V94.3A联合循环汽轮机组控制保护系统研究

论文摘要

联合循环发电机组是当今技术成熟的洁净型商业发电装置,具有高效低耗、启动快、调节灵活等特点,在国际上日益得到重视和发展。西门子公司V94.3A型是目前世界发电市场上技术成熟、运行业绩最多、先进的大容量重型发电用动力设备之一,是上海电气集团汽轮机厂从西门子技术引进的主力机型。根据公司引进技术国产化的要求,要对V94.3A型联合循环技术进行全方位的消化、吸收及改良。因此,对作为关键技术之一的V94.3A型联合循环机组控制系统的研发意义重大。本文结合上海电气集团汽轮机厂在厦门东部燃机电厂一期工程项目——V94.3A型单轴联合循环机组建造及投运的工程应用,在消化吸收西门子V94.3A型联合循环机组控制系统设计关键,并结合作者多年电站控制经验的基础上,对联合循环汽轮机组的闭环控制和保护系统策略进行了研究和设计。首先通过对联合循环汽轮机组工艺流程及工作原理的分析,从工艺的角度提出余热锅炉、汽轮机组的的控制要求及性能目标,从而为控制方案的形成及控制系统的架构奠定坚实的基础。其次,根据联合循环汽轮机组的控制要求及工艺流程,分析了机组运行的控制原理,并采用模块化设计方法,将机组控制功能划分为转速控制、进汽控制、主蒸汽压力控制等模块。针对汽轮机组运行过程中不同的工况需求,各个模块综合作用,协同完成机组的升速、并网、排汽压力及温度等参数的协调控制,并满足运行安全要求。在此基础上,采用SPPA-T3000的软件平台,完成了控制系统硬件的配置及软件的组态。从系统运行的安全性、可靠性和经济性角度对联合循环机组的保护功能及策略进行了分析,提出了两类重要的保护措施,一为机组在非正常工况下的跳机保护,包括汽轮机在超速、轴向位移大、振动等情况下的保护;另一个为机组在热应力方面的保护,即机组在运行过程中,对汽轮机汽缸、进汽阀门等的热膨胀、热应力状态的监控和保护。最后,着重对机组的非正常工况的跳机保护和机组热应力保护进行了设计与实现。分析了联合循环汽轮机组控制和保护的仿真策略。通过搭建控制系统仿真软件平台,对联合循环汽轮机组控制、保护策略的正确性及合理性进行仿真试验及验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT（英文摘要）
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 典型联合循环汽轮机组的技术特点
• 1.2.1 通用公司
• 1.2.2 西门子公司
• 1.2.3 阿尔斯通/ABB公司
• 1.2.4 日本三菱公司
• 1.3 典型联合循环机组控制系统及性能比较
• 1.3.1 西门子公司
• 1.3.2 通用公司
• 1.3.3 三菱公司
• 1.3.4 阿尔斯通/ABB公司
• 1.3.5 各控制系统技术特点比较
• 1.4 本课题研究的内容
• 1.5 小结
• 第二章 V94.3型联合循环汽轮机组系统概述
• 2.1 V94.3型联合循环汽轮机工艺过程及工作原理
• 2.1.1 工艺过程
• 2.1.2 工作原理
• 2.2 V94.3型联合循环汽轮机组控制要求及目标
• 2.3 联合循环汽轮机组控制系统架构
• 2.4 西门子SPPA-T3000控制系统简介
• 2.4.1 硬件体系结构
• 2.4.2 软件
• 2.4.3 电力服务器
• 2.4.3.1 自动处理器（AP）
• 2.4.3.2 应用服务器
• 2.4.3.3 接口
• 2.5 小结
• 第三章 联合循环汽轮机控制原理分析
• 3.1 概述
• 3.2 过程量采集、处理及应用
• 3.2.1 汽机转速
• 3.2.1.1 测量及处理
• 3.2.1.2 应用
• 3.2.2 主管路蒸汽压力（单或双通道）
• 3.2.2.1 测量及处理
• 3.2.2.2 应用
• 3.2.3 再热蒸汽压力（单或双通道）
• 3.2.3.1 测量及处理
• 3.2.3.2 应用
• 3.2.4 低压补汽蒸汽压力（单或双通道）
• 3.2.4.1 测量及处理
• 3.2.4.2 应用
• 3.3 设定值逻辑
• 3.3.1 转速设定点
• 3.3.2 允许设定点OS
• 3.3.3 温度裕度
• 3.3.4 允许设定点梯度
• 3.3.5 主蒸汽压力设定点
• 3.3.6 有限压力/初始压力模式切换
• 3.3.7 再热蒸汽压力设定点
• 3.3.8 低压补汽蒸汽压力设定点
• 3.4 控制器设计
• 3.4.1 转速/进汽控制器
• 3.4.1.1 转速控制
• 3.4.1.2 进汽控制
• 3.4.1.3 频率支持
• 3.4.2 主蒸汽压力控制器
• 3.4.3 再热蒸汽压力控制器
• 3.4.4 低压补汽蒸汽压力控制器
• 3.4.5 高排温度控制器
• 3.4.6 高排压比控制器
• 3.4.7 等焓修正控制器
• 3.4.8 高压叶片压力控制器
• 3.5 小结
• 第四章 联合循环汽轮机保护原理分析
• 4.1 汽轮机保护系统概述
• 4.2 保护系统平台
• 4.2.1 系统特点
• 4.2.1.1 CPU
• 4.2.1.2 故障安全型IO
• 4.2.1.3 通信
• 4.3 汽轮机超速保护系统
• 4.3.1 保护系统信号监测
• 4.3.2 转速测量
• 4.3.3 超速保护
• 4.4 电子保护系统
• 4.4.1 主蒸汽、再热蒸汽温度高保护
• 4.4.1.1 启动阶段
• 4.4.1.2 稳态运行
• 4.4.1.3 设计实现
• 4.4.2 HP/IP机组余热蒸汽温度低保护
• 4.4.3 HP/IP机组壳体畸变高保护
• 4.5 汽轮机跳闸系统
• 4.6 小结
• 第五章 汽轮机应力控制
• 5.1 基本任务及功能
• 5.2 应力评估器
• 5.2.1 应力计算
• 5.2.2 应力监视
• 5.2.3 应力评估器作用
• 5.2.4 可变的温度准则
• 5.3 汽机运行模式切换
• 5.4 寿命损耗计算
• 5.5 小结
• 第六章 联合循环汽轮机控制保护系统的仿真
• 6.1 概述
• 6.2 仿真原理
• 6.3 仿真系统的设计与实现
• 6.4 仿真结果
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的论文