火电
LN2000在新疆阜康发电厂2*150MW机组DEH上的应用

1.1系统配置概述

  本系统采用LN2000 3.0控制系统,其由1个过程控制柜和1个继电器柜组成,过程控制柜主要完成DEH控制功能、保护功能,继电器柜主要完成汽机跳闸硬回路逻辑。DEH包括硬件和软件部分,其中硬件主要包括了以下几个部分:

双冗余CPU控制器

操作员站

工程师站/历史站

I/O模块智能

电源管理模块

伺服卡

转速卡

数据交换机

以太网

CAN现场总线

软件主要包括了以下几个部分:

   系统管理

   系统数据库组态

   SAMA图组态

   图形组态

   监控

     趋势曲线


操作员站画面介绍

运行人员通过操作员站实现对汽轮机的控制,控制和监视画面主要包括总貌、棒图、趋势、信息状态、阀门状态、报警信息、操作面板等,各个操作画面功能区分布清晰、简捷,不仅方便运行人员操作,还方便对汽轮机的运行状态进行监视,各主要控制画面介绍如下:

主控画面

  本画面为DEH系统的主操作画面,整个启动及并网及正常运行的过程都通过画面来操作。画面分几个区域:

  •信息状态区

    •阀门状态区

    •操作控制区

    •操作画面切换区

    •报警信息区

    信息状态区用于显示当前的汽轮机的状态并反馈其所处的模式,还对一些比较重要的参数显示。

    阀门状态区用于监视各阀门的开关状态及开度,用棒图来显示。

    操作控制区又分为操作选择区、回路控制区、目标/速率设定区及限值设定区。其中操作选择区用于汽机启动过程中的主要操作如:挂闸、运行、手/自动、摩擦检查及自动同期。回路控制区用于功率、压力及CCS控制回路投/切及TPC保护、快卸负荷、单阀/顺阀投/切。目标/速率设定区用于目标值及变化率设定,其中只用一个操作按钮就能实现目标转速、功率、压力、阀位设定。另运行人员可以在汽机手动控制方式下进行手动设定阀位值。限值设定区用于对负荷高限、负荷低限、压力低限、阀位高限进行设定,以保护机组的运行。

   操作画面切换区方便运行人员对其它操作画面的调用。

    报警信息区用于对运行人员进行信息报警提示。

   具体的操作画面请参见下图所示。

QQ图片20180116134424.png

 

1.2 试验画面

本画面为DEH系统进行各项试验的操作画面,包括OPC超速试验、电超速试验、机械超速试验、主汽门严密性试验、调门严密性试验、阀门活动试验。本画面的内容分布和主控画面一样也包括如下几个区域:信息状态区、阀门状态区、操作控制区。具体的操作画面说明参见后面的DEH功能介绍,各操作画面如下图所示:

QQ图片20180116134505.png


QQ图片20180116134548.png


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1.3 阀门校验

   本操作画面为DEH未启动状态下进行阀门校验及LVDT零位校验,具体的操作说明参见下节的DEH功能介绍,其画面的布置如下:

QQ图片20180116134716.png

1.4 汽机总貌图

 QQ图片20180116134748.png

1.5 DEH跳闸首出

QQ图片20180116134828.png

1.6 DEH主菜单



DEH功能介绍

在一定的DEH状态及外界条件下,操作员可采用一定的控制方法完成汽轮机的转速、负荷、压力的控制等,DEH系统现设计有以下几种控制方式:手动控制、自动控制、CCS控制。

通常,DEH以“自动”方式启动。在自动方式下,有操作员设定目标转速,目标负荷及升速率,DEH控制CV阀及ICV阀的开度,使汽轮机维持一定的转速或功率。DEH的主要完成的功能如下表:


DEH控制功能表


序号

功能

内容

1

控制功能

1.    转速、阀位、负荷、压力、CCS控制

2.    一次调频控制

3.    阀门管理

4.    手动控制

2

保护功能

1.     电超速保护

2.     机械超速保护

3.     OPC超速保护

4.     DEH跳闸保护

5.     负荷高/低限、压力保护、阀位高限

6.     RB

7.     功率-负荷不平衡

3

试    验

1.     阀门活动试验

2.     OPC试验

3.     电超速试验

4.     机械超速试验

5.     阀门校验

6.     汽机严密性试验


汽机的挂闸

此项操作通过操作员站OIS完成。但汽机必须满足“所有阀门关”及“汽机已跳闸”这两个条件。在OIS上调出“自动控制”画面,操作“挂闸”按钮,由DEH输出挂闸指令,1#高压主汽门、1#中压主汽门、2#中压主汽门活动试验电磁阀、挂闸电磁阀对应的继电器动作,输出电压,使电磁阀得电。若20秒后,如保安油压(PS1、PS2、PS3)建立,则挂闸成功。如保安油压未建立,则挂闸失败。OIS“挂闸”按钮显示绿色表示挂闸成功。如果汽机挂闸成功或20S后,挂闸电磁阀失电。

 手动控制

DEH刚上电时,系统首先进入“手动”方式,OIS画面上控制方式显示“手动”。

在“手动”方式运行时,操作员可以通过“手动给定”来修改阀位给定值,直接控制阀位给定信号,变化率限制为1%/s。

当有以下条件产生时,“自动”方式将切至“手动”方式:

       •汽机并网时转速小于2980r/min;

     •汽机并网后,转速故障;

       •主汽门或阀门严密性试验时;

       •汽机跳闸;

       •操作员将“自动”方式切除。

无上述情况且阀位限制不动作时,“手动”方式可由操作员切至“自动”方式。即在OIS“自动控制”画面按 “手动”按钮,然后选择“自动”,控制方式将显示“自动”,表示DEH已切至自动方式。

以下各节功能都是在自动方式下完成的。

 转速控制

汽机挂闸后,机组可启动,在OIS“自动控制”画面上按“运行”按钮,按钮将显示绿色表示DEH开始运行了。同时#1高压主汽门、1#中压主汽门、2#中压主汽门活动试验电磁阀对应的继电器动作,对应的电磁阀失电。汽机准备冲转,此时画面上的所有的主汽门都应在全开位,所有的调门都应在全关位,汽机转速为零。

在OIS“自动控制”画面上,根据缸温,如冷态启动,应投入“暖机”方式。在OIS“自动控制”画面上按“目标设定”选项,设定目标转速。在“自动控制”画面上按“升速率”选项,选定合适的升速率(速率范围:0~500r/min/min),DEH即按当前选定的升速率向选定的目标值靠近,并最终稳定在目标值。在“自动”方式下,操作员按下“进行/保持”按钮中的“进行”选项,此时画面上应显示“进行”字样。在下列情况下DEH目标转速的设定:

•手动方式,目标值跟踪当前转速;

•汽机跳闸,目标值跟踪当前转速;

•汽机不运行,目标值跟踪当前转速;

•摩擦检查,目标值跟踪当前转速;

•主汽门,调节门严密性试验,目标值跟踪当前转速;

•OPC动作时为3000rpm;

•机组并网后设3000 rpm

•目标超过上限时,将其改为3060(未进行超速试验时)或3360r/min(进行超速试验时);

•目标错误设在临界区内时,将其改为临界区下限-20rpm。

在下列情况下DEH速率的设定   

   •如操作员未选择速率设定时,DEH则根据汽机启动的状态自动选择速率,冷态启动为100r/min/min, 温态启动为150 r/min/min,热态启动为240 r/min/min,极热态启动为300 r/min/min。

•汽机过临界转速时,则速率自动选择为400 r/min/min。

机组在600r/min左右时通常会进行摩擦检查.在OIS“自动控制”画面上按“摩擦检查”按钮,此时调门关闭,转速下降。

汽轮机到暖机点自动进行 “暖机”,热态和极热态则不需要暖机。暖机时间到或运行人员按下“进行”按钮可结束暖机。

当汽轮机转速稳定在3000r/min左右时,可对机组各系统进行并网前的检查,使其具备并网条件。当同期条件满足时,操作人员点击“自动控制”画面上的“自动同期”选项,状态显示“投入”,此时DEH根据电气送来的“同期增”或“同期减”信号增减转速。并网条件满足后油开关合闸,DEH立即增加给定值,使发电机自动带上初负荷,避免出现逆功率。


并网后的负荷控制

升负荷

     操作人员在OIS“自动控制”画面上按“目标设定”选项,根据缸温,按运行规程设定目标负荷,在“自动控制”画面上按“负荷变化率”按钮,可修改负荷率。在“功率控制”投入时,目标和给定值单位均以MW形式表示;在“主汽压力控制”投入时,目标值和给定值单位均以MPa表示,当以上两种回路均切除时,目标值和给定值单位以百分比形式表示。在下列情况下DEH自动设置目标:

•发电机刚并网时,目标为初负荷给定值(%);

•负荷控制投入时,目标值为当前负荷值(MW);

•主汽压力控制投入时,目标值为当前主汽压力(MPa);

•跳闸时,目标为零;

•在CCS控制方式下,目标值为CCS给定(%);

•目标超过上限时,改为上限值。

进行/保持

  在OSI“自动控制”画面上按“进行/保持”选项,状态显示“进行”,使汽机开始升负荷,给定值自动地以给定的负荷率向目标值逼近。

   汽轮机在升负荷过程中,考虑到某些参数限制,可以进行暖机,再次按压“进行/保持”按钮,DEH发出“保持”指令,停止升负荷,开始暖机,并可再操作“进行”按钮结束暖机。

一次调频

   机组并网后,为保证供电品质对电网频率的要求,通常应自动投入一次调频功能。一次调频的投入条件如下:

  •DEH在“自动”状态;

 •无转速信号故障;

  •负荷首次大于20%后;

  一次调频的逻辑设计时注意的几个问题如下:

•通常为使机组承担合理的一次调频量,应设置合适的DEH不等率及死区。

  • DEH设置的不等率在3%~6%内可调,一般设定为5%。

  •死区在0r/min~30r/min内可调,设定为2r/min。

  •转速死区范围:3000r/min±死区值。

 •当机组转速在死区范围之外时,一次调频动作,调门总流量指令按不等率随转速变化而变化,反之,则一次调频不动作,阀门总流量指令不变化。

功率控制的投入与切除

在满足以下条件时可投入负荷控制:

   •无功率控制切除信号;

   操作人员可操作OIS“自动控制”画面的“功率控制”按钮,选择“投入”,状态显示为“投入”,则负荷控制投入,目标功率以MW形式表示,稳定时负荷应等于设定值。

当以下情况发生时功率控制被切除:

   •油开关跳闸;

   •汽机已跳闸;

   •手动方式;

   •功率信号故障;

   •实际功率小于3%或大于负荷上限;

   •TPC动作;

   •阀位限制动作;

   •负荷小于负荷限制值或大于高负荷限制值;

  •RB动作

   •投入CCS控制;

   操作员可手动切除功率控制,即操作员在OIS“自动控制”画面上按下“功率控制”按钮,选择“切除”,状态显示为“切除”,则将功率控制回路切除。

高/低负荷限制设定

   DEH允许操作人员设置高、低负荷限制。

高负荷限制

   操作OIS,调出“自动控制”画面,按“负荷高限”按钮,可设定高负荷限制值。在未并网或锅炉自动方式,负荷高限值定为负荷的量程上限加5%负荷且不可更改;在并网后,操作员可从OIS上输入一个新的高负荷限制值,但是从OIS上输入的高限值不能比输入时的实际负荷小。当实际负荷高于高负荷限制值时,自动关小调门,使实际负荷低于此限制值。

低负荷限制

   操作OIS,调出“自动控制”画面,按“负荷低限”按钮,可设定低负荷限制值(0MW~xxMW),但是从OIS上输入的低限值不能比输入时的实际负荷大。当实际负荷低于低负荷限制时,自动开大阀门,使实际负荷高于此限制值。

压力控制的投入与切除

在满足以下条件时可投入压力控制:

   •不在负荷控制回路;

   •不在CCS控制方式;

  •无压力控制切除信号;

   操作人员可操作OIS“自动控制”画面的“压力控制”按钮,选择“投入”,状态显示为“投入”,则压力控制投入,目标压力以MPa形式表示,稳定时压力应等于设定值。

当以下情况发生时压力控制被切除:

   •油开关跳闸;

  •手动方式

  •汽机跳闸

   •解列

   •负荷高限、低限动作

   •RB

   •压力控制保护动作

   •阀位限制动作

   •一次调频动作

   •压力信号故障

   •实际压力小于xxMp或超过100%

   操作员可手动切除压力控制,即操作员在OIS“自动控制”画面上按下“压力控制”按钮,选择“切除”,状态显示为“切除”,则将压力控制回路切除。

主汽压力限制保护的投入与切除

主汽压力限制定值设定

操作员从OIS调出“自动控制”画面,输入主汽压保护的所需的设定点。该值的范围在xxMPa~xxMPa之间,缺省值为xxMPa,按“TPC”按钮,投入主汽压保护。

主汽压力限制的投入

  主汽压力限制值确定以后,在满足以下条件时,可投入TPC控制

  •发电机并网;

  •主汽压力信号正常;

 •功率信号正常;

   操作人员在“自动控制”画面上按“TPC”的“投入”按钮,状态显示为“投入”,表明主汽压力限制功能已投入。当TPC功能动作时,负荷控制将被切除,退出协调(CCS)方式;阀位指令以当前负荷率的速率递减,直至减至一定负荷(暂定为3%)或主汽压力重新大于其限制值。

当以下状态发生时,TPC功能将被切除:

•主汽压力信号故障;

•油开关跳闸;

•功率信号故障;

操作员从OIS “TPC”切除。即操作人员在“自动控制”画面上按“TPC”按钮,并选择“切除”,状态显示变为“切除”,表明主汽压力限制功能已退出。

 CCS控制

CCS控制的投入条件

  •无CCS控制切除条件;

在CCS控制方式下,负荷控制无法投入,目标阀位值为CCS给定(%),操作员禁止操作负荷高、低限制值,分别自动设置为xxMW和xxMW。在“CCS控制”投入后,禁止进行阀门试验。操作人员可操作OIS“自动控制”画面的“CCS控制”按钮,选择“投入”,状态显示为“投入”,则CCS控制投入。

当有以下条件产生时CCS控制方式被切除。

  •手动方式;

• “CCS请求”信号消失;

  •从CCS来的给定信号故障;

  •TPC保护动作;

  •油开关跳闸;

  •汽机已跳闸;

  •高、低负荷限制值动作;

  •操作人员将CCS控制切除。

  •单/顺转换进行时

  •主汽压信号故障

操作员可手动切除CCS控制,即操作员在OIS“自动控制”画面上按下“CCS控制”按钮,选择“切除”,状态显示为“切除”,则将CCS控制回路切除。

阀位控制

    机组在自动方式下,并网后,机组自动为阀位控制方式,如果DEH同时不在压力,负荷,CCS控制方式下则,自动为阀位控制。操作员可通过“自动控制”画面上“目标”按钮输入阀门开度,直接控制压力或功率。阀门变化率可通过“负荷变化率”按钮进行设置。

如果任一投入压力、功率或CCS控制回路,则退出阀位控制方式。

超速试验和保护

  操作员可调出“超速试验”画面,通过操作“超速试验按钮”开始试验,并通过转速目标和转速变化率设定,即可进行试验,操作画面能记录最大转速和跳闸转速。

 103%超速限制(OSP)

在正常运行过程,且没有做超速试验,转速信号正常的情况下,如果转速超过103%(3093r/min),则OSP动作,DEH信号迅速动作所有调门的超速动作电磁阀,使所有调节阀全部关闭。当转速低于3000r/min后,阀门将受转速控制重新打开。

 110%超速保护

DEH设有110%汽轮机超速保护功能,当汽轮机转速达到110%额定转速时,DEH会输出打闸信号去现场,使汽轮机跳闸,关闭所有进汽阀门。

 加速度保护

   当机组甩负荷时,转子将加速。当实际转速大于2700r/min,加速度大于规定值时,加速度保护输出控制信号,通过超速限制电磁阀使中压调节阀关闭,以防止机组超速。

功率-负荷不平衡

   当汽轮机功率(用中压缸入口压力表征)与汽轮机负荷(用发电机电流表征)不平衡时,会导致汽轮机超速。当中压缸入口压力与发电机电流之间的偏差超过设定值时,功率-负荷不平衡继电器动作,快速关闭中压和高压调节阀,抑制汽轮机的超速。

阀门活动试验

    所有阀门都可以在“阀门活动试验”操作画面上进行在线活动性试验,阀门活动性试验包括主汽阀活动试验、调节阀活动试验。要想进行阀门活动试验,必须满足以下条件:

•DEH在“自动”方式,但不能在“CCS控制”方式;

•机组必须已并网,负荷在xxMW~xxMW之间;

•所有主汽门全开;

•没有进行其它阀门活动试验;

主汽气阀活动试验过程(以MSV2活动试验为例):

当试验允许条件满足时,在OIS“阀门活动试验”画面上投入“试验开关”,然后点击“MSV2试验”,选择“投入”,右侧主汽门MSV2开始试验。MSV2活动电磁阀带电,阀门将由全开位向下关,当检测到“MSV2试验到位开关”时,活动电磁阀失电,阀门将全开。画面将显示“成功”,表示试验成功了。如果12S之内未检测到“MSV2试验到位开关”,画面将显示“失败”,则表示试验失败。活动试验结束后将“试验开关”切除,退出试验。(注:MSVI及MSV2不能同时试验。)

调节阀活动试验过程(以CV1活动试验为例):

当试验允许条件满足时,在OIS“阀门活动试验”画面上投入“试验开关”,在OIS“阀门活动试验”画面上点击“CV1试验”,选择“投入”,CVI开始试验。CVI以1.5%/s的速度从全开位到全关位,当关到2%时,画面将显示“成功”,表示试验成功,此时CV1以1.5%/s的速度从全关位到全开位。如果在200S内阀门未关到2%,则在画面显示“失败”,表示试验失败。(注:其它CV阀不能同时试验。)

在单个阀门活动试验过程中,应投入功率反馈控制回路,以保持发电机功率基本保持不变。

  阀门试验过程中如出现如下情况将退出试验:

•手动方式;

•汽轮机跳闸;

•实际功率超出xxMW-xxMW;

•CCS方式投入;

•单/顺阀转换开始;

•“试验开关”切除;

阀门严密性试验

在满足下列条件时,可进行阀门严密性试验:

•DEH在“自动”方式;

•调阀的伺服卡正常;

•油开关未合闸;

•未进行任何试验。

当试验允许条件满足时,在OIS“阀门严密性试验”画面上,投入“试验开关”,然后点击“主汽阀试验”按钮,则高、中压主汽门的快关电磁阀动作,高、中压主汽门关闭,汽机控制方式由“自动”切至“手动”方式,所有调门全开。严密性试验开始计时,DEH根据有关参数计算出“可接受转速”,在该画面上有转速趋势图,记录转速惰走时间。

当试验允许条件满足时,在OIS“阀门严密性试验”画面中投入“试验开关”,点击“调门试验”按钮,则高、中压调门的快关电磁阀动作,高、中压调门关闭,汽机控制方式由“自动”切至“手动”方式,严密性试验开始计时,DEH根据有关参数计算出“可接受转速”,在该画面上由转速趋势图,记录转速惰走时间。

主汽门严密性试验、调门严密性试验过程中,不允许将“阀门严密性试验”置位“切除”,如需要结束试验,要求手动打闸。

单阀/顺阀转换

在满足下列条件时,可进行由单阀切向顺阀控制:

  •没进行阀门活动试验

•没有负荷高限、低限动作

•没有RB

•没有压力控制保护动作

•没有阀位限制动作

•没有一次调频动作

  •单/顺切换没在进行中;

当条件满足时,运行人员调出“自动控制”画面,操作“阀控方式”按钮,选择顺序阀,按钮将显示“顺阀”表示机组开始转换,其以一定的转换速度由单阀向顺序阀控制切换,切换完成时间一般为10分钟。

 当以下情况发生时,将由顺阀切向单阀方式

 •汽机解列;

 •汽机跳闸;

阀门校验

在满足下列条件时,可进行阀门校验:

    •汽机已挂闸;

    •汽机未运行;

       •汽机转速小于100rpm;

    •各阀门的伺服卡正常;

当条件满足时,运行人员调出“阀门校验”画面,操作“单号校验允许”按钮,然后选择要进行校验的单号阀门(CV1,CV3,ICV1),此时DEH向伺服卡发出“校验允许”和“校验开始”信号,伺服卡开始进行阀门校验,阀门将自动全开、全关进行校验,并向DEH发出“校验开始”信号。双号阀门(CV2,CV4,ICV2)校验同单号一样。

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