一种汽轮发电机数字电液调节系统技术方案

本发明专利技术涉及一种汽轮发电机数字电液调节系统，属于汽轮发电机控制技术领域。该系统由冗余式PLC系统组成，包括PLC冗余电源模块、第一中央处理器模块、第二中央处理器模块、冗余光纤以太网通信模块、远程电源模块、I/O数据采集模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、高速计数模块和现场手操人机界面设备；本系统结构简单可靠，实用性强，主要运用于小型的火力发电厂，特别适合用于垃圾焚烧发电的汽轮发电机调节系统。采用可编程序控制器代替昂贵的分布式控制系统以降低设备费用，具有通用性好、稳定性高、工作时长满足要求的特点，可完成汽轮发电机发电机组的并网、汽轮发电机负荷控制和一次调频功能。

A digital electro-hydraulic regulation system for turbo generator

The invention relates to a digital electro-hydraulic regulating system of a turbo generator, belonging to the technical field of the control of a turbogenerator. The system consists of redundant PLC system, including PLC redundant power supply module, a first central processor module, second central processor module, redundant optical fiber Ethernet communication module, power supply module, remote I/O data acquisition module, switch input module, output module, analog input module, analog output module, high-speed counter module and the manual man-machine interface equipment; the system has the advantages of simple structure, strong practicability, is mainly used in the thermal power plant is small, especially suitable for waste incineration power generation turbine generator control system. The distributed control system of programmable controller to replace the expensive in order to reduce the cost of equipment, has the advantages of good versatility, high stability, long work can be completed to meet the requirements of the characteristics of grid and generator load control and primary frequency regulation of turbo generator generator.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽轮发电机控制
，具体涉及一种汽轮发电机数字电液调节系统，适合于小型火力发电厂特别是垃圾焚烧发电的汽轮发电机调速系统。
技术介绍
汽轮发电机是以一定温度和压力的水蒸气为工质，将热能转变为机械能的旋转式原动机。电站汽轮发电机用于拖动同步发电机，把机械能转变为电能。汽轮发电机数字电液调节系统（DEH）主要完成汽轮发电机启动控制、停止控制、正常运行和事故工况下的调节控制功能。DEH控制器与液压执行(EH)系统组成一个完整的数字化电液调节（DEH）系统。DEH系统的任务：保证供电质量，用户对电能有一定量和值的要求，由于电能不能大量储存，而电力用户对电能的需求是随时变化，因此汽轮发电机组的输出功率能够随用户的需求而变化；电能质的要求，所有的用电设备都是运行在一定额定电压和额定频率之下，所以电厂输送到电网的电能必须是满足接入点的额定电压和额定频率的要求，在我国电网的额定频率为50HZ。电厂中的绝大部分的同步发电机转子磁极都为一对，发电机的频率、转速及磁极对数的关系如下式：其中，f为频率(HZ)；n为电机同步转速(r/min)；p为磁极对数。所以在我国磁极为一对的发电机要求输出50HZ频率的电能，发电机同步转速必须为3000r/min。发电机输出的电能功率和发电机转子上的电磁力矩有关，按下式计算：其中，P为发电机输出功率(Kw)；n为电机同步转速(r/min)；Me为发电机转子上的电磁力矩(KN·m)。由于发电机的转子和汽轮发电机的转子同轴安装，在不考虑机械阻力矩的情况下Me等于汽轮发电机的蒸汽动力矩Mt，汽轮发电机的蒸汽动力矩Mt和汽轮发电机转速及内功率的关系如下式：其中，n为汽轮发电机转速(r/min)；Pj为汽轮发电机内功率。因此发电厂为满足电网要求要调节所发电能的三个参数，电压一般通过调节发电机的励磁电流进行调节，电能的频率和输出功率由汽轮发电机的转速进行调节，在汽轮发电机启动并网之前，DEH系统按照预定程序不断加速汽轮发电机，使发电机的频率等于电网频率。在汽轮发电机组并网后根据DEH系统根据负荷要求自动调节汽轮发电机进气量，以保证汽轮发电机的转速和输出功率满足要求。在汽轮发电机组和电网解列后，DEH系统按照预定程序不断减速汽轮发电机，以达到安全停机的目的。在汽轮发电机发生超速或者震动超标等情况下，DEH系统按照保安程序不断减速汽轮发电机，以达到安全停机的目的。由于生活垃圾发电厂以焚烧垃圾为主要目的，发电是为了降低企业的运营成本，而且由于垃圾热值不高，装机容量很小，因此不参与电网的调峰。现有的DEH系统基本是按大型火力发电厂的技术要求进行设计和制造，控制装置采用分布式控制系统，造价昂贵。因此找到既满足小型火力发电厂技术要求又造价低廉的DEH系统是亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种汽轮发电机数字电液调节系统，该系统结构简单可靠，可满足小型发电厂调节技术要求的情况下降低设备投入。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种汽轮发电机数字电液调节系统，由冗余式PLC系统组成，包括PLC冗余电源模块、第一中央处理器模块、第二中央处理器模块、冗余光纤以太网通信模块、远程电源模块、I/O数据采集模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、高速计数模块和现场手操人机界面设备；所述的PLC冗余电源模块分别与第一中央处理器模块、第二中央处理器模块、冗余光纤以太网通信模块相连，用于向第一中央处理器模块、第二中央处理器模块、冗余光纤以太网通信模块提供电能；第一中央处理器模块和第二中央处理器模块通过光纤连接进行数据同步；第一中央处理器模块、第二中央处理器模块分别与冗余光纤以太网通信模块相连，控制冗余光纤以太网通信模块的通信传输；第一中央处理器模块、第二中央处理器模块分别与现场手操人机界面设备相连；现场手操人机界面设备用于汽轮发电机运行参数的现场显示以及在就地控制时现场操作人员就地控制第一中央处理器模块和第二中央处理器模块；冗余光纤以太网通信模块还分别与电厂DCS系统、发电机自动准同期装置相连，用于将第一中央处理器模块或第二中央处理器模块传来的数据传输至电厂DCS系统、发电机自动准同期装置，还用于将电厂DCS系统、发电机自动准同期装置发来的控制信号传递至第一中央处理器模块和第二中央处理器模块；第一中央处理器模块、第二中央处理器模块还分别与I/O数据采集模块相连，I/O数据采集模块还分别与开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和高速计数模块相连；I/O数据采集模块用于信号的模数转换，将开关量输入模块、模拟量输入模块和高速计数模块传来的模拟信号转换成数字信号后，发送至第一中央处理器模块、第二中央处理器模块，还将第一中央处理器模块、第二中央处理器模块传来的数字信号转换成模拟信号发送至开关量输出模块、模拟量输出模块；开关量输入模块用于采集汽轮发电机的各电磁阀和压力开关的开关量的数据信息；开关量输出模块用于控制汽轮发电机的各电磁阀的开关量；模拟量输入模块用于采集汽轮发电机的各种模拟量信号，包括调节阀阀位开度、主汽门开度、进气压力、蒸汽压力、蒸汽流量、汽轮发电机温度和汽轮发电机振动值；模拟量输出模块用于控制调节阀阀位开度；高速计数模块用于采集汽轮发电机的转速；远程电源模块还分别与I/O数据采集模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和高速计数模块相连，用于为I/O数据采集模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和高速计数模块提供电能。进一步，优选的是，还包括中央机架，PLC冗余电源模块、第一中央处理器模块、第二中央处理器模块和冗余光纤以太网通信模块均固定在中央机架上。进一步，优选的是，还包括远程机架，远程电源模块、I/O数据采集模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和高速计数模块均固定在远程机架上。进一步，优选的是，冗余光纤以太网通信模块与电厂DCS系统通过光纤相连；冗余光纤以太网通信模块与发电机自动准同期装置也通过光纤相连。进一步，优选的是，第一中央处理器模块与I/O数据采集模块通过PROFIBUS电缆相连；第二中央处理器模块与I/O数据采集模块也通过PROFIBUS电缆相连。进一步，优选的是，第一中央处理器模块（2）与现场手操人机界面设备（14）通过PROFIBUS电缆相连；第二中央处理器模块（3）与现场手操人机界面设备（14）也通过PROFIBUS电缆相连。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：本专利技术系统结构简单可靠，实用性强，主要运用于小型的火力发电厂，特别适合用于垃圾焚烧发电的汽轮发电机调节系统。本系统采用可编程序控制器（PLC）代替昂贵的分布式控制系统（DCS）以降低设备费用，具有通用性好、稳定性高、工作时长满足要求的特点，可完成汽轮发电机发电机组的并网、汽轮发电机负荷控制和一次调频功能。本专利技术系统与DCS系统组成的汽轮发电机调节系统相比，大约节约2/3的投资成本，而且调节性能和稳定性达到使用要求。附图说明图1为汽轮发电机数字电液调节系统的结构示意图；其中，1、PLC冗余电源模块；2、第一中央处理器模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮发电机数字电液调节系统，其特征在于，由冗余式PLC系统组成，包括PLC冗余电源模块（1）、第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）、冗余光纤以太网通信模块（4）、远程电源模块（5）、I/O数据采集模块（6）、开关量输入模块（7）、开关量输出模块（8）、模拟量输入模块（9）、模拟量输出模块（10）、高速计数模块（11）和现场手操人机界面设备（14）；所述的PLC冗余电源模块（1）分别与第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）、冗余光纤以太网通信模块（4）相连，用于向第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）、冗余光纤以太网通信模块（4）提供电能；第一中央处理器模块（2）和第二中央处理器模块（3）通过光纤连接进行数据同步；第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）分别与冗余光纤以太网通信模块（4）相连，控制冗余光纤以太网通信模块（4）的通信传输；第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）分别与现场手操人机界面设备（14）相连；现场手操人机界面设备（14）用于汽轮发电机运行参数的现场显示以及在就地控制时现场操作人员就地控制第一中央处理器模块（2）和第二中央处理器模块（3）；冗余光纤以太网通信模块（4）还分别与电厂DCS系统（12）、发电机自动准同期装置（13）相连，用于将第一中央处理器模块（2）或第二中央处理器模块（3）传来的数据传输至电厂DCS系统（12）、发电机自动准同期装置（13），还用于将电厂DCS系统（12）、发电机自动准同期装置（13）发来的控制信号传递至第一中央处理器模块（2）和第二中央处理器模块（3）；第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）还分别与I/O数据采集模块（6）相连，I/O数据采集模块（6）还分别与开关量输入模块（7）、开关量输出模块（8）、模拟量输入模块（9）、模拟量输出模块（10）和高速计数模块（11）相连；I/O数据采集模块（6）用于信号的模数转换，将开关量输入模块（7）、模拟量输入模块（9）和高速计数模块（11）传来的模拟信号转换成数字信号后，发送至第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3），还将第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）传来的数字信号转换成模拟信号发送至开关量输出模块（8）、模拟量输出模块（10）；开关量输入模块（7）用于采集汽轮发电机的各电磁阀和压力开关的开关量的数据信息；开关量输出模块（8）用于控制汽轮发电机的各电磁阀的开闭；模拟量输入模块（9）用于采集汽轮发电机的各种模拟量信号，包括调节阀阀位开度、主汽门进气压力、蒸汽压力、蒸汽流量、汽轮发电机温度和汽轮发电机振动值；模拟量输出模块（10）用于控制调节阀阀位开度；高速计数模块（11）用于采集汽轮发电机的转速；远程电源模块（5）还分别与I/O数据采集模块（6）、开关量输入模块（7）、开关量输出模块（8）、模拟量输入模块（9）、模拟量输出模块（10）和高速计数模块（11）相连，用于为I/O数据采集模块（6）、开关量输入模块（7）、开关量输出模块（8）、模拟量输入模块（9）、模拟量输出模块（10）和高速计数模块（11）提供电能。...

【技术特征摘要】
1.一种汽轮发电机数字电液调节系统，其特征在于，由冗余式PLC系统组成，包括PLC冗余电源模块（1）、第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）、冗余光纤以太网通信模块（4）、远程电源模块（5）、I/O数据采集模块（6）、开关量输入模块（7）、开关量输出模块（8）、模拟量输入模块（9）、模拟量输出模块（10）、高速计数模块（11）和现场手操人机界面设备（14）；所述的PLC冗余电源模块（1）分别与第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）、冗余光纤以太网通信模块（4）相连，用于向第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）、冗余光纤以太网通信模块（4）提供电能；第一中央处理器模块（2）和第二中央处理器模块（3）通过光纤连接进行数据同步；第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）分别与冗余光纤以太网通信模块（4）相连，控制冗余光纤以太网通信模块（4）的通信传输；第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）分别与现场手操人机界面设备（14）相连；现场手操人机界面设备（14）用于汽轮发电机运行参数的现场显示以及在就地控制时现场操作人员就地控制第一中央处理器模块（2）和第二中央处理器模块（3）；冗余光纤以太网通信模块（4）还分别与电厂DCS系统（12）、发电机自动准同期装置（13）相连，用于将第一中央处理器模块（2）或第二中央处理器模块（3）传来的数据传输至电厂DCS系统（12）、发电机自动准同期装置（13），还用于将电厂DCS系统（12）、发电机自动准同期装置（13）发来的控制信号传递至第一中央处理器模块（2）和第二中央处理器模块（3）；第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）还分别与I/O数据采集模块（6）相连，I/O数据采集模块（6）还分别与开关量输入模块（7）、开关量输出模块（8）、模拟量输入模块（9）、模拟量输出模块（10）和高速计数模块（11）相连；I/O数据采集模块（6）用于信号的模数转换，将开关量输入模块（7）、模拟量输入模块（9）和高速计数模块（11）传来的模拟信号转换成数字信号后，发送至第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3），还将第一中央处理器模块（2）、第二中央处理器模块（3）传来的数字信号转换成模拟信...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶峰，罗宇煊，邹新国，张传健，高伟，陈亮，
申请(专利权)人：云南水务投资股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53