用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統的製作方法
2023-05-03 05:08:26
專利名稱：用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電站汽輪機組的自動控制系統，特別是針對600MW機組汽 輪機組數字式電液控制系統(DEH)。
背景技術：
汽輪機是高溫、高壓、高速旋轉的大型動力設備。汽輪機數字式電液控 制系統(DEH)是電站汽輪發電機組不可或缺的組成部分，是汽輪機啟動、 停止、正常運行和事故工況下的調節控制器。DEH系統與EH系統組成的 電液控制系統，通過控制汽輪機主汽門和調門的開度，實現對汽輪發電機組 的轉速、負荷、壓力等的控制。
目前的汽輪機控制系統主要由以下幾種第一種是200MW機組，它是 電液控制系統，其操作站為PENTIUM工業控制PC,超速保護部分主要是 由測速卡、超速卡及站控制卡組成，且配備有硬手操盤。該系統的主要缺點 是PENTIUM工業控制器PC容易受病毒侵襲，專用性差，穩定性差；超速 保護部分由於其快速性的特點，控制邏輯處理完全靠硬接線來完成，配置比 較繁瑣和複雜；其採用的硬手操盤，給相關人員的維護工作帶來不便，增加 了硬體的潛在故障源，越來越不能適應電廠自動化水平的發展。第二種是 300MW機組和600MW亞臨界機組的控制系統，該控制都是採用高壓缸啟 動方式的控制策略設計完成的，即機組啟動前，中壓調門(IV)全開，由高 壓主汽門(TV)控制轉速達TV/GV (高壓主汽門/高壓調門)閥切換轉速， 經TV/GV閥切換後，由高壓調門GV控制汽輪機轉速和負荷，採用該控制 方式的主要缺點是機組啟動時間比較長，在機組TV/GV閥切換轉速時， 轉速波動比較大，且機組甩負荷後的快速響應能力差，控制精度不夠高。
發明內容
5本發明的目的在於提供一種克服上述控制系統缺點的控制系統，該控制 系統安全可靠，機組的程序控制達到了更精確的轉速與負荷控制，且TV/GV 閥切換轉速波動小，同時也提高了機組的快速響應的特性。
實現本發明目的技術方案是 一種用於電站汽輪機組的數字式電液控制 系統，包括依次連接的工作站、控制處理機、超速保護裝置、閥門驅動卡件、 伺服閥、油動機及具中壓調門的中壓缸、具高壓主汽門和高壓調門的高壓缸 的汽輪機，其特徵在於，上述控制處理機還包括一控制單元，該控制單元接 收來自上述超速保護裝置的信號經計算處理後，向上述超速保護裝置輸出信 號控制上述中壓調門的開閉。
上述控制單元包括PID、中壓調門/高壓主汽門和中壓調門切換模塊、高 壓缸流量比例修正補償模塊、第一累積模塊、高壓主汽門和中壓調門/高壓 調門切換模塊、併網後的流量比例修正模塊、併網信號切換模塊、第二累積 模塊，其中，
上述PID根據設定的轉速和實測轉速調節轉速的信號，當轉速達到設定 的中壓調門/高壓主汽門和中壓調門的切換轉速時，輸出信號給中壓調門/高 壓主汽門和中壓調門切換模塊；
上述轉速達到中壓調門/高壓主汽門和中壓調門切換轉速時，中壓調門/ 高壓主汽門和中壓調門切換模塊將接收的信號進行記憶，並保持中壓調門的 第一開度，同時輸出轉速信號給上述第一累積模塊；
上述高壓缸流量比例修正補償模塊對上述中壓調門的開度按一定的高 壓缸流量比和熱再熱壓力的修正進行補償後輸出轉速信號給上述第一累積 模塊；
上述第一累積模塊對所接收的信號進行累加處理後輸出信號給高壓主
汽門和中壓調門/高壓調門切換模塊；
上述轉速達到高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速時，高壓主汽 門和中壓調門/高壓調門切換模塊將接收的信號進行記憶並保持中壓調門的 第二開度，且輸出轉速信號給上述第二累積模塊；
上述併網後的流量比例修正模塊，使中壓缸流量等於已開啟的高壓缸流 量的比例，若再接收到併網信號，則併網信號切換模塊就輸出值給上述第二累積模塊；
上述第二累積模塊對所接收的信號進行累加處理後輸出信號控制上述 閥門驅動卡件進而控制中壓調門全開。
上述中壓調門的第一開度為8%-12%，中壓調門的第二開度為100%以 下。上述設定的中壓調門/高壓主汽門和中壓調門的切換轉速為600rpm。高、 中壓調門均開啟時，同時控制負荷，至負荷大於35%時，中壓調門全開， 負荷由高壓調門控制。
上述超速保護裝置包括分別對應連接的若干個轉速繼電器和輸入/輸出 卡件，其中，上述轉速繼電器分別接收來自汽輪機的轉速信號，然後經過轉 換處理後輸出相應的信號分別給對應連接的輸入/輸出卡件，上述輸入/輸出 卡件將接收的信號經過邏輯運算後將信號傳遞給上述閥門驅動卡件。
上述控制處理機有兩對，同步接收和處理正常的信息，各自檢測故障信 息。上述工作站包括操作員站和工程師站，該操作員站和工程師站各自包括 顯示器、鍵盤、滑鼠、印表機，操作員從操作員站的顯示器上獲得信息，並 用鍵盤和滑鼠發出命令，來控制汽輪機；工程師站完成對程序的修改、下裝、 備份的操作。
一種上述的用於電站汽輪機組數字式電液控制系統的中壓調門的控制 方法，包括如下步驟
1) 轉速至600rpm時，僅由中壓調門進行轉速控制，記憶通過中壓調 門的穩定流量；
2) 600rpm至高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速過程由高壓主 汽門內預啟閥和中壓調門共同控制轉速，且通過中壓調門的流量始終比通過 高壓主汽門的流量大；當轉速達高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速 時，記憶中壓調門開度並鎖定，然後中壓調門的開度通過熱再熱壓力的修正 進行補償，當完成以上內容後，由主汽門和中壓調門控制切換為高壓調門控 制；
3) 併網後由高、中壓調門同時控制負荷，至負荷大於35。/。左右時，中 調門全開，負荷由高壓調門控制。
上述的用於電站汽輪機組數字式電液控制系統的中壓調門的控制方法，發生甩負荷時，超速保護裝置動作，快速關閉高、中壓調門，為防止超速厲
害，在延時7.5S後，同時要求轉速達到3000rpm以下時，超速保護裝置才 能釋放，停止動作，此時由高、中壓調門同時控制，中調門在甩負荷後，打 開至併網前的記憶開度，高調門則在冷再熱壓力低於0.84MPa後，維持 3000rpm的轉速。
由於採用了上述的技術解決方案，完全解決了以往控制系統的不足，控 制系統的安全可靠，機組的程序控制達到了更精確的轉速與負荷控制，且 TV/GV閥切換轉速波動小，同時也提高了機組的快速響應的特性。
圖1是本發明用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統控制部分硬體 配製圖2是本發明用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統示意圖； 圖3是本發明控制汽輪機工作的方框圖； 圖4是本發明控制中調門的原理框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明 以下以600麗汽輪機組數字式電液控制系統為例。
參考圖1是本發明的控制部分硬體配置圖，主要包括操作員站/工程師
站l (2)、控制處理機3和3'、輸入/輸出卡4和4'等組成。通過節點總線 將系統中的各個工作站(操作員站/工程師站l (2))和控制處理機3和3' 互相連接起來，通過現場總線連接控制處理機與輸入/輸出卡。
操作員站/工程師站l (2)是由顯示器、鍵盤、滑鼠、印表機等組成， 操作員從操作員站的顯示器上獲得信息，並用鍵盤和滑鼠發出命令，來控制 汽輪機。工程師站能完成對程序的修改、下裝、備份等操作。
兩對控制處理機3和3'，每兩個控制處理機組成一個容錯對，該套600MW 汽輪機組數字電液控制系統，包含兩對控制處理器(CPU)，其中一對用於操 作員自動(OA)站，另一對用於自動汽輪機控制(ATC)和熱應力計算(RSM)站。每兩個控制處理機組成一個容錯對，正常工作時，兩個組件同步接受和 處理信息，故障由組件各自檢測，當其中一個組件發生硬體故障時，這個容 錯對仍然能提供連續的操作。節點總線將系統中的各個站(控制處理機、工 作站等)互相連接起來，形成過程管理和控制節點，該節點可作為一個單獨 整體存在或組態成更大可通信網絡的一部分存在，節點總線與每個站中的節 點總線接口電路一起工作，提供各站之間的高速、冗餘、點到點的通訊，使 其具有優異的性能和安全性。現場總線組件輸入/輸出卡件4和4'分配在機 櫃中，它們為現場傳感器與冗餘的現場總線之間提供了接口，這些組件對現 場設備使用的輸入/輸出信號進行適當地轉換，使得通過現場總線能與這些
裝置通訊。該輸入/輸出卡件4和4'對於特別重要的信號，採用三選二的處 理，另外在操作員站的CRT上提供界面報警，保證了系統的正常工作。
參考圖2-3，圖2是本發明用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統示 意圖。 一種用於600MW汽輪機組的數字式電液控制系統，主要由操作員站/ 工作站1 (2)、包括有控制單元31的控制處理機3、轉速繼電器5、輸入/ 輸出卡件4、閥門驅動卡件6及EH供油系統9、高壓調門油動機7、中壓調 門油動機8等組成。EH供油系統9、高壓調門油動機7、中壓調門油動機8 組成液壓執行機構。轉速繼電器5、輸入/輸出卡件4構成超速保護裝置。
通過操作員的指令或協調控制(CCS)來的協調指令，二對控制處理機 (CPU)經控制程序運算和閥門驅動卡，輸出信號，控制油動機動作，進而控 制與油動機相連的汽輪機閥門的動作，來控制進入汽輪機的蒸汽量，達到控 制汽輪機轉速和負荷的目的。其中的超速保護部分是由三個轉速繼電器和輸 入/輸出卡件組成的，轉速繼電器分別接受三路轉速信號，然後輸出三個103% 和三個110。/。信號給DEH相關的輸入/輸出卡件，經過三取二的邏輯運算，來 達到可靠的超速保護的目的，同時為了保證該迴路的快速響應性的目的，考 慮該迴路的執行周期在50ms以內。
參考圖3是本發明控制汽輪機工作的方框圖，主要是通過控制迴路的運 算，來完成系統的控制功能。工作站1 (2)接收來自控制處理機3的信息 並向該控制處理機3發出指令，控制處理機3接收來自工作站1 (2)和輸 入卡件的信號經控制處理機3內的控制單元進行運算處理後，輸出控制信號，同時輸入/輸出卡件還還接收來自CCS的信號或機組併網的油開關的信 號，這些信號送到控制處理機CPU，進行相關運算，輸出控制信號；另一方 面所述超速保護信號也經過邏輯運算處理後輸出控制信號，這些輸出信號綜 合後，傳送給閥門驅動卡件6，該閥門驅動卡件6將所接收的控制信號處理
和放大後控制伺服閥10驅動油動機7和8動作，進而控制與油動機相連的
相應的汽輪機11閥門的動作，以控制進入汽輪機的蒸汽量從而控制汽輪機
轉速和負荷。操作員站1是放置在運行控制室，工程師站2安放在工程師站
室裡，程序和畫面的修改，都是通過工程師站進行，並授權給相關的工作人 員，為防止未經授權人員對程序的修改，對操作設置一定的級別，並用密碼 保護。操作界面通過安裝在運行控制室的操作員站，由操作員通過鍵盤操作 進入已設計好的用戶圖形，這些用戶圖形提供給運行人員汽輪機各運行階段
的操作界面，例如改變反饋迴路的狀態，選擇目標轉速或目標負荷，來實
現對汽輪機的控制。液壓執行機構是控制系統的執行部件，根據閥門驅動卡 的指令控制伺服閥，進而控制汽輪機的蒸汽閥門。
參考圖4是本發明控制中調門的原理框圖。上述控制處理機3上的控 制單元31包括PID311、中壓調門/高壓主汽門和中壓調門切換模塊312、 高壓缸流量比例修正補償模塊313、第一累積模塊314、高壓主汽門和中壓 調門/高壓調門切換模塊315、併網後的流量比例修正模塊316、併網信號切 換模塊317、第二累積模塊318，其中，
上述PID根據設定的轉速和實測轉速調節轉速的信號，當轉速達到設定 的中壓調門/高壓主汽門和中壓調門的切換轉速時，輸出信號給中壓調門/高 壓主汽門和中壓調門切換模塊；
上述轉速達到中壓調門/高壓主汽門和中壓調門切換轉速時，中壓調門/ 高壓主汽門和中壓調門切換模塊將接收的信號進行記憶，並保持中壓調門的 第一開度，同時輸出轉速信號給上述第一累積模塊；
上述高壓缸流量比例修正補償模塊對上述中壓調門的開度按一定的高 壓缸流量比和熱再熱壓力的修正進行補償後輸出轉速信號給上述第一累積 模塊；
上述第一累積模塊對所接收的信號進行累加處理後輸出信號給高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換模塊；
上述轉速達到高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速時，高壓主汽 門和中壓調門/高壓調門切換模塊將接收的信號進行記憶並保持中壓調門的 第二開度，且輸出轉速信號給上述第二累積模塊；
上述併網後的流量比例修正模塊，使中壓缸流量等於已開啟的高壓缸流 量的比例，若再接收到併網信號，則併網信號切換模塊就輸出值給上述第二 累積模塊；
上述第二累積模塊對所接收的信號進行累加處理後輸出信號控制上述 閥門驅動卡件進而控制中壓調門全開。
上述中壓調門的第一開度為8%-12%，中壓調門的第二開度為100%以下。
上述設定的中壓調門/高壓主汽門和中壓調門的切換轉速為600rpm。 上述高、中壓調門均開啟時，同時控制負荷，至負荷大於35%時，中
壓調門全開，負荷由高壓調門控制。
一種上述的用於電站汽輪機組數字式電液控制系統的中壓調門的控制
方法，包括如下步驟
1) 轉速至600rpm時，僅由中壓調門進行轉速控制，記憶通過中壓調 門的穩定流量；
2) 600rpm至高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速過程由高壓主 汽門內預啟閥和中壓調門共同控制轉速，且通過中壓調門的流量始終比通過 高壓主汽門的流量大；當轉速達高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速 時，記憶中壓調門開度並鎖定，然後中壓調門的開度通過熱再熱壓力的修正 進行補償，當完成以上內容後，由主汽門和中壓調門控制切換為高壓調門控 制；
3) 併網後由高、中壓調門同時控制負荷，至負荷大於35%左右時，中 調門全開，負荷由高壓調門控制。
當發生甩負荷時，超速保護裝置動作，快速關閉高、中壓調門，為防止 超速厲害，在延時7.5S後，同時要求轉速達到3000rpm以下時，超速保護 裝置才能釋放，停止動作，此時由高、中壓調門同時控制，中調門在甩負荷後，打開至併網前的記憶開度，高調門則在冷再熱壓力低於0.84MPa後， 維持3000rpm的轉速。
根據汽輪機運行的要求，採用高中壓聯合啟動方式，這種啟動方式主要 考慮中壓調節汽閥IV參與控制轉速，採用先由中壓缸進汽控制轉速，後由 高中壓缸一起聯合控制，直到負荷在35%左右，使中調門全開的方式.採用 這種帶旁路的啟動方式能夠有效的縮短啟動時間，並使整個熱力系統得到更 為充分的利用， 一定程度上提高機組的經濟性。從啟動方案設計的原則上來 看，這種方式也是比較合理的。該啟動方式對DEH控制提出新的要求，重點 在衝轉和帶負荷的控制上。汽機衝轉至併網的四個階段1)由盤車轉速至 600rpm時，僅由中壓調門IV進行轉速控制，記憶通過IV的穩定流量。2) 600rpm至TV/GV閥切換轉速過程由TV內預啟閥和IV共同控制轉速，且通 過IV的流量始終比通過TV的流量大。同時要求記憶IV開度並鎖定，IV的 開度能通過熱再熱壓力的修正進行補償。當完成以上內容後，由主汽門控制 切換為高壓調門控制。3)併網後由高、中壓調門同時控制負荷，至負荷大 於35%左右時，中調門全開，負荷由高壓調門控制。4)如發生甩負荷，則 汽機控制系統按照正常的甩負荷預測功能，OPC動作，快速關閉高中壓調門， 為防止超速厲害，在延時7. 5S後，同時要求轉速達到3000rpm以下時，OPC 才能釋放，停止動作，使DEH中的反饋迴路控制邏輯進行工作，此時由高、 中壓調門同時控制，中調門在甩負荷後，打開至併網前的記憶開度，高調門 則在冷再熱壓力低於0. 84MPa後，通過轉速反饋迴路的PI控制來維持3000 轉的轉速，這樣有利機組的轉速穩定，以防超速過大。
以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域 的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換 或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要 求所限定。
權利要求
1、一種用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統，包括依次連接的工作站、控制處理機、超速保護裝置、閥門驅動卡件、伺服閥、油動機及具中壓調門的中壓缸、具高壓主汽門和高壓調門的高壓缸的汽輪機，其特徵在於，所述控制處理機還包括一控制單元，該控制單元接收來自所述超速保護裝置的信號經計算處理後，向所述超速保護裝置輸出信號控制所述中壓調門和高壓調門的開閉。
2、 根據權利要求1所述的用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統， 其特徵在於，所述控制單元包括PID、中壓調門/高壓主汽門和中壓調門切換 模塊、高壓缸流量比例修正補償模塊、第一累積模塊、高壓主汽門和中壓調 門/高壓調門切換模塊、併網後的流量比例修正模塊、併網信號切換模塊、 第二累積模塊，其中，所述PID根據設定的轉速和實測轉速調節轉速的信號，當轉速達到設定 的中壓調門/高壓主汽門和中壓調門的切換轉速時，輸出信號給中壓調門搞壓主汽門和中壓調門切換模塊；所述轉速達到中壓調門/高壓主汽門和中壓調門切換轉速時，中壓調門/ 高壓主汽門和中壓調門切換模塊將接收的信號進行記憶，並保持中壓調門的 第一開度，同時輸出轉速信號給所述第一累積模塊；所述高壓缸流量比例修正補償模塊對所述中壓調門的開度按一定的高 壓缸流量比和熱再熱壓力的修正進行補償後輸出轉速信號給所述第一累積 模塊；所述第一累積模塊對所接收的信號進行累加處理後輸出信號給高壓主 汽門和中壓調門慮壓調門切換模塊；所述轉速達到高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速時，高壓主汽 門和中壓調門/高壓調門切換模塊將接收的信號進行記憶並保持中壓調門的 第二開度，且輸出轉速信號給所述第二累積模塊；所述併網後的流量比例修正模塊，使中壓缸流量等於已開啟的高壓缸流 量的比例，若再接收到併網信號，則併網信號切換模塊就輸出值給所述第二累積模塊；所述第二累積模塊對所接收的信號進行累加處理後輸出信號控制所述 閥門驅動卡件進而控制中壓調門全開。
3、 根據權利要求2所述的用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統， 其特徵在於，所述中壓調門的第一開度為8%-12%，中壓調門的第二開度為100%以下。
4、 根據權利要求2所述的用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統， 其特徵在於，所述設定的中壓調門/高壓主汽門和中壓調門的切換轉速為 600rpm。
5、 根據權利要求2所述的用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統， 其特徵在於，高、中壓調門均開啟時，同時控制負荷，至負荷大於35%時， 中壓調門全開，負荷由高壓調門控制。
6、 根據權利要求1所述的用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統， 其特徵在於，所述超速保護裝置包括分別對應連接的若干個轉速繼電器和輸 入/輸出卡件，其中，所述轉速繼電器分別接收來自汽輪機的轉速信號，然後經過轉換處理後 輸出相應的信號分別給對應連接的輸入/輸出卡件，所述輸入/輸出卡件將接收的信號經過邏輯運算後將信號傳遞給所述閥 門驅動卡件。
7、 根據權利要求1所述的用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統， 其特徵在於，所述控制處理機有兩對，同步接收和處理正常的信息，各自檢測故障信息。
8、 根據權利要求1所述的用於電站汽輪機組數字式電液控制系統，其 特徵在於，所述工作站包括操作員站和工程師站，該操作員站和工程師站各 自包括顯示器、鍵盤、滑鼠、印表機，操作員從操作員站的顯示器上獲得信 息，並用鍵盤和滑鼠發出命令，來控制汽輪機；工程師站完成對程序的修改、 下裝、備份的操作。
9、 一種如權利要求1或2所述的用於電站汽輪機組數字式電液控制系 統的中壓調門的控制方法，其特徵在於，包括如下步驟1) 轉速至600rpm時，僅由中壓調門進行轉速控制，記憶通過中壓調門的穩定流量；2) 600rpm至高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速過程由高壓主 汽門內預啟閥和中壓調門共同控制轉速，且通過中壓調門的流量始終比通過高壓主汽門的流量大；當轉速達高壓主汽門和中壓調門/高壓調門切換轉速時，記憶中壓調門開度並鎖定，然後中壓調門的開度通過熱再熱壓力的修正 進行補償，當完成以上內容後，由主汽門和中壓調門控制切換為高壓調門控制；3) 併網後由高、中壓調門同時控制負荷，至負荷大於35。/。左右時，中 調門全開，負荷由高壓調門控制。
10、根據權利要求9所述的用於電站汽輪機組數字式電液控制系統的中 壓調門的控制方法，其特徵在於，發生甩負荷時，超速保護裝置動作，快速 關閉高、中壓調門，為防止超速厲害，在延時7.5S後，同時要求轉速達到 3000rpm以下時，超速保護裝置才能釋放，停止動作，此時由高、中壓調門 同時控制，中調門在甩負荷後，打開至併網前的記憶開度，高調門則在冷再 熱壓力低於0.84MPa後，維持3000rpm的轉速。
全文摘要
本發明涉及用於電站汽輪機組的數字式電液控制系統，它包括依次連接的工作站、控制處理機、超速保護裝置、閥門驅動卡件、伺服閥、油動機及具中壓調門的中壓缸、具高壓主汽門和高壓調門的高壓缸的汽輪機，其特徵在於，所述控制處理機還包括一控制單元，該控制單元接收來自所述超速保護裝置的信號經計算處理後，向所述超速保護裝置輸出信號控制所述中壓調門和高壓調門的開閉。本發明還公開了上述用於電站汽輪機組數字式電液控制系統的中壓調門的控制方法。由於採用了上述的技術解決方案，完全解決了以往控制系統的不足，控制系統的安全可靠，機組的程序控制達到了更精確的轉速與負荷控制，且TV/GV閥切換轉速波動小，同時也提高了機組的快速響應的特性。
文檔編號F01D17/00GK101307699SQ20071004062
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月14日 優先權日2007年5月14日
發明者劉曉強, 彥 周, 炯 楊, 程雁菁 申請人:上海電氣電站設備有限公司