汽轮机数字电液控制系统说明书

东 方 汽 轮 机 厂

汽轮机数字电液控制系统说明书

编号：X300B—000401ASM

2000年5月

编号：X300B—000401ASM

编制： 赵 东

校对： 许 清

审核： 李 飞

会签：

审定：

批准： 杨 浩

1系统概述 ..................................................................................................... 4

1—1 前 言 .................................................................................... 4 1—2 控制系统原理 ............................................................................. 6 2 控制系统配置 ............................................................................................ 9

2—1 INF190标准机柜 ....................................................................... 9 2—2 电源分配系统 .............................................................................. 10 2—3 INF190及ETSI的模板 ................................................................. 10 2—4 端子单元 ..................................................................................... 21 2—5 操作员接口站OIS ........................................................................ 22 2—6 操作盘（硬手操） ....................................................................... 22 2—7 工程师工作站EWS ....................................................................... 22 3 系统软件 ................................................................................................. 23

3—1 用于过程控制MFP的软件 ............................................................ 23 3—2 OIS中的应用软件 ........................................................................ 24 3—3 EWS站的应用软件 ....................................................................... 24 4 DEH控制系统主要功能 ............................................................................ 25

4—1 挂 闸 .......................................................................................... 26 4—2 整定伺服系统静态关系 .................................................................. 26 4—3 启动前的控制和启动方式 ............................................................. 28 4—4 转速控制 ..................................................................................... 29 4—5 负荷控制 ..................................................................................... 30 4—6 单阀、顺序阀转换 ....................................................................... 36 4—7 超速控制及保护 ............................................................................. 37 4—8 在线试验 ..................................................................................... 38 4—9 ATC控制方式 .............................................................................. 40 4—10控制方式切换 ............................................................................... 41 5 DEH系统操作说明 ..................................................................................... 42

5—1 OIS操作说明 ............................................................................... 42 5—2 DEH启动控制 .............................................................................. 42 5—3 升速 ............................................................................................ 45 5—4 并网、升负荷 .............................................................................. 45 5—5 单阀/顺序阀转换 .......................................................................... 46 5—6 CCS控制（锅炉自动） ................................................................ 46 5—7 负荷限制 ..................................................................................... 47 5—8 阀位限制 ..................................................................................... 47

5—9 主汽压力限制（TPC） ................................................................. 47 5—10 快卸负荷投入与切除（RUNBACK） ............................................ 48 5—11超速、喷油试验 ............................................................................ 48 5—12 阀门活动试验 ............................................................................. 49 5—13 遮断电磁阀试验 ......................................................................... 50 5—14 手动控制 ................................................................................... 51 6 安装调试 ................................................................................................. 51

6—1 到货开箱 ..................................................................................... 51 6—2 设备安装 ..................................................................................... 52 6—3 系统接地 ..................................................................................... 53 6—4 电源分配系统 .............................................................................. 54 6—5 外部信号连接 .............................................................................. 55 6—6 检测与调试 ................................................................................... 56 6—7 系统功能检查 .............................................................................. 58 7 故障诊断及维护 ....................................................................................... 59

7—1 在线自诊断 .................................................................................. 60 7—2 故障分析与维护 ........................................................................... 62 8 供货范围 ................................................................................................. 63 DEH I/O 测点清单 .................................................................................... 64

1系统概述

本章主要阐述了汽轮机控制系统的控制原理以及X300B型机组的一些结构特点。

1—1 前 言

本文所涉及的汽轮机是用于火力发电的蒸汽轮机。在火力发电厂，它与锅炉、发电机及其它辅助设备配套，完成将煤中的化学能转化为蒸汽中的热能，将蒸汽中的热能转换成旋转机械能，再将旋转机械能转变为电能，并通过电网将电能输

送到各种用电设备，为人们的生产、生活服务。

发电厂生产的电能是不能大量储存的，即各发电面送入电网的功率必须等于当时用户所需要的功率。为保证各种用电设备能正常运转，不但要连续不断地向电网输送电能，而且还要求电厂的供电品质，即频率 和电压保持不变。

我国电力工业法规规定： 频率误差率1% 电压误差 6%

发电厂的首要任务就是以较低的成本，连续生产出品质符合规定的电能。频率与电压二者与汽轮机转速都有一定的关系。电频率直接与汽轮机转速相对应；电压除与汽机转速有关外还与发电机的励磁电流有关。电压是通过发电机的励磁控制系统来调节的，不在汽机控制系统之内。所以汽机控制系统的主要任务就是调节汽机的转速。

随着科学技术的不断发展，做为发电设备的汽轮机组，越来越向大容量、高参数方向发展，以便获得尽量高的热效率，降低制造、安装和运行成本。这样设备更加复杂了，特别是在变工况过程中，需要综合控制的因素更多了，原纯液压调节系统已很难满足要求。随着计算机技术的发展，其综合计算的能力是显而易见的，在其可靠性得到显著提高后，现已文泛地用到了电厂各种设备的监视和控制系统中。汽轮机控制系统也不例外，由纯液压调节系统发展为电液并存式调节系统，并已在国内外许多电厂得到了很好的应用。我厂已生产数十台此类DEH。随着以微处理器为基础的分布式控制系统（DCS）技术的发展，运用分散控制、集中管理的设计思想，不但控制的可靠性得到了更大的提高，而且可大量减少操作维护人员的劳动强度。东方汽轮机厂300MW汽轮机配置了高压抗燃油数字电液控制系统，简称DEH。这是我厂在引进了日立公司600MW汽轮机电液控制的基础上，经过比较、选择，最后与美国贝利ETSI公司共同设计、生产的新一代控制系统。几年来，我厂在消化、吸收的基础上，正在逐步实现国产化。到目前为止，其高压抗燃油液压系统已经国产化。其电气部分，由我厂进行系统设计，采购美国贝利INFI-90硬件，并按用户要求设计、装载应用软件，完成调试和现场服务，对用户全面负责。

这种控制系统按分散控制的设计思想，用INFI-90功能模件组态，构成阀位控制、自动控制、超速保护和自动启动四个功能块，通过液压伺服机构完成机组的自动控制。它可直接挂在INFI—90网上，也可通过总线转换接口与其它总线通讯。由系统化的标准硬件组成的上述各个积木块可独立完成自己的功能，可互相通讯，也可按网络通讯规约受I&C岛统一指挥，协调实现整个电站的自动控制。

控制保护系统功能的配置以菜单的方式向用户提供。譬如，基本控制，即自动升速、并网、升负荷及负荷自动控制等由DEH中的自动控制块完成，以转子热

应力计算为基础的自动启动由DEH中的自动启动块完成。另外，阀门管理及OPC超速控制也有各专门的控制功能块；汽轮机主、辅机的监视、保护等功能，分别由TSI、ETS等实现；汽轮机采集、计算、寿命管理等功能可由操作员站OIS来实现。

我厂开发和生产汽轮机数字电液控制系统已有十多年历史，在系统设计，软件编制和整机调试等面积累计丰富的实践经验。近年来，又吸收了国外如日立公司、西屋公司、西门子公司以及贝利ETSI公司的先进控制技术。因此，目前与ETSI合作设计成套的300MW机组的DEH系统，达到了90年代世界先进水平，完全能满足用户的要求，能够可靠、方便、灵活地全程自动控制整台机组。到目前为止，已有十多套该种DEH系统分别在沙岭子和阳泉等电厂投运。另外，我厂又成功地对徐州电厂125MW、200MW等电厂各型机组进行了DEH改造，为电厂取得了良好的经济效益。沙电1号机是我厂D12型老机组，本书介绍的此类型300MW机组改造配套的300MW等级全电调型汽轮机数字电液控制系统DEH。

该套控制系统是当今世界上较为先进的DEH控制设备，为使该系统安全可靠地运行，ETSI公司提供了较为完善的用户手册。我们编号这本说明书的目的是给用户使用提供一定的方便。

注：如果该说明书中有与ETSI公司提供的资料不符的地方，请以ETST公司提供的资料为准。

1—2 控制系统原理

D12型300MW汽轮机是三缸、双排汽中间再热式机组，它由两只高压主汽阀和四只高压调节阀，两只中压主汽阀和两只中压调节阀分别控制高、中压进汽。以多功能处理器（MFP）为核心的DEH控制系统，采集机组的转速、功率和有关

参数后，经过分析、鉴别、计算，控制电液伺服阀，通过各自的油动机使四只高压调节阀和两只中压调节阀，按启动运行要求工作。液压动力油以磷酸脂抗燃油为工质，工作油压12.8Mpa，由集装式抗燃油箱供油。DEH控制系统原理图见图1—2—1。

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。

机组在启动和正常运行过程中，DEH接收CCS指令，操作人员通过人机接口所发增、减指令，汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈信号等到进行分析处理，综合运算，输出控制信号到电液伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。

机组在升速过程中，（即机组没有并网），DEH控制系统是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。这一点可从原理图中看出，当没有并网信号时，控制信号就为1，则输出等于输入1（既转速回路调节器输出）。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DEH的反馈信号。此信号与DEH和转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID调节，然后输出油动机的开度给定信号到HSS卡。此给定信号在HSS卡内与现场LVDT油动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。

机组并网后，DEH控制系统便切到功率控制回路，转速调节回路便不起作用。这一点可从原理图中看出；当有并网信号时，控制信号变为0，则输出等于输入2（即功率控制回路的输出）。在此回路下有四种调节方式：

（1） 负荷反馈情况下，调节级压力反馈、主汽压力控制均不投入。

在这种情况下，阀门开度直接由操作员设定进行控制。设定所要求的开度后，DEH输出阀门开度给定信号到HSS卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，以满足要求的功率。

（2） 负荷反馈投入。

这种情况下，负荷回路调节器起作用。DEH接收现场功率信号与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度到HSS卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。

（3） 调节级压力反馈投入。

在这种情况下，调节级压力回路调节器起作用。DEH接收汽轮机调节级压力信号进行比较后，送到调节级压力回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到HSS卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电

液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。

（4） 主汽压力控制

主汽压力控制器是一个PI控制器，用于比较主汽压力设定值与实际主汽压力，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到HSS卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。在主汽压力控制投入时，设定点以额定主汽压力的百分比形式表示，采用PID无差调节，稳态时实际主汽压力等于设定值。

操作人员可设置目标和升负荷率。DEH控制系统逻辑中负荷反馈投入方式、调节级压力投入方式及主汽压力控制投入方式不能同时投入。

机组启动时可选用高中压联合启动方式和中压缸启动方式里的任何一种方式。当选择高中压联合启动方式时，阀切换系数等于1，阀门开度信号同时输出到高压调节阀和中压调节阀。高压调节阀与中压调节阀的开度为1：3，所以阀门开度信号送高压调节阀时乘以系数1，而同时送中压调节阀时要乘以系数3。当选择中压缸启动方式时，阀切换系数等于0，则阀门开度信号送高压高节阀的指令乘以系数0，其值为0，则高调阀开度为0，因此，阀位开度信号便达到中压调节阀控制回路，从而控制中调阀的开度，满足中压缸启动方式。在阀切换过程中，阀切换的系数由0变到1，机组便转入高中压联合进汽形式。对汽轮发电机组来讲，调节阀的开度同蒸汽流量存在非线性，因此要进行阀门的线性修正，DEH控制系统设计了阀门修正函数F（x）来进行阀门的线性修正。

对高压调节阀来讲，阀门的开启方式可选择单阀方式控制或顺序阀方式控制。方式选择由单阀/顺序阀切换逻辑完成。

从原理图中可以看出：当要进行阀门活动试验时，必须在单阀控制方式下进行。

DEH控制系统还设有TPC保护，阀位限制和快卸负荷等多种保护。还可设定一次调频死区。

DEH控制系统有锅炉自动，汽机自动和汽轮机三种运行方式。其控制方式以及切换详见4—10章。

DEH进入ATC控制方式时，DEH控制系统可根据热应力计算结果，自动设定目标，选择合适的速率或负荷率对机组进行全自动控制。

注：MSV、CV、RSV、ICV阀由DEH控制。另外DEH在现场接线时，注意CV1～CV4的位置不能接错。

2 控制系统配置

DEH控制系统硬件配置主要由以下几部分组成： INF190标准机柜 电源分配系统

INF190及ETSI的模板 端子单元

OIS操作员接口站 操作盘（硬手操） EWS工程师站 打印机

DEH控制器配置容量： 数字量输入 105路 数字量输出 76路 模拟量输入 12路 模拟量输出 6路 小信号输入 109路

注：以上容量不包括LPS、FCS、HSS、TAS此类专用模板上的输入/输出配置。

DEH硬件结构图见图2-1。 DEH系统配置图见图2-2。

2—1 INF190标准机柜

本装置使用贝利公司的标准机柜。

本装置共有3个机柜，安装了DEH板件及相关连接件、接线、电缆等。 1号机柜为模件柜，安装有供电电源、风扇及控制模板。

2号、3号机柜是端子柜，安装有与各种I/O子模件配套的端子单元，完成与外部信号的连接。

机柜的安装尺寸图见图2-1-2及图2-1-2。

2—2 电源分配系统

电源系统可接收外部的双路220VAC（容量3000VA）电源，经过电源输入盘（IPECB11），模件电源版（IPSYS01），电源模件机箱（IPCHS01），转换为直流电源后，送到MMU，向系统供电。见图2-2-1。

1、 电源输入盘IPECB11

电源输入盘可接受外部两路交流冗余电源，经过浪涌保护和滤波后，输出到风扇、IPSYS01。总线监视模板（IPMON01）监视电源系统IPSYS01提供的DC电源电压状态，输出一个用户报警信号。

2、 风扇组件

电源系统包括风扇组件，因为它要给机柜中的电源模板及过程控制模板生产流动的冷却空气。

3、 电源模板IPSYS01

IPSYS01为电源模板提供+5V、+15V、-15V和+24V电压，为现场I/O信号提供+24V电压，IPSYS01采用N+N冗余方式配置，确保系统供电安全可靠。

电源组件有专门设计的安装单元IEPMU01、IEPAMU02。 4、 电源模件机箱IPCHS01

背板上有六个端子块TB1～TB6，用于分配电源。

5、本系统同时还需要220VDC电压用于HP、LP、OSP电磁阀线圈及主汽阀试验线圈。

2—3 INF190及ETSI的模板

控制系统的模板都安装在机柜1中。

模件的结构形成相同，在安装单元MMU中占一个槽位，通过三个印刷接插件（P1，P2，P3）与外部相连。+5V，±15V电源通过P1引入；P2将模件与扩展总线相连，用于与主模件MFP通讯；现场信号经由端子单元与P3相连。

每块模件均有一个便于相同软件识别的地址。此地址由板上的地址开关设置，与插板位置无关，子模件地址设置方法相同；8位地址开关中，1、2位为0，3～8位即为二进制地址。Close=逻辑0。模板简介如下：

1、 数字输出子模板IMDS014

系统中共有4块IMDS014板，用于继电器开出或开出到操作盘。通过组态后，在发生通讯故障时可保持输出。

DS014技术指标： 16路隔离通道

负载电压：24VDC 负载电流：250Ma 逻辑电源：5VDC 5% 电流：150Ma （正常） 隔离电压：300V RMS 2、 数字输入子模板IMDS112

装置中共有6块DS102板，该模板接受现场及按钮接点输入信号。技术指标见表2-3-1。

3、 频率计数子模件IMFCS01

FCS用于处理转速信号，它接收安装在测速齿盘上的传感器测得的脉冲数，采用周期计数的方法获得汽机转速，并将其转换成二进制数向MFP传送。MFP能随时从FCS中读取当前转速数据。

本装置共有3块FCS01，技术指标见表2-3-2。 4、 液压伺服阀子模件IMHSS03

HSS的主要功能是进行位置控制，它作为MFP的一个子模件，把LVDT测得的位置反馈信号与MFP的给定值进行比较，通过在板P1控制器调节到伺服阀线圈的输出电流，控制阀门的位置。

HSS卡能够达到两路并行的伺服驱动输出，使其更为可靠。当HSS卡与MFP通讯中断时，HSS卡可接受手动控制。即为紧急手动。技术指标见表2-3-3。

本装置共采用了6块HSS卡，分别用于4个CV阀，2个ICV阀。 5、 控制I/O子模件IMCIS12

CIS12是具有智能化的子模件，用来支持回路控制的输出，它有4个模拟输入，2个模拟输出，3个数字输入，4个数字输出的能力，该板通过硬件设置能做到；差劲输入、单端输入、内部或外部提供+24V。通过组态，在通讯故障时，输出保持为上周期的值。CIS12技术指标见表2-3-4。

本装置使用3块CIS12。

6、 现场模拟量输入子模板IMASI13

ASI13主要用于现场小信号输入处理，包括热电偶、热电阻、毫伏小信号等。每块板共有16路通道，每个通道的信号类型可通过跳线组态，板上的每个输入通道都有一个隔离大器用于隔离、滤波、放大输入信号。在板的微处理器能在16～24位间设定A/D转换位数。

本装置共使用了4块ASI13。

7、 现场总线板IMFEC11

FEC11板主要用于现场模拟量输入，该板为智能板，有在板微处理器、存储器、高分辨度的A/D转换器和通讯回路，在本装置应用中信号范围为4～20Ma、0～IVDC、0～5VDC、0～I0VDC、+/-I0VDC，共采用了3块FEC11。技术指标见表2-3-5。

8、 汽轮机自动同期子模板TAS01

TAS01用于电机与电网的同期调整，它能自动地控制汽机的转速和发电机的电压，当发电机输出与电网同期时，自动发出闭合油开关命令。本装置使用了1块TAS01。技术指标见表2-3-6。

9、 多功能处理器IMMFP02

MFP是一个高集成度模块化微处理器，MFP按照组态通过扩展总线对I/O子模板进行扫描，从主模件获得信息能完成回路控制，顺序控制。在MFP的BATRAM中存有符合现场控制要求的组态。因此数据不会在失电时丢失。

主要技术指标： CPU： 68020 时钟：16M ROM：512K RAM：512K Bat RAM：256K 外部接口：一个RS232 一个RS485 带载能力：64个地址 功能码：近200种 功能块：10000块

在该过程控制PCU中安装有8个MFP02 模板2、3为超速控制部分 模板4、5为自动控制部分 模板6、7为手动控制部分 模板8、9为ATC控制部分 10、组态端口模板IMCPM02

该模件允许一个CTT和一个EWS与系统连接，可对组态进行修改，监视组态的执行过程、备份、存储组态。

本装置使用了块CPM02。 11、通讯模板

在该系统中使用了两个不同的通讯接口，一个用于OIS，一个用于汽机控制系统，每个接口作为INFI-NET网的一个节点。与OIS连接的通讯模板为NIS01（网

络接口子模件）、ICT03（通讯处理模件），MPI01与ICT03共同构成ICI。NIS用于确保与NIFI-NET网络通讯接口处理所有的通讯，它直接和NIS在I/O扩展总线上连通。与过程控制单元PCU连接的通讯模板为NIS（网络接口子模析）、NPM（网络处理子模件）。NPM完成MFP与NIS间的通讯和保存PCU的标签数据库。而NIS用于确保与INFI-NET网络通讯的可靠性及兼容性。该系统的通讯接口是冗余配置的，分别有两对NIS、NPM。

该系统共用了3块NIS01、2块NPM01、1块ICT03和1块MPI01。 技术指标见表2-3-7。该系统的通讯结构见图2-3-1。

注：DEH所使用的I/O子模件对外接口部分的电气原理见图2-3-2～2-3-5。

表2-3-1 数字输入子模件DSI12

表2-3-2 频率计数子模件IMFCS01

表2-3-3 液压伺服阀子模件IMHISS03

表2-3-4 控制I/O子模件IMCIS12

续表：

表2-3-5 现场总线板IMFEC11

表2-3-6 汽轮机自动同期子模板TAS01

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/55ii.html