1.引言：
汽轮机数字电液控制系统DigitalElectricHydrauliccontrolsystem简称DEH。

概述电力系统对供电品的要求，影响电网频率的因数，DEH控制系统的主要使命。

电网将发电厂生产的电能源源不竭地输送到各个用电装备，为人们的生产、生活服务。为保证各类用电装备能正常运转，不单要求提供接连不竭的电能，而且还对供电的品提出了严酷的要求：

频率误差≤±0.4

电压误差≤±6

供电频率由电网中的总发电、总用电配合肯定。稳态时，供电频率与汽轮发机电组的转速对应相等。若总发电>总用电，则供电频率增加，机组转速也增加。必需经由过程控制系统使电网中并网发机电组的总发电，顺应总用电的要求，才能保证供电频率精度。

电网中的总用电是一个随机变，其频谱讲明：负荷变化低频率对应年夜幅度，高频率对应小幅度。小幅度高频率的负荷变化，经由过程汽轮机调理系统的一次调频功能，哄骗汽锅的蓄能调理发电，使总发电顺应总用电的变化。年夜幅度低频率的负荷变化，由电网的自动调频装配，经由过程汽轮发机电组控制系统的自动发电AGC功能自动地或手动地改变机组的负荷指令，改变机组的发电，使总发电顺应总用电的变化。这就是二次调频作用。电网中调凭据负荷的统计特征要求发机电组按日负荷曲线年夜幅度改变负荷，这就是调峰作用。

二次调频和调峰，由于负荷变化的幅度较年夜，汽锅控制系统必需响应动作，使汽锅的出力知足汽机的要求，同时为保证整个发电系统的平安性和经济性，要求在改变负荷的进程中，机、炉、电控制系统必需协调动作。

必需将汽轮发机电组的转速升到同步转速，即3000r/min，发机电并网后才能向电网输出电能。是以要求汽轮机调理系统具有升速控制功能。汽轮机是一种高转速的年夜型旋起色械，它对转速的要求很高，转速跨越120后，机组就可能损坏。是以要求汽轮机控制系统具有完善的庇护功能。

汽轮机调理系统的主要使命就是调理汽轮发机电组的转速、功率，使其知足电网的要求。汽轮机控制系统的控制对象为汽轮发机电组，它经由过程控制汽轮机进汽阀门的开度来改变进汽流，从而控制汽轮发机电组的转速和功率。在紧急情况下，其保安系统迅速关闭进汽阀门，以庇护机组的平安。

由于液压油念头怪异的点，驱动力年夜、响应速度快、定位精度高，汽轮机进汽阀门均采用油念头驱动。汽轮机控制系统与其液压调理保安系统是密不成分的。

汽轮机数字电液控制系统DEH分为电子控制部门和液压调理保安部门。电子控制主要由散布式控制系统DCS及DEH用模件组成，它完成旌旗灯号的收集、综合计较、逻辑处置、人机接口等方面的使命。液压调理保安部门主要由电液转换器、电磁阀、油念头、配汽机构等组成，它将电气控制旌旗灯号转换为液压机械控制旌旗灯号，终控制汽轮机进汽阀门的开度。
2.控制对象：

简述汽轮发机电组的工作原理、控制特征，启动及变工况进程中必需注重的问题。简述蒸汽轮回系统。

汽轮机控制系统的控制对象就是汽轮发机电组。汽轮机的转子与发机电的转子经由过程联轴器毗连为一个整体。蒸汽经由过程调理阀进进汽缸后，经过膨胀对转子上的叶片作功，带动发机电转子一起旋转。

在汽轮机升速阶段，发机电与电网是断开的，是以MG=0。随着转速给定增加，控制系统使调理阀开年夜，蒸汽自动力矩MG克服阻力矩MLS后汽轮机转速逐渐升高。终升到同步转速3000r/min，以便发机电并网发电。由于汽轮机的自平衡能力较差，为保证升速进程平安、平稳，凡是采用转速闭环控制。各个转子及轴系有多个共振频率，当转速等于共振频率时，机组将的振动将会年夜年夜增加，此转速为临界转速。是以在升速进程中，转速进进临界区时，必需加年夜升速度，快速冲曩昔。

到达3000r/min后，发机电就要并网发电。为减小对发机电、电网的冲击，避免损坏装备，发机电真个电压必需与电网侧的一致，才能并网。即电压、频率、相位、相序不异。电压由发机电的励磁系统调理。频率、相位由自动准同期装配经由过程汽轮机调理系统调理。相序由发机电接线肯定。

并网后，汽轮机转速与电网频率对应相等。供电频率由电网中的总发电、总用电配合肯定。凡是由于单个机组占电网的总发电的比例很小，所以调门开年夜时负荷增加，转速几近不变。通俗地说转速被电网拖住了。

汽轮机启动进程是蒸汽对汽轮机逐渐加热的进程。由于尺寸很年夜，各部门受热不平均，膨胀年夜小纷歧。为减小金属热应力及转子汽缸胀差，保证机组的平安，在启动进程中需要时，应遏制升速、升负荷，对汽轮机进行热机。

汽锅将给水泵送来的轮回工，除盐水，加热升温升压，变为过热蒸汽。过热蒸汽经由过程调理阀落后进汽轮机，经膨胀加速对叶片作功后，温度压力逐级减小，终凝聚成水，再由给水泵将水送进汽锅。即形成蒸汽轮回系统。对于年夜型汽轮机发机电组，为提高热力系统的经济性，凡是还配有再热器。为避免汽锅干烧、调理启动参数等要求，蒸汽系统还配有旁路系统。



汽轮发机电组的转子转动方程为：

(1)

式(1)中：J---汽轮发机电组转子的转动惯。

ω—转子的角速度。

MT—汽轮机发生的自动力矩。

MG—发机电发生的阻力矩。

MLS—各类消耗发生的阻力矩。

转子转动方程经过数学处置可得传递函数为：
Ta为汽轮机的转子时间，凡是为6~10秒。

汽轮机发生的自动力矩MT正比于进汽流QT，进汽流QT又正比于等效阀门开度FT与主汽压力PT的乘积，即MT∝QT∝FT*PT。传递函数为：
TH为汽缸的容积时间，凡是为0.1秒。

对于中心再热机组，由于蒸汽从高压缸排出后，还要返回到汽锅往，在再热器中加热后，才能送到中、低压缸作功，再热器的传递函数为：
Tz为再热器的容积时间，凡是为8~10秒。

中压油念头全开时，再热器时间将使中、低压缸的功率滞后。

高压缸功率占汽机总功率的比例，约为0.3

中低压缸功率占汽机总功率的比例，约为0.7

发机电的传递函数为：
CD为发机电异步转矩对应的系数，凡是为20~25。

Tr为发机电同步转矩对应的时间，凡是为3~6ms。

当发机电并进无限年夜电网时，由于电网的供电频率由电网的总发电、总用电配合肯定，单台机组对供电频率的影响极小，可认为电网供电频率不变。


3.液压调理保安系统：
简述配汽原理、液压调理保安系统原理。说明主要部套的工作原理油念头、伺服阀、测速元件、滑阀、飞锤、遮断滑阀、电磁阀等部套的作用。典型系统SAMA图

在汽轮机的进汽通道上，为保证能有用控制进汽，凡是配有主汽阀和调理阀。主汽阀凡是由汽轮机的保安系统控制为全开、全关两位工作。调理阀凡是由汽轮机的调理系统控制可切确定位在全开、全关之间任何位置，以便有用地调理汽轮机的进汽。由于凡是汽轮机的转子时间很短，仅6~8秒，为了保证转速、功率的调理性能，调理阀的时间常数要求小于0.5秒；为了有用抑制汽轮机甩负荷工况下和在机组超速打闸时转速的飞升，要求主汽阀、调理阀的快关时间小于0.2秒。另外由于汽轮机蒸汽参数高，流年夜，作用到阀门上的蒸汽力很年夜。是以汽轮机的进汽阀门均由作用力年夜、动作速度快的液压油缸活塞——油念头驱动。

斟酌汽缸加热的平均性，要求进进汽缸的蒸汽流散布平均，各调门的流相等，象单个阀门一样，即单阀方式。斟酌蒸汽流动的经济性，要求一个调门起节省作用，其它调门为全开或全关状态，即顺序阀方式。为了兼顾均热性和经济性，凡是采用复合配汽方式：汽轮机启动阶段采用对称进汽形式，正常变负荷阶段采用顺序阀方式。上述配汽方式传统上采用凸轮配汽方式实现，采用1个油念头对应1个调理阀（1机1阀）的调理系统后，改由软件实现上述配汽方式。

液压系统主要有以下部套：

油念头为液压系统的功率输出级，它的活塞杆经由过程凸轮配汽机构或直接驱动进汽阀门。它与操作座、油念头滑阀、反馈滑阀或操作座、伺服阀、行程丈元件LVDT等装备组成完整的油念头，完成位置随动，功率输出功能。

伺服阀（电液转换器）为DEH电气旌旗灯号与液压系统的接口装备，它将电气旌旗灯号转换为与之对应的液压旌旗灯号，与伺服控制单元、油念头等连系完成电压位置随动控制。

滑阀为液压系统的综合运算、放年夜环节，它将油压、油口开度等旌旗灯号进行综合放年夜，并经由过程油管路将旌旗灯号传递到各油念头。

调速泵（弹性调速器、旋转阻尼）为汽轮机转速的敏感部件，它将转速转换为与之对应的液压旌旗灯号，再经由过程滑阀进行综合放年夜。

求助紧急遮断器（飞锤）为机组超速的检测装配，为保证平安靠得住凡是配有互为冗于的两组。当机组转速跨越预定值时，危机遮断器立即动作，经由过程危机遮断器滑阀（危机遮断油门）使主汽门、调门快速地性地关闭。

电磁阀为电气开关旌旗灯号与液压系统的接口装备。DEH经由过程它可以使调理阀快速关闭，或使机组打闸。

测速探头DEH经由过程它感知机组的转速。凡是采用磁阻式测速探头，汽轮机转子上安装有60齿的测速齿盘，DEH的测速单元接遭到测速探头的感应电压后，即可计较出机组的转速。



4.DEH控制系统的组成：
DEH控制系统包括电子控制装备和液压调理保安系统。简述测速、伺服单元的功能。

DEH控制系统分为两年夜部门电子控制系统部门、液压调理保安系统部门。

DEH电子控制系统部门主要包括I/O控制柜、硬操盘、与DCS共用的操作员站、工程师站等。控制柜中除配有与凡是DCS系统类似的开进、开出、模进、模出I/O模块外，还配有DEH用模块——测速单元、伺服单元。经由过程进步前辈的图形化组态工具，我们可设计出完善的控制策略，以顺应分歧汽轮机、分歧液压系统的要求。操作画面、数据库、历史库等都可与DCS系总共享。

电控制装备典型设置装备摆设见附图。附图为低压透平油系统的设置装备摆设。对于高压抗燃油系统还需增加一对主控单元、伺服单元及部门I/O模块。

测速单元：有三路测速通道，内部三选中逻辑，可输出超速限制、超速庇护接点旌旗灯号。具有测速范围年夜1~5000Hz、测速精度高0.1、响应速度快10ms等特点。

伺服单元：它与伺服阀、油念头、LVDT等组成位置随动系统。具有自动整定零位幅值、及紧急手动控制功能。定位精度为0.2，响应时间小于0.5秒。可与各类液压伺服系统相配。








液压调理保安系统部门可分为

转速敏感部件：将转速旌旗灯号转换为液压旌旗灯号。

给定部件：操作员经由过程启动阀（同步器）马达或手柄，改变调理系统的给定值。

综合运算部件：由各类滑阀完成给定、现实旌旗灯号的误差放年夜，将控制旌旗灯号分配到各油念头。

执行部件：控制旌旗灯号由油念头完成功率放年夜后，经由过程配汽机构（杠杆、凸轮、操作座等）驱动调理阀。

庇护系统：包括求助紧急遮断系统、挂闸系统、主汽阀执行部件等。

实验系统：有喷油实验、超速实验、阀门周密性实验、阀门勾当实验等。

油源系统：为调理保安系统液压部套提供油源。有透平油油源系统，也可能有高压抗燃油油源系统。

分歧类型的汽轮机，其液压调理保安系统有所分歧。首先依照用户的改造要求，作出简捷实用的液压系统改造方案，再凭据改造后的液压系统，肯定DEH主要功能、I/O旌旗灯号清单、硬件设置装备摆设。

依照液压系统与DEH电气部门的关系可分为：

同步器控制：DEH经由过程同步器马达与液压系统相连。

电液并存、切换控制：DEH经由过程电液转换器、同步器马达与液压系统相连。电液相互跟踪，实现无扰切换。以电调方式运行为主、液调方式作备用。

电液并存、联合控制：DEH经由过程电液转换器、同步器马达与液压系统相连。电液无须跟踪，可采用两种运行方式：

1）同步器置于极限位置，哄骗调理系统静特征，使电调系统投进工作。需要时操作同步器即可平滑地使液调系统投进工作，电调系统退出工作。

2）改变同步器的位置，使液调系统承当稳态负荷，电调系统负责动态负荷的调理。

纯电调控制：DEH经由过程电液转换器与液压部套相连，没有液调系统作后备。有1个电液转换器控制多个调理阀的形式，也有1个电液转换器仅控制1个调理阀的形式。可沿用低压透平油作油源、也有采用高压抗燃油作油源的。



5.伺服系统工作原理:
DEH控制系统的阀位控制旌旗灯号在伺服单元与油念头的现实行程LVDT旌旗灯号综合，并经PI调理后，控制旌旗灯号送到伺服阀改变其油口开度，使油念头响应地上或下运动。当油念头行程到达阀位控制旌旗灯号指定的位置后，油念头活塞的油口被封住，是以油念头活塞被定位在指定位置，从而调理阀也被定位在响应的位置。


高压抗燃油调理阀油念头

低压透平油电液油念头



DEH控制系统使用的电液转换器主要有两种：MOOG公司的761型伺服阀和633、634型直接驱动式伺服阀——DDV阀。


761型伺服阀

761型伺服阀：它带有喷嘴挡板式前置放年夜机构，此伺服阀仅用于高压抗燃油系统中。控制电流在伺服阀线圈中发生偏转力矩，使挡板偏离中心平衡位置，经由过程喷嘴在控制滑阀两头发生油压差，推动滑阀向边上运动，滑阀又经由过程弹簧片带动挡板恢复到中心平衡位置。滑阀的位移与电流的年夜小成比例变化，它同时控制了A、B口接通压力油P和排油T的面积。油念头的油缸凡是设计为单侧进油形式，A口与油念头活塞下油压相连，B口堵死。伺服阀内部有两组线圈，凡是采用并联毗连形式，额定总电流为正负20mA，对应额定油口开度。稳态时，油念头定位在中心肆意位置，A口被封住，为克服伺服阀的机械零偏，有5mA左右的电流。

DDV阀（D633、D634）

DDV阀与常规伺服阀比力，年夜的区分在于从结构上取消了喷嘴——挡板前置放年夜级、用年夜功率的直线马达取代了小功率的力马达。用进步前辈的集成块与微型位置传感器替换了工艺复杂的机械反馈装配——力反馈杆与弹簧管。从而简化了结构，提高了靠得住性，却连结了伺服阀的基赋性能与技术指标。它的抗污染能力比喷嘴——挡板式的伺服阀强得多。由于其动态特征与供油压力无关，是以它可用于各类压力品级的液压系统。


6.DEH控制系统性能指标:

转速控制范围：冲转~3600r/min

转速控制精度：±１r/min

负荷控制精度：±0.2

控制系统缓慢率：<0.06

甩负荷高飞升转速<7


7.靠得住性设计:
DEH控制系统必需合适电工委员会汽轮机技术规范IEC60045-1（1991-06）划定的故障平安原则。即：

DEH系统失电时机组能平安停机。

液压系统工作油压消失机能平安停机。

具有避免误操作的措施。

系统间切换无扰。

具有完善的庇护系统，且能自力于调理系统工作。

冗余设计

重要旌旗灯号采用三选中冗余设计,如转速。

油念头LVDT反馈为双冗余高选。

测功旌旗灯号采用数值滤液，能有用避免电网负荷扰动引发的反调。

完善的跟踪措施，保证控制方式切换为无扰。

冲转汽轮机必需划分按挂闸、开主汽门、开调门的操作顺序由逻辑控制回路保证。可以预防误操作，避免转子意外冲转。

高压抗燃油油念头采用单侧进油、弹簧复位设计，可保证万一动力油源失压时能靠得住停机。

电液伺服阀设置了机械零偏，可保证万一控制系统失电时能靠得住停机。



8.DEH控制系统功能:
在汽轮发机电组并网前，DEH为转速闭环无差调理系统。给定转速与现实转速之差，经PID(Proportional-Integral-DifferentialController)调理器运算后，经由过程伺服系统控制油念头开度，使现实转速追随给定转速变化。

操作员经由过程操作员站上的软操盘设置升速度、方针转速后，给定转速自动以设定的升速度向方针转速迫近，现实转速随之变化。当进进临界转速区时，自动将升速度改成年夜于等于400r/min/min快速冲曩昔。在升速进程中，凡是需对汽轮机进行热机，以减小热应力。

在机组同期并网时，总阀位给定立即阶跃增加4~6，使发机电带上初负荷，并由转速PI控制方式转为阀位控制方式。并网后DEH的控制方式可在阀位控制、功率控制、主汽压力控制方式之间利便地无扰切换。而且可与协调控制主控器配合，完成协调控制功能。

在阀控方式下，操作员经由过程设置方针阀位或按阀位增减按钮控制油念头的开度。在阀位不变时，发机电功率将随蒸汽参数变化而变化。

在功控方式下，操作员经由过程设置负荷率、方针功率来改变功率给定值，给定功率与现实功率之差，经PI运算后控制油念头的开度。在给定功率不变时，油念头开度自动随蒸汽参数变化而变化，以连结发机电功率不变。

在压控方式下，操作员经由过程设置压变率、方针压力来改变压力给定值，给定压力与现实功率之差，经PI运算后控制油念头的开度。在给定压力不变时，油念头开度自动随蒸汽参数变化而变化，以连结主汽压力不变。

为了确保机组的平安，还设置了多种超速限制、负荷限制及打闸庇护功能。有的还可进行实验，以验证其准确性。

8.1调理系统功能
升速控制

凭据机组热状态，可控制机组按经验曲线完成升速度设置、热机、过临界转速区，直到3000r/min定速。

同期并网

可与自动准同期装配配合，将机组转速调整到电网同步转速，以便迅速完成并网操作。并网时，自动使发机电带上初负荷。

阀控方式

司机经由过程CRT设置方针阀位或按增、减按钮改变总阀位给定值（单元为），来调整机组负荷。

功控方式

凭据司机设置的方针负荷（单元为MW），自动调整机组负荷。

压控方式

凭据司机设置的方针主汽压力（单元为MPa），自动调整主汽压力。

CCS方式

接受CCS主控器负荷治理中心来的负荷指令旌旗灯号，自动调整机组负荷。

一次调频

在机组并网后，除紧急手动外，均具有一次调频功能。死区在±2r/min内,初值为2r/min。

不等率在3~6内接连可调，初值为4.5。

紧急手动

伺服单元在紧急手动方式下，操作员经由过程备用手操盘的增、减按钮直接控制油念头。增、减速度为30/min。

8.2限制庇护功能
超速限制

在发机电脱网状态下，转速跨越3090r/min时，关调门；当转速小于3060r/min时，控制恢复正常。

油开关跳闸时，方针给定等于3000r/min，调门立即关2秒后控制恢复正常。

阀位限制

总阀位给定小于阀位限制值。当改变阀位限制值后，总阀位给定以6/min的速度减到此限制值。

高负荷限制

负荷年夜于限制值时，高负荷限制动作，总阀位给定以6/min的速度下降。

主汽压力低限制

主汽压力低于主汽压力限制值时，主汽压力低限制动作，总阀位给定以6/min的速度下降。

快卸负荷

汽锅系统主、辅机故障时，汽机负荷以划定速度减到划定的下限值。

低真空负荷限制

认真空对应的负荷限制值小于现实负荷时，真空庇护动作。总阀位给定以12/min的速度下降。

超速庇护

1）原有机械超速庇护。

2）原有TSI电气超速庇护。

3）ＤＥＨ软件组态超速庇护。

4）DEH测速板硬件超速庇护。

8.3实验系统功能
超速庇护实验

用于检验各超速庇护的动作转速。做机械超速实验时，ＤＥＨ超速庇护动作转速自动改成3390r/min，作后备庇护。

阀门周密性实验

可划分进行调门、主汽门周密性实验，并记实转子惰走时间。

飞锤喷油实验

可在线进行喷油实验，勾当求助紧急遮断器飞锤。

阀门勾当实验

可划分对MSV1、MSV2、RSV1、RSV2、ICV油念头进行实验。油念头勾当范围从100到85。

遮断模块实验

可在线进行实验，用于检验遮断模块动作是否灵活。

8.4辅助系统功能
自动判定热状态

凭据机组冲转前高压内缸内上壁温度，将机组划分为冷、温、热、极热四种热状态。

预热

在中压缸启动方式下，机组若为冷态，可凭据机组予热系统设计予热法式，自动对高压缸进行预热。

具有两种启动方式

高中压联合启动：高压、中压调理阀同时开启，通流能力为1:3关系。

中压缸启动：用中压调理阀完成升速、并网后，再开启高压调理阀。

阀门治理

阀门配汽方式有单阀、顺序阀两种，可兼顾热经济性及寿命消耗。

汽轮机自启动（需要时）

ＤＥＨ收集汽轮机的有关运行状态旌旗灯号，计较汽轮机转子的应力等参数，依照平安、经济的原则，与汽锅控制系统紧密亲密配合，自动完成汽轮机的启动升负荷及变工况控制。

转速控制回路

功率控制回路

压力控制回路

阀位控制回路