汽轮机主控 程序 热应力评估 器 汽轮机控制 器 汽轮机监视系统
Stop Valve Si l Single Valve Control
Control Valve
启动方式
采用高/中压缸联合启动方式 中压缸联合启动方式。 汽轮机控制系统控制HP/IP的 进汽阀门，调节汽轮机的进汽 流量 控制汽轮机冲转及并网 流量，控制汽轮机冲转及并网 带负荷。为满足机组在全周进 汽滑压运行方式下同时具有调 频功能的需要 主调门达到最 频功能的需要，主调门达到最 大流量（通常即热耗保证工况） 后，补汽阀开启，增加高压缸 流量。 同时设置高排温度控制器，根据高压缸排汽温度自动调整高/中压缸的流 量分配 通过高压缸/中压缸修正功能，适当调整高调门和中调门开度。 量分配。通过高压缸 中压缸修正功能 适当调整高调门和中调门开度 以保证高压缸在任何不稳定状态运行过程中，如甩负荷、启动和停机期 间（任何不同的主蒸汽工况或凝汽器压力），温度不超过允许值。如果 高压缸排汽温度过高 则切除高压缸 由中压缸控制汽轮机的转速/负荷。 高压缸排汽温度过高，则切除高压缸，由中压缸控制汽轮机的转速 负荷
可变的温度准则（X准则）
X准则其实质就是变温度准则,就是根据汽轮机金属部件不同 的温度，确定不同的蒸汽温度，并使之与汽轮机金属部件温度匹 配，温差控制在TSE差值内，从而实现汽轮机在启动过程中的热 应力控制，在最短的时间内完成启动过程。 可变的温度准则详细说明了允许下面的动作实现的蒸汽条件： 开启高压主汽门，加热主蒸汽管道和阀体 高 蒸 管 开启调门，汽轮发电机带蒸汽冲转 汽轮发电机组加速到额定转速 汽轮发电机带负荷 可变温度准则按照功能可以分为三个不同的部分： 最小的蒸汽温度限制以避免加热组件时的不适当冷却； 最小的汽缸温度限制以避免在给定的蒸汽温度下出现不适 当的瞬时的热载荷； 在汽轮机带蒸汽冲转前设置过热度。
机组负荷 汽机转速
停机
盘车
time
机组一键启停

机组启动指令
自动启动所有汽机相关分系统，尽可能快地并且安全地启动汽轮机 协调和其它汽机自动装置之间的接口 例如热应力评估 汽机控制器 汽机保护等 协调和其它汽机自动装置之间的接口，例如热应力评估、汽机控制器、汽机保护等
汽轮机主控制程序 (SGC Steam Turbine)
过滤器 快关弹簧 阀门 油缸 回油 压力油 行程发送器
谢谢大家！


超速保护系统(OPS)
主要停机信号
超速保护 三取二(数字量) 轴向位移大 三取二(模拟量) 排汽压力大 三取二(模拟量) 排汽温度高 三取二(模拟量) 润滑油压低 三取二(模拟量) 油箱油位低 三取二(模拟量) 轴承温度高 三取二(模拟量) 轴承振动大 二取二(模拟量) 就地手动停机按钮 (数字量) 控制室手动停机按钮 (数字量) 其它汽轮机保护指令 (数字量) 其它保护信号(数字量)
启动汽机辅助系统 并检查运行状态
热应力评估器 TSE
开启汽机主汽门 预暖阀门 汽轮机控制器 闭环控制 蒸汽品质合格 开启调门 汽轮机低速暖机
汽机监视系统
暖机完成
升速 同步转速 升速至同步转速 等待并网
机组并网 带初负荷
切换至协调控制 机组升至满负荷
汽轮机自动启动过程
汽轮机热应力控制
金属部件受热不均，出现温差就会产生热应力。温差越大，热应力 也越大。部件加热时受到压缩应力，部件冷却时收到拉伸应力。而压缩 和拉伸应力的不断交错循环，将会导致金属产生疲劳裂纹，消耗设备的 使用寿命 并逐渐扩大直到断裂失效 对于汽轮机而言 在非稳定状态 使用寿命，并逐渐扩大直到断裂失效。对于汽轮机而言，在非稳定状态 下运行（如启停、增/减负荷或变温度运行）时，其金属部件将受到固定 大小和频率的热应力影响，会导致材料处于一个高水平的疲劳度而出现 裂纹。 裂纹 减少部件疲劳，控制热应力的最好方法就是控制部件内外温差，控 制部件内外温差的最好方法则是延缓部件的升、降温速率。因此合理的 消耗寿命，以便设备在使用寿命内发挥最大的效益就是设备热应力控制 的目的。 汽轮机热应力控制就是通过测取（或模拟计算）受温度剧烈变化影 响的汽机主要厚重部件，如阀门阀体、汽缸缸体、转子等部件的内外壁 温，然后计算出可能的最大应力（用温差进行表征）并与规定限值进行 比较，从而构成汽机监视系统的 部分，并根据应力决定汽机启动过程 比较，从而构成汽机监视系统的一部分，并根据应力决定汽机启动过程 中的升速率以及变负荷时最大的允许负荷变动率。
汽轮机保护系统
汽机保护系统主要由冗余的超速保护系统(OPS)、电子保护系统 (EPS)和汽机遮断系统(TTS)三部分组成。
超速保护系统(OPS)
高可靠性的设计 反应快速，由传感器检测到过速状态到过速保 护继电器动作的总响应时间在15ms以内 完善的在线试验和自诊断功能 一个独立的数字信号发生器，用以模拟转速变 化，对系统进行全面的调试实验，可实现手动 操作或自动模拟 系统不断检查传感器输入回路，不同通道的传 感器输出信号被同时监测，并对各通道进行合 理的控制。任何 个故障都发出报警信号 理的控制。任何一个故障都发出报警信号 可以通过面板上的按键或者数据接口进行参数 整定 三选二逻辑表决 三个转速测量通道电源单独供电，24VDC
Siemens SPPA-T3000 华能玉环发电厂#1 1000MW机组 2006
Байду номын сангаас
Emerson Ovation 安徽铜陵发电厂#1 1000MW机组 2011
Metso MaxDNA 华电句容发电厂#2 1000MW机组 2013
控制系统的主要任务
数字汽轮机控制系统控制 通过汽轮机调节阀的的蒸汽流量。 根据运行的要求，控制系统的控 制对象可改变。 启动及停机 自动同期及并网 并 负荷控制 维持主蒸汽压力稳定 高排温度控制 机组甩负荷控制 频率稳定 汽轮机热应力控制
汽轮机热应力评估器（TSE）
汽轮机热应力评估TSE的基本功 能就是对汽轮机的转子、进汽阀门的 阀体和汽缸缸体等厚重部件的温差进 行监视 防止由于蒸汽温度与金属温 行监视，防止由于蒸汽温度与金属温 heating up 度的不匹配导致金属部件产生过大的 热应力，影响部件的使用寿命。这里 0 的温差监视实际上是所谓的温度裕量 m （Margin）监视。它是汽轮机部件的 cooling down 实际温差和设计温差的差值，温度裕 量越大，说明温差越小，部件所受的 热应力也越小。 为了确保机组启动和变工况时，其热应力处于可控范围，DEH根据 温度裕量的大小自动设置升速率和最大允许的负荷变动率。而且TSE出 现故障时，DEH将不允许机组启动，并闭锁汽轮机升速或变负荷。
超超临界汽轮机组控制系统
超超临界汽轮机组控制系统的组成
汽机控制系统 汽机保护系统 汽机监视系统 EH油供油系统
控制范围
汽轮机 闭环控制 (DEH) 电子保护系统 (EPS) 超速保护系统 (OPS) 汽轮机遮断系统 (TTS) 热应力计算 (TSE) 汽轮机一键启停 (ATC) 汽机岛 汽机岛辅助系统控制 （开环控制） 高压/低压旁路控制和保护 汽轮机和发电机监视、分析和诊断 汽轮机和发电机监视 分析和诊断 发电机辅助系统和电气设备 励磁、电压调节、同期、发电机氢油水系统等等
控制系统功能
机组控制级
汽轮机控制系统
开环控制
润滑油系统 控制油系统 本体疏水系统
闭环控制
监视功能
热应力计算
保护功能
电子保护系统 超速保护系统
汽轮机控制器
轴封蒸汽控制
振动/膨胀 转速
汽机遮断系统 自动汽机试验
抽汽逆止门 盘车控制 低压缸喷水 温度
控制系统硬件的多元化
引进德国SIEMENS公司 百万等级超超临界汽轮机 控制系统技术 消化吸收引进技术 自主研发 根据用户需求 多元化开发
机组一键启停
一键启停功能由汽机主控制程序（SGC Steam Turbine）实现 确 确保由一键操作自动完成汽轮机的启动/停机过程中的控制功能： 完 启 停 控 能 协调从停机到满负荷运行的自动启动过程 在不同的运行工况下 (包括冷态、温态、热态启动和过临界转速、改变负荷)热应力的直接作用 自动完成从满负荷到投盘车的停机操作过程 在汽轮机启动和停机的过程中，协调整个控制系统的设备
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温度裕度（Margin）的计算
监视热应力最方便的办法就 是监视部件的温差值。对于阀门 和汽缸等静止部件，测量温差的 方法是在部件上打个孔 安装两 方法是在部件上打个孔，安装两 只位置相邻、但插入深度不同的 热电偶作为内壁温和平均壁的温 度测点。 度测点 如图所示。插入90％深度 处的温度T1 泛指直接接触蒸汽 并进行热交换的相应阀体(缸体) 温度，插入50 %深度处的温度 Tm泛指相应阀体(缸体) 的平均 温度。由于热传导的延迟，Tm 的变化总会慢于T1 的变化，从 而存在温差 这一温差的大小 而存在温差，这 温差的大小， 即表示应力的大小。
汽轮机监视系统
Turbine generator
Turbine feedwater pump
瑞士Vibro-meter VM600系统
通过对关键设备的监测和保护来提高 电厂的安全性。当设备遇到潜在的灾 难性损坏时，使用这套系统使损失最 小化来降低企 的成本 小化来降低企业的成本。 主要监视的信号： 振动监视 轴向位移监视 绝对膨胀监视
温度裕度（Margin）的计算
缸体 转子
高速旋转的转子温 度是通过仿真计算的方 法来获得的。汽缸内缸 的温度来近似表示转子 表面的温度Ta ，计算转 子动叶根部的温度作为 转子平均温度，也用 Tm 表示，另外再计算 转子中心的温度Tax 。 转子表面温度Ta 和转子 平均温度Tm 的差值就 表示转子应力的大小。 表示转子应力的大小 当汽轮机处于启停或变负荷等不稳定工况下，因蒸汽温度的波动 才有可能引起部件的温度变化，产生温差。因此在这些阶段，通过温 度裕度来决定或限制机组转速和负荷的变化速率，就能达到控制热应 力的目的。