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ABB公司的汽轮机自动控制及保护系统

发表时间:2002-9-9

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一、概述

ABB公司曾经是全球知名的汽轮机、燃汽轮机制造商，对上述控制系统的深入研究，使ABB积累了为多种机组提供不同控制系统的丰富实践经验。ABB公司又是当今世界上最大的DCS 分散控制系统供应商，其Symphony 产品在许多工业控制领域得到广泛应用。近二十年来，ABB旋转机械控制部 (前美国ETSI公司) 就用Symphony (Infi-90) 分散系统为世界上各大公司配套生产了近700套汽轮机、燃汽轮机控制系统，中国内地约占10%。

为适应我国电力工业迅速发展的需要，2001年初，ABB 中国旋转机械控制部组建，它是ABB公司在中国从事汽轮机、燃汽轮机控制保护系统销售、设计、总成和现场服务的专业部门。它以ABB贝利的第四代分散控制系统Symphony 为平台，以ABB多年设计、生产汽轮机、燃汽轮机及其控制系统为依托，以与国内主机制造厂长期技术合作为经验借鉴，竭诚为国内外用户提供先进可靠的汽轮机、燃汽轮机控制保护设备，与ABB之DCS 一道来实现整个电站的一体化自

动控制。

十年前，我国东方汽轮机厂率先从ABB贝利引进了大型汽轮机电液控制系统，技术合作逐年发展和加强。近来，尤其是ABB中国旋转机械部成立以后，我们又与哈尔滨、上海、北重、杭州和南京等主机厂广泛接触，普遍建立了良好的伙伴合作关系，ABB 的Symphony产品开始用于各厂的汽轮机控制。今后，我们将一如既往，与国内各主机厂紧密携手，共同为用户提供更好的服务。 二、原理及组成

90年代末问世的ABB贝利第四代Symphony 分散控制系统不仅具有其物理位置分散、控制功能分散的优点，更在决策过程管理和企业管理方面实现了集中统一，达到了当代世界分散控制的最高水平。采用Symphony 组成的汽轮机控制保护系统，将以子站的形式融入电站的DCS系统，实现信息和资源的共享，具体结构见图1。

不同用途的汽轮机其控制保护系统各不相同。冷凝机组为转速和负荷的闭环控制系统；供热机组和背压机组还将增加抽汽压力和背压的闭环控制，发电和供热需实现\自治\；空冷机组更加关注排汽压力的保护和限制等等。下面以冷凝机组为例进行说明。(见图2)

液压部分有两种形式：

高压抗燃油系统:包括伺服机构、高低压遮断模块和高压油源三部分。

低压透平油系统：包括DDV直接驱动阀、执行机构及低压遮断模块，有的系统还要求提供单独的低压油源。

高压系统一般用于大型机组，低压系统用在中、小机组上居多。

TSI电气监视仪表可方便的用Symphony专用的CMM11状态监视模件构成，每块CMM11状态监视模件构成，每块CMM11模件有四个监视通道，可根据监视量的多少选择所需的模件直接插入DEH的机箱中。这些模件分别采集现场传感器的信号，转换处理后输入冗余的MFP多功能处理器，从而完成整台机组的监视与保护。另外，相应的数据还可通过数据服务器与轴系的专家分析系统联接，实现机组的故障诊断，详见图1。

ETS紧急停机装置也可用冗余的MFP处理器和I/O模件来构成，它汇总所有的停机信号并执行停机操作。 三 控制保护系统特点

积多年设计和生产各类汽轮机及其控制系统的宝贵经验，ABB的汽轮机控制与保护系统有以下显著特点： 1. 电站控制一体化设计

统一设计和提供汽轮机的DEH控制系统、TSI监视仪表、ETS紧急停机装置和BPS旁路控制系统，并作为ABB DCS控制的子站挂在C-Net网上，可实现整个电站的一体化控制和管理，方便用户运行维护。

2. 先进的控制技术和高度自动化

由于熟悉各类汽轮机启动运行的全过程，ABB拥有大量先进的控制策略，如升速过程防止转速过冲的\软着陆\程序、并网过程转速自动摇摆程序等；针对冷凝机组和供热机组甩负荷的防超速措施、防中排超温措施；供热机组热电牵连和以热定电的热电联供优化设计方案；启动运行中完善的阀门管理模式；以及对冲动式及反动式机组的热应力计算及寿命管理经验等等。凡此种种，保证了机组从冲转到全负荷可实现全过程平稳自动控制。 3. 在线试验及在线维护能力强

可按机组实际情况，自动完成所有的在线试验，如： · 电气和机械超速试验 · 危急遮断器喷油试验 · 阀门严密性试验 · 阀门活动试验

· 遮断电磁阀及压力开关在线试验 · 离线和在线阀门静态自动整定等 在线维护及修改功能有： · 电气模件在线插拔及更换

· 在线维护单台油动机的各个部件 · 在线更换滤芯

· 在线局部修改应用程序

4. 人机界面友好，通讯接口便利

建立在Windows-NT中文平台上的人机接口站画面丰富、操作方便、管理有序、记录准确。ABB 一体化的系统，内部可自由通讯；对其它系统，如西屋、西门子等，可通过ICI接口站或Modbus实现通讯。 5. 软件透明，硬件可靠

以功能码为基础的CAD图形组态软件对用户全透明，解读容易，编制方便，增强了使用者的信心。

小模件、高分散、适度冗余及高品质的硬件保证系统能长期可靠运行。 四 控制及保护功能

ABB用多对MFP多功能处理器来实现整台机组的保护与控制。 · DEH控制功能划分为：

i. BTC基本控制 - 完成机组的启动、并网及带负荷，还可增加主汽压力保护、负荷限制、快卸负荷等其它控制功能。 ii. VMC阀门管理 - 完成多种阀门管理、进行阀门特性修正、实现阀门校验和试验及手动控制功能等。

iii. ATC自动控制 - 以热应力计算结果为依据，以轴系监视参数为限制条件，去控制机组的启动运行，并实现寿命管理，还可增加疏水控制等功能。 iv. OPC超速保护控制 - 完成用负荷和跳闸停机的控制与保护功能。 v. Conductor人机接口 - 实现操作和监视。有画面显示、报警管理、趋势预报、历史记录、报表日志及操作提示等功能。

vi. Composer工程师站 - 用于软件组态、系统调试及软件运行维护。

· TSI监视仪表的功能为完成机组轴系状态的监测、保护并可扩展到专家系统进行轴系的故障诊断。

· ETS紧急停机装置的功能为汇总所有的停机信号，执行停机操作。 下面详细叙述。 1. 全自动启动功能

ABB公司的DEH可完成从盘车到满负荷的全程自动启动。冲转前，若阀壳及高压缸温度低于150°C时，DEH将对其进行预暖，直到金属温度超过脆性转变温度，以降低热应力，缩短启动时间。

机组经过冲转、暖机、达到定速时，DEH采用\软着陆\技术，使机组平稳到达3000r.p.m，无转速过冲；在并网时，DEH进入自动摇摆程序，即机组转速可围绕电网频率有规律的上、下缓慢摇摆，等待机组满足条件后顺利并网。 ABB还可提供TAS自动同期专用模件，由DEH来比较和调节转速、相位与电压实现内部自动同期。 2. 多种启动运行方式

主汽门启动 ― 对西屋型引进机组，配有主汽门启动程序，在95%转速时自动切换到调门控制。

中压缸启动 ― 对配有高低压旁路的机组，可用中压缸启动。机组由中调门冲转、定速、并网，当低旁全关时，DEH渐关中调门，渐开高调门， 并投入调节级压力反馈，使机组按要求切换到高、中压联合启动。切换点取决于旁路容量及启动参数。

高中压联合启动― 热态、极热态工况或旁路不投入时，采用高、中压联合启动方式使机组迅速接带负荷。

定― 滑― 定运行―― DEH可按用户的要求完成定― 滑― 定启动运行。 机炉协调― DEH可在启动结束后，接受来自CCS协调控制器的信号实现机跟炉、炉跟机和机炉协调功能。 3. 丰富的阀门管理模式

单阀/多阀运行方式 ― 在启动及负荷变动时，DEH控制调门按单阀方式工作，机组全周进汽，受热均匀，热应力减小；在稳定负荷工作时，按多阀方式工作，使节流损失降低，机组热效率提高。

阀门特性线修正 ― 调节阀流量与升程曲线的非线性影响了机组的静特性，以往用机械凸轮修正，误差大，也无法调正。DEH可用软件对非线性进行补偿，使流量和升程线性化。运行中可根据实际情况对曲线进行修正，以获得最佳的结果。

高中压调门开度比控制 ― 启动过程中，为避免中调门节流，中压缸总是比高压缸开得快。当负荷<30%时，高、中压调门开度比是固定的，譬如1：3，当负荷>30%时，一般情况中调门就全开。但对有旁路的机组，为适应不同的工况，可调正高、中压调门的开度比。

空负荷或低负荷工况，锅炉蒸发量大部分流过高旁，高压缸的流量有限，高排温度不可避免会升高，此时可适当开大高调门，略关中调门，使进入中压缸的部分流量转到高压缸做功，以减小高排温度。

当机组甩全负荷，高压缸在小流量和高背压(再热压力) 下运行一段时间后，高排温度将上升到一个较高的值，一旦重新并网加负荷，温度较低的新蒸汽反而会使高压缸迅速冷却，增大热应力。为此，可缓慢开启高调门，以免高