CN100474201C - 一种转速调节系统的超速限制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种转速调节系统的超速限制方法和装置，包括逻辑判断部分和执行部分，所述逻辑判断部分包括一个或多个逻辑判断单元，每一逻辑判断单元包括一基于加速度信号的超速限制单元，用于将实际转速测量信号进行微分运算输出的加速度信号与第一预设值进行比较，同时将实际功率百分比信号与第二预设值进行比较；当加速度信号大于等于所述第一预设值且实际功率百分比信号大于等于所述第二预设值时，输出有效的超速限制控制信号。本发明通过引入机组转速的微分，即以加速度信号作为超速限制的触发条件，可以有效限制机组因甩负荷而产生的转速超调量，并且可避免OPC电磁阀反复动作。

Description

一种转速调节系统的超速限制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种工业自动控制中的转速调节，尤其涉及一种超速限制方法及装置。

背景技术

在中国广泛使用的汽轮机数字电液控制系统——DEH，是在80年代初期从美国西屋公司(Westinghouse Electric Company)全套引进300MW汽轮机制造技术期间引入的。从DEH控制系统多年来的使用情况看，特别是近年来DEH控制系统在小电网中的大量使用，暴露出了一些问题。

由于汽轮机转子时间常数很小，在机组甩负荷时加速度非常大。为了限制转速飞升量，要求调节阀能迅速关闭。若仅靠伺服控制系统使油动机关闭，油动机关闭时间将难以达到要求。因此普遍都设置有OPC(超速限制)电磁阀协助快速关闭调节阀，通过动作机械液压系统的卸荷阀使油动机快速关闭，才能避免机组甩负荷时超速110％动作打闸。

传统DEH控制系统的OPC超速限制功能如图1所示，分为超速103％OPC、油开关跳闸OPC和负荷不平衡3种：

1)超速103％：当转速超过3090r/min时，OPC电磁阀带电快速关闭调节阀；当转速小于3060r/min时，OPC电磁阀失电，调节阀恢复伺服系统控制。

由于线路故障甩负荷后，对于从大网中分裂出来的小电网，经过一次调频调节机组最终稳态转速可能超过103％。导致OPC电磁阀反复动作，转速大幅度振荡，最终造成全网停电事故。如图2所示。

上海新华电站控制公司出版的《孤立电网运行专辑》中建议将超速103％改为105％，以期避免发生振荡。但若单靠103％或105％超速动作OPC电磁阀，在发生甩负荷后转速飞升90r/min或150r/min后OPC电磁阀才动作，最高飞升转速将比发生甩负荷时就立即动作OPC电磁阀高出90r/min或150r/min以上。因此超速103％(105％)动作OPC电磁阀的超速限制功能不能有效限制甩负荷飞升转速，而且易引发振荡。

2)油开关跳闸：当油开关跳闸时，OPC电磁阀立即带电快速关闭调节阀，以限制机组最大飞升转速；持续2秒后OPC电磁阀失电，并切换为转速PID控制，转速最后稳定在3000r/min。

但是电网发生甩负荷时，油开关并不一定跳闸，因此不能单靠油开关跳闸信号使OPC电磁阀动作来限制机组超速。

3)负荷不平衡：当汽轮机机械功率大于发电机电磁功率80％时，中压调节阀的快关电磁阀带电快速关闭中压调节阀，0.5秒后电磁阀失电中压调节阀恢复全开。以避免发电机功率失稳，可提高电网稳定性。

但是，这时汽轮机蒸汽产生的轴向推力会很大，对推力瓦的承受能力是一个严峻的考验。所以虽然功率负荷不平衡功能对提高电网稳定性很有帮助，但许多电厂都不愿投入此功能。

对于其它需要超速限制功能的调节系统，存在的问题是相似的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种转速调节系统的超速限制方法及装置，可以有效限制机组因甩负荷而产生的转速超调量，并且可避免OPC电磁阀反复动作。

无论何种故障造成发电机组甩部分或全部负荷，都会表现为机组迅速升高转速。对于特定的机组，甩负荷的量越大，机组加速度就越大，发生超速的危险就越大。若能设法及时测量机组的加速度，并在加速度过大时发出信号使OPC电磁阀立即动作，迅速关闭调节阀即可到达限制转速超调量的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种转速调节系统的超速限制方法，包括如下逻辑处理：对实际转速测量信号进行微分运算，输出的加速度信号与一第一预设值进行比较，同时将实际功率百分比信号与一第二预设值进行比较；当加速度信号大于等于所述第一预设值且实际功率百分比信号大于等于所述第二预设值时，输出有效的超速限制控制信号；

当实际功率百分比信号小于第二预设值一段时间后，或者，当加速度信号小于0r/min/s时，输出无效的超速限制控制信号。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

配置多组相同的逻辑单元，在各逻辑单元中同时执行上述逻辑处理，当输出的有效的超速限制控制信号的总数大于无效的超速限制控制信号的总数时，则执行超速限制功能；当输出的无效的超速限制控制信号的总数大于有效的超速限制控制信号的总数时，则取消超速限制功能。

本发明提供的转速调节系统的超速限制装置包括逻辑判断单元，其中所述逻辑判断单元包含：

第一微分器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一延时复位定时器、第一RS触发器和第一与门；

实际转速测量信号送入第一微分器进行微分运算，输出的加速度信号在第一比较器中与第一预设值进行比较，并且同时在第二比较器中与另一预设值0r/min/s进行比较，第一比较器和第二比较器的输出再送到第一RS触发器，当加速度信号大于等于第一预设值时，第一比较器输出为“1”，使第一RS触发器置“1”；当加速度小于0r/min/s时，第二比较器输出为“1”，使第一RS触发器置“0”；

实际功率百分比信号在第三比较器与第二预设值进行比较，第三比较器的输出作为第一延时复位定时器的输入，当实际功率大于等于第二预设值时，第三比较器输出为“1”，使第一延时复位定时器置“1”；当实际功率小于第二预设值时，第三比较器输出为“0”，第一延时复位定时器在延时一预定时间后复位为“0”；

第一延时复位定时器和第一RS触发器的输出连接到第一与门。

可以看出，本发明通过引入机组转速的微分，即以加速度信号作为OPC电磁阀的触发条件，在加速度过大时发出信号使OPC电磁阀立即动作，迅速关闭调节阀，以到达限制转速超调量的目的，可以有效限制机组因甩负荷而产生的转速超调量，并且可避免OPC电磁阀反复动作。

附图说明

图1是传统DEH控制系统OPC超速限制装置的逻辑图。

图2是103％OPC超速限制功能引发转速振荡示意图。

图3为本发明实施例DEH控制系统OPC超速限制装置的逻辑图。

具体实施方式

下面仍以汽轮机数字电液控制系统——DEH为例，结合附图对本发明进行详细说明。

由于通常DEH主控单元的运算量大，调度周期较长，不适合用作机组加速度计算。而DEH专用测速模块的运算量小，调度时间可设计得很小。因此考虑测速模块在测量机组转速的基础上增加机组加速度的测量功能。当加速度大于预定值时，通过测速模块原OPC开关量输出通道使OPC电磁阀动作，响应时间可达20ms。同时，由于其响应迅速，可同时动作高、中压调节阀，因此完全可取代负荷不平衡功能。

本发明实施例DEH控制系统的OPC超速限制方法与传统DEH控制系统的OPC超速限制装置比较，增加了加速度过大时的OPC功能，并保留了油开关跳闸OPC功能，而删除了超速103％和负荷不平衡OPC功能。

该方法包括以下处理：

1)对实际转速测量信号进行微分运算，输出的加速度信号与相应的预设值如225r/min/s进行比较；同时将实际功率百分比信号与相应预设值如30％进行比较；当加速度信号和实际功率百分比信号均大于等于相应预设值时，输出有效的超速限制控制信号；

2)当油开关跳闸信号有效且实际功率百分比信号大于相应预设值时，输出有效的超速限制控制信号；

3)在输出有效的超速限制控制信号后，当实际功率百分比信号小于相应预设值一段时间后，或者，当加速度信号小于0r/min/s且油开关跳闸信号无效时，输出无效的超速限制控制信号。

为了防止误动作，可以在DEH的三个或三个以上的逻辑判断单元中分别进行上述逻辑处理，当输出的超速限制控制信号多数有效时，再执行超速限制功能，使OPC电磁阀带电，使汽轮机的进汽调节阀迅速关闭。而在输出的超速限制控制信号多数无效时，取消超速限制功能，使OPC电磁阀失电，将调节阀交由伺服系统控制。当然，根据一个测速模块测量的实际转速测量信号进行上述逻辑处理的结果也可以直接用于超速限制功能的执行或取消。

为了实现上述方法，本实施例DEH控制系统的OPC超速限制装置包括逻辑判断部分和执行部分，其中逻辑判断部分包括三个(也可以为一个或其它数目)逻辑判断单元，每一逻辑判断单元如图3所示，包括第一微分器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一延时复位定时器、第一RS触发器、第一与门、第二与门和第一或门。其中第三比较器和第一延时复位定时器可在DEH的主控单元中进行运算，其余运算功能模块在DEH专用测速模块中。

实际转速测量信号送入第一微分器进行微分运算，输出的加速度信号在第一比较器中与第一预设值如225r/min/s进行比较，并且同时在第二比较器中与预设值0r/min/s进行比较。当加速度大于等于225r/min/s时，第一比较器输出为“1”，使第一RS触发器置“1”。当加速度小于0r/min/s时，第二比较器输出为“1”，使第一RS触发器置“0”。

实际功率百分比信号(与机组额定功率相比)在第三比较器与第二预设值如30％进行比较。第三比较器的输出作为第一延时复位定时器的输入。当实际功率大于等于30％时，第三比较器输出为“1”，并且使第一延时复位定时器置“1”。当实际功率小于30％时，第三比较器输出为“0”，第一延时复位定时器在延时如2秒后复位为“0”。

在实际功率大于等于30％，使第一延时复位定时器输出为“1”的条件下，若加速度大于等于225r/min/s，使第一RS触发器输出为“1”，则第一与门输出为“1”，将使第一或门输出为“1”。

在实际功率大于等于30％，使第一延时复位定时器输出为“1”的条件下，若测速模块收到油开关跳闸信号，则第二与门输出为“1”，也将使第一或门输出为“1”。

执行部分包括OPC开出继电器和OPC电磁阀，每一测速模块的超速限制控制信号控制一OPC开出继电器。当第一或门输出为“1”时，测速模块的OPC开出继电器接点闭合。若DEH的三个测速模块中有二个(即大部分)的OPC开出继电器接点闭合，则OPC电磁阀带电，将使汽轮机的所有进汽调节阀迅速关闭，从而到达限制转速超调量的目的。

调节阀关闭后，机组的加速度和实际功率会减小。当加速度小于0r/min/s时，第一RS触发器输出回“0”。在实际功率小于30％2秒后，第一延时复位定时器输出回“0”。当第一RS触发器和第一延时复位定时器的输出均回“0”时，OPC电磁阀失电，调节阀交由伺服系统控制。

本发明同样适用于其它需要超速限制功能的调节系统，另外，在上述实施例的基础上还可以有其它的变换方式：

如上述各个预设值也可以根据需要设置为其它数值。如对应加速度信号的第一预设值可以取为220～230r/min/s，对应实际功率百分比信号的第二预设值可取为25～35％。又如，本发明的逻辑电路并不局限于图3中的形式，任何可以实现本发明超速限制方法的逻辑电路都可以采用。又如，实际功率百分比信号及与其对应的第二预设值也可以用实际功率信号及相应预设值来代替。又如，上述对油开关跳闸信号的处理是可选的，反映到装置上可以取消图3中的第二与门和第一或门及相应的输入信号。这些变换方案均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1、一种转速调节系统的超速限制方法，其特征在于，执行如下逻辑处理：

对实际转速测量信号进行微分运算，输出的加速度信号与一第一预设值进行比较，同时将实际功率百分比信号与一第二预设值进行比较；当加速度信号大于等于所述第一预设值且实际功率百分比信号大于等于所述第二预设值时，输出有效的超速限制控制信号；

当实际功率百分比信号小于所述第二预设值一段时间后，或者，当加速度信号小于0r/min/s时，输出无效的超速限制控制信号。

2、如权利要求1所述的超速限制方法，其特征在于：

配置多组相同的逻辑单元，在各逻辑单元中同时执行权利要求1所述逻辑处理，当输出的有效的超速限制控制信号的总数大于无效的超速限制控制信号的总数时，则执行超速限制功能；当输出的无效的超速限制控制信号的总数大于有效的超速限制控制信号的总数时，则取消超速限制功能。

3、一种转速调节系统的超速限制装置，其特征在于，包括逻辑判断单元，其中所述逻辑判断单元包含：

第一微分器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一延时复位定时器、第一RS触发器和第一与门；

实际转速测量信号送入第一微分器进行微分运算，输出的加速度信号在第一比较器中与第一预设值进行比较，并且同时在第二比较器中与另一预设值0r/min/s进行比较，第一比较器和第二比较器的输出再送到第一RS触发器，当加速度信号大于等于第一预设值时，第一比较器输出为“1”，使第一RS触发器置“1”；当加速度小于0r/min/s时，第二比较器输出为“1”，使第一RS触发器置“0”；

实际功率百分比信号在第三比较器与第二预设值进行比较，第三比较器的输出作为第一延时复位定时器的输入，当实际功率大于等于第二预设值时，第三比较器输出为“1”，使第一延时复位定时器置“1”；当实际功率小于第二预设值时，第三比较器输出为“0”，第一延时复位定时器在延时一预定时间后复位为“0”；

第一延时复位定时器和第一RS触发器的输出连接到第一与门。

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