汽轮机DEH系统与汽轮机自启停介绍

2016/10/31 14:08:16 人评论 次浏览 分类:调试维修  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/1110.html

完整的汽轮机DEH系统由监视系统、调节系统、应力控制系统、保护系统、液压伺服系统和汽轮机自启停控制系统组成,昌晖仪表在本文对DEH系统各组成系统功能和汽轮机自启停控制做科普性介绍。

数字电液控制系统(Digital Electric-Hydraulic Control System,DEH)是保证汽轮机经济运行必不可少的条件。汽轮机DEH的任务是根据控制指令(目标转速、负荷及其变化率),控制运行方式、阀门试验方式、机组状态参数和转速、发电机功率等被控量,通过数字控制器输出控制信号,经与反馈信号比较后,其偏差经过伺服放大后,送到电液转换器,自动控制进汽量,以改变蒸汽转矩,在转速改变不大的情况下,达到新的平衡,以适应外界负荷或蒸汽状态的变化。

1、汽轮机DEH系统组成
一个完善的汽轮机DEH系统由监视系统、调节系统、应力控制系统、保护系统、液压伺服系统、汽轮机自启停控制系统等组成,如图1所示。
汽轮机DEH系统结构示意图
                                                                               图1  DEH系统结构图
监视系统可以保证汽轮机安全运行,连续监视汽轮机运行中各参数的变化。调节系统实现大范围的转速控制、负荷控制、异常工况下的负荷限制、主汽压力控制以及阀门位置控制等。应力控制系统主要对高压缸调节级和中压缸第一级处转子和汽缸的热应力进行监视、温度裕量计算和应力限制。保护系统是当汽轮机出现危险情况时,迅速关闭所有进汽阀,防止发生重大事故,保护汽轮机设备安全,同时提供阀门试验功能。汽轮机DEH保护系统的基本思想是“宁可误动,不可拒动”。液压伺服系统包括供油系统和电液执行系统两部分。供油系统为独立高压抗燃油系统,为电液执行机构提供12-16MPa的压力稳定的压力油电液执行机构由油动机、阀位检测器、试验电磁阀和电液转换器组成,实现对阀门的控制。

汽轮机的参数监视通常由DAS和TSI(Turbine Supervision Instrument,汽轮机监视仪表)系统来实现。测量结果同时送往调节系统作限制条件,送往保护系统作保护条件,送往顺序控制系统作控制条件。机械方面的参数主要有汽轮机转速、轴振动、轴承振动、转子轴向位移、转子与汽缸的相对膨胀、汽缸的热膨胀、主轴偏心度、油动机行程等。热工方面的参数有主蒸汽压力、主蒸汽温度、凝汽器真空、高压缸速度级后压力、再热蒸汽压力和温度、汽缸温度、润滑油压、调节油压、轴承温度等。

转速控制可以实现大范围的转速自动调节,使汽轮机从盘车转速逐渐升到并网前转速,调速范围为50-3300r/min,调节精度为±(1-2)r/min,大多数电调系统是以实际转速作为测量信号与转速定值比较,将转速偏差送入转速控制回路运算,通过负荷控制回路输出阀位控制指令,阀位指令作用于阀门控制回路去操作蒸汽阀门的启闭,达到转速控制目的。汽轮机升速过程中,转速定值已预先给定的升速率连续变化、是一条随时问增长的直线。升速率的值由汽轮机制造厂提供函数数据,运行操作人员可以根据汽轮机热状态进行选择,也可以由控制系统自动选择。

还有的电调系统采用升速率作为被调量来实现汽轮机升速过程的转速控制。测取的实际转速经微分后得到实际升速率信号,该信号与给定的升速率相比后得到升速率信号,此信号送至低选环节,低选环节同时接受转速偏差信号,取两偏差值的低值作转速控制信号。机组升速过程中,由于转速偏差值很大,故汽轮机按给定升速率控制转速的上升。升速率可以由运行人员来选择,也可以由电调系统根据机组的热状态自动选择。当汽轮机转速接近目标转速时,转速偏差小于升速率偏差,低选环节选择转速偏差为控制信号,这时汽轮机转速很快稳定于目标转速。

对于以上两种情况,转速控制还要采取一定技术措施保证汽轮机的安全,一是当升速过程中汽轮机出现工况异常,如振动过大等,应采取闭锁升速,工况正常后继续升速是当汽轮机过临界转速的,电调系统应能自动提高升速率,使汽轮机快速通过临界转速。

负荷控制是在汽轮机启动升速过程结束、机组已完成并网任务后开始工作的。负荷控制的功能是通过开环或闭环工作方式去控制汽轮机发电机的负荷。闭环工作时,以发电机实发功率值为测量信号与功率定值相比较,得到功率偏差值经负荷控制回路运算后去控制调节阀的开度,达到调节功率的目的。开环工作时,根据功率定值及频差信号由负荷控制回路直接给出阀门开度指令。无论应用哪种方式,最终都要使汽轮机实发功率达到功率给定值。功率给定值回路与转速定值回路相似,也是根据目标负荷和变负荷速率给出连续变化的升负荷指令。变负荷速率通常由运行人员在(0.5%-10%)/min范围内选择。具有热应力限制功能的电调系统可根据热应力在线计算值限制变负荷速率的大小。

当机组并网发电后,转速控制回路的转速偏差实际上反映的是电网实际频率与额定频率之差。当出现频差信号后,为了调节电网频率使之维持在额定频率(50Hz)值上,可将转速偏差根据汽轮机静态特性曲线转换为功率偏差,然后通过负荷回路去调节机组的实发功率,使机组参加一次调频。

2、汽轮机的启动曲线
汽轮机的启动过程分为升速-暖机-升速-暖机-升速-冲临-升速-暖机升速一定速这样几个过程。可以看出汽轮机的启动有点像爬山,当盘车带动汽轮机启动以后、打开主汽门,由高温高压蒸汽作为源动力推动汽轮机运作,到达一定速度后,汽轮机通过脱扣装置与盘车脱开,冲转开始,这个过程中需要监视汽轮机是否有异音,到500r/min后,汽轮机保持这个速度运行一段时间,称为暖机。
汽轮机启动曲线
图2  汽轮机启动曲线
①暖机
暖机主要的目的是使汽轮机内部机械强度、各方向应力、部件的热膨胀、热变形等指标缓慢上升。然后重新设定升速率和目标转速,向下一个转速1500r/min前进,同样,到了目标转速后,恒速运行一段时间,设定下一目标转速2500r/min,到达这个速度之前会经历一个临界转速,系统程序会自动设定更高的速率来冲过这个区域,这个过程称为冲临。

什么是临界转速呢?
转子在运转中都会发生振动,转子的振幅随转速的増大而增大,到某一转速时振幅达到最大值(也就是平常所说的共振),超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少,且稳定于某一范围内,这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。到2500r/min的时候,还需要暖机一段时间,然后按曲线达到3000r/min,此过程称为定速。

根据汽轮机所处的状态不同,比如冷态、暖态和热态,每个过程的升速率和暖机时间会有不同设定值,这样既保证了设备的安全运行,又节省了启机时间。汽轮机从冷态启动到正常运行需要的时间跟机组大小有很大关系,大概为3-6h不等。在并网要求下达以后,汽轮机DEH系统接收自动准同期装置命令,把转速控制交与自动准同期装置,实现并网以后,DEH继续根据负荷要求来调节汽轮机的转速,实现汽轮机运行速度(3000±2)r/min的要求。

此处仅仅描述了汽轮机启动的大概过程,实际运用中需要注意很多参数及系统工况等,因此需要非常仔细。

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