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

1

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

2

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

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。

4

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。

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

5

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。

1 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 一般信息

1.1.1 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。

6

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 LOOP OUT（功率回路切除）。

1.1.5 阀门方式— 说明机组正在运行的阀门方式。如主汽阀控制（THROTTLE VALVE）或高压调节阀控制（GOVERNER VALVE）或再热调节阀控制（INTERCEPT VALVE）。还显示主汽阀—调节汽阀转换（TV—GV XFER IN PROGRESS）。阀门试验状态（VALVE TEST IN 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 设定—显示当前各器投入状态和值。在的页面上，任一所起作用时，相应的报警信息将在屏幕上出现。包括阀门位置、高负荷、低负荷和运行人员可调整的主蒸汽压力等。

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。

7

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 控制方式（CONTROL MODE）

b 旁路方式（BYPASS MODE）

c 控制设定值（CONTROL SETPOINT）

e 反馈状态选择（LOOP MODE）

8

f 阀门方式（VALVE MODE）

g 设定器（LIMITER）

2.2 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 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转速；

b 实行从再热调节汽阀（IV）到主汽阀（TV）/再热调节汽阀（IV）转换和主汽阀（TV）到调节汽阀（GV）的转换；

9

c 在机组同步并网后，建立负荷变化率和目标负荷；

d 投入或切除压力反馈回路和功率反馈回路；

e 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 必须在操作员自动方式；

b 发电机必须是并网带负荷；

10

c 遥控信号必须有效；

d 遥控允许接点必须闭合；

e 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。

（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 控制系统必须是在操作员自动或ATC方式下；

b 汽轮机转速必须受调节汽阀（GV）控制；

c 发电机油开关必须打开（机组在转速控制状态）；

d 遥控自动同步器允许接点必须闭合；

11

e 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，则AUTO SYNC方式被切除。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

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

12

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；

（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，

13

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；

14

（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；

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0MW，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。

15

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。

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

16

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。

（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 器设定－运行人员投入或切除器以及显示和改变值的页面，本节中

17

所讨论的器器仅当机组不在手动方式运行时有效。此页面控制的器是：

（1）阀门位置（VPL）－VPL是调节汽阀阀位的，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（HLL）－HLL用来负荷的最大设定值。在HIGH LOAD键右侧的输入框中输入值，按ENTER键，运行人员可以改变值，按HIGH LOAD键后，再按IN按钮，使OUT变为IN，则高负荷功能变投入使用。机组在负荷控制时，才能投高负荷。

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，并出现器的信息，如果器被切除，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值（低负荷的投入时），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

18

值大，则INVALID ENTRY信息也将出现。

（3）低负荷（LLL）－LLL是用来最小设定值，LLL的送入，选择和投入，切除同HLL。

（4）可调整的主蒸汽压力（TPL）－TPL是用来最低主蒸汽压力的。

A 投主蒸汽压力器应满足下列条件：

a 汽机在负荷控制，DEH在自动方式下运行；

b 实际主蒸汽压力，要大于运行人员设定的压力；

c 主蒸汽压力传感器没有故障；

d 遥控主蒸汽压力器未投入。

B 控制方式转换（自动切到手动）将引起TPL退出。

C 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

19

统，任何器当时的状态（投入、退出或）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）

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。

20

（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。

21