CN102650219B - 1000mw超超临界机组自动控制系统 - Google Patents
1000mw超超临界机组自动控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种1000MW超超临界机组自动控制系统，该系统设有一应力控制单元，通过该应力控制单元可实时检测汽轮机各部件的温度、压力，并根据检测的温度、压力值确定汽轮机各部件的热应力，进而确定高压缸转子、中压缸转子允许的升/降速率，并由汽轮机自动启停控制单元根据计算好的升/降速率自动控制汽轮机的启动/停机。采用该控制系统可以在汽轮机材料应力与最大的运行灵活性上进行最优化控制，使汽轮机可以在最佳工况下启动/停机，汽轮机的转速不会产生较大的波动，机组甩负荷后的快速响应能力强，控制精度高，可保证汽轮机正常平稳运行。大大降低人为的操作失误，减轻用户的工作量，简化了启/停程序。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机控制领域，特别是涉及一种用于1000MW超超临界汽轮机组的自动控制系统。
背景技术
电力已经成为世界经济和人类生存的支柱。根据地球的资源状况，燃煤发电在电力工业的主导地位在很长时间内不会发生根本转变，推进洁净燃煤发电技术的发展，提高电站效率，节约资源，减少排放是燃煤发电技术和产品的基本发展方向。无论发电机组使用的一次能源是燃煤、核能还是燃汽，只要使用蒸汽作为能量转换的工质，汽轮机均承担将蒸汽热能转换为机械功的功能，因而汽轮机是决定整个电厂性能的最重要的发电设备之一。如何保证汽轮机高效、安全运行以成为电厂正常运行的一个关键问题。
目前300MW机组、600MW机组的汽轮机控制系统主要采用自动、手动相结合的方式进行控制，在汽轮机机组的全程控制中会有操作员进行人为干预，特别是在汽轮机启动/停止过程中，汽轮机的升/降速率或负荷率完全依靠人工输入的方式进行控制，由于不能根据汽轮机的实际情况进行控制，往往会使得汽轮机的转速波动较大，机组甩负荷后的快速响应能力较差，汽轮机的控制精度不够高，而且由于人为干预还会是增加汽轮机运行时潜在的故障源，因此这种传统的控制系统已越来越不能适应电厂自动化水平的发展。
随着科技的进步及节能减排等要求的提高，随着越来越多的超超临界百万千瓦等级汽轮机投入使用，超超临界百万千瓦等级汽轮机相对于300MW机组、600MW机组而言功率更大，因此更加难以控制，目前的汽轮机控制系统很难满足这种超超临界百万千瓦等级汽轮机的控制要求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种1000MW超超临界机组自动控制系统，用于解决现有技术中超超临界百万千瓦等级汽轮机启动/停机时转速波动大，汽轮机控制精度低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种1000MW超超临界机组自动控制系统，其包括：汽轮机自动启停控制单元，所述汽轮机自动启停控制单元用于实现汽轮机启动/停机的自动控制；应力控制单元，所述应力控制单元包括用于检测高压缸主汽门阀壳、高压缸调节门阀壳、高压缸汽缸、高压缸转子、中压缸转子处蒸汽温度和压力的传感器，所述应力控制单元根据检测的蒸汽压力或温度计算出各处的蒸汽饱和温度，再由各处蒸汽饱和温度与实际检测温度的温度差计算出各相应部件的热应力，并通过热应力值计算出高压缸转子、中压缸转子允许的升/降速率，最后将求出的允许升/降速率发送给汽轮机自动启停控制单元，由所述汽轮机自动启停控制单元根据允许的升/降速率自动控制汽轮机启动/停机。
优选地，其还包括一汽轮机快冷控制单元，所述汽轮机快冷控制单元用于实现汽轮机停机后的自动快速冷却。
优选的，其还包括一高排温度高汽轮机再启动控制单元，汽轮机带负荷后因高压叶片温度过高报警但不停机的情况下，所述高排温度高汽轮机再启动控制单元用于实现降低高压叶片的温度的自动控制。
优选的，其还包括一阀门活动试验控制单元，所述阀门活动试验控制单元用于对汽轮机上各阀门进行自动检测。
优选的，其还包括一转子超速自动保护单元，所述转子超速自动保护单元包括两个三通道转速检测器，所述三通道转速检测器的三个通道分别与检测转子转速的转速传感器连接，所述两个三通道转速检测器的输出端通过一个或门驱动电路与现场阀门遮断电磁阀连接，当任意一个三通道转速检测器检测到有两个通道反馈的信号超速时，该三通道转速检测器发出驱动信号给或门驱动电路，由或门驱动电路控制现场阀门遮断电磁阀关闭，使汽轮机停机。
优选的，其还包括一高排温度控制器，所述高排温度控制器用于在高压叶片的实际温度高于其应力计算温度时减小汽轮机中压缸调节门的开度，使高压叶片的温度降低。
优选的，其还包括一高压叶片压力控制器，所述高压叶片压力控制器用于在汽轮机高压叶片压力过高时控制高压缸调节门的开度，使高压叶片上的压力减小。
优选的，所述汽轮机上各现场阀门均与一冗余驱动电路连接，所述冗余驱动电路包括两个比较电路单元、一阀位转换单元，所述阀位转换单元的输入端与现场阀位反馈信号连接，所述阀位转换单元将所述现场阀位反馈信号分为两路分别与两个比较电路单元的一个输入端连接，所述比较电路单元的另一个输入端与阀门指令信号连接，所述两个比较电路单元的输出端通过一伺服阀与所述现场阀门连接。
优选的，所述比较电路单元上还设有一快关信号输入端。
如上所述，本发明的1000MW超超临界机组自动控制系统，具有以下有益效果：该1000MW超超临界机组自动控制系统设有一应力控制单元，通过该应力控制单元可通过实时检测汽轮机各部件的温度、压力，并根据检测的温度、压力值确定汽轮机各部件的热应力，进而确定高压缸转子、中压缸转子允许的升/降速率，并由汽轮机自动启停控制单元根据计算好的升/降速率自动控制汽轮机的启动/停机。采用该控制系统可以在汽轮机材料应力与最大的运行灵活性上进行最优化控制，使汽轮机可以在最佳工况下启动/停机，汽轮机的转速不会产生较大的波动，机组甩负荷后的快速响应能力强，控制精度高，可保证汽轮机正常平稳运行。
附图说明
图1为本发明实施例的框架结构示意图。
图2为本发明实施例转子超速自动保护单元的结构示意图。
图3为本发明实施例冗余驱动电路的示意图。
元件标号说明
1 1000MW超超临界机组自动控制系统
2 阀位转换单元
3 比较电路单元
4 伺服阀
5 现场阀门
11 汽轮机自动启停控制单元
12 应力控制单元
13 汽轮机快冷控制单元
14 阀门活动试验控制单元
15 高排温度高汽轮机再启动控制单元
16 转子超速自动保护单元
161 三通道转速检测器
162 或门驱动电路
163 现场阀门遮断电磁阀
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，所以图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，该1000MW超超临界机组自动控制系统1包括汽轮机自动启停控制单元11、应力控制单元12、汽轮机快冷控制单元13、阀门活动试验控制单元14、高排温度高汽轮机再启动控制单元15和转子超速自动保护单元16。其中汽轮机自动启停控制单元11用于实现汽轮机启动/停机的自动控制。
应力控制单元12包括用于检测高压缸主汽门阀壳、高压缸调节门阀壳、高压缸汽缸、高压缸转子、中压缸转子处蒸汽温度和压力的传感器，应力控制单元12可根据检测的蒸汽压力或温度计算出上述各处位置的蒸汽饱和温度，再根据各处蒸汽饱和温度与实际检测温度的温度差计算出各相应部件的热应力，并通过热应力值计算出高压缸转子、中压缸转子允许的升/降速率，最后可通过应力控制单元12将求出的允许升/降速率发送给汽轮机自动启停控制单元11，由汽轮机自动启停控制单元根据允许的升/降速率自动控制汽轮机启动/停机。
汽轮机快冷控制单元13与汽轮机自动启停控制单元11连接，当汽轮机停机后，汽轮机快冷控制单元13可使汽轮机自动快速冷却。在汽轮机带负荷工作过程中，如果高压叶片温度过高出现报警但不停机的条件下，高排温度高汽轮机再启动控制单元15可采取一系列顺序动作来自动控制高压叶片的温度降低。降低高压叶片温度的方法是本领域公知常识，故在此不在详细描述。阀门活动试验控制单元14用于对汽轮机上各阀门进行自动检测，便于系统测试、维护及维修。
如图2所示，转子超速自动保护单元16包括两个三通道转速检测器161，其中一个三通道转速检测器161的三个通道分别与检测转子转速的转速传感器1A、1B、1C连接，另一个三通道转速检测器161分别与检测转子转速的转速传感器2A、2B、2C连接，两个三通道转速检测器161的输出端通过一个或门驱动电路162与现场阀门遮断电磁阀163连接，现场阀门遮断电磁阀163关断可使汽轮机停机。该转子超速自动保护单元16包括两套互为冗余的三通道转速检测器161，当其中一个三通道转速检测器161损坏后，该控制单元仍可正常运行。该转子超速自动保护单元16中，当任意一个三通道转速检测器161检测到有两个通道反馈的信号超速时，该三通道转速检测器161将发出驱动信号给或门驱动电路162，由或门驱动电路162控制现场阀门遮断电磁阀163关闭，使汽轮机停机。
为了保证汽轮机正常运行，该控制系统还包括一高排温度控制器和一高压叶片压力控制器，高排温度控制器用于在高压叶片的实际温度高于其应力计算温度时减小汽轮机中压缸调节门的开度，使高压叶片的温度降低。高压叶片压力控制器用于在汽轮机高压叶片压力过高时控制高压缸调节门的开度，使高压叶片上的压力减小。
为了保证汽轮机的安全运行，如图3所示，汽轮机上各现场阀门均与一冗余驱动电路连接，冗余驱动电路包括两个比较电路单元3、一阀位转换单元2，阀位转换单元2的输入端与现场阀位反馈信号连接，阀位转换单元2可将现场阀位反馈信号分为两路分别与两个比较电路单元3的一个输入端连接，比较电路单元3的另一个输入端与阀门指令信号连接，两个比较电路单元3的输出端通过一伺服阀4与现场阀门5连接。采用该冗余保护电路把从现场采样来的阀位信号反馈给阀位转换单元2，并经阀位转换单元2输出两个相同的阀位反馈信号分别送到比较电路单元3的一个输入端，并与比较电路单元3另一输入端的阀门指令信号进行比较，根据比较结果产生控制信号通过伺服阀4控制现场阀门5的开度。该冗余驱动电路的两个比较电路单元3互为冗余，可有效保证控制系统的安全性。为了安全考虑，比较电路单元3上还设有一快关信号输入端，该快关信号输入端可用来与快关信号连接，比较电路单元3收到快关信号后可通过伺服阀4使现场阀门5直接快速关闭，这样就可有效保证汽轮机的安全。
该1000MW超超临界机组自动控制系统1的扩展柜具有独立冗余的24V直流电源，电源供给更可靠，它是由扩展柜中六个继电器带电来实现对阀门遮断电磁阀供电。正常情况下当这六个继电器带电闭合后，输出三路24V电压至现场阀门遮断电磁阀使其带电复位，汽轮机可以启机。当六个触点中任意一个失电，三路输出24V电压仍能正常工作，如果六个继电器任意两个同时失电，则三路输出24V电压都为零，此时相应阀门将关闭。
该1000MW超超临界机组自动控制系统设有一应力控制单元，通过该应力控制单元可通过实时检测汽轮机各部件的温度、压力，并根据检测的温度、压力值确定汽轮机各部件的热应力，进而确定高压缸转子、中压缸转子允许的升/降速率，并由汽轮机自动启停控制单元根据计算好的升/降速率自动控制汽轮机的启动/停机。采用该控制系统可以在汽轮机材料应力与最大的运行灵活性上进行最优化控制，使汽轮机可以在最佳工况下启动/停机，汽轮机的转速不会产生较大的波动，机组甩负荷后的快速响应能力强，控制精度高，可保证汽轮机正常平稳运行。该系统可实现汽轮机运行的完全自动化，可大大降低人为的操作失误，简化了启/停程序，改变了过去人为操作启动的繁琐复杂操作方式，减轻用户的工作量，提高了工作效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于，其包括：
汽轮机自动启停控制单元，所述汽轮机自动启停控制单元用于实现汽轮机启动/停机的自动控制；
应力控制单元，所述应力控制单元包括用于检测高压缸主汽门阀壳、高压缸调节门阀壳、高压缸汽缸、高压缸转子、中压缸转子处蒸汽温度和压力的传感器，所述应力控制单元根据检测的蒸汽压力或温度计算出各处的蒸汽饱和温度，再由各处蒸汽饱和温度与实际检测温度的温度差计算出各相应部件的热应力，并通过热应力值计算出高压缸转子、中压缸转子允许的升/降速率，最后将求出的允许升/降速率发送给汽轮机自动启停控制单元，由所述汽轮机自动启停控制单元根据允许的升/降速率自动控制汽轮机启动/停机；
扩展柜，具有独立冗余的直流电源；
转子超速自动保护单元，所述转子超速自动保护单元包括两个三通道转速检测器，所述三通道转速检测器的三个通道分别与检测转子转速的转速传感器连接，所述两个三通道转速检测器的输出端通过一个或门驱动电路与现场阀门遮断电磁阀连接，当任意一个三通道转速检测器检测到有两个通道反馈的信号超速时，该三通道转速检测器发出驱动信号给或门驱动电路，由或门驱动电路控制现场阀门遮断电磁阀关闭，使汽轮机停机。
2.根据权利要求1所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：其还包括一汽轮机快冷控制单元，所述汽轮机快冷控制单元用于实现汽轮机停机后的自动快速冷却。
3.根据权利要求1所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：其还包括一高排温度高汽轮机再启动控制单元，汽轮机带负荷后因高压叶片温度过高报警但不停机的情况下，所述高排温度高汽轮机再启动控制单元用于实现降低高压叶片的温度的自动控制。
4.根据权利要求1所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：其还包括一阀门活动试验控制单元，所述阀门活动试验控制单元用于对汽轮机上各阀门进行自动检测。
5.根据权利要求1所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：其还包括一高排温度控制器，所述高排温度控制器用于在高压叶片的实际温度高于其应力计算温度时减小汽轮机中压缸调节门的开度，使高压叶片的温度降低。
6.根据权利要求1所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：其还包括一高压叶片压力控制器，所述高压叶片压力控制器用于在汽轮机高压叶片压力过高时控制高压缸调节门的开度，使高压叶片上的压力减小。
7.根据权利要求1所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：所述汽轮机上各现场阀门均与一冗余驱动电路连接，所述冗余驱动电路包括两个比较电路单元、一阀位转换单元，所述阀位转换单元的输入端与现场阀位反馈信号连接，所述阀位转换单元将所述现场阀位反馈信号分为两路分别与两个比较电路单元的一个输入端连接，所述比较电路单元的另一个输入端与阀门指令信号连接，所述两个比较电路单元的输出端通过一伺服阀与所述现场阀门连接。
8.根据权利要求7所述的1000MW超超临界机组自动控制系统，其特征在于：所述比较电路单元上还设有一快关信号输入端。
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