转速控制系统分析

600MW机组的DEH控制功能通常包括超速保护、基本控制和自动汽轮机程序控制。基本控制部分是DEH的核心，从大的方面来说，基本控制主要实现的是机组并网前的转速控制和并网后的负荷控制。以下，我们将对转速控制进行分析。

转速调节系统的功能是控制汽轮机的转速，满足机组启动和同期要求。转速调节系统组成如下图所示，是个单回路调节系统，转速调节系统主要由转速信号的测量及处理回路、转速设定值形成回路、转速调节器、电液执行机构及机组对象等组成。

一．DEH转速控制功能

DEH的转速控制通常是指从汽轮机的“预启动”到“并网”这一阶段中的通电、启动前的控制、自动预暖、挂闸、盘车、升速、并网前的试验、同步并网等一系列过程。

600MW汽轮机可选择由ICV控制冲转或由CV和ICV共同控制冲转。当旁路系统不在自动状态时，采用高中压缸联合启动方式。在旁路系统处于自动时，选择中压缸启动方式。

在设定目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。当汽机实际转速进入临界区，为了保证汽机安全通过临界区，系统自动提高升速率，将升速率改为400r/min/min以快速冲过临界区。在升速过程中，通常需要对汽机进行中速、高速暖机，以减少热应力。

转速到达3000r/min后，可以进行自动同期并网。DEH对自同期装置发出的增减脉冲指令进行累加，产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值在同期转速允许范围内（2985-3015r/min）。

二.转速控制原理

在汽轮机组发电并网前，因为采用了PID控制规律，所以可实现DEH的转速闭环无差调节。给定转速与测量转速信号进行比较后，经PID调节器运算，输出控制信号到电液伺服阀，通过伺服系统控制调节阀的开度，从而控制机组转速，使实际转速跟随给定转速变化。控制框图如下：

1.转速信号的测量及处理

汽机转速由安装在汽机轴上的电感式传感器测量。共装有三个传感器，三个传感器的输出分别送到DEH的转速处理回路，获取汽机转速。

下图示意了转速信号的处理逻辑及故障逻辑。

三路转速测量信号送入中值选择器，该中间值作为汽机实际转速。当有转速通道故障时，进行报警。如转速1通道：当1变送器品质报警或【（当1、2变送器的偏差大于控制误差死区并且1、3变送器的偏差大于控制误差死区）或（当1、2变送器的偏差大于报警误差死区并且1、3变送器的偏差大于报警误差死区）】时，通过时间延迟，同时大于目标转速的高限值，则发出通道1故障信息进行报警。通道2、3同通道1。

以上三个通道的故障信息，送到三选二逻辑，也即三个转速通道有两个以上的转速通道故障时，发出转速故障信息，同时该信号送到或门，发出系统转速故障信息。汽机的实际转速与转速设定值比较，如果两个信号偏差的绝对值超过了死区值，并且DEH运行，也将发出系统转速故障信息。

若有系统转速故障且汽机没跳闸，则使汽机跳闸。逻辑图如下：

2.目标转速

控制机组在转速不同阶段的目标值可由运行人员输入或ATC自动生成。下图示意了转速目标值的设定逻辑：

（1）.当DEH刚进入ATC控制方式时，由ATC程序给出转速目标值;

（2）.当DEH处于手动控制方式或由同期增、减或DEH没有运行或机组已经并网时，目标转速将跟踪转速设定值；

（3）.当OPC激活或DEH刚运行时，目标转速设定为3000r/min；

（4）.当目标转速落在临界区，程序将强制把目标转速设定在临界平台值(小于临界转速区的特定值)，避免目标转速设在临界转速区。

没有以上情况，在自动方式下，可由操作员随时修改转速目标值，满足机组启动要求。各种情况的目标值要和转速高限进行小选，最后形成目标转速，并送到操作员站进行显示，送到转速设定值形成回路。其中，目标转速在进行超速试验时为3360r/min，不进行超速试验时为3060r/min。

3.转速设定值的形成原理

在本系统中，转速设定值是通过加法器叠加而成的。如下图所示：

       从图中可以看出：

       （1）.当转速目标值大于转速设定值或有手动增信号时，将由升速率确定的一个正的增量送到加法器，进行叠加运算，使设定值增加；当转速目标值小于转速设定值或有手动减信号时，将由升速率确定的一个负的增量送到加法器，进行叠加运算，使设定值减小。

      （2）.当有同期增、减或内同期增、减命令时，则系统自动输入同期允许需求转速。

      （3）.当DEH进行摩擦检查或DEH没有运行时，转速设定值将跟踪转速实际值。

      （4）.当OPC动作或主开关合上，转速设定值将不发生变化，由外界设定。

       没有以上情况，在自动方式下，可由操作员随时修改转速设定值，通过加法模块改变，满足机组运行要求。各种情况的设定值要和转速值进行小选，最后形成要求转速。 

4.升速率

理论上，我们可将机组的转速和负荷从一个稳定状态无延缓地变到另一个稳定状态，但是由于机组热效应的，实际上从一个稳定状态到另一个稳态是通过一段时间的渡过来完成的，目的是为了保证机组的热应力在允许的变化范围内。

下图示意了升速率的设定逻辑。操作员设定，速率（0~400）r/min/min，

自启动方式下，速率为120.180.360r/min/min，

在临界转速区，速率为400r/min/min。

（1）.机组由ATC控制并且转速不处于临界区时，将由ATC程序提供升速率，来改变转速设定值。

（2）.当系统的实际转速超过高/低限并且正在做电超速或机械超速试验时，则升速率将由外界给出，来改变转速设定值，使设定值达到3360r/min。

     （3）.当系统正处于冷态、温态、热态、或及热态启动方式并且DEH以在运行状态时，转速升速率将由外界给出。

     （4）.当转速处于临界区并且在自动方式下时，通过大选模块形成的升速率，最终来改变转速设定值。 

（5）.当转速目标值与转速给定值进行比较，若两者偏差在高低限之间，则输出两者的偏差绝对值来形成转速率给转速设定值。

除过以上几种情况外，也可由操作员输入设定来形成。

5.转速调节器（PID）

目标转速与实际转速的偏差是通过转速调节器来进行计算的，输出控制信号改变阀门开度，以使实际转速与设定转速相等。为了提高转速调节品质，设有两个调节器，即小偏差调节器和大偏差调节器，根据实际转速和设定转速的偏差大小来选定不同的调节器。这两个调节器的的输出在并网前会被选中，形成自动控制回路的输出PID输出，然后输出油动机的开度给定信号到HSS卡。此给定信号在HSS卡内与现场LVDT油动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。图形如下：

6.3000r/min定速

同期方式是转速控制阶段的一种特殊运行方式，根据由汽机电液调节系统的自同期子模件进行同期还是由电气同期装置同期分为内同期和外同期。内同期方式下，由自同期子模件采集发电机出口电压交流信号和电网电压交流信号，通过比较幅值控制励磁机电压增减，通过比较频率控制汽机转速增减，最后通过相位比较控制发电机主开关闭合，实现同期并网。

当汽轮机转速稳定在（3000±2）r/min上，各系统要进行并网前的检查：机组超速保护试验和发电机并网模拟试验。

并网模拟试验以检查自动同期系统的可靠性及调整的准确性。在试验期间，发电机电网侧的隔离开关断开，发出“假”并网试验信号。与正常情况一样，自动同期系统通过DHE、发电机励磁系统改变发电机频率和电压。当满足同期条件时，油开关闭合。由于隔离开关是断开的，实际上发电机并未开网。故在假同期试验期间，DHE接受到假并网试验信号，在油开关闭合时，并不判定为发电机并网，这样可防止由于并网加初负荷，而引起转速升高。

除可由操作员发指令进入自同期方式外，还可在自启动方式下由ATC触发自动进入同步并网方式。当同期条件均满足时，油开关合闸，DEH立即增加给定值，使发电机带上初负荷，避免出现逆功率。

DEH进入自动同期方式，其目标转速将按同期装置发来的转速增减指令，以60r/min的变化率变化，使发电机的频率及相位达到同期并列要求的条件。在同期条件均满足要求时，可发出油开关合闸指令。

以下即为自动同期逻辑图：

7 暖机

气机暖机转速根据不同的机组确定，每台机组均有自己的暖机转速值。到达目标转速值后，可停止升速进行暖机。若在升速过程中，需暂时停止升速，可进行如下操作：

   不在ATR方式时，操作员发保持“HOLD”指令；

   在ATR方式下时，退出ATR方式后发保持指令；

   在临界转速区内时。保持指令无效，只能修改目标转速。