、高压旁路控制系统
高压旁路控制系统主要由高压旁路压力控 制系统、高压旁路温度控制系统和喷水隔 离阀控制系统三部分组成。

高压旁路压力控制系统
1、高压旁路系统的启动方式和运行方式 ? 1)冷态启动。按下“启动”键,若pT < pmin(最 小主蒸汽压力设定值),即进入冷态启动方式。 ? 2)热态启动。按下“启动”键,若pmin < pT < psync(汽轮机冲转压力),即进入热态启动方式。 ? 3)重启动。按下“启动”键,若pT > psync,即 进入重启动方式。这种方式适用于汽轮机短时间 停机,而锅炉仍维持一定压力时的重新启动。

高压旁路控制系统的运行方式有“启动” 方式、“压力控制”方式、“压力跟踪” 方式和“快速开关”方式等4种。 启动方式: 最小阀位控制、最小压力控制 升压控制。

0

A
N

高压旁路压 力设定值

主蒸汽压力

压力跟踪 高压旁路自动

&

T1 Y △P A - △ K ∫ + ∑

手动 Ymin A Y 最小阀位控制 T2 N A 0% > N 高压旁路快关 T3 N 高压旁路快开 T4 A T

N

Y

A

0%

Y

A

100%

高旁减压阀开度指令
图16-4 高旁旁路压力控制

N 压力控制 T1 N ≥1 T2 N 升压控制 T3 T4 ∨≯ N 最小压力控制 T5

Y Y

A A

psync Ym pmin 减压阀开度Y + PID

最小压力控制
最小阀位控制



△ K ∫

Y

压力跟踪 重启动 关闭

≥1

Y

f(x )

主蒸汽压力

∨≯
Y

> N 升压控制 T6 Y ∨≯

闭锁减

< N 重启动 T7 Y ∨≯

闭锁增

< N 关闭 T8 > < Y ∨≯

闭锁增

A A

pmin pmax

高压旁路压力设定值 图16-5 高压旁路压力设定值形成回路

1)最小阀位控制:这时主蒸汽压力的设定值 为最小压力设定值pmin,由于刚启动,虽然 主蒸汽压力低于最小压力设定值pmin,但由 于切换器T2接Y端,故使得减压阀开度为最 小阀位开度Ymin。以保证锅炉启动时蒸汽能 进入过热器和再热器,此后随着主蒸汽压 力上升,减压阀保持最小开度,直到主蒸 汽压力上升到pmin。这一阶段属于滑压运行。

2)最小压力控制:这时主蒸汽压力的设定值 为最小压力设定值pmin,随着锅炉的燃烧, 主蒸汽压力会上升,为了维持主蒸汽压力 等于最小压力设定值pmin,减压阀门开度逐 渐开大,直至预先设定的开度Ym(由锅炉 启动期间所期望的蒸汽流量确定)。这一 阶段属于定压运行。

3)升压控制:随着锅炉的燃烧,主蒸汽压力 会上升,减压阀开度Y会开增大,当Y大于 设定开度Ym时,调节器PID的输出增加, 这样主蒸汽压力的设定值增加,于是减压 阀开度Y将减小,一直减小到Y=Ym。主 蒸汽压力的设定值增加的速率将受到中切 换器T6的Y端速率限制器的限制。随着锅炉 燃烧率的继续增加,主汽压力上升至汽轮 机冲转压力psync,这一阶段属于滑压运行。

4)压力控制:这时主蒸汽压力的设定值为冲 转压力psync,控制系统将维持主蒸汽压力 pT = psync,汽轮机开始冲转升速。

? 5)压力跟踪:当锅炉产生的蒸汽量全部进入汽轮 机,高旁阀完全关闭时,旁路系统进入压力跟踪 方式。在该方式下,高旁主蒸汽压力设定值跟踪 主蒸汽压力pT,压力偏差△p信号经切换器T1后 与主蒸汽压力pT相加(ps =pT +△p),构成高旁 主蒸汽压力设定值,这样设定值ps始终大于主蒸 汽压力pT,于是压力控制器的输入始终为负偏差, 以保证旁路在机组正常运行时能可靠地关闭。这 一阶段属于滑压运行。跟踪方式是旁路关闭后的 正常运行方式。 如果主蒸汽压力超过设定值一定值时,减压阀 立即开启,直到主蒸汽压力实际值小于设定值时, 高压旁路阀再次进入关闭状态。

最小阀位控制

最小压力 控制

升压控制

压力控制

压力跟踪

压力/ 负荷

主蒸汽压力

蒸汽流量 0

汽轮机负荷 时间

压 力 设 定 值

psync
pmin

0

时间

阀位 Ymin

Ym

时间 0

图16-6

高压旁路控制系统的冷态启动曲线

高压旁路温度控制系统

主蒸汽温度

主蒸汽压力 A 高压旁路关闭 × A × A T1

再热器入口温度

N
Y A △

∑1

K ∫

∑2
手动 N A T N 高压旁路阀门关闭或 高旁快关 T2 N 高压旁路快开 T3 Y A 100% Y A 0%

高旁减温水控制阀指令

图16-7 高旁减温控制系统

二、低压旁路控制系统
低压旁路控制系统由低压旁路压力控制系 统、低压旁路温度控制系统和喷水隔离阀 控制系统三部分组成。

1、低压旁路压力控制系统
压力设定值 中压安全门动作设定值

pmax pmin
△p
p1

0

低压旁路压力控制系统

汽轮机调节级压力
f(x) N 汽轮机未冲转 低旁两侧 减压阀均关 A N T2 ∑1 T1 Y A pmax Y pmin A

再热器出口压力 + △ K ∫



BALANCER

+ ∑2 手动 A T ∑4 - 低压旁路快开 T4 低压旁路快关 T5 100% A + A Y T3 低旁A、 B 均自动

- ∑3 手动 A T

低压旁路快开 T6

100% A

0%
A

低压旁路快关
T7

0%
A

低旁压力减压阀A开度指令 低旁压力控制系统

低旁压力减压阀B开度指令

(1)在启动和低负荷阶段:这时蒸汽未达 到汽轮机冲转条件,压力设定值为最小值 pmin,在锅炉点火刚后,由于压力小于pmin, 调节器入口偏差为负,控制输出最小值, 这时低压旁路阀保持在关闭状态。随着再 热汽压的不断升高,当压力大于pmin,调节 器入口偏差为正,调节器控制输出逐渐增 大,低压旁路减压阀逐渐开大,使得有一 定的蒸汽流量通过再热器以保护再热器, 同时维持再热器出口压力为最小值pmin。

? (2)机组升负荷阶段:这时汽轮机冲转, 根据中间再热式机组的运行要求,再热汽 压力应与机组负荷相适应,再热器压力随 机组负荷变化而变化。因此低压旁路以 “滑压方式”运行。这期间压力设定值是 变动的,它与机组负荷成正比,并且压力 设定值略高于再热器实际压力,目的使低 压旁路压力减压阀保持在关闭状态。

如不考虑运行人员人工修正的话,汽轮 机调节级压力p1经过函数发生器f(x)构成这 时的再热器出口压力设定值ps,即 ps=kR×p1+△p,其中kR为100%负荷时再 热器出口压力设计值和汽轮机调节级压力 设计值的比值,△p为偏置量。 汽轮机冲转后,汽轮机调节级压力p1开 始上升,而此时再热器出口压力应为 kR×p1,由于压力设定值ps=kR×p1+△p> kR×p1,所以减压阀开始关小,直至全关。

(3)安全保护:当低压旁路减压阀全关后, 如不考虑运行人员人工修正的话,这时再 热器出口压力设定值ps为低压旁路最大压 力设定值pmax,该值小于再热器安全门动 作值。这样,当再热器出口压力大于最大 压力pmax,低压旁路减压阀门打开泄流泄 压,而不造成安全门动作,只有在低压旁 路开启后仍不能阻止再热器压力的上升时, 安全门才动作。

为防止锅炉超压或减少安全门动作,旁路 系统设计了低压旁路快开功能,发生下列 情况之一,旁路控制系统快开低压旁路减 压阀: 1)汽轮机110%超速; 2)高压旁路快开; 3)再热蒸汽压力太高。

为了防止凝汽器超温超压,设计了低压 旁路快关功能。满足下列任一条件,低压 旁路减压阀快速关闭并且自动切手动: 1)凝汽器真空低; 2)凝汽器温度高; 3)凝汽器水位高; 4)低压旁路喷水压力低; 5)低压旁路阀后温度高。

低压旁路温度控制系统
低压旁路温度控制系统是由两套完全相 同的温度控制系统来控制对应的喷水阀进 而进行温度控制,在此仅介绍一侧的温度 控制方案。 由于进入凝汽器的是饱和蒸汽或湿蒸汽, 常规的测温方法不能代表蒸汽所具有的热 量,因此控制系统采用蒸汽流量来计算低 压旁路喷水流量。

低旁减压阀开度指 再热器出口压力 低旁出口温度 令

再热器出口压力与设 定值偏差>0.2MPa

A N

0 Y

×
N ÷ D f(x) 喷水系数

T6

A
K

∑ 低旁减压阀 开度指令> 15% A ∑ N T6 Y

蒸汽流量

×

低压旁路减温水流量

△ K ∫ 手动 A 低压旁路快开 低压旁路快关 T T6 T7 A A 100% 0%

低旁喷水阀开度指令 图16-10 低旁温度控制



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