專利名稱：二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電站汽輪機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)。
目前二十萬(wàn)千瓦機(jī)組的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)主要有兩種第一種是液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如附

圖1中的虛框3所示。附圖1是二十萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制汽輪機(jī)工作的原理方框圖，圖中虛框1是需要控制的對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組，虛框2是汽輪機(jī)保安系統(tǒng)，虛框3是液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)性能差、遲緩率大、調(diào)整困難、難以與其它控制系統(tǒng)接口以及操作手段落后等，越來(lái)越不適應(yīng)電廠自動(dòng)化水平的發(fā)展。
第二種是電液并存控制系統(tǒng)。如附圖2中的虛框23所示。附圖2是二十萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)電液并存控制系統(tǒng)控制汽輪機(jī)工作的原理方框圖，該電液并存控制系統(tǒng)在原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)上增加一個(gè)電液轉(zhuǎn)換器及切換閥，由計(jì)算機(jī)控制電液轉(zhuǎn)換器組成電/液并存系統(tǒng)。也有控制同步器馬達(dá)的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這樣雖在一定程度上提高了自動(dòng)化水平，但是動(dòng)態(tài)響應(yīng)仍無(wú)法滿足要求。同時(shí)因電液轉(zhuǎn)換器要共用汽輪機(jī)本體低壓透平油，油質(zhì)難以保證，易卡澀。而同步器馬達(dá)也易磨損打滑，系統(tǒng)故障機(jī)率較高。
上述兩種控制方法均要采用脈沖油管路和凸輪配汽機(jī)構(gòu)，因而都存在以下的缺點(diǎn)(1)操縱座活塞運(yùn)動(dòng)有明顯的側(cè)向力，凸輪連桿機(jī)構(gòu)有死區(qū)，易卡死，安全性差。油動(dòng)機(jī)一旦卡死，所有閥門均不能動(dòng)作，若有一個(gè)凸輪卡死，也同樣卡死油動(dòng)機(jī)；(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造裝配調(diào)整困難；(3)體積大；(4)傳動(dòng)效率低；(5)控制精度差；(6)自動(dòng)化控制程度差，不能實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，不能改變控制方式；等等。這些因素均影響整個(gè)電站系統(tǒng)的正常投運(yùn)。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，而在汽輪機(jī)的每個(gè)調(diào)節(jié)閥門上配備一臺(tái)高壓油動(dòng)機(jī)，由計(jì)算機(jī)功頻電液控制各高壓油動(dòng)機(jī)獨(dú)立動(dòng)作，替代了原有的常規(guī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)從而使控制更精確、可靠的用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)機(jī)組上的高壓抗燃油數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
解決本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制部分和采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，所述的計(jì)算機(jī)控制部分采用計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)包括人機(jī)接口部分、控制計(jì)算機(jī)、輸入/輸出卡、閥門控制部件和超速保護(hù)部件；所述的采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括一高壓抗燃油供油裝置以及由其驅(qū)動(dòng)的與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥門連接的一組油動(dòng)機(jī)；計(jì)算機(jī)控制部分中的計(jì)算機(jī)接受操作人員指令或協(xié)調(diào)控制指令或中調(diào)自動(dòng)電量控制指令，與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，通過(guò)閥門控制卡處理及放大后控制伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)汽輪機(jī)閥門運(yùn)動(dòng)，從而控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量，進(jìn)而控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)組功率。
所述的人機(jī)接口部分包括一操作員站以及一后備手操作盤；所述的控制計(jì)算機(jī)是冗余的主、備用計(jì)算機(jī)，其之間通過(guò)雙機(jī)切換電纜連接；所述的輸入/輸出卡包括模擬量輸入/輸出卡、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出卡、轉(zhuǎn)速測(cè)量卡；所述的閥門控制部件包括多個(gè)閥門控制卡以及由各個(gè)閥門控制卡分別控制的各閥門伺服控制回路構(gòu)成；所述的超速保護(hù)部件由至少一塊測(cè)速卡及超速保護(hù)電路構(gòu)成；所述的操作員站與控制計(jì)算機(jī)通過(guò)冗余數(shù)據(jù)高速公路相連；輸入/輸出卡、閥門控制卡及測(cè)速卡通過(guò)輸入/輸出總線由冗余的兩塊站控制板連接到冗余的輸入/輸出網(wǎng)，與冗余的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；后備手操盤通過(guò)導(dǎo)線直接連到閥門控制卡；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的每一油動(dòng)機(jī)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)閥門控制卡控制；由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，使本系統(tǒng)能為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制提供保障，最終能接受電網(wǎng)調(diào)度指令，增加機(jī)組快速響應(yīng)調(diào)峰能力；由于實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)管理汽輪機(jī)閥門，對(duì)閥門的升程流量能進(jìn)行非線性修正。啟動(dòng)時(shí)單閥控制，全周進(jìn)汽，有利于轉(zhuǎn)子受熱均勻，縮短啟動(dòng)時(shí)間，提高轉(zhuǎn)子使用壽命。高負(fù)荷時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)多閥控制，始終只有某個(gè)閥處于節(jié)流，提高經(jīng)濟(jì)性。閥門單配油動(dòng)機(jī)、伺服閥，使每個(gè)閥門不互相影響，且能單獨(dú)進(jìn)行在線活動(dòng)試驗(yàn)。當(dāng)主計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，均可由后備手操盤直接控制閥門位置。兩種控制方式無(wú)擾切換。
為使進(jìn)一步理解本發(fā)明的性能和特征，現(xiàn)通過(guò)一較佳實(shí)施例及其附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。
附圖1是現(xiàn)有技術(shù)二十萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制汽輪機(jī)工作的原理示意圖；附圖2是現(xiàn)有技術(shù)二十萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)電液并存控制系統(tǒng)控制汽輪機(jī)工作的原理示意圖；附圖3是本發(fā)明的方框圖；附圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例計(jì)算機(jī)控制部分的硬件配置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本發(fā)明控制汽輪機(jī)工作的一較佳實(shí)施例的方框圖；附圖6是附圖4的原理示意圖；附圖7是本發(fā)明上述實(shí)施例的超速保護(hù)部件的工作邏輯示意圖；附圖8是本發(fā)明上述實(shí)施例閥門控制部件的動(dòng)作原理及特性曲線圖。
請(qǐng)參閱附圖附圖1是現(xiàn)有技術(shù)二十萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制汽輪機(jī)工作的原理示意圖，圖中虛框1是需要控制的對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組，虛框2是汽輪機(jī)保安系統(tǒng)，虛框3是液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
附圖2是現(xiàn)有技術(shù)二十萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)電液并存控制系統(tǒng)控制汽輪機(jī)工作的原理示意圖，圖中虛框21是需要控制的對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組，虛框22是汽輪機(jī)保安系統(tǒng)，虛框23是電液并存控制系統(tǒng)。
附圖3是本發(fā)明的方框圖，一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制部分31和采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)32組成，所述的計(jì)算機(jī)控制部分包括一人機(jī)接口部分311、一對(duì)控制計(jì)算機(jī)312、輸入/輸出卡313、閥門控制部件314以及超速保護(hù)部件315；所述的采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)32包括一高壓抗燃油供油裝置321以及由其驅(qū)動(dòng)的與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥門連接的一組油動(dòng)機(jī)322。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一組油動(dòng)機(jī)中的每個(gè)油動(dòng)機(jī)分別與汽輪機(jī)的一個(gè)調(diào)節(jié)閥門連接。計(jì)算機(jī)控制部分中的計(jì)算機(jī)接受操作人員指令或協(xié)調(diào)控制指令或中調(diào)自動(dòng)電量控制指令，與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，通過(guò)閥門控制卡處理及放大后控制伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)汽輪機(jī)閥門運(yùn)動(dòng)，從而控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量，進(jìn)而控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)組功率。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制部分硬件結(jié)構(gòu)如附圖4所示，該部分主要包括人機(jī)接口部分311、控制計(jì)算機(jī)312、閥門控制部分314、輸入/輸出I/O部分313、超速保護(hù)部分315等。
人機(jī)接口部分311由一臺(tái)操作員站3111、一個(gè)后備手操盤3112組成。操作員站3111是由一臺(tái)Pentium工業(yè)控制PC，配2塊以太網(wǎng)卡、一個(gè)操作員專用鍵盤、一臺(tái)彩色打印機(jī)、一臺(tái)20”彩色CRT等組成。也可根據(jù)需要，配一臺(tái)工程師站。工程師站硬件配置完全同操作員站。其軟件也與操作員站相同，后備手操盤3112是一個(gè)硬接線的操作及顯示盤，主要有操作閥門增減的操作按鈕及顯示閥門開(kāi)度的LED光柱指示表，還有用于手動(dòng)/自動(dòng)切換及超速試驗(yàn)的鑰匙開(kāi)關(guān)。手操盤在系統(tǒng)中僅作為一種備用操作功能，只有在自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)才會(huì)使用。
控制計(jì)算機(jī)312是一對(duì)冗余的計(jì)算機(jī)(DPU)。如圖中的DPU01和DPU21。每個(gè)DPU包括一塊486或586的工業(yè)控制主機(jī)板、2塊以太網(wǎng)接口卡、2塊冗余I/O網(wǎng)的控制卡、一塊用于存貯程序及數(shù)據(jù)的電子盤。DPU01及DPU21的硬件及軟件完全相同，它們之間用一根雙機(jī)切換電纜相連，以傳送兩個(gè)DPU之間的狀態(tài)。冗余的DPU在工作時(shí)，一個(gè)處于控制，一個(gè)處于跟蹤備用。2個(gè)DPU均從冗余以太網(wǎng)上得到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。僅有主控DPU指令傳送到有關(guān)I/O卡輸出執(zhí)行。
操作員站3111與DPU312之間通過(guò)冗余以太網(wǎng)(或稱冗余數(shù)據(jù)高速公路)相互連接。冗余以太網(wǎng)通訊速率為10MBPS。
I/O部分313由一些基本的I/O通道卡件及站控制卡組成。根據(jù)系統(tǒng)配置要求，有3塊測(cè)速卡(MCP)、3塊模擬量輸入卡(AI卡)、3塊開(kāi)關(guān)量輸入卡(DI)、一塊開(kāi)關(guān)量輸出卡(DO)。這些卡件，分開(kāi)放入3個(gè)I/O機(jī)箱中，每個(gè)I/O機(jī)箱中有2塊站控制卡。分成3個(gè)I/O機(jī)箱，是為了重要的模擬量、開(kāi)關(guān)量信號(hào)，分別取三路通過(guò)三個(gè)獨(dú)立通道進(jìn)入系統(tǒng)，在控制計(jì)算機(jī)中進(jìn)行信號(hào)的三選二處理。這樣，任何一路信號(hào)或卡件的故障均不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。如發(fā)生這種情況，在人機(jī)接口界面上就可以有報(bào)警，提示該故障，以及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)能保證維護(hù)時(shí)系統(tǒng)正常工作。I/O卡中，MCP卡主要用于對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。AI卡完成對(duì)模擬量信號(hào)的隔離、處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換。開(kāi)關(guān)量輸入卡完成對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的隔離、處理及采集。開(kāi)關(guān)量輸出卡接收BC板送來(lái)的指令，控制開(kāi)關(guān)量輸出。
閥門控制部分314由8塊閥門控制卡(VCC)本發(fā)明設(shè)置8塊閥門控制卡(對(duì)應(yīng)8個(gè)油動(dòng)機(jī)及閥門)、一塊模擬量輸出卡(AO)、一塊回路控制卡(LC)及二塊站控制卡(BC)組成。以上共12塊卡件插在一個(gè)I/O機(jī)箱中，卡件與BC卡之間通過(guò)I/O機(jī)箱中的I/O總線，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，BC卡向上通過(guò)冗余的I/O網(wǎng)與DPU連接，向下通過(guò)I/O總線與I/O機(jī)箱中的其它卡件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。I/O總線是一個(gè)并行的八位總線。I/O網(wǎng)絡(luò)是標(biāo)準(zhǔn)的Bitbus(位總線)網(wǎng)絡(luò)。以下各部分中I/O卡與BC卡的連接均與此相同。
VCC卡主要由一個(gè)8031單片機(jī)，一個(gè)程序存儲(chǔ)器，并行總線接口電路、并行接口芯片82C55、D/A轉(zhuǎn)換器、2個(gè)位移變送器調(diào)制解調(diào)器，一個(gè)功率放大器等組成。8031單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)以上各數(shù)字部件進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)各部分工作。VCC卡的軟件存儲(chǔ)在一片程序存儲(chǔ)器中。并行總線接口電路負(fù)責(zé)與I/O總線進(jìn)行通訊，并行接口芯片可檢測(cè)到VCC卡的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器將BC卡送到VCC卡中的數(shù)字指令轉(zhuǎn)換為模擬量指令，模擬量指令通過(guò)功率放大器進(jìn)行放大，功率放大器輸出接到伺服閥，驅(qū)動(dòng)伺服閥。同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器配合有關(guān)電路及軟件，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，完成對(duì)有關(guān)模擬信號(hào)的采集。2個(gè)位移變送器的調(diào)制解調(diào)器對(duì)應(yīng)閥門油動(dòng)機(jī)的2路位移變送器，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)。2路直流電壓信號(hào)均代表油動(dòng)機(jī)位置。正常情況下應(yīng)相等。選2路信號(hào)是為了提高可靠性及安全性。2路信號(hào)經(jīng)高選后，送到功率放大器的反饋端，當(dāng)反饋信號(hào)與模擬指令相等時(shí)，油動(dòng)機(jī)停在要求的位置上。為系統(tǒng)安全起見(jiàn)，伺服閥具有機(jī)械的負(fù)偏置，目的是當(dāng)系統(tǒng)失電時(shí)，閥門能靠此偏置自動(dòng)關(guān)閉。正常工作時(shí)，為克服此偏置，在閥門控制卡的功率放大器中，還有調(diào)整偏置的電路，目的是對(duì)不同的偏置的伺服閥，均能保證輸出指令與油動(dòng)機(jī)反饋相等。VCC卡本身具有開(kāi)關(guān)量輸入，手動(dòng)信號(hào)即直接輸入到VCC卡，從而可獨(dú)立于控制計(jì)算機(jī)，用手動(dòng)來(lái)控制閥門。手動(dòng)/自動(dòng)的切換是由VCC卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要保證手動(dòng)或自動(dòng)切換時(shí)，VCC的指令輸出均取同一數(shù)值，即能保證手/自動(dòng)切換時(shí)，閥門是無(wú)擾的。
超速保護(hù)部分是由三塊測(cè)速卡(MCP)，一塊超速保護(hù)卡(OPC)及一塊站控制卡(BC)組成。三塊MCP卡分別測(cè)量三路獨(dú)立的轉(zhuǎn)速信號(hào)(均代表汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速)，進(jìn)行信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換。一塊MCP卡判斷一路轉(zhuǎn)速是否超過(guò)3090轉(zhuǎn)/分(設(shè)定值)，并判斷此路轉(zhuǎn)速傳感器是否故障。然后將這兩個(gè)信號(hào)(判斷的結(jié)論)送到OPC卡，進(jìn)行邏輯處理。OPC卡接到三塊MCP的信號(hào)后，在邏輯上進(jìn)行三選二處理。即只有當(dāng)2塊以上MCP的輸出信號(hào)相同時(shí)，才能啟動(dòng)OPC卡的超速回路。這樣大大提高了動(dòng)作的可靠性。其它信號(hào)直接進(jìn)入OPC卡，在OPC卡中進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換，重要的信號(hào)仍是三路進(jìn)入OPC卡，進(jìn)行三選二處理。MCP卡及OPC卡均與BC卡進(jìn)行通訊，但僅將他們的信息及狀態(tài)傳到BC卡以送到DUP及人機(jī)接口，以指示超速保護(hù)的各狀態(tài)，OPC及MCP均不接受BC板的指令。所以超速保護(hù)部分完全是由獨(dú)立于DPU的硬件電路組成的，這既保證了超速保護(hù)的快速響應(yīng)，同時(shí)又保證了其可靠性。
附圖5是本發(fā)明控制汽輪機(jī)工作的方框圖；本發(fā)明是200～220MW汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)。它包括計(jì)算機(jī)控制部分和采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分組成。計(jì)算機(jī)控制部分是系統(tǒng)核心，完成邏輯處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算、信號(hào)處理等，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，根據(jù)控制部分的指令，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的蒸汽閥門，兩者配合，完成系統(tǒng)的控制功能。在實(shí)際使用中，計(jì)算機(jī)控制部分的操作員站安裝在操作員控制室內(nèi)，其它部分安裝于計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油動(dòng)機(jī)與汽輪機(jī)的蒸汽閥門相連?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)控制電纜連到控制部分。
人機(jī)接口(MMI)311是操作人員與控制系統(tǒng)的界面，操作員通過(guò)人機(jī)接口輸入操作指令，同時(shí)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)。控制計(jì)算機(jī)(DPU)312接受操作員指令，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的各種信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯處理后，決定控制方式，再通過(guò)各種復(fù)雜運(yùn)算，得出各閥門在調(diào)節(jié)控制過(guò)程中的位置指令，并將此指令傳送到閥門控制部件314，所述的閥門控制部件314由多個(gè)閥門控制卡VCC卡以及由各個(gè)閥門控制卡分別控制的各閥門伺服控制回路構(gòu)成；各閥門控制卡分別驅(qū)動(dòng)各自的伺服閥油動(dòng)機(jī)，將其精確控制在計(jì)算機(jī)要求的位置上。油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽輪機(jī)的高壓調(diào)節(jié)閥及中壓調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)通過(guò)控制這些閥門的開(kāi)度，即可控制進(jìn)入到汽輪機(jī)的蒸汽量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪的轉(zhuǎn)速及機(jī)組功率的控制。
汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)信號(hào)及參數(shù)通過(guò)各種信號(hào)送入I/O通道板，然后送入DPU進(jìn)行運(yùn)算、處理。其它系統(tǒng)的負(fù)荷指令信號(hào)也通過(guò)I/O板，送入到DPU。從而，系統(tǒng)就能接受電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)或電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的指令，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)電廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。在DPU有故障時(shí)，操作人員可以通過(guò)人機(jī)接口中的后備手操盤，直接操作閥門控制卡，操作油動(dòng)機(jī)及閥門，保證故障情況下對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制。人機(jī)接口除有CRT顯示外，還可通過(guò)打印機(jī)將畫面及信息打印輸出。
附圖6是附圖5的原理示意圖，圖中虛框61是需要控制的對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組，虛框62是汽輪機(jī)保安系統(tǒng)，虛框63是液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，保安系統(tǒng)保持原先不變。危急保安系統(tǒng)是汽輪機(jī)的安全跳閘系統(tǒng)。汽輪機(jī)發(fā)生機(jī)械超速，或手動(dòng)打閘或電氣停機(jī)時(shí)，均通過(guò)保安系統(tǒng)將低壓安全油泄掉，從而使高壓自動(dòng)關(guān)閉器、中壓自動(dòng)關(guān)閉器迅速關(guān)閉，高壓主汽門及中壓主汽門關(guān)死，截?cái)噙M(jìn)入汽輪機(jī)的進(jìn)汽，使機(jī)組停機(jī)。所以高壓主汽門、中壓主汽門在系統(tǒng)中僅起安全作用，不參與調(diào)節(jié)，本發(fā)明中保留不變。而將高壓調(diào)節(jié)門、中壓調(diào)節(jié)門的油動(dòng)機(jī)及凸輪機(jī)構(gòu)拆除，換成每一個(gè)高壓調(diào)門，每一個(gè)中壓調(diào)門分別用一個(gè)獨(dú)立的高壓油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。低壓安全油系統(tǒng)通過(guò)隔膜閥與高壓油動(dòng)機(jī)的安全系統(tǒng)連接，一旦低壓安全油跳閘，即可帶動(dòng)高壓油動(dòng)機(jī)迅速關(guān)閉。油動(dòng)機(jī)上裝有一個(gè)電液伺服閥及2只位移變送器。每個(gè)油動(dòng)機(jī)位置可由本發(fā)明精確控制在要求的位置上。這樣，4個(gè)高壓調(diào)門、4個(gè)中壓調(diào)門的位置，均由本發(fā)明根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)及運(yùn)行方式的要求進(jìn)行控制。從而大大提高了控制精度，為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制及提高整個(gè)機(jī)組控制水平提供了基本保障。本發(fā)明首次在國(guó)產(chǎn)二十萬(wàn)千瓦機(jī)組上實(shí)現(xiàn)閥門管理，將更有利于汽輪機(jī)運(yùn)行。
超速保護(hù)部件由至少一塊測(cè)速卡及超速保護(hù)電路構(gòu)成，為提高可靠性，本實(shí)施例設(shè)有三塊測(cè)速卡(MCP)，超速保護(hù)電路由一塊超速保護(hù)卡(OPC)及一塊站控制卡(BC)組成。三塊MCP卡分別測(cè)量三路獨(dú)立的轉(zhuǎn)速信號(hào)(均代表汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速)，進(jìn)行信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換。(請(qǐng)結(jié)合參閱附圖7)。一塊MCP卡判斷一路轉(zhuǎn)速是否超過(guò)3090轉(zhuǎn)/分(設(shè)定值)，并判斷此路轉(zhuǎn)速傳感器是否故障。然后將這兩個(gè)信號(hào)(判斷的結(jié)論)送到OPC卡，進(jìn)行邏輯處理。OPC卡接到三塊MCP的信號(hào)后，在邏輯上進(jìn)行三選二處理。即只有當(dāng)2塊以上MCP的輸出信號(hào)相同時(shí)，才能啟動(dòng)OPC卡的超速回路。這樣大大提高了動(dòng)作的可靠性。其它信號(hào)直接進(jìn)入OPC卡，在OPC卡中進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換，重要的信號(hào)仍是三路進(jìn)入OPC卡，進(jìn)行三選二處理。MCP卡及OPC卡均與BC卡進(jìn)行通訊，但僅將他們的信息及狀態(tài)傳到BC卡以送到DUP及人機(jī)接口，以指示超速保護(hù)的各狀態(tài)，OPC及MCP均不接受BC板的指令。所以超速保護(hù)部分完全是由獨(dú)立于DPU的硬件電路組成的，這既保證了超速保護(hù)的快速響應(yīng)，同時(shí)又保證了其可靠性。。
超速保護(hù)回路對(duì)來(lái)自汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)及功率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量及判斷(1)當(dāng)轉(zhuǎn)速大于103％額定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出超速保護(hù)信號(hào)，同時(shí)送到電磁閥及伺服閥，泄掉油動(dòng)機(jī)中的油，使閥門關(guān)閉，防止汽輪機(jī)超速。
(2)當(dāng)功率大于30％額定負(fù)荷，發(fā)生油開(kāi)關(guān)跳閘，則通過(guò)RS觸發(fā)器輸出超速保護(hù)信號(hào)，同時(shí)送到電磁閥和伺服閥，關(guān)閉油動(dòng)機(jī)，防止汽輪機(jī)超速。
(3)油開(kāi)關(guān)跳閘信號(hào)延時(shí)3-4秒后轉(zhuǎn)速小于103％額定轉(zhuǎn)速，通過(guò)RS觸發(fā)器清除超速保護(hù)信號(hào)。
為了保證可靠性，超速保護(hù)信號(hào)采用三選二，即至少三路轉(zhuǎn)速中的兩路被檢測(cè)到超速，才發(fā)出超速保護(hù)信號(hào)。
附圖8是本發(fā)明上述實(shí)施例閥門控制部件的動(dòng)作原理及特性曲線圖；所述的閥門控制部件的各閥門伺服控制回路由一功率放大器、一伺服閥以及位移傳感器構(gòu)成，所述的位移傳感器與所述功率放大器和伺服閥構(gòu)成閉合回路。二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)有4只高壓調(diào)節(jié)閥和4只中壓調(diào)節(jié)閥，每只調(diào)節(jié)閥由一塊閥門控制卡控制，閥門的開(kāi)啟需要一個(gè)專用程序進(jìn)行管理，使閥門開(kāi)啟按預(yù)先設(shè)定的順序進(jìn)行。
根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行的要求，設(shè)計(jì)兩種控制方式。
第一、單閥控制。所有高壓調(diào)門開(kāi)啟方式相同，各閥開(kāi)度一樣，好比一個(gè)閥控制一樣，故叫單閥方式。特點(diǎn)節(jié)流調(diào)節(jié)，全周進(jìn)汽。一般冷態(tài)啟動(dòng)或帶基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用。
第二、多閥控制。調(diào)門按預(yù)先給定的順序，依次開(kāi)啟，各調(diào)門累加流量呈線性變化。特點(diǎn)噴咀調(diào)節(jié)，部分進(jìn)汽。機(jī)組帶部分負(fù)荷運(yùn)行，采用多閥方式可減少節(jié)流損失。單閥控制與多閥控制二種方式之間可無(wú)擾動(dòng)切換。
閥門管理任務(wù)由軟件系統(tǒng)完成，主要程序有1.閥門特性曲線產(chǎn)生程序2.單閥控制程序3.多閥控制程序4.單/多閥轉(zhuǎn)換控制程序閥門控制管理和特性曲線見(jiàn)圖計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器輸出直接送高調(diào)控制回路或乘以1.5～3的系數(shù)后送到中調(diào)控制回路。在并網(wǎng)前此系數(shù)根據(jù)再熱器壓力修正，取值1.5-3，并網(wǎng)后就取3.高調(diào)控制回路輸出經(jīng)多閥特性曲線得到四個(gè)高調(diào)的指令h1～h4，由單閥特性曲線得到四個(gè)高調(diào)的指令h0，閥門特性曲線即是所要求控制的流量對(duì)應(yīng)的閥門開(kāi)度曲線。多閥指令乘以α加上單閥指令乘以1-α就是實(shí)際高調(diào)控制指令，系數(shù)α由單閥/多閥切換邏輯進(jìn)行判定，多閥時(shí)α為1，單閥時(shí)α為0，切換過(guò)程中α由0逐漸變?yōu)?(單閥切到多閥)或由1逐漸變?yōu)?(多閥切到單閥)，而中調(diào)控制回路輸出經(jīng)中調(diào)閥門特性曲線產(chǎn)生四個(gè)中調(diào)實(shí)際控制指令。本發(fā)明就是根據(jù)這些指令將各個(gè)閥門控制在要求的位置上。
采用本發(fā)明控制二十萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組，單/多閥切換負(fù)荷擾動(dòng)小于6MW，帶滿負(fù)荷運(yùn)行安全穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速無(wú)差調(diào)節(jié)，增加機(jī)組快速響應(yīng)調(diào)峰能力，為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制(MCS)提供保障。同時(shí)，由于在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中閥門單配油動(dòng)機(jī)、伺服閥，機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，維護(hù)工作量小，而且可使每個(gè)閥門不互相影響，單獨(dú)進(jìn)行在線活動(dòng)試驗(yàn)，保證控制精度在±1r/m。
權(quán)利要求
1.一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于由計(jì)算機(jī)控制部分和采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，所述的計(jì)算機(jī)控制部分采用計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)包括人機(jī)接口部分、控制計(jì)算機(jī)、輸入/輸出卡、閥門控制部件和超速保護(hù)部件；所述的采用高壓抗燃油驅(qū)動(dòng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括一高壓抗燃油供油裝置以及由其驅(qū)動(dòng)的與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥門連接的一組油動(dòng)機(jī)；計(jì)算機(jī)控制部分中的計(jì)算機(jī)接受操作人員指令或協(xié)調(diào)控制指令或中調(diào)自動(dòng)電量控制指令，與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，通過(guò)閥門控制卡處理及放大后控制伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)閥門運(yùn)動(dòng)，從而控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量，進(jìn)而控制汽機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)組功率，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)控制部分中的人機(jī)接口部分包括一操作員站以及一后備手操作盤；所述的控制計(jì)算機(jī)是冗余的主、備用計(jì)算機(jī)，其之間通過(guò)雙機(jī)切換電纜連接；所述的輸入/輸出卡包括模擬量輸入/輸出卡、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出卡、轉(zhuǎn)速測(cè)量卡；所述的閥門控制部件包括多個(gè)閥門控制卡以及由各個(gè)閥門控制卡分別控制的各閥門伺服控制回路構(gòu)成；所述的超速保護(hù)部件由至少一塊測(cè)速卡及超速保護(hù)電路構(gòu)成；所述的操作員站與控制計(jì)算機(jī)通過(guò)冗余數(shù)據(jù)高速公路相連；輸入/輸出卡、閥門控制卡及測(cè)速卡通過(guò)輸入/輸出總線由冗余的兩塊站控制板連接到冗余的輸入/輸出網(wǎng)，與冗余的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；后備手操盤通過(guò)導(dǎo)線直接連到閥門控制卡；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的每一油動(dòng)機(jī)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)閥門控制卡控制；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的一組油動(dòng)機(jī)中的每個(gè)油動(dòng)機(jī)分別與汽輪機(jī)的一個(gè)調(diào)節(jié)閥門連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于所述的閥門控制部件的各閥門伺服控制回路由功率放大器、伺服閥以及位移傳感器構(gòu)成，所述的位移傳感器與所述功率放大器和伺服閥構(gòu)成閉合回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于所述的閥門管控制部件的每個(gè)伺服控制回路分別連接汽輪機(jī)的一個(gè)調(diào)節(jié)閥門，所有調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)啟由一個(gè)專用程序進(jìn)行管理，這些程序是閥門特性曲線產(chǎn)生程序、單閥控制程序、多閥控制程序和單/多閥轉(zhuǎn)換控制程序。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于二十萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)的高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng),由計(jì)算機(jī)控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,計(jì)算機(jī)控制部分包括人機(jī)接口部分、控制計(jì)算機(jī)、輸入/輸出卡、閥門控制部件和超速保護(hù)部件;執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括一高壓抗燃油供油裝置以及由其驅(qū)動(dòng)的與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥門連接的一組油動(dòng)機(jī);計(jì)算機(jī)接受指令與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及運(yùn)算,輸出控制信號(hào),通過(guò)閥門控制卡控制伺服閥驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),帶動(dòng)閥門運(yùn)動(dòng),控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)組功率。
文檔編號(hào)F01D21/00GK1199131SQ98110679
公開(kāi)日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1998年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月26日
發(fā)明者李培植 申請(qǐng)人:新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司