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600MW机组DEH系统说明书


汽轮机控制系统(DEH) 设计及操作使用说明

上海汽轮机有限公司-自控中心 2005 年 2 月

600MW 机组 DEH 系统说明书
DEH 系统使用的是西门子公司的 PCS7 型集散控制系统。

随着电站自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展,以及 对电站自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完

善性、系 统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个 方面都提出了愈来愈高的要求,系统之间的横向数据交换日益增加, 系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加,现场总线的应用 越来越广泛,不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实 现全集成,一体化的解决方案 因此,传统的 DEH 系统已经不能满足现代电站自动化过程控制 系统的设计标准和要求,SIMATIC PCS7-PS 控制系统就是在这种形势 下开发的新一代过程控制系统,它是一个全集成的、结构完整、功 能完善、面向整个电站生产过程的过程控制系统。 SIMATIC PCS7-PS
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是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术,在西门子公司 S5, S7 系列可编程控制器及 TELEPERM XP 系列集散系统的基础上,面向 电站过程控制应用场合的先进过程控制系统。 SIEMENS DEH 控制系统采用优秀的上位机软件 WinCC 作为操作 和监控的人机界面,利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信 息采集和系统通讯,采用 SIMATIC 自动化系统作为现场控制单元实 现过程控制,以灵活多样的分布式 I/O 接收现场传感检测信号。 SIEMENS DEH 是基于全集成自动化思想的系统,其集成的核心 是与 DCS 具有统一的过程数据库和唯一的数据库管理软件,所有的 系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次,这样就大大增 强了系统的整体性和信息的准确性。 SIEMENS DEH 的通讯系统采用的是工业以太网和 PROFIBUS 现 场总线。工业以太网 用于与 DCS 系统站之间的数据通讯。 SIEMENS DEH 采用符合 IEC61131-3 国际标准的编程软件和现 场设备库,提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场设备库 提供大量的常用的现场设备信息及功能块,可大大简化组态工作, 缩短工程周期。 SIEMENS DEH 应用以太网、PROFIBUS 现场总线等开放网络, 从而具有很强的开放性,可以很容易地连接上位机管理系统和其它 厂厂商的控制系统。 西门子公司是世界上最早生产汽轮机数字式电液调节系统控 制器的厂商之一,公司生产的汽轮机数字式控制器已成功地应用于 125MW/200MW/300MW/600MW 以及 600MW 以上机组汽轮机数字式电液 调节系统(DEH)。西门子公司与有关汽轮机公司已配套供应了数百 套 DEH 系统,取得了骄人的业绩。西门子公司新近推出的基于
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SIMATIC 系统的 DEH 控制系统已被广泛应用于电站汽轮机的控制,并 以其高可靠性,高性能赢得了用户的广泛好评。 工程师站和操作员站的特点 1) 充分贯彻西门子公司全集成自动化的思想,系统具有统一的 通讯、统一的组态工具、统一的数据库,消除了传统的 DCS 与 DEH 之间的鸿沟; 2) 监控软件 WinCC (视窗控制中心)为基于 Windows NT 操作系 统的开放 型全图形化人机操作界面,具有组态方便,操作简单的特 点; 3) WinCC 拥有完备的工业图形库, 方便了工程师设计监控系统的 过程画面; 4) 人机界面具有良好的开放性, 支持以太网、 Profibus、 RS232、 RS422/485 等通讯方式,支持 TCP/IP、网络 DDE、ODBC、OPC、SQL、 Internet 等标准通讯协议; 5) 操作员界面为全汉化界面,并且具有动态语言切换功能; 6) WinCC 提供独特的组态向导, 详细的在线帮助,多媒体 自学软件, 以及全套中文使用手册和参考手册,有利于 用户在较短的时间内快速掌握; 系统通信功能特点 1) 工业以太网通信协议,用于控制器与电厂总线间的通讯,速 度可达 12M。 2) 工业以太网通信协议,用于工程师站及操作员站与电厂总线 间的通讯,速度可达 100M。 3) PROFIBUS-DP 通信协议,用于控制器与 ET-200 扩展 I/O 间的 实时通讯, 速度可达 12M, 距离可达 9.6 公里(电缆)或 90 公里 (光
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缆)。 控制器和 I/O 模板特点 1) DEH 控制器和 I/O 卡件具有很高的可靠性,MTBF 在数十万小 时以上(最短 MTBF =20 年); 1) 所有类型的 I/O 信号均有多种输入信号类型可供选择; 2) 所有模块均有完善的自诊断功能、传感器断线监测功能、在 线插拔功能,保证了系统安全、长时间运行,提高了系统的可用性 和可维护性; 控制组态软件特点 1) 系统提供完善的符合 IEC1131 标准组态工具,包括梯形图 (LADER) 语句表 、 (STL) 连续功能图 、 (CFC) 结构化语言 、 (SCL) , 且各种组态工具可混合使用,交叉引用非常方便快捷; 2) 系统提供近 500 个 CFC 标准功能块库,提高了系统组态效率, 缩短了工程周期; 冗余系统功能特点 1) CPU 冗余系统可以实现双 CPU 冗余切换的功能,当主控的 CPU 出现故障时,另一个 CPU 自动地接替主控 CPU 的工作,实现双向无 扰动切换,切换时间为毫秒级。 2) 通信冗余功能包括:采用 PROFIBUS-DP 协议的 ET200M I/O 站 与 CPU 冗余通讯接口和电缆;采用工业以太网协议的 CPU 与上位机 (工程师站和操作员站)之间的冗余通讯。 3) 电源冗余功能:20A 直流电源冗余配置,用于 CPU 和模板供 电。

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一、 DEH 系统功能 汽轮机组采用由纯电调和液压伺服系统组成的数字式电液控制 系统(DEH),提供了以下几种运行方式: ? ? ? ? ? 操作员自动控制 汽轮机自启动 自同期运行 DCS 远控运行 手动控制

通过这几种运行方式,可以实现汽轮机控制的基本功能如转速 控制、功率控制、 1. 基本控制功能

1.1 转速控制

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工程师站和操作员站的画面是主机控制接口,它是用来传递指 令给汽轮机和获得运行所需的资料。打开 WCC RUNTIME 窗口,运行 人员可以用鼠标点击对应的键来调出相应的图像。

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基本系统图像 所有基本系统图像将机组运行的重要资料提供给运行人员。屏 幕分成不同的区域,包括一般信息,页面特定信息。

1.1 1.1.1

一般信息 控制方式—用来表示机组目前所有的控制方式。这些方式分

操作员自动、汽轮机自动控制、遥控、以及手动同步和自动同步。 1.1.2 旁路方式-DEH 提供一个旁路接口, 可以调节再热调节汽阀,

以便与外部的旁路控制器相配。运行人员可根据实际情况选择带旁 路运行方式和不带旁路运行方式。 1.1.3 控制设定-主要显示实际值、设定值、目标值和速率。实际

值、运行机组的实际转速或负荷将被显示,数据被调整为整数。设 定值显示在系统目标变化过程中当前所要达到的目标值。速率显示 设定值向目标值变化的快慢。目标值显示转速或负荷变化最终要求 的目标。当设定值向目标值变化时,为了指示变化在运行中,HOLD (保持)将变成 GO(运行)。当设定值等于目标值时,设定值旁边 将没有信号。 1.1.4 反馈状态—表示机组反馈回路的当时状态。例:功率反馈回

路在使用,则显示 MEGAWATT LOOP IN(功率回路投入),如功率回 路没有投入,将显示 MEGAWATT 1.1.5 LOOP OUT(功率回路切除)。

阀门方式— 说明机组正在运行的阀门方式。如主汽阀控制
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(THROTTLE

VALVE)或高压调节阀控制(GOVERNER

VALVE)或再

热调节阀控制(INTERCEPT 换(TV—GV IN XFER IN

VALVE)。还显示主汽阀—调节汽阀转 TEST

PROGRESS)。阀门试验状态(VALVE

PROCESS) 再热调节汽阀切换到主汽阀和中压调节阀联合控制。 。

另外,提供单阀/顺序阀切换功能。 1.1.7 限制设定—显示当前各限制器投入状态和限制值。在限制的

页面上,任一限制所起作用时,相应的报警信息将在屏幕上出现。 包括阀门位置限制、高负荷限制、低负荷限制和运行人员可调整的 主蒸汽压力限制等。 1.1.8 运行数据-实际的汽机转速、功率、主蒸汽压力、升速率和

升负荷率、阀位控制方式等显示在屏幕下方。 1.1.9 信息-除了屏幕信息外,各种不同的信息在一定条件下也会

在主屏幕显示,这些信息是: 机组遮断(TURBINE TRIP)、机组挂闸(TURBINE LATCH)、机 组并网(BRAKER CLOSED)、机组解列(BRAKER OPENED)。 快速减负荷(RUNBACK)在运行中,每当三个快速减负荷接点中 一个闭合,RUNBACK IN PROGRESS(快速减负荷在运行中)信息将出 现在屏幕中。保持系统动作-电超速保护(103%) 快关或甩负荷预测功率任一种动作时, PROTECTION SYS OPER (保 护系统动作)将在屏幕中显示。 2 页面说明

2.1 机组总貌-该页面使操作人员得到下面任一个控制图像(方法: 用鼠标点击要进入的子菜单功能键,弹开小窗口)。 a b 控制方式(CONTROL MODE) 旁路方式(BYPASS MODE)
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c e f g 2.2

控制设定值(CONTROL SETPOINT) 反馈状态选择(LOOP MODE) 阀门方式(VALVE MODE) 设定限制器(LIMITER) 控制方式-该窗口允许运行人员改变机组的运行控制方式。为

了投入或切除一个运行方式,运行人员必须将鼠标移到所要求的方 式按钮,点击进行确认,然后按 IN SERVICE(投入)把该回路投入, 或者按 OUT SERVICE(切除)把此回路切除。提供给运行人员的基本

方式是: (1) OPER AUTO(操作员自动)

OPER AUTO 是电厂运行人员对汽轮发电机的主要控制方式。在 OPER AUTO 中, 运行人员可得到 DEH 控制器所有的功能, 这些功能是: a 转速; b 实行从再热调节汽阀(IV)到主汽阀(TV)/再热调节汽阀 在大范围速度控制区域,建立汽轮发电机组的加速度和目标

(IV)转换和主汽阀(TV)到调节汽阀(GV)的转换; c 在机组同步并网后,建立负荷变化率和目标负荷;

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d e

投入或切除压力反馈回路和功率反馈回路; 确定在线运行的极限。

如果运行人员在子菜单上选择手动方式(即退出操作员自动方 式),或者是其它种种原因,系统转到手动方式,则 OPER AUTO 被 自动切除,但是若选择 ATC、遥控、自动同期等时则不退出操作员自 动方式,只是更改指令来源。 (2)ATC(自动汽机控制) ATC 控制方式将不用操作员操作, 自动地将机组从盘车转速带到 同步转速,由操作员完成并网;并网后,操作员给出目标负荷,系 统自动增、减负荷。ATC 不仅可以作为一个控制器而且可作为操作指 导。即使操作员不选择 ATC,所有的保护逻辑仍在运行,以提供有关 的监视信息及建议。 (3)REMOTE(遥控) REMOTE 在这一控制方式下,DEH 的 TARGET 和 SETPOINT 是遥控 系统输入信号来调整。选择遥控方式,必须满足下述条件: a b c d e 必须在操作员自动方式; 发电机必须是并网带负荷; 遥控信号必须有效; 遥控允许接点必须闭合; 操作人员选择进入该方式。

REMOTE 方式运行期间,不允许运行人员输入 TARGET 或 RATE。 运行人员可以选择把遥控切换到操作员自动方式。 如果控制系统已转到 TURBINE MANUAL 时,遥控方式将自动被切 除。当发电机开关主断路器打开,或遥控允许接点信号打开时,控 制器也回复到 OPER AUTO。
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(4)AUTO SYNC(自动同步) AUTO SYNC 是一种遥控控制方式,在这种方式中遥控自动同步器 用升高和下降接点输入的方法调整设定值,使汽轮发电机机组达到 同步转速,以便机组并网。为了选择遥控方式,必须满足下面条件。 a b c d e 控制系统必须是在操作员自动或 ATC 方式下; 汽轮机转速必须受调节汽阀(GV)控制; 发电机油开关必须打开(机组在转速控制状态); 遥控自动同步器允许接点必须闭合; 操作人员选择进入该方式。

AUTO SYNC 方式运行人员不能改变目标值或速率值。如果控制系 统被转换到手动,或遥控自动同步许可的接点打开,发电机油开关 闭合, AUTO SYNC 方式被切除。 则 在上述情况中, 控制器回复到 OPER AUTO 方式。

2.3

旁路方式-操作人员可以选择不带旁路运行方式或带旁路运

行方式。为了投入或切除旁路,运行人员必须将鼠标移到“BYPASS INTERFACE”(旁路接口)按钮,点击进行确认,然后按 IN SERVICE (投入)把该回路投入,或者按 DUT SERVICE(切除)把此回路切除。

(1)不带旁路运行方式
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即 BYPASS OFF 运行方式,这是最为常用的一种运行方式。在这 种方式下,转速及负荷由主汽门 TV(阀切换前)或高调门 GV(阀切 换后及带负荷阶段)控制;IV 在挂闸后保持全开,不参与控制,只 在保护时动作。 (2)带旁路运行方式 即 BYPASS ON 运行方式,这是一种在热态时可选的运行方式, 这种方式下 IV 参与转速及负荷的控制,并在大约 35%--40%时全开。 两种运行方式的切换必须在跳机状态下或中调门全开后才可以进 行。 2.4 CONTROL SETPOINT(控制设定值)-运行人员输入要求的转速

或负荷目标值,以及设定值变化率。在 OPR AUTO 时,任何时候运行 人员都能够输入。输入目标值和速率的步骤如下:

(1)把光标置于左面的输入区上; (2)在标准键盘上用数字键输入要求的目标值; (3)如果在目标值区输入的数字是对的,按 ENTER 按钮进行确 认,一旦数值被确认,它就从输入区转到下部的目标区上;

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(4)如果在步骤(3)中看到的数字不满足要求,运行人员可 以返回到开始输入区上,输入一个新值; (5)如果运行人员不想改变当时的目标值,那么运行人员就可 以采取关闭子窗口或调用其它图像的方法,从屏幕上移去控制设定 值图像。下一次调用控制设定值图像时,就没有数字保留在目标或 速率的输入区上, 只要不点 ENTER, 这是一种不要原来输入值的方法; (6)当点了“ENTER”按钮后,如果新的目标与目前的设定值 不同时,HOLD 信息告诉运行人员,系统已准备好,从目前设定值以 显示的变化率到新的目标值; (7)如果在步骤(6)中观察到的速率不是要求的变化率,则 可以输入一个新值。不管机组是在运行还是在保持,在任何时候均 可以输入新的变化率。一个新的变化率是在运行期间被输入,则将 继续,不会中断,它是以一个新的变化率变化的; (8)用数字键输入要求的变化率,通常中有效数字开头,在主 屏幕上的 RATE 显示区只显示整数; (9)如果输入的 RATE 为要求的值,按 ENTER 键,在输入区下 侧的 RATE 区会显示进入到系统的数字; (10)只要“ENTER”键没有按,同步骤(4)和(5)那样改变 或取消输入速率,同样有效。 (11)运行人员现在可以按“GO”(进行)键启动达到目标值。 这图像将出现在子屏幕上,并且允许运行人员通过“GO”功能键来 实现启动,或者“HOLD”(保持)功能键来实现保持; (12)启动后,在 SETPOINT 旁边的 HOLD 信息会变成 GO,这 GO 将一直出现到设定值等于目标值,或者由运行人员或一些外部的系 统建立 HOLD 为止;
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注意: 输入一个变化就绪时,系统不接受正负号。系统根据目标值与 设定值之间的差值自动调整是加速还是减速。 系统软件设置成限制最大速率和负荷的变化率-最大负荷变化 率是 400MW/min,最大转速变化率为 800rpm/min。 可输入的最大转速是 3450rpm,最大负荷是 640MW,输入的目标 转速在任何一个叶片共振范围内时,该输入将不会被接受,同时 INVALID ENTRY(无效输入)信息将出现在屏幕上闪烁。直到有一个 有效的输入或操作人员选择了另一个图像页面。 (14)当控制设定图像被调出,并且光标在该子画面上时,运 行人员可以在任何时候,通过按“HOLD”来保持。 注意: 在保持汽机转速之前,要检查该转速不应落入本台机组的转速 共振区里。 我们推荐运行人员应了解和应用 HOLD 功能, HOLD 主要用于汽轮 发电机在加速或加载时候,电厂任何地方可能出现的偶然事件。这 些偶然事件,可能要求设定值停在目前的数值上,或者在某些情况 下,要求减速和减载。在任何一种情况下,运行人员都应该用 HOLD 功能,使设定值立即停止。 在总貌图像的左上角显示 ATC 速率,供运行人员参考。如果是 ATC 控制,则是 ATC 要选择的变化率。 2.5 反馈状态显示-该页面允许行动人员投入或切除各个反馈回

路。为了投入或切除一个回路,运行人员必须将鼠标移到所要求的 回路按钮,点击进行确认,然后按 IN(投入)把该回路投入,或者 按 DUT(切除)把此回路切除。
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回路的投入或切除是一个无扰动切换过程,在转换的瞬间重新 计算设定值,从而保持实际的值不变,来实现无扰动切换。这就是 为什么当运行人员把 MW 回路投入或切除时,可能会发现 SETPOINT (设定值)变化的原因。如果升、降正在进行中,则回路投入或切 除也同样会导致 HOLD(保持),此时,运行人员可以重新输入要求 的目标值,并再次启动(见控制方式页面)。 负荷控制中,IMP 和 MW 反馈回路切除后,实际只投一个频率反 馈回路,在这种运行方式下,该回路是一个有差调节回路。因此, 实际 MW 和 TARGET 有一定的偏差,进口主汽压力偏离额定主汽压力 越多,则偏差也越大。IMP(调节级压力)回路是快速动作回路;MW (功率)回路是相对缓慢动作的回路,但是一个无差回路,因此, 投此回路时实际 MW 和 TARGET 值是一致的。 2.7 VALVE MODE(阀门方式)-这页面使运行人员可以选择机组运

行控制阀方式,运行人员可以选择从主汽阀 TV 向调节汽阀 GV 切换, 可以进行单阀/顺序阀切换,阀门状态在该页面区显示。

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(1)主汽阀 TV-调节汽阀 GV 的转换是一个单方向的转换,机组 从主汽阀切换到调节汽阀后,运行人员就不能再切换到主汽阀控制。 (2)当机组达到推荐的转换转速时,运行人员进行了主汽阀/ 调节汽阀切换操作,切换在进行中信息“TV-GV XFER IN PROGRESS” 将在所有图像区域出现,TV/GV 进行切换时,调节汽阀从全开移向全 关位置,调节汽阀将在短时间内保持关闭,直到汽机转速有所下降, 说明调节汽阀已在控制转速,同时主汽阀向全开位置移动,由调节 汽阀控制转速在设定目标值位置。 2.8 限制器设定-运行人员投入或切除限制器以及显示和改变限

制值的页面,本节中所讨论的限制器器仅当机组不在手动方式运行 时有效。此页面控制的限制器是:

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(1)阀门位置限制(VPL)-VPL 是调节汽阀阀位的限制,以满 行程的百分比来表示,每次机组遮断时 VPL 被复置到零位,自动方 式下机组挂闸后,则阀位就开始上升直到 110%。 (2)高负荷限制(HLL)-HLL 用来限制负荷的最大设定值。在 HIGH LOAD 键右侧的输入框中输入限制值,按 ENTER 键,运行人员

可以改变限制值, HIGH LOAD 键后,再按 IN 按钮,使 OUT 变为 IN, 按 则高负荷限制功能变投入使用。机组在负荷控制时,才能投高负荷 限制。 当负荷增加时,设定值将增加,一直到达 HLL 值(HLL 已投入), 这时增加被停止,并出现限制器限制的信息,如果限制器被切除, 则信息将消失。增加将不再继续,要继续增加负荷,运行人员可以 按“GO”键,运行人员不能输入一个比预先确定的最大值还要高的 HLL 值(约为 665MW)。最小值是零或是做负荷限制值(低负荷限制 的投入时),不满足这些条件将产生一个闪烁的 INVALID ENTRY 信 息,如果当时的设定值比投入的 HLL 值大,则 INVALID ENTRY 信息 也将出现。

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(3)低负荷限制(LLL)-LLL 是用来限制最小设定值,LLL 的 送入,选择和投入,切除同 HLL。 (4)可调整的主蒸汽压力限制(TPL)-TPL 是用来限制最低主 蒸汽压力的。 A a b c d B C 投主蒸汽压力限制器应满足下列条件: 汽机在负荷控制,DEH 在自动方式下运行; 实际主蒸汽压力,要大于运行人员设定的限制压力; 主蒸汽压力传感器没有故障; 遥控主蒸汽压力限制器未投入。 控制方式转换(自动切到手动)将引起 TPL 退出。 TPL 设定后投入, 任何原因使主蒸汽压力降到低于设定值时,

将引起基准值降低,从而使负荷降低直到主蒸汽压力恢复到设定点 以上为止,调节阀最多降到 20%流量的位置。 注意: 主蒸汽压力传感器的故障,将使所有蒸汽压力控制器退出,并 且阻止 TPL 重新投入系统,任何限制器当时的状态(投入、退出或 限制)无论何时都在本页面的 STATUS 内显示。 2.9 进汽阀门试验-汽轮机所有进汽阀门的活动试验只有在机组

带负荷(负荷稳定),单阀控制和高压旁路阀、低压旁路阀都关闭时 进行。两侧阀门不能同时试验。 (1) 主汽阀 TV 试验(全行程)

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试验时负荷一般设在 60%左右额定负荷。单击“TV1”窗口,调 出 TV1 VALVE TEST 子页面,再单击 TEST(试验投入)功能键,TV1 一侧的 GV1、GV3 慢慢关下,而另一侧 GV2、GV4 慢慢增加(使负荷维持 基本不变) GV1 和 GV3 关到底后, 。 延迟 2 秒或单击 RETEST (再试验) , TV1 迅速关闭,马上全开,再单击 CANCEL(试验切除)功能键 GV1 和 GV3 慢慢恢复到原来开度,GV2 和 GV4 也慢慢恢复到原来开度,TV2 试验 和 TV1 相同。 (2)调节汽阀试验 单击 GV1~GV4 中任一个,调出对应的子页面,单击 TEST(试验 投入)功能键,对应的 GV 就关下,关到底后或单击 CANCEL(试验切 除)功能键,阀门 GV 就打开。

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(3)再热主汽门和再热调门试验 单击再热主汽门 RSV1 调出对应的子页面, 单击 TEST (试验投入) 功能键,则 IV1,IV3 先关到底,延迟 2 秒后或按 RETEST(再试验) 后 RSV1 关下,RSV1 再打开,再单击 CANCEL(试验切除)功能键,IV1, IV3 打开,RSV2 和 IV2,IV4 试验方法和 RSV1 和 IV1,IV3 试验方法相 同。

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