CN104594959B - 一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，它包括：自动切缸投入判断逻辑模块，与自动设置升负荷及目标阀位模块电连接；自动设置升负荷及目标阀位模块与运行逻辑模块电连接；运行逻辑模块与高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块电连接；高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块与高压缸通风阀、高排逆止门控制模块电连接；高压缸通风阀、高排逆止门控制模块与切缸完成模块电连接；解决了现有技术的汽轮机自动切缸控制中存在的预设值参数不容易获得，差错率较大导致控制精度不高，控制不准确等技术问题。

Description

一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统

技术领域

本发明属于发电机组热工自动控制技术的汽轮机控制，尤其涉及一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统。

背景技术

电力工业蒸汽轮机机组的启动方式，一般可分为高压缸启动、高中压缸联合启动和中压缸启动；中压缸启动的机组，启动时高压缸不进蒸汽，通过中压缸进蒸汽完成机组冲转及并网环节，此前机组转速、功率由中压调节阀进行控制，待机组并网带初负荷后，需要高压缸进蒸汽做功进一步增加负荷，转换为高压缸控制方式，机组依靠高压调节门控制机组负荷，这一过程称为切缸；启动过程中，主蒸汽流动过程为：高压旁路调节阀→再热器→中压联合汽门→中压缸→低压缸→凝汽器。一般情况下，启动过程中相关设备的状态是：高压旁路调节阀开启；高排逆止门关闭；高压缸通风阀（VV阀，用于通风及倒暖高压缸）开启；低压旁路调节阀微开（稳定启动压力）；高压缸控制方式主蒸汽流动过程为：高压旁路调节阀前→高压主汽门及高压调节汽门→高排逆止门→再热器→中压联合汽门→中压缸→低压缸→凝汽器。相关设备的状态是：高压旁路调节阀关闭；高排逆止门开启；高压缸通风阀开启关闭；低压旁路调节阀旁关闭；长期以来，机组启动的切缸过程为手动进行，人为设置相应的升负荷速率及阀位目标，手动控制高压旁路调节阀、低压旁路调节阀，完成切缸过程。手动切缸，运行人员劳动强度较大，机组主蒸汽压力、负荷波动较大，存在切缸过程不平稳对机组冲击大；严重地若操作不当，高排逆止门不能被蒸汽流顶开，则造成闷缸激发振动导致机组启动失败等问题。

随着技术的发展，火电机组汽轮机普遍采用分散控制系统（DCS）及汽轮机电液控制系统（DEH）。可在相应控制系统中采用自动控制的方法，自动控制相应设备，实现整个切缸过程的自动化，现有技术的自动切缸控制（申请号：201410234332.6），注重对高排逆止门的状态判断，而不是从对高压旁路调节阀、低压调节门进行控制来自动调节控制蒸汽参数，确保高排逆止门开启的角度出发；而且其对高排逆止门的状态判断是依靠主蒸汽流量值及高排逆止门后压力的检测来实现，但是机组在实际运行过程中，主蒸汽流量参数的确定是通过检测机组调节机压力后通过理论计算获得，在低负荷阶段，调节机压力存在测量不准确和波动较大的问题；而高排逆止门后压力，则受低压旁路调节阀开度的影响波动较大，若低压旁路阀开度增大，高排逆止门后压力必然降低，而此时高排逆止门由于前后压力差增大反而更易顶开；采用这样的自动切缸控制，存在预设值参数不容易获得，差错率较大导致控制精度不高，控制不准确等技术问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题：提供一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，以解决现有技术的汽轮机自动切缸控制中存在的预设值参数不容易获得，差错率较大导致控制精度不高，控制不准确等技术问题。

本发明技术方案：

一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，它包括：

自动切缸投入判断逻辑模块，对切缸投入的条件进行逻辑判断，输出自动切缸指令，与自动设置升负荷及目标阀位模块电连接；

自动设置升负荷及目标阀位模块，自动切缸指令发出后，选择机组在阀位控制方式运行，自动设置阀位目标值为预设值Y1，自动设置机组的升负荷率为预设值Y2，与运行逻辑模块电连接；

运行逻辑模块，自动设置升负荷及目标阀位模块执行完毕后延时t秒，调用主控制系统中的“保持-进行”功能中的“进行”命令运行；与高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块电连接；

高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块，在机组“进行”命令执行的同时，高压旁路调节阀的PID控制回路投入自动，低压旁路调节阀的PID控制回路投入自动以稳定机前压力，与高压缸通风阀、高排逆止门控制模块电连接；

高压缸通风阀、高排逆止门控制模块，在机组“进行”指令执行过程中，总阀位指令值达到第一预设值M1时，发出“开高排逆止门”指令将高排逆止门释放到可开启状态，当总阀位指令值增大到第二预设值M2时，发出指令将高压缸通风阀自动关闭，与切缸完成模块电连接；

切缸完成模块，在机组“进行”指令执行过程中，总阀位指令值继续增大，中压调节汽门将完全开启，高压调节汽门继续开启，高排逆止门被蒸汽流完全冲开，高压缸外输出功率不断增大，高压旁路调节阀因机前压力的降低自动关小直至完全关闭，高压旁路调节阀完全关闭后，关闭低压旁路调节阀，随后切为手动控制，完成自动切缸过程。

自动切缸投入判断逻辑模块中的切缸投入的条件进行逻辑判断方法为：机组在中压缸启动方式下；功率在预设值X01到X02额定负荷之间并稳定时间T1；主蒸汽压力在预设值X11到X12之间并稳定时间T2；高压旁路调节阀开度大于预设值X31并稳定时间T3；低压旁路调节阀前压力在预设值X41到X42之间并稳定时间T4；满足条件后，输出自动切缸指令。

高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块中的高压旁路调节阀的PID控制回路和低压旁路调节阀的PID控制回路中的PID给定值的确定方法为：在“进行”命令发出时刻的低压旁路调节阀前压力的基础上减去预设值Z1，使其“给定值”减小，并设置变化速率为预设值Z2，使“给定值”平稳过渡。

运行逻辑模块中的延时t秒为2-3秒。

低压旁路调节阀的关闭方法为：将低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”在当前再热器压力的基础上加上预设值U1，此时因低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”永远大于“当前值”，其将逐步自动关闭。

本发明的有益效果：

本发明控制系统在汽轮机已配备的分散控制系统（DCS）或汽轮机电液控制系统（DEH）的基础上，通过增加控制逻辑的方法，实现中压缸启动汽轮机组的自动切缸控制，不需要投入硬件设备成本，使整体成本降低；切缸过程中，切缸的投入及完成均自动进行，整个过程中不需要运行人员操作相关的阀门设备，大大降低其劳动强度；本发明将切缸过程自动化，由相应逻辑自动控制相应设备，避免手动切缸存在切缸过程不平稳对机组冲击大的问题，以及易造成闷缸激发振动等问题；同现有技术的自动方法比较，本发明从自动控制高压旁路调节阀、低压旁路调节阀等设备，自动调节控制蒸汽参数的角度出发，确保高排逆止门被蒸汽流顶开，使各种数字化的预设值参数易于获得，不需要通过额外试验获取，提高了整个切缸过程的控制精度和控制准确度等，可有效移植推广到各种机组；解决了现有技术的汽轮机自动切缸控制中存在的预设值参数不容易获得，差错率较大导致控制精度不高，控制不准确等技术问题。

附图说明：

图1为本发明的原理结构框图；

图2为本发明实施例原理结构框图。

具体实施方式

一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，它包括（见图1）：

自动切缸投入判断逻辑模块，对切缸投入的条件进行逻辑判断，输出自动切缸指令，与自动设置升负荷及目标阀位模块通过逻辑信号进行连接；自动切缸投入判断逻辑模块中的切缸投入的条件进行逻辑判断方法为：机组在中压缸启动方式下；功率在预设值X01到X02额定负荷之间并稳定时间T1；主蒸汽压力在预设值X11到X12之间并稳定时间T2；高压旁路调节阀开度大于预设值X31并稳定时间T3；低压旁路调节阀前压力在预设值X41到X42之间并稳定时间T4；满足条件后，输出自动切缸指令；

自动设置升负荷及目标阀位模块，自动切缸指令发出后，选择机组在阀位控制方式运行，自动设置阀位目标值为预设值Y1，自动设置机组的升负荷率为预设值Y2，与运行逻辑模块通过逻辑信号连接；

运行逻辑模块，自动设置升负荷及目标阀位模块执行完毕后延时t秒，调用主控制系统中的“保持-进行”功能中的“进行”命令运行；进行”命令执行后，机组的总阀位指令不断增大，机组总阀位指令按所设定的升负荷率Y2向阀位目标值Y1靠近，与高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块通过逻辑信号连接，运行逻辑模块中的延时t秒为2-3秒。

高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块，在机组“进行”命令执行的同时，高压旁路调节阀的PID控制回路投入自动，低压旁路调节阀的PID控制回路投入自动以稳定机前压力，与高压缸通风阀、高排逆止门控制模块通过逻辑信号连接；高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块中的高压旁路调节阀的PID控制回路和低压旁路调节阀的PID控制回路中的PID给定值的确定方法为：在“进行”命令发出时刻的低压旁路调节阀前压力的基础上减去预设值Z1，使其“给定值”减小，并设置变化速率为预设值Z2，使“给定值”平稳过渡；执行完以上功能后，机组总阀位指令增大，中压调节阀开度增大，随后高压调节阀开启，高压缸开始进入蒸汽，高压调节阀前压力降低，高压旁路调节阀PID控制回路在自动模式下，将逐渐关闭以稳定机前压力；低压旁路调节阀因其PID控制回路的“给定值”逐步变小，将开大，此时低压旁路调节阀前压力将降低，再热器压力降低，高排逆止门后压力降低。达到一个目的，机前压力稳定，高排逆止门后压力逐步不断降低，高排逆止门前后的压力差不断增大，为实现顶开高排逆止门做好了准备。在此阶段，进入高压缸的蒸汽较少，将通过高压缸通风阀，流向凝汽器。

高压缸通风阀、高排逆止门控制模块，在机组“进行”指令执行过程中，总阀位指令值达到第一预设值M1时，发出“开高排逆止门”指令将高排逆止门释放到可开启状态，当总阀位指令值增大到第二预设值M2时，发出指令将高压缸通风阀自动关闭，与切缸完成模块通过逻辑信号连接，此时高排逆止门并未真正开启，需要在蒸汽流的作用下将其顶开。总阀位指令继续增大到预设值T2(或某个高压调节阀的开度达到T2，根据机组型式确定)，该模块发出指令，将高压缸通风阀自动关闭。此时，高压缸内蒸汽在高排逆止门前后压力差的作用下，将高排逆止门顶开，建立蒸汽通道流向再热器。

切缸完成模块，在机组“进行”指令执行过程中，总阀位指令值继续增大，中压调节汽门将完全开启，高压调节汽门继续开启，高排逆止门被蒸汽流完全冲开，高压缸外输出功率不断增大，高压旁路调节阀因机前压力的降低自动关小直至完全关闭，高压旁路调节阀完全关闭后，关闭低压旁路调节阀，切缸完成的判断逻辑为：机组在中压缸启动方式下，高压旁路调节阀完全关闭，高压旁路调节阀是否完全关闭可采用高压旁路调节阀开度反馈小于3%或采用高压旁路调节阀关位置行程开关的开关量信号或机组有功功率大于预设值H1来作为完全关闭的判断条件。低压旁路调节阀的关闭方法为：将低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”在当前再热器压力的基础上加上预设值U1，此时因低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”永远大于“当前值”，其将逐步自动关闭，随后切为手动控制，完成自动切缸过程。

本发明中的各个给定值和预设值根据具体的机组型号进行确定，下面以CLN600型机组为例进行进一步说明（见图2）：

CLN600型实现具体步骤及数据如下。

机组采用中压缸启动方式启动，并网后主蒸汽压力8.72MPa,中压缸进汽压力1.10MPa,自动切缸投入判断逻辑模块检测机组如下参数条件：

1：8MPa<主蒸汽压力<9MPa,稳定时间T2：120s;

2：20MW<机组有功功率<120MW，稳定时间T1：60s;

3：高压旁路调节阀开度>40%，稳定时间60s;

4：0.8MPa<低压旁路调节阀前压力<1.2MPa,稳定时间120s;

上述条件同时满足，说明机组运行正常，参数满足切缸要求，则发出自动切缸指令。

当切缸指令发出后，自动设置升负荷及目标阀位模块进行如下操作：

1选择机组DEH控制为“阀位控制”方式；

2设置阀位目标值80%；

3设置升负荷率为30MW/min；

此后，在整个切缸过程中机组控制方式工作在DEH系统下的的“阀位控制”方式。

切缸指令发出，自动设置升负荷及目标阀位模块完成后，延时2秒时间，运行逻辑模块调用DEH系统的“进行”命令，使机组总阀位指令按30MW/min升负荷率向80%阀位靠近，运行逻辑模块调用系统“进行”命令的同时，自动记忆主蒸汽压力当前值为8.72MPa、低压旁路调节阀前压力的当前值1.10MPa。此时高压缸将开始进入蒸汽但流量小，通过高压缸通风阀流入凝汽器。

高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块在运行逻辑模块调用“进行”命令的同时，将高压旁路调节阀PID控制回路投入自动模式，PID控制回路“给定值”为高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块记忆的主蒸汽压力当前值8.72MPa；低压旁路调节阀PID控制回路投入自动模式，起始时PID控制回路“给定值”高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块记忆的低压旁路调节阀前压力的当前值1.10MPa，接下来将其在120秒内，由1.10MPa，慢慢变为0.5MPa,低压旁路调节阀开度将逐步开大。

机组总阀位指令继续开大到大于19%时，高压缸通风阀、高排逆止门控制模块发出开高排逆止门的指令，将高排逆止门释放到可冲开状态；总阀位指令继续增大，当机组总阀位指令继续开大到四个高压调节阀中任意一个高压调节汽门开度大于5%时，高压缸通风阀、高排逆止门控制模块发出关闭高压缸通风阀指令，将高压缸通风阀关闭，此时高压缸开始进入蒸汽并对外输出功率。蒸汽流将顶开高排逆止门流向再热器。

随着机组总阀位指令继续增大，机前压力将不断降低，高压旁路调节阀在自动模式作用下慢慢关闭。切缸完成模块将其切为手动模式，保持关闭状态。高压旁路调节阀完全关闭后，切缸完成模块将低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”设置为当前再热器压力加上0.1MPa,低压旁路调节阀因“被调量”值始终小于“给定值”，在自动模式慢慢关闭，随后切为手动模式，待完全关闭后，切缸完成模块将低压旁路调节阀PID控制回路切换为手动模式，保持关闭状态。

高压旁路调节阀完全关闭后，切缸完成模块发出“切缸完成”指令，复位“切缸指令”。此时，主蒸汽流动路径：高压旁路调节阀前→高压主汽门及高压调节汽门→高排逆止门→再热器→中压联合汽门→中压缸→低压缸→凝汽器。此时高压缸对外输出功率为负荷的绝大部分，机组依靠高压调节阀调节功率，完成整个自动切缸过程。

Claims (5)

1.一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，它包括：

自动切缸投入判断逻辑模块，对切缸投入的条件进行逻辑判断，输出自动切缸指令，与自动设置升负荷及目标阀位模块电连接；

自动设置升负荷及目标阀位模块，自动切缸指令发出后，选择机组在阀位控制方式运行，自动设置阀位目标值为预设值Y1，自动设置机组的升负荷率为预设值Y2，与运行逻辑模块电连接；

运行逻辑模块，自动设置升负荷及目标阀位模块执行完毕后延时t秒，调用主控制系统中的“保持-进行”功能中的“进行”命令运行；与高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块电连接；

高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块，在机组“进行”命令执行的同时，高压旁路调节阀的PID控制回路投入自动，低压旁路调节阀的PID控制回路投入自动以稳定机前压力，与高压缸通风阀、高排逆止门控制模块电连接；

高压缸通风阀、高排逆止门控制模块，在机组“进行”指令执行过程中，总阀位指令值达到第一预设值M1时，发出“开高排逆止门”指令将高排逆止门释放到可开启状态，当总阀位指令值增大到第二预设值M2时，发出指令将高压缸通风阀自动关闭，与切缸完成模块电连接；

切缸完成模块，在机组“进行”指令执行过程中，总阀位指令值继续增大，中压调节汽门将完全开启，高压调节汽门继续开启，高排逆止门被蒸汽流完全冲开，高压缸外输出功率不断增大，高压旁路调节阀因机前压力的降低自动关小直至完全关闭，高压旁路调节阀完全关闭后，关闭低压旁路调节阀，随后切为手动控制，完成自动切缸过程。

2.根据权利要求1所述的一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，其特征在于：自动切缸投入判断逻辑模块中的切缸投入的条件进行逻辑判断方法为：机组在中压缸启动方式下；功率在预设值X01到X02额定负荷之间并稳定时间T1；主蒸汽压力在预设值X11到X12之间并稳定时间T2；高压旁路调节阀开度大于预设值X31并稳定时间T3；低压旁路调节阀前压力在预设值X41到X42之间并稳定时间T4；满足条件后，输出自动切缸指令。

3.根据权利要求1所述的一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，其特征在于：高压旁路调节阀和低压旁路调节阀控制模块中的高压旁路调节阀的PID控制回路和低压旁路调节阀的PID控制回路中的PID给定值的确定方法为：在“进行”命令发出时刻的低压旁路调节阀前压力的基础上减去预设值Z1，使其“给定值”减小，并设置变化速率为预设值Z2，使“给定值”平稳过渡。

4.根据权利要求1所述的一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，其特征在于：运行逻辑模块中的延时t秒为2-3秒。

5.根据权利要求1所述的一种中压缸启动汽轮机自动切缸控制系统，其特征在于：低压旁路调节阀的关闭方法为：将低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”在当前再热器压力的基础上加上预设值U1，此时因低压旁路调节阀PID控制回路的“给定值”永远大于“当前值”，其将逐步自动关闭。