12MW直接空冷抽汽式汽轮机数字电液调节系统宋晓东
发表时间：2017-12-23T21:20:27.833Z 来源：《电力设备》2017年第26期作者：宋晓东
[导读] 摘要：本文介绍了包钢集团宝山矿业有限公司CZK12-3.43/0.981-1型12MW直接空冷抽汽式汽轮机的数字电液调节系统（简称DEH）的结构、原理、及汽轮机控制方式，同时对汽轮机紧急跳闸保护系统（简称ETS）、汽轮机监视仪表系统（简称TSI）、超速保护等进行介绍。
（包钢集团宝山矿业公司热电作业部内蒙古包头市 014010）
摘要：本文介绍了包钢集团宝山矿业有限公司CZK12-3.43/0.981-1型12MW直接空冷抽汽式汽轮机的数字电液调节系统（简称DEH）的结构、原理、及汽轮机控制方式，同时对汽轮机紧急跳闸保护系统（简称ETS）、汽轮机监视仪表系统（简称TSI）、超速保护等进行介绍。
关键字：DEH-NTK ETS TSI 汽轮机 AST电磁阀 OPC电磁阀 103%超速 110%超速
包钢集团宝山矿业有限公司2#汽轮机为南京汽轮机厂生产的CZK12-3.43/0.981-1型12MW直接空冷抽汽式汽轮机，该机组控制系统为DEH-NTK数字电液调节系统，是南京汽轮机厂与南京科远自动化公司共同研究自主开发的一种电调系统。
其数字电子部分由一个电子控制柜及操作员站等组成，该系统设备将DEH、ETS一体化设计，运转层上汽机信号的监测控制和保护全部进入DEH系统从而实现控制、监测和保护一体化，同时控制系统重要参数在线可调，极大方便了运行人员。
DEH装置将现场信号（转速、压力、行程等）通过输入卡件处理后送到DPU进行运算，并将运算的结果通过输出卡件送到现场设备完成控制任务。
DEH控制系统的主要目的是控制汽轮发电机组的转速和功率，从而满足电厂供电的要求。
同时DEH控制系统还将控制供热压力或流量。
DEH系统通过电液伺服阀分别控制高、低压阀门，从而达到控制机组转速、功率及抽汽压力的目的。
机组在升速过程中（即并网前），DEH控制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。
在此回路下，DEH控制系统接收现场汽轮机的转速信号，经DEH三取二逻辑处理后，作为转速的反馈信号，与转速设定值进行PID运算，输出油动机的开度给定信号到伺服卡。
此给定信号在伺服卡内与油动机位置反馈进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，调整油动机的开度改变进汽量，从而控制机组转速。
在此过程中，操作人员可设置目标转速和升速率。
DEH有如下几种运行方式：
一、操作员控制：这是最常用的运行方式。
这种运行方式下可以进行以下操作：转速控制、功率控制或阀位控制、主汽压力控制、抽汽控制(适用于可调整抽汽机组)等。
二、手操盘手动：手操盘手动运行方式是紧急状态下手操盘通过硬接线（开关量）控制伺服卡最终控制阀门开度。
三、协调控制：协调控制运行方式是DEH在阀位方式下接受协调指令开关调门脉冲（或模拟量）的控制方式。
ETS保护系统工作原理
ETS即汽轮机紧急跳闸保护系统，用来监视对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，实现紧急停机。
ETS系统具有各种保护投切，自动跳闸保护，首出原因记忆等功能。
当停机条件出现时，ETS可发出汽机跳闸信号，使AST电磁阀动作，实现紧急停机。
TSI系统工作原理
TSI汽轮机监视仪表系统，用来在线监测对机组安全有重大影响的参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过DEH和ETS控制汽机实现安全停机。
DEH-NTK系统对TSI系统有两种处理方式，一种是采用专用卡件可接受TSI传感器信号并通过软件进行分析处理用于测量显示和报警保护。
另外一种是通过DEH的AI和DI通道采集独立的TSI系统的模拟量和开关量输出。
DEH控制系统功能及逻辑条件
一、挂闸
（1）自动挂闸：挂闸即机组恢复，主汽门打开，可以开始冲转。
机组准备判断挂闸的条件为：主汽门行程开关不在关的位置、启动油压已建立、主汽门行程大于50%三个条件中至少有两个条件成立且解列时转速通道未发生全故障。
（2）界面手动挂闸：可以实现远方挂闸，挂闸动作依靠挂闸电磁铁得电建立复位油实现。
二、整定伺服系统静态关系（拉阀试验）
整定伺服系统静态关系的目的在于使油动机在整个全行程上均能被伺服阀控制。
阀位给定信号与油动机升程的关系为：给定0～100％升程0～100％。
油动机整定在DEH-NTK操作员站上操作，通过界面上的拉阀试验进行。
允许整定条件为：需同时满足：（1）转速低于500转；（2）机组未并网；（3）“阀位标定试验投入”按钮按下。
三、启动前的控制
汽轮机的启动过程，对汽缸、转子等是一个加热过程。
为减少启动过程的热应力，适用于不同的初始温度，应采用不同的启动曲线。
DEH在每次挂闸时，可根据汽轮机汽缸壁温的高低选择热状态，参考范围：冷态（T＜150℃）、温态（150℃T＜300℃）、热态（300℃T＜400℃）、极热态（400℃T）。
四、升速控制
在汽轮发电机组并网前，DEH为转速闭环无差调节系统。
其设定点为给定转速。
给定转速与实际转速之差，经PID调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。
在给定目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。
当进入临界转速区时，自动将升速率改为600r/min（可设定）快速通过临界区。
在升速过程中，通常需对汽轮机进行中速、高速暖机，以减少热应力。
（1）目标转速：除操作员可通过面板设置目标转速外，在下列情况下，DEH自动设置目标转速。
汽机刚挂闸时，目标为当前转速；油开关断开时，目标为3000r/min；汽机已跳闸，目标为零。
（2）升速率：操作员设定，速率在(0，500)r/min；在临界转速区内，速率强制为600r/min；在额定转速附近，升速率将自动降低（可根据需要设定）。
（3）临界转速：为避免汽轮机在临界转速区内停留，DEH设置了临界转速区。
当汽机转速进入此临界区内时，DEH自动以最高速率冲过。
（4）暖机：默认的汽机暖机转速为500,1200,2500,3000r/min，故目标值通常设为500，1200，2500,3000r/min，到达目标转速值后，可自动停止升速进行暖机。
若在升速过程中，需暂时停止升速。
（5）3000r/min定速：汽轮机转速稳定在3000r/min左右时，各系统进行并网前检查。
（6）同期控制：DEH自动进入同期方式后，其目标转速在刚进入同期方式的值的基础上，按同期装置发来的转速增加指令，以100r/min的变化率变化，使发电机的频率及相位达到并网的要求。
（7）发电机做假并网试验：发电机做假并网试验，以检查自动同期系统的可靠性及调整的准确性。
在试验期间，发电机电网侧的隔离开关断开发出假并网试验信号。
DEH接受假并网信号后仍处于转速控制状态，配合电气做相关试验。
五、负荷控制
并网带初负荷：当同期条件均满足时，同期装置发出油开关合闸指令使油开关闭合，DEH立即增加给定值，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。
升负荷：在汽轮发电机组并网后，在带基本负荷时，可投入功率控制。
投入后目标和给定值均以MW形式表示。
在功率控制未投入时，目标和给定值以额定工况百分比形式表示。
负荷率由操作员设定，负荷率在(0～50%额定功率)MW/min内。
功率控制：功率控制器是一个PI控制器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出控制调节汽阀。
甩负荷：由于汽轮机的转子时间常数较小，汽缸及蒸汽管道的容积时间常数较大。
在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，若仅靠系统中转速反馈的作用，最高转速有可能超过110%，而发生汽轮机遮断。
为此设置了一套甩负荷超速限制逻辑。
六、负荷控制
为了安全可靠，系统中设置了多道超速保护:（1）103%超速：并网前，转速超过3090r/min则迅速动作超速限制OPC电磁阀，关闭所有调节汽阀，待转速低于3070r/min 时，超速限制电磁阀失电，调节阀恢复由伺服阀控制，即恢复调节系统控制。
并网后，转速超过3090r/min则迅速动作超速限制OPC电磁阀，关闭所有调节汽阀，待转速低于3070r/min 时，超速限制电磁阀失电，调节阀恢复由伺服阀控制，即恢复调节系统控制。
（2）110%超速：当机组转速超过3300 r/min时，DEH立即发出停机信号，通过ETS系统迅速关闭所有主汽阀、调节阀。
参考文献
[1]南京汽轮机厂《抽气机维护规程》
[2]南京汽轮机厂《抽气机调节系统说明书》
[3]南京汽轮机厂《抽气机DEH说明书》
[4]肖增弘徐丰中国电力出版社《汽轮机数字式电液调节系统》
[5]赵素芬中国电力出版社《汽轮机设备》。
![直接空冷机组给水泵汽轮机凝结水自排系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/7dd590c7453610661fd9f4e4.png)
