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东方—日立1000MW超超临界汽轮机说明书(含调试及控制)


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投标人需说明的其他问题





一、东汽 1000MW 等级汽轮机总体优势介绍......................................................... 160 1 总体介绍 ....................................

..................................................................... 160 2 经济性好 ......................................................................................................... 162 3 可靠性高 ......................................................................................................... 166 4 先进成熟可靠的供热机组技术和经验......................................................... 170 5 启停灵活可控性好 .......................................................................................... 170 6 调峰性能良好 ................................................................................................. 171 7 先进的凝汽器设计技术 .................................................................................. 171 8 优化的轴封系统和疏水系统......................................................................... 173 9 润滑油系统高效、高度集成......................................................................... 173 10 自动化水平高 ............................................................................................... 173 结束语 ................................................................................................................. 173 二、1000MW 机组 DEH 系统介绍 .............................................................................. 174 三、1000MW 机组 TSI 系统介绍 .............................................................................. 177 四、1000MW 机组 ETS 系统介绍 .............................................................................. 178 五、东方-日立电站控制工程专用分散控制系统 HIACS-5000M........................ 179 六、1000MW 机组盘车控制系统介绍...................................................................... 182

一、东汽 1000MW 等级汽轮机总体优势介绍
1 总体介绍
1.1 总体结构 东方引进超超临界 1000MW 汽轮机为单轴四缸四排汽型式,从机头到机尾依次串联一个 单流高压缸、一个双流中压缸及两个双流低压缸。高压缸呈反向布置(头对中压缸) ,由一个 双流调节级与 8 个单流压力级组成。中压缸共有 2×6 个压力级。两个低压缸压力级总数为 2 ×2×6 级。末级叶片高度为 43″,采用一次中间再热。

百万等级功率机组技术先进、成熟、安全可靠;所有的最新技术近期均有成功的应用业 绩,通过这些技术的最优组合,使其总体性能达到了世界一流的先进水平。 1.2 技术来源 2004 年依托邹县四期 2x1000MW 项目,我厂从日立公司全面 1000MW 技术引进。我厂
600MW、1000MW 技术均源自日立公司,因此机组结构、配汽、运行与 600MW 机组相似,技术继承性好, 便于电厂很快掌握安装、运行、维护技术。

邹县 7#机从开工建设到竣工仅 22 个月零 6 天;自 11 月 11 日机组整体启动至 168 小时 试运行结束历时仅 23 天,创造了国内百万千瓦机组试运的领先水平;实现了锅炉水压试验、 汽轮机扣缸、倒送厂用电、锅炉点火、汽轮机冲转、发电机并网、168 试运等“七个一次成 功”。

1.3

邹县 7#机启动概况(摘自 国资委 中央企业动态)

中央企业动态

东方电气设计制造国内单机容量最大百万千瓦火电机组
由东方电气设计制造的国内首批 1000MW 超超临界机组——华电国际邹县发电厂 7 号机组, 经过连续 7 天满负荷运行后,于 12 月 4 日上午 11 点 18 点,比计划工期(32 个月)提前 9 个 月零 4 天投产发电。邹县项目的建成投产,在东方电气发展历史上具有里程碑的意义,标志着 东方电气已掌握了当今世界最先进的火力发电技术,发电设备制造能力和技术水平又迈上一个 新台阶。 华电国际邹县发电厂四期 2×1000MW 燃煤凝汽式汽轮机发电机组,是国内单机容量最大、 运行参数最高的燃煤发电机组,被列为国家“863”科技攻关项目和 2005 年度国家重点建设项 目。 2004 年 6 月 26 日, 东方电气与山东邹县发电厂 2×1000MW 超超临界机组正式签订了锅炉、 电机、汽轮机三大主机设备合同,正在国外访问的中央政治局委员、国务院副总理曾培炎专门 发来贺电: “希望参建各方密切配合, 精诚团结, 优质高效地完成设备制造和工程建设任务”。 肩负党中央、国务院的重托,东方电气各参建单位发扬“敢为人先,永争第一”的精神, 以“创精品工程、示范工程、样板工程”为目标,按照“安全最好、质量最优、工期最短、造 价最低”的工程建设总要求和保省优质工程,创国家优质工程,力争鲁班奖的质量目标,精心 安装施工。 2006 年 3 月 15 日, 从 锅炉第一个受热面进入安装, 9 月 7 日一次通过水压试验, 到 仅用了半年时间,创造了 1000MW 超超临界机组锅炉安装史上的奇迹。7 号机组从开工建设到 竣工仅 22 个月零 6 天;自 11 月 11 日机组整体启动至 168 小时试运行结束历时仅 23 天,创造 了国内百万千瓦机组试运的领先水平;实现了锅炉水压试验、汽轮机扣缸、倒送厂用电、锅炉 点火、汽轮机冲转、发电机并网、168 试运等“七个一次成功”。 2006 年 11 月 28 日, 号机组进入 168 小时满负荷试运行后, 7 机组发电功率始终保持 1000MW 以上,机组主蒸汽压力始终保持 25 兆帕以上,汽轮机转速 2990Rrmin;主蒸汽和再热蒸汽温度 超过 600 度。目前,机组各系统及设备运行平稳,自动投入率、保护投入率、仪表投入率均达 到 100%,各项技术性能指标指标全部达到设计要求。四期工程全部建设投产后,邹县电厂总 装机容量将达到 4540MW,同时拥有 300MW、600MW、1000MW 三个容量等级和亚临界、超超临界 两个技术等级的发电机组,成为全国最大火力发电厂和国内综合节能和环保水平最高的燃煤发 电厂之一。

1.4

邹县机组试验情况

超速试验
2006 年 11 月 17 日 15:28 15:51 16:02 16:23 准备作超速试验 电 气 超 速,要求 3300rpm,试验结果:3301rpm 第一次机械超速,要求 3300rpm,试验结果:3305rpm 第二次机械超速,要求 3300rpm,试验结果:3304rpm DEH 后备超速 BUG,要求 3360rpm,试验结果:3354rpm

50%负荷遮断试验
2007 年 1 月 9 日: 转速飞升至 3121r/min 未达到 3300 r/min 的停机转速

100%负荷遮断试验
2007 年 1 月 10 日: 转速飞升至 3248r/min,未达到 3300 r/min 的停机转速

2 经济性好
2.1 非定场全三维通流设计先进技术

叶片各截面沿叶高三维空间成型,在叶 道内沿径向形成“C”型压力分布,即:压力 两端高,中间低(C 型) ,二次流由两侧向中 间流动汇入主流,减小了端部二次流损失。 2.2 动叶叶顶整圈自带冠 连接件结构采用减振效果优良的单层自 带冠结构。静态时保证连接件间留有最佳安 装间隙,在一定转速下开始接触,在额定转 速时连接件接触面产生一定的最佳正应力, 在此正应力作用下,阻尼件将大大地消耗叶 片振动能量, 衰减振动, 降低叶片的动应力。 2. 3 平衡扭曲动叶(BV 叶型)

考虑了气体压缩性的层流叶型,具有更 低的型线损失。采用扭曲成型使流型沿叶高 优化,进口攻角减小,级效率明显提高。 2. 4 高负荷(CUC、HV)静、动叶技术 对原平衡动叶叶型根部型线改进设计 叶片负荷提高,叶片数减少,型面损失 及尾迹损失均减少 15% 通过叶型修型改善型面的气动布局特 点,减小攻角损失 最低压力点向后移,减小了扩压区,型 损下降 叶面后加载气动布局特性使端损减小。 2. 5 多维弯曲静叶技术

喷嘴被切向弯曲,形成三维扩散流道 减少二次流损失 级效率提高 1-2 %

2. 6 薄出汽边技术

静叶薄出汽边与厚出汽边相比: ?尾迹损失小? ?级效率提高 0.6~0.9% 2. 7 汽封技术 CFD 流场优化研究

对传统汽封和新型结构的汽封进型的大 量的和结构优化,得到适用于各系列机组和 各级次的密封特性优良的汽封几何结构,提 高汽封的密封特性, 减小汽轮机的泄漏损失。
汽 封 CFD 流 场 分 析

2.7.1 动叶叶顶多齿汽封技术 动叶采用自带冠技术,动叶顶部叶 冠采用城墙结构,使叶顶的汽封齿数由 两个增加到四个高低齿,减少漏汽量, 提高缸效率。 2.7.2 椭圆形螺旋弹簧支承敏感式汽封

天地向间隙大于左右向间隙,启动时退 让灵活,运行时在汽压作用下相对固定在设 计间隙值。

2.7.3 先进的铁素体汽封 进口铁素体不锈钢汽封齿不会淬硬,即 使动静摩擦, 仍保持较低硬度, 不损伤转子, 汽封间隙小,结合尖齿结构,可提高封汽效 果。用户可放心按动静间隙下限安装,不必 人为放大通流间隙,提高机组经济性。 2.7.5 阀门汽动性能优化研究

气动特性试验,研究和优化阀门进汽方 式、主汽阀及调节阀的阀碟和阀座型线、阀 壳内部型线及结构。获取流量特性曲线和提 升力特性曲线,提高阀门的稳定特性并优化 气动特性。 2.7.6 高、中压排汽缸优化 利用整缸流场计算的流体力学软件对高 压排汽蜗壳进行整个涡壳的数值计算和流场 分析,进行高压排汽涡壳的模型吹风试验及 内部结构优化的试验研究。 大量的数值计算及吹风试验研究相结 合,优化后高、中压排汽涡壳全压损失系数 大幅下降。 2.7.7 逐渐扩大型排汽蜗壳研究 ⑴对扩压管应用流体力学计算软件进行 数值计算和流场分析,采用正交试验法进行 吹风试验,对低压排汽缸进行整缸的模型吹 风试验及内部结构优化的试验研究。优化导 流环型线,改善扩压管扩压效果。 ⑵增加低压外缸导流环背后的导汽墙, 隔离导流扩压管出口汽流流向下半缸,改善 汽流流动状况,增加低压外缸上半刚性。 ⑶适当增加排汽缸的径向和轴向尺寸, 增强汽缸的扩压能力,使低压排汽缸具有良 好的静压恢复能力,减少能量损失。 ⑷优化排汽缸中的轴承圆锥体,增加曲 线型导流板,顺应汽流的流线,降低流动损 失。 ⑸优化排汽缸中支撑筋板布置,减小流 动损失。
低压排汽缸扩压管的压力分布云图
速度流线
各截面压力分布云图

2.7.8 机组持久效率高

隔板处转子根径小, 级的漏汽区域相对较小; 大部分压降在静叶喷嘴, 动叶前后压差较小, 动叶顶的漏汽量小。 先进汽封技术有效避免汽封齿磨损。

3 可靠性高
东汽、日立在试验研究、设计制造、安装调试等各个环节投入了大量人力物力,使机组 轴系稳定性、末叶可靠性、汽缸、汽封系统、控制系统可靠性得以保证。超超临界 1000MW 机 组全部高、中、低压四个汽缸零部件都经过运行考验,均有优良的运行业绩;结构成熟可靠。 邹县 7#机自机组整体启动至 168 小时试运行结束历时仅 23 天,创造了国内百万千瓦机 组试运的领先水平;实现了锅炉水压试验、汽轮机扣缸、倒送厂用电、锅炉点火、汽轮机冲 转、发电机并网、168 试运等“七个一次成功”便是很好的证明。 母型机情况表: 电厂 型式 参数 背压 机组功率 投运时间 取用部套 原町 2# CC4F-41 24.5MPa/600℃/600℃ 4.27KPa 1000MW 1998.7 高压缸、中压缸 常陆那珂 1# CC4F-41 24.5MPa/600℃/600℃ 5.09KPa 1000MW 2003.1 高压缸、中压缸 苫东厚真 4# TC4F-43 25MPa/600℃/600℃ 3.33kPa 700MW 2002.6 低压缸

日立公司 700MW 机组创造了日本电厂最高热效率记录。其设计热耗为 7226kJ/kW.h (1726kcal/kW.h) ,实测值为 7194 kJ/kW.h(1718.2kcal/kW.h) ,实测热效率达到 50%。

苫东厚真 4#机 3.1 轴系稳定

原町 2#机

邹县 7#机

●转子双支点支撑 ●无中心孔整锻转子 ●转子厂内高速动平衡 ●1#、2#轴承采用高抗扰可顷瓦轴承 ●主油泵与转子采用刚性联接 ●对轮设止口,对中精度高并防止滑移 ●联轴器采用大直径连接螺栓,增大联接紧力,防止松动。 3.2 先进可靠成熟的系列末叶

优秀运行业绩验证的 43 “先进可靠成熟 的末级叶片。

3.3 巧妙高、中压汽缸 ●高压汽缸采用双层缸结构, 内缸和外缸之间 的夹层只接触高压排汽, 使缸壁设计较薄, 高 压排汽占据内外缸空间,简化汽缸结构。 ●上半缸猫爪中分面支承、 下半缸猫爪横键轴 向推拉轴承座并作横向热膨胀导向, 汽缸稳定 性高、对中性好、启停灵活。 ●锥筒形外缸与排汽蜗壳相切,轴向刚性好。 ●中分面法兰等高设计, 避免中分面法兰高度 剧烈变化对汽缸刚性产生影响。 ●降低高压外缸的工作压力, 适当加宽外侧密 封面宽度,使螺栓工作时所需的密封应力小。 ●螺栓直径从汽缸中部至两排汽端依次递减, 避免螺栓直径突然变化。 ●防止螺栓咬死特殊设计制造。 3.4 专利三层低压缸结构 三层低压缸结构彻底解决了低压内缸进 汽高温区对内缸中分面影响,减少热变形, 保证汽缸中分面的密封性。 3.5 有效低压防水蚀措施 ●适当增大动、静叶间的轴向距离,减 小水滴对动叶的冲击能量, 延缓水蚀的影响; ●优化末级流场,提高根部反动度,避 免在低负荷时,动叶根部出现倒流引起根部 冲刷; ●末级顶部(包括叶冠进汽部分)采用 高频淬火,提高叶片抗水蚀能力 ●机组运行时通过监视低压排汽参数变 化来监控末级叶片根部出汽边水蚀状况。 ●低压湿蒸汽区有足够疏水槽除水 3.6 先进的高压主汽调节阀和中联门

●高压主汽调节阀浮动悬吊在运行平台 下、中压联合汽阀单支点弹簧支撑在汽缸下 半两侧,厂房整洁美观、检修方便,机组轴 向热膨胀对汽缸接口作用力小,汽缸和轴系 稳定。 ●阀杆套筒和阀杆上司太立合金自密封 凸台 主汽阀入口设蒸汽滤网,防止异物进入 汽机通流 ●各阀均独立油动机控制 ●液压开启,弹簧关闭使圆盘式卸载主 汽阀关闭快速 ●电气凸轮实现高压调节阀“复合调节 配汽” ●阀座采用螺栓固定在阀壳内,拆卸方 便 ●各阀可独立做全行程在线活动试验。 3.7 自润滑滑销系统
转子膨胀

●前轴承箱滑块采用石墨自润滑滑块,机组 膨胀顺畅;上滑块均可覆盖下滑块,避免灰 尘杂质落入滑动面;使滑块适应恶劣工作环 境、终生免维护。 ●圆头形纵向键,导向能力好、避免卡涩。 ●轴承箱与缸间采用下猫爪推拉,避免汽缸 跑偏。 ●高刚性锥筒形高、中压外缸。 3.8 成熟可靠的盘车装置 盘车装置带动转子低速旋转,使转子均 匀加热或冷却, 减少变形; 维护时检查转子。 安装在汽轮机和发电机之间,由电动机和齿 轮系组成。通过可移动小齿轮与汽轮机转子 联轴器法兰上的齿圈啮合。冲转时小齿轮借 助于碰击齿轮在没有冲击的情况下立即脱 开,并闭锁,不再投入。该装置为日立传统 设计、结构简单、性能可靠。 3.9 稳定可靠的钢台板支撑
1#轴承 1#轴承箱 自润滑滑块

转子膨胀死点 推力轴承

高压缸

中压缸

A低压缸

B低压缸

2#轴承

3#轴承

4#轴承

5#轴承

6#轴承

7#轴承

8#轴承

2#轴承箱 自润滑滑块

3#轴承箱 定位横键 B低压缸膨胀

定位横键 高压缸、中压缸膨胀

定位横键 A低压缸膨胀

●台板与基础的接触面积大,机组的支承刚 性增加 ●垫块与基架及基础的接触密实性和稳定 性,有利于机组长期稳定运行 ●不锈钢垫片进行标高调整 3.10 为用户着想人性化设计 ●高压主汽调节阀布置在运转层下 ●不开缸可进行轴系动平衡 ●低压缸设人孔可方便地检查末叶 ●高中压缸中分面通孔大螺栓及内缸、隔板 套固定槽防卡注油装置、液压开缸装置大大 方便检修 ●各系统高自动化、高可靠性,减轻运行及 检修人员的劳动强度。 3.11 独特的转子冷却系统 从高压三级后引入低温蒸汽与中压阀后 蒸汽混合后形成冷却蒸汽进入中压第一级 前, 通过正反第一、 二级轮缘叶根处的间隙, 冷却中压转子高温段轮毂及轮面,极大降低 第一级叶片槽底热应力,提高中压转子热疲 劳强度。 3.12 高中压缸进汽口特殊冷却设计 高、中压进汽部分采用插入式进汽管, 使再热蒸汽不通过外缸缸体,直接进入内缸 进汽室;同时引入冷却蒸汽对外缸内壁进汽 部分进行隔离冷却。使外缸只承受较低压力 和较低温度, 汽缸的法兰部分可设计得较小, 高温区仅局限于内缸的进汽部分。

3.13 汽缸中分面螺栓自流冷却加热系统

高压内缸中分面螺栓自流冷却加热系 统,减少启动过程中螺栓与法兰温差,降低 正常运行时螺栓的使用温度,提高螺栓抗松 弛性能。

4 先进成熟可靠的供热机组技术和经验
产品运行时间最长:1984 年山西太一电厂 300MW(D19)供热机组 供热机组系列完整: ——拥有 135MW、200MW、300MW 机组湿冷和空冷供热系列 ——内部调节和外部调节系列:碟阀、旋转隔板、外部阀门调节方式 ——机组功能供热强:抽汽参数可调范围大、调节能力好;抽汽供热量大 ——分缸和合缸系列供热机组均有 ——采暖和工业抽汽供热机组均有 产品业绩最优,国内多项记录保持者: 首台记录内容 首台高抽(6ata)200MW 采暖供热机组 .. 首台空冷 200MW 采暖供热机组 .. 首台 300MW 大范围压力可调(2.5~7ata)采暖供热 ... ..... .. 机组 首台出口(印尼)35MW 供热机组 .. 首台 300MW 一级可调低抽(8ata)/一级不可调高抽 ... ...... .. ....... (16ata)工业抽汽机组 .. 投运台份 3 4 12 5 2 保持记录情况 目前记录保持者 目前记录保持者 目前记录保持者 目前记录保持者 目前记录保持者

5 启停灵活可控性好

采用数字电液控制系统, 具有阀门管理、 实现喷嘴调节与节流调节的无扰切换、寿命 管理、高中压缸联合启动和中压缸启动等功 能,大大地提高了自动化水平,使机组的启 停灵活性、 可靠性及负荷适应性得到了保证。
高压调节阀油动机装配图

6 调峰性能良好
长期运行最低负荷不大于 15%,尖峰能力达到 110%。较快的负荷变动率及抗负荷冲击能力。 ●独立喷咀室、插入式进汽管减小热应力 ●增加调节级及中压第一级焓降,使级后温度 低,减小转子蠕变损伤及变负荷热应力水平, 改善变工况性能 ●末级动叶片按高刚度、高强度、高根部反动 度进行设计,特别适合调峰运行中低负荷及高 背压下小容积流量工况 ●增大动静间隙:使胀差不成为启动制约因素 ●多齿径向汽封:提高变工况经济性 ●合缸结构、中心支撑:启停时汽缸膨胀顺畅 ●冲动式转子:调峰性能优于反动式转子。计 算表明, 在冷态启动时, 采用相同的升温率 1.5 ℃/min,冲动式转子与反动式转子相比,热应 力小 6%,一次启动的寿命损耗小 19%左右 ●专利三层低压缸结构,热应力小。

7 先进的凝汽器设计技术
7.1 东汽是国内大型电站汽轮机及其配套辅机的主要生产厂家之一,迄今已向国内外提供 各种凝汽器近 400 套,其功率范围 1.5MW~1000MW。 7.2 通过与国际公司的技术合作及与国内高等院校的合作,东汽全面掌握应用以下国际先 进技术: ● 以美国热交换学会(HEI)标准为基准进行凝汽器热力设计 ● 以德国 BALCKE-D?RR 公司排管技术及日本日立公司凝汽器结构设计技术 ● 与西安交通大学合作研制的凝汽器汽相流场传热特性及数值计算准三维程序进行 凝汽器汽相全流场计算,并进一步优化排管设计; ● 以美国“高能流体进凝汽器准则建议”为依据,进行除汽轮机主排汽外的其它高能 流体进入凝汽器结构及设备设计 ● 应用大型结构分析软件 ANSYS 软件对结构强度、刚度进行分析计算,并拥有一批先 进的凝汽器设计程序、SGI 工作站三维 CAD 软件和计算机网络系统等先进软件设计手段。 7.3 凝汽器主要结构特点及其先进性 7.3.1 采用德国 BALCKE-D?RR 公司排管方式优点

● 蒸汽路径短,流动阻力小,热负荷均匀 ● 蒸汽主通道通畅;流场平稳,有利于凝结水回热和 除氧; ● 管束最外围一排管子数量多,与刚进入凝汽器的蒸 汽直接接触的管子数量多,其传热系数高; ● 取消了上下转向方式时必须在汽侧设置的水平挡 板,从而消除了依附在挡板下面的蒸汽涡流和空气集 聚,提高总体传热系数 ●水平转向方式各冷却管束的进口冷却水温相同,确保 各管束内的热负荷均匀分配,汽相流场平稳均匀; ● 循环水进出口管布置高度不受流程隔板限制,极大 地方便现场布置 7.3.2 采用 BALCKE-D?RR 公司凝汽器空冷区结构 防止蒸汽—空气混合物至抽气出口形成短路,也有助于混合物在抽出前进一步冷却, 使其中的蒸汽充分凝结,有利于提高凝汽器性能,改善抽气装置的工作条件。 7.3.3 采用德国 BALCKE-D?RR 公司凝汽器先进的弧形水室结构优点 弧形水室循环水均匀分配到各冷却管中; 弧形水室水力流场平衡,减少冷却管端冲蚀; 弧形水室强度和刚性好,受力情况好; 弧形水室无死角区,利于胶球清洗设备运行。 7.3.4 采用德国 BALCKE-D?RR 公司凝汽器端管板和水室防腐技术 7.3.5 采用先进的凝汽器汽相流场设计技术 7.3.6 采用先进的日立公司凝汽器喉部结构设计技术 7.3.7 应用大型结构分析 ANSYS 软件对凝汽器主要结构的强度、 刚度进行分析计算, 结合 HEI 标准,保证壳体具有足够的强度和刚度。 7.3.8 为便于检测万一胀管处发生泄漏,能很快找出泄漏的管束部份,在每个管束下方设置 了独立的凝结水收集槽。 7.3.9 先进的旁路系统三级减温减压装置 结构紧凑、通流能力大、受力状态 好、便于布置、独特的防冲能力。 7.3.10 先进的接纳各种疏水进入凝汽器技术 ●挎篮式疏水扩容器容量较大、布置方 便、简化电站疏水系统设计。 ●疏水可直接进入凝汽器。

7.3.11 根据不同水质可提供铜管、不锈钢管、钛管凝汽器及空冷排汽装置。

8 优化的轴封系统和疏水系统
自密封轴封系统工况适应性好满足汽轮机所有运行工况,初期调整完后,运行时不再 需进行调整,自动化程度高。调节阀整套进口,使系统更安全、可靠 简化、合并、分段式本体疏水系统布置简单,进口疏水阀提高了系统的安全可靠性。

9 润滑油系统高效、高度集成
汽轮机润滑油系统采用主油泵——油涡轮供油系统,效率高、噪音小;设备采用高度 集成的集装油箱、套装油管路、集装式顶轴装置等,使系统在电站布置中布置简单、安装 方便、工作量小、防漏、防火性强。

10 自动化水平高
DEH 数字电液控制系统,功能齐全,与 DCS 有可靠的通讯接口,能够进行阀门和寿命等 多种管理。 (见 DEH 数字电液控制系统专题)

结束语
东方引进型 1000MW 等级汽轮机,经长期大批量的运行实践已充分证明,其经济性、可 靠性、适应性都达到了国际先进水平。

二、1000MW 机组 DEH 系统介绍
一、简介 东方汽轮机厂 1000MW 汽轮机配置了高压抗燃油数字电液控制系统,简称 DEH。 此系统按分散控制的设计思想设计制造, 为当代世界先进水平。 东汽 1000MW 机组配置了 TSI 电气监视仪表,配置 ETS 紧急停机装置等系统,因此,汽轮机的控 制保护系统功能划分合理,突出了分层分片自治,提高了分散度,增强了总体可靠 性。由系列化的标准硬件组成的上述各个积木块可独立完成自己的功能,可互相 通讯,也可按网络通讯规约受 I&C 岛统一指挥,协调实现整个电站的自动控制。
DEH、TSI、ETS及辅机控制产品的信息一体化设计举例

工程师站

DM2000/其他

操作员站

故障诊断系

TDIX或其他

RS242

Redundant Net

M
配电柜

M
配电柜

盘车控制柜 TSI 系统 ETS

DEH

硬 接
Modbus

东方型控制系统特点(举例)

二、系统介绍 1、液压系统部分: 1000MW 汽轮机的液压系统由液压伺服系统、高压抗燃油遮断系统和供油系 统以及低压透平油遮断系统等四部分组成 。 供油系统的功能是提供高压抗燃油, 并由它来驱动伺服系统、高压抗燃油遮断系统。伺服系统接受计算机传送来的控 制信号,控制汽轮机各蒸汽阀门的开度。高、低压遮断系统主要用于当危及汽轮 机本体安全的情况出现时,迅速关闭汽轮机的所有进汽阀门,保证汽轮机安全停 机。 液压系统主要特点如下: ● 可靠性好。关键元件进口,重要部件冗余设计。 ● 可试验性强。重要部件具有在线试验功能。 ● 可维护性好。重要部件可在线维修, 关键部件可互换。

中压调节阀油动机

EH油源

高压主汽阀油动机

2、电气硬件部分: 1000MW 汽轮机数字电液控制系统的核心部分电气部分采用国内外先进的分 散控制系统。它通过采集机组的转速、功率和有关参数后经过分析、鉴别、计算 后控制伺服阀,通过各自的油动机使调节阀按启动运行要求工作。 系统构成:东汽设计提供的数字电液控制系统 DEH 系统:包括操作员站、工

程师站、控制机柜、电源柜等,DEH 硬件应采用可靠、先进的与机组进口硬件产 品,由东汽设计完成并由其保证技术性能。DEH 的工程师站、操作员站及提供供
M M
配电柜

M
配电柜

操作员站

工程师站

控 制 站

配电柜

货时的主流机型。 控制保护系统功能的配置以菜单的方式向用户提供。譬如,基本控制,即自动 升速、并网、升负荷及负荷自动控制及阀门管理等由 DEH 中的自动控制块完成, 以转子热应力计算为基础的自动启动由 DEH 中的自动启动块完成。另外, OPC 超 速保护也有专门的控制功能块;汽轮机主、 辅机的监视、 保护等功能,分别由 TSI、

ETS 等实现;汽轮机控制系统的人机接口等功能可由操作员站来实现。

DEH 性能指标:
● ● ● ● ● ● ● ● ● 额定蒸汽参数下空转转速波动:≤±1r/min 转速控制范围最高可达 3500r/min。 负荷控制精度≤±3MW 负荷控制范围 0~350MW。 控制系统不灵敏度:≤0.06%。 速度不等率 4.5% 3~5%手动连续离线可调。 可靠性: 计算机 MTBF≥10000 小时 系统 MTBF≥8000 小时 控制系统可用率≥99.9%。 东汽设计的 DEH 系统控制系统原理及功能如下图:
高压缸预暖

启动前
高压主汽阀预

运行方

CCS协调控

ATS自动 启动过程: 升速、升负荷

操作员自动

手动

启动和阀门 管理 超速保护

由DEH实现转速和 负荷的闭环控制

启动方式: 中压缸启动、高中压缸启动、 功率-负荷不平衡控制 超速预警

供油系

供油系统

高压伺服 阀门活动试验 喷油试验

高压遮断

低压遮断

机组正常运行时

试验

机组空转运行时

提升转速试验

因此,东汽设计成套的 1000MW 机组的 DEH 系统,达到了当代世界先进水平, 完全能满足用户的要求,能够可靠、方便、灵活地全程自动控制整台机组。今天, 国内电力市场给公司的发展提供了良好的环境,面对我国加入 WTO 的机遇和挑 战,东汽将加快步伐、飞速发展,为我国的电力自动化产业做出应有的贡献。

三、1000MW 机组 TSI 系统介绍
为了连续监测汽轮机及电机轴系的各种参数,保证汽轮发电机组安全、经 济、可靠的运行,配置了汽轮机TSI安全监视装置。根据我厂多年积累的经验,

针对1000MW机组, TSI系统硬件部分选配比RMS700系统更先进的德国EPRO公司 (原 PHILIPS公司)的MMS6000系统和本特例利公司的BN3500系统。 根据 1000MW 汽轮机组监视参数的要求,东汽配置的 TSI 系统,监视项目主 要对转速、轴振动(包含发电机) 、瓦振(包含发电机) 、轴向位移、胀差、偏 心、鉴相、汽缸热膨胀、超速保护(三取二)进行监测,并能输出报警及停机逻 辑信号和模拟信号 (4~20mA 或 0~10V) 所有监测数据可通过通讯的方式在 DEH ; 或 DCS 系统的画面上显示。

四、1000MW 机组 ETS 系统介绍
日立公司专用 ETS 系统(一体化方案) 日立公司专用ETS系统是采用三取二控制结构方式,完全相同的三套硬件、 软件、控制器,三套系统的输出信号在输出端子上作三取二处理。除了具有常规 的一些停机功能(如手动停机、轴振大、轴向位移大、胀差大、润滑油压低、抗 燃油压低等)外,还具有低压缸排汽口温度非常高跳闸、高压缸排汽口温度非常 高跳闸和旁路阀故障跳闸等停机项。

我厂大型机组中采用日立专用 ETS 系统的工程投运业绩见下表,目前投运 7 台,投运情况良好。 ETS 系统一体化投运业绩(超临界 7 台) 序号 1 2 3 4 机 组 华润常熟电厂 3×600MW 超临界机组 华润阜阳电厂 1#、2#600MW 超临界机组 华润首阳山电厂 1#600MW 超临界机组 浙江兰溪发电厂新建工程 1#600MW 超临界汽轮机 ETS HIACS5000M HIACS5000M HIACS5000M HIACS5000M

五、东方-日立电站控制工程专用分散控制系统 HIACS-5000M
一、概要 四川东方电气自动控制工程有限公司(DEA)是经中国东方电气集团公司批 准,在原“东汽自控开发处”基础上由东方汽轮机厂投资(控股)组建的高科技 公司。公司注册资金 2679.60 万元,现有职工 220 余人,其中高、中级技术及管 理人员占 80%以上,公司设有市场、项目管理、工程技术、开发、物资采购、产 品制造、用户服务、综合管理等部门。公司定位于东方电气集团高新技术产业, 现为“四川省高新技术企业”“国家级工业自控研发中心”和“德阳市重装基地 、 数字化控制设备龙头企业” ,主营业务被认定为“国家重点鼓励类产业项目” ,并 取得 ISO 9001:2000 标准质量体系认证、 “AAA”级企业资信等级认证。公司地 处四川德阳,是成绵经济区枢纽地段,交通便利,其中“三星堆遗址”“孔庙” 、 、 “艺术石刻”享誉天下。 公司主要经营大小电站 DCS 系统、汽轮机控制系统(DEH) 、汽轮机监视保 护系统(TSI) 、危急遮断系统(ETS) 、旁路控制系统、燃机控制系统、联合循 环、核电、水电自动化系统以及其它集散工业控制系统,并从事系统工程设计、 设备制造成套、现场服务及技术咨询服务。公司以二十年的工程经营为基础,业 务涉及冶金、化工、石化、环保等领域,成功实施的工程项目已超过 300 余个, 累计提供各类设备已达 1100 多套,其中 DEH 已超过 400 套,DCS 已生产、调 试 20 多套,产品销往全国 28 个省、市,并出口中东、东南亚等地区。 公司秉承“团结、创新、诚信、敬业”的公司精神,坚持“起于标准、源于 自尊”的 质量理念,“精诚合作、自胜共赢”的市场理念,“24 小时、全方位”为用户服务, 深得用户信赖,在业界享有良好的声誉。 二.HIACS-5000M 的技术特点 1) 采用最适合电站需要的分散控制系统结构 为电站控制工程专门设计的最新型自治分散控制系统; 统一(UNI-CONCEPT)系统:控制功能可覆盖大型机组控制的 MCS、SCS、 DAS、FSSS、DEH、MEH、AVR、旁路控制、脱硫、主要辅机和辅助车 间等系统,保证总体优化运行; 开放系统:方便与第三方控制系统对接(包括 SIS,MIS 等) ,消灭信息孤 岛,实现全厂综合自动化; 方便组态、监视、操作、维护的系统 2) 采用快速、稳定、可靠的机组级控制光纤传输通讯网络μΣNetwork-100 网 络 通讯速度 100Mbps,实现高速数据的通讯; 采用光纤环网,令牌传送,遵从 FDDI 协议,保证网络负荷的稳定,完全 隔绝了电磁干扰对网络通讯的影响, 也不会出现以太网发生的网络阻塞现 象; 站间最大通讯距离在缺省配置下为 2KM,长线驱动时可达 20KM;环网 总长最大 100KM。最大限度满足了电站对地理分散的需要; 二重化环状冗余网络,令牌双方向传送,采用信息回绕(LOOP BACK) 技术,实现高可靠性通讯,即使在站点、网络线路出现故障的情况下,也 能保证机组各种数据的发送和接收;

采用全分散、全冗余的电源系统及可靠的接地系统 系统的电源分散思想是:控制器电源及接口电源均采用全冗余、全分散配 置方式,每个用电设备都有独立的电源装置,而且是双重化配置的;接地 系统的设计, 更适合电厂环境的需要, 只需要单点接入电厂的电气地即可, 无需单独的地,对接地电阻的要求更显 HIACS-5000M 系统适应电站控制 的特点,采用日本工业标准的第 D 级接地标准,只要接地电阻不大于 100 Ω,系统就可以稳定工作; 4) 采用高功能、高可靠性的控制器 使用 RISC 技术的 R600 系列控制器,最适合大型分散控制系统,速度更 快,功能更加强大,其处理速度相当于同等主频的一般处理器(更适于商 用的 CISC 处理器)的 3-5 倍; 低功耗(仅 1-2mW),无需强制降温,可在宽温度范围下工作,对外绝少的 电磁干扰; 这种高功能的控制器(高速度、大容量)适用于汽轮机控制(DEH),调节控 制(MCS),顺序控制(SCS),燃烧控制(MBS),励磁控制(AVR),燃汽轮机 控制等电厂控制功能; 控制器的任务工作周期可根据需要以 10ms 的间隔设定,且在同一个控制 器内可对不同的控制任务设定不同的控制周期; 控制器冗余配置,无扰切换,冗余控制器间配置专门的用于两系 CPU 保 持一致的专门通讯总线 DCM,既不占有 I/O 总线,也不占有控制级网络 通讯的资源,系统设计更加合理; 冗余控制器切换时间仅 1 毫秒。 5) 采用高功能、全中文化、使用便捷的友好人机界面 5.1)工程师站 彻底的全中文界面; 执行文件与图形文件自动一致化; 多工程师台配置,适应投运、调试期的特殊需要; 使用大宏指令能进行控制逻辑回路的阶层设计, 采用图形界面和 POL 语 言(POL:Problem Oriented Language),不需要工程师具有专门的计算机 软件的知识,就能掌握系统组态、修改和维护等工作; 装有高功能的 Hierarchical CAD 系统,绘图简便,大宏指令分层可定义 结构; 通讯表的自动生成; 机组投运期间人工置数功能使调试更为方便; 通过逻辑仿真功能,在实体的控制器上检证 FDB 逻辑演算。由于有这个 功能,在现场的调整,大修时,能减少系统的恢复确认等工作量。 5.2)操作员站 采用先进的硬件环境及方便的开发工具,使其具有高性能价格比; 采用自律分散型软件结构, 完成分布计算、 冗余处理, 使其具有高可靠性; 采用开放式网络结构及通用性强的操作系统,使其可扩展性强; 采用先进的窗口技术, 通过丰富、 灵活的画面, 使用户操作更直观、 方便。 使其可操作性强; 提供面向对象,可视化定义的开发工具,用户无需编程,可进行监视、操 作画面的定义; 3)

通过图形界面提供多种在线维护功能,使其可维护性强; 5.3)历史站 数据收集能力:所有数据库中的点 事故追忆记录、SOE 记录、操作员操作记录、报警记录 报表收集(时间型,事件型) 检索功能(时间检索、名称检索) 趋势回放功能:所有被采集点均可以以趋势图方式回放 可请求或设定自动转储至指定介质, 本纪最多可存贮至少 6 个约的历史数 据,转储至光盘后更可实现长期数据保存、回放、检索; 支持打印功能。 三.日立的典型控制策略 1) 日立的机组协调控制策略 采用日立公司已成功地使用多年的快速协调控制方法-平行前馈、动态加速 协调策略,要点如下: 日立公司采用 MWD 信号(机组负荷指令)生成多路稳态前馈控制信号, 加速锅炉侧的响应速度,再辅助主蒸汽压力反馈调节,使得机-炉间的功 率平衡,得到根本上的保证。 为保证机-炉间的动态平衡,及进一步加速锅炉动态过程,日立公司创造 了一整套动态加速信号。 在机组负荷指令变化时, 产生一套动态前馈信号, 分别加入锅炉各个子回路,加速动态响应,改善动态调节品质。 概括说来,日立公司的大机组协调控制策略分三个层次: 选择时间上最具有优势的 MWD 信号作为锅炉功率需求信号; 用动态并行前馈方法改善调节品质:由 MWD 信号,生成多路稳态前馈信 号,辅助主汽压偏差信号、改善调节品质; 用过程加速方法加快机组的变负荷响应:由 MWD 变动信号, 生成多路动 态前馈信号, 在负荷变化过程中, 改善动态调节品质及加速锅炉动态响应; 这套控制策略已在多台大容量燃煤机组上(包括上海外高桥 2×900MW 机组)得到应用。使用效果良好。 2)温度预测控制 日立总结在电站控制方面二十年的经验, 采用适用、 有效的统计分析预测法, 这种方法的优点是不需数学模型,因为电站的过程是一个多输入、多输出变 量的动态过程,实时地获得被控系统的数学模型是及其困难的,且数学模型 是不精确的,好的预测控制方法应适应电站过程的这个特点, 统计分析的预测方法正式这样的方法,特别适合电站在温度控制回路上 的需要。

六、1000MW 机组盘车控制系统介绍

自动盘车操作装置作为汽轮机盘车装置的电气操作回路,选用了可 编程控制器 PLC 进行逻辑控制。 还具有润滑油压低和过载保护直接停盘车。 盘车装置的控制原理图如下图。

自动盘车操作原理框图 盘车操作装置可以通过采取手动的方式来启动,也可以全在自动的方 式下启动。在润滑油压正常、顶轴油压正常和软启动器正常的外部允许盘 车条件满足的情况下,选择了自动盘车方式,只要 TSI 发出零转速信号到 盘车控制柜,盘车控制柜的 PLC 在确认已收到零转速信号(通常,在收到 稳定的零转速信号后会自动延时 30 秒左右才被系统确认) ,PLC 系统将通 过继电器使电磁阀带电,液压缸将带动执行机构使盘车齿轮靠向汽机大轴 齿轮,并逐渐使之啮合。PLC 系统在电磁阀通电后 30 秒开始检测是否收到 啮合到位信号,如果未收到啮合到位信号,盘车电机将周期性通过软起动 器短时间启动电机正转,使盘车电机微动,以利于齿轮间的啮合,如果还 未收到啮合到位信号,盘车电机微动两次后第三次将强行启动盘车。如果 收到啮合到位信号,则电机将自动启动并维持盘车电机的运行,同时啮合 到位信号发出 5 秒后,电磁阀自动断电,从而完成自动盘车投入;当汽轮 机转速冲转超过盘车转速的时候,通过离心力甩开盘车装置,盘车装置甩 开到位后,电机将自动停止。


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