1、汽轮机控制汽轮机控制 高压缸 中压缸 低压缸 低压缸 高压旁路阀 锅炉 过热器 再热器 高压主汽阀TV 高压调节阀GV 中压主汽阀SV 中压调节阀IV 低压旁路阀 反流阀 高压排汽止回阀 真空阀 给水泵 凝汽器 发电机 断路器 图3-1机组热力系统简图 第一节第一节 汽轮机控制系统汽轮机控制系统 一、控制任务一、控制任务 1自动监测自动监测 汽轮机监测仪表（汽轮机监测仪表（Turbine Supervisory Instrumentation,TSI）2自动保护自动保护 (1)超速保护系统（超速保护系统（Overspeed Protection Controller,OPC）:超速时关闭高、中
2、压缸调节阀。(2)危急遮断系统（危急遮断系统（Emergency Trip System,ETS，又称紧急跳闸系，又称紧急跳闸系统）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机械超速保护和手动遮断系统 3自动调节自动调节 调节汽门开度（%）0 20 40 60 80 100 1 中压调节汽门 2 高压调节汽门 功率(100%)100 图3-2调节汽门开度与功率关系 汽轮机的主要控制参数是功率、转速和主蒸汽压力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）可控制汽轮调节汽轮机的进汽量
3、（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）。发电机组的输出电功率（有功功率）。汽轮机自动启停控制汽轮机自动启停控制 从启动准备到带满负荷或从正常运行到停机从启动准备到带满负荷或从正常运行到停机整个过程汽轮机全部实现自动控制。整个过程汽轮机全部实现自动控制。汽轮机控制系统都设有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、）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。自动升速、自动并网到自动带负荷功能。二、控制系统构成二、控制系统构成 早期的汽轮机控制系统采用液压调速器，汽轮机早期的汽轮机
4、控制系统采用液压调速器，汽轮机控制系统相对独立。控制系统相对独立。20世纪世纪60年代末期出现了在液压控制基础上增加年代末期出现了在液压控制基础上增加发电机组功率控制功能的电液控制系统。发电机组功率控制功能的电液控制系统。目前汽轮机控制系统广泛采用数字电液控制目前汽轮机控制系统广泛采用数字电液控制（Digital Electro-Hydraulic Control，DEH）技术，同时将汽轮机和发电机构成的汽轮发电机技术，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。实际上是汽轮发电机组控制系
5、统。数字电液控制系统（又称数字电液控制系统（又称DEH系统，系统，Digital Electro-Hydraulic Control System）是）是20世纪世纪70年代后期发展起来的年代后期发展起来的大型汽轮发电机组的自动控制装置，早期大型汽轮发电机组的自动控制装置，早期的的DEH系统采用专用的数字控制装置，但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现在汽轮机控制系统普遍采用分散控制系统统DCS（Distributed Control Systems）系统予以实现。系统予以实现。AST4 AST3 AST2 IMP 调节级压力调节级压力 主主 汽汽 压压 PT
6、AST油路油路 高压调节阀高压调节阀 GV 高压主汽阀高压主汽阀 TV 中压主汽阀中压主汽阀 SV 高压缸高压缸 中压缸中压缸 低压缸低压缸 发电机发电机 再热器再热器 油断路器油断路器 高压主汽阀油高压主汽阀油动机动机 高压调节阀油高压调节阀油动机动机 中压主汽阀油中压主汽阀油动机动机 中压调节阀油中压调节阀油动机动机 中压调节阀中压调节阀 IV 汽轮机数字控制器汽轮机数字控制器（DCS）阀位反馈阀位反馈 阀位指令阀位指令 测量信号测量信号 系统连接信号系统连接信号 TD，AS，RB等等 并网并网BR 挂闸挂闸ASL OPC油路油路 EH高压抗燃油高压抗燃油 供油系统供油系统 排油排油 超速
7、保护超速保护OPC（1）OPC（2）图图3-3 汽轮机控制系统构成原理图汽轮机控制系统构成原理图 转速转速 n IEP 功率功率 PE 紧急跳闸紧急跳闸ETS 隔膜阀隔膜阀 润滑油供油系统润滑油供油系统 机械遮断机械遮断 手动遮断手动遮断 AST1 三、控制原理三、控制原理 ATC自动给定 N 负荷控制投入 N OA手动给定 轴出旋转机械功率 高压缸功率 中、低压缸功率 Y N Y 调频投入 功率 调节器 K2 K1 K3 调节级压力控制投入 阀门管理 发电机 蒸汽容积 高压缸 中间再热器 中、低压缸 电功率 转速 励磁电流 图34汽轮机控制原理图 电液转换、油动机及阀门 调节级压力调节器 频
8、率 校正 给定处理回路 并网 Y K4 转速 调节器 CCS的TD指令 同期信号 调节级压力测量 功率 测量 转速 测量 3000r/min 汽轮机 顺序阀系数 单阀系数 顺序阀系数 0 0 阀门试 验逻辑 阀门试 验逻辑%转速 3000r/min 转速 调节器 操作员设定 其它给定信号 给定值处理回路 f(x)T 调频投入 T 主汽压限制值 设定值 0 V 主汽压限制动作 功率 调节器 功率 T 功率控制切除 0 T 调节级压力 控制投入 调节级压力 调节器 调节级压力 T 阀位限制 T 手动 手动 回路 手动增 手动减 T 0 跳闸或超速 T 快卸指令 快卸动作 K f(x)T 阀门试 验
9、逻辑 T 阀门试验 到IV1伺服 到IV4伺服 中压缸启动为0 高中压启动为1 f(x)T f(x)图3-5 汽轮机控制原则方案 到GV1伺服 T 主汽压限制投入 脱网 阀门试验 单阀系数 阀门试 验逻辑 f(x)T f(x)到GV4伺服 阀门试验 T 运行-3%T 运行-3%T 复位运行-3%T-3%T 操作员目标值 操作员手动 T ATC目标值 ATC运行方式 T 自动同期目标值 自动同期方式 T 非临界区目标值 自动设定目标值 图36 给定值处理逻辑 T CCS目标值（TD指令）CCS方式 T 设定值 保持方式 V 运行方式 变化率限制 第二节 阀门管理 1阀门配置与作用阀门配置与作用
10、高压调节阀高压调节阀GV3 高压主汽阀高压主汽阀TV1 高压调节阀高压调节阀GV2 过热器蒸汽过热器蒸汽 高压缸配汽高压缸配汽 高压主汽阀高压主汽阀TV2 高压调节阀高压调节阀GV1 高压调节阀高压调节阀GV4 图图37汽轮机阀门布置图汽轮机阀门布置图 高压主汽阀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，通过调节高压调高压调节阀门节阀门开度，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
11、缸的再热蒸汽。中压调节阀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 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）。单阀方式单阀方式是将所有调节阀同时开大或关小来调节负荷，这种方式为全周进汽方式，全周进汽方式，该进汽方法可减少机组的热应力，但节流损失大，对机组经济性是不利的。在机组冷态启动或变负荷过程中希望选用这种方式，因为这样能使汽轮机高压缸第一级汽室的温度变化比较均匀，使汽
12、轮机转动部分与静止部分之间的温差减少，因而使调频机组能承受更大的负荷变化率。顺序阀方式顺序阀方式是随着机组负荷的增加（减少）逐个开启（关闭）调节阀，开启阀门的总数是随负荷变化而变化的，负荷增开启阀门的总数也增，即实现喷嘴调节喷嘴调节，这种方式为部分进汽方式部分进汽方式。该进汽方式可减少节流损失，因而使机组有较高的热效率，但机组受热不均，热应力大，这种方式适于定压运行或额定负荷工况。由于这种方式可能存在金属受热不均和叶片受到冲击产生应力，而使机组变负荷速度受到限制。图图3-7中的高压调节阀的顺序阀开启顺序中的高压调节阀的顺序阀开启顺序可设计为可设计为GV1/GV2，GV3 GV4，即，即GV1和
13、和GV2同时开启，然后是同时开启，然后是GV3，GV4最后开最后开启。关闭顺序与此相反。启。关闭顺序与此相反。高压调节阀高压调节阀GV3 高压主汽阀高压主汽阀TV1 高压调节阀高压调节阀GV2 过热器蒸汽过热器蒸汽 高压缸配汽高压缸配汽 高压主汽阀高压主汽阀TV2 高压调节阀高压调节阀GV1 高压调节阀高压调节阀GV4 图图37汽轮机阀门布置图汽轮机阀门布置图 3 阀门管理阀门管理 （1）线性化）线性化 总流量需求值Q 调节阀数目 单阀流量需求值 f(x)阀位开度L 流量 阀 门开 度L 图3-8 单阀控制时阀位计算单阀控制时阀位计算 在顺序阀控制方式下 10 20 30 40 50 60 7
14、0 80 90 100 GV1,GV2 阀门开度L 图3-9 顺序阀控制各阀位计算 f(x)GV3 GV4 总流量需求值 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 高压调节阀阀位指令及阀切换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，把整个切通过阀门的总流量不变。为此，把整个切换分成若干
15、步进行，经过若干个有限的控换分成若干步进行，经过若干个有限的控制周期完成切换。制周期完成切换。假设阀门切换过程中汽轮机运行工况稳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。用仅是阀门开度的单函数。用y表示汽轮机负表示汽轮机负荷，荷，L表示阀门开度，设有表示阀门开度，设有4个高压调节阀。个高压调节阀。
16、在单阀方式下：在单阀方式下：41()SINiiSINiyf L顺序阀方式下顺序阀方式下：41()SEQiiSEQiyf L单阀顺序阀切换的中间过程任意状态下：单阀顺序阀切换的中间过程任意状态下：41()iiiyf L如果要求单阀顺序问方式及切换过程中如果要求单阀顺序问方式及切换过程中 负荷无扰动，则应有负荷无扰动，则应有 SINSEQyyy444111()()()iiSINiiSEQiiiiif Lf Lf L由于个高压调节阀设计相似，理想情况下认为完全由于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，则正比，阀门开度与汽轮机负荷成正比，则()iiif LkL所以，满足阀门无扰切换的条件为所以，满足阀门无扰切换的条件为 444111iSINiSEQiiiiLLL444111()()()iiSINiiSEQiiiiif Lf Lf L显然，这个问题有很多解。为简化问题，显然，这个问题有很多解。为简化问题，可以设定边界条件：可以设定边界条件：(,)iiiSINiSEQ
