热工保护与顺序控制的基础知识.
(整理)热工培训教材
程序控制与热工保护程序控制的主要作用是根据预先规定的顺序和条件，使生产过程中的设备自动依次进行一系列操作，也被称为顺序控制和开关控制，是一种开关量控制技术。
热工保护的作用是当机组在启动和运行过程中发生了危急设备安全的危险工况时，使其能自动采取保护或联锁措施，防止事故扩大，从而保证机组设备的安全。
联锁是一种处理事故的控制方式，是属于保护范畴的控制功能，因此热工保护系统有时也叫连锁保护系统，它也是处理热力过程中开关量信号的控制技术。
第一节名词解释1．操作条件：转换条件之一为第一步活动之前所应具备的各种先决条件，当操作条件满足，就允许施控系统发出操作命令。
2．联锁条件：在被控对象的控制电路中可以接入联锁条件，它是使被控对象进行操作的条件，当联锁出现时，应立即操作被控对象。
3．闭锁条件：在被控对象的控制电路中也可以接入闭锁条件，它是不允许被控对象进行操作的条件，当闭锁条件存在时，禁止操作被控对象。
4．联动控制：它根据被控对象之间的简单逻辑关系，利用联锁条件和闭锁条件将被控对象的控制电路按要求互相联系在一起，以形成特定的逻辑关系，从而实现自动操作。
第二节设备一个完整的程序控制系统是将测量得到的开关量信号或将模拟量信号转换来的开关量信号输入到施控系统，施控系统按照生产过程操作规律所规定的逻辑关系，对这些信号进行综合与判断，然后输出开关量信号控制被控系统工作，完成生产过程所要求的控制操作。
一、开关量发送器开关量发送器主要有：行程开关、压力开关、差压开关、液位开关、温度开关等。
1、微动开关微动开关是利用微小的位移量完成开关触点的切换的，这种开关在行程开关中经常使用。
其工作原理示意图如下：微动开关就是靠加力片和弹簧片之间力的转换来完成位移量转换的，它与凸轮、杠杆等传动机构配合就能组成各种不同的开关。
2、行程开关行程开关采用直接接触的方法测量机械运动部件的极限位置，获得行程信息，并发出开关量信号。
一般的行程开关它有动静两个触点，动触点安装在机械的活动部件上，静触点安装在机械的不动件上。
热工自动控制系统1
项目一 热工控制系统 基本知识
任务三 调节器的动作规律及其 对过渡过程的影响
任务三 调节器的动作规律及其对过渡过程的影响
一、比例调节规律（ P ) 二、积分调节规律( I )
1、开环控制（前馈控制）系统
特点：1）根据扰动大小对被控 量进行调节； 2）控制作用及时，结构 简单； 3）调节效果未知，控制 精度差，只能克服单一扰动。
闭环控制(反馈控制）系统 系统中的被调量反馈到输入端作为调节器产生控制作用的依据。 只要被调量的偏差存在，控制设备就不停地向控制对象施加控制作用， 直到被调量符合要求为止。单元机组自动控制系统大多属于闭环控制 系统。 1）根据被控量与给定值的偏差进行调节，控制精度高；
3、综合自动化阶段（计算机控制阶段）：
（1）集中型计算机控制：用一台计算机实现几十甚至几百个控制回路 和若干个过程变量的控制、显示及操作、管理等。 （2）分散型计算机控制：指控制过程采用的系统是一种控制功能分散、 操作管理集中、兼顾复杂生产过程的局部自治与整体协调的新型分布 式计算机控制系统（又称分散控制系统） （3）综合自动化：是一种集控制、管理、决策为一体的全局自动化模 式 计算机控制的发展： 1、集中型计算机控制：可靠性要求高，风险高。（DDC） 2、分散型计算机控制：微机局部控制，协调困难。
自动控制系统中常用术语
1、被控量（被调量）：表征生产过程是否符合要求需要 加以控制的物理量。 2、给定值：按生产要求被控量必须维持的希望值。 3、调节量：由控制作用改变并对被调量进行调节的物理 量。 4、扰动：引起被控量偏离给定值的各种原因。 按来源分为外扰和内扰。
汽轮机热工保护基础知识简介
(四)汽机主保护设置要求
1.手动停机保护 硬操盘双按钮同时按下才有效。硬操盘送ETS逻辑三路信号，进行三取
二处理。另外必须有送至独立于DCS 的硬接线跳闸回路，通过硬接线跳闸 回路直接动作。
2.TSI超速 以下方式二选一： （1）采用三路全程独立的转速信号在TSI机柜进行越限判断后送出三路硬 接线信号至ETS三选二逻辑判断； （2）采用三路全程独立的转速信号在TSI机柜进行越限判断并作三取二判 断后，硬接线送出至ETS。
5.汽轮机振动保护 以下方式二选一： （1）本轴承X（Y）向报警值和本轴承Y（X）向保护动作值在TSI 进行“与”逻辑判断，硬接线送出至ETS。 （2）本轴承X（Y）向报警值和本轴承Y（X）向保护动作值均由 TSI机柜限值判断后，输出开关量信号硬接线至ETS做“与”逻辑 判断。
6.润滑油压低、EH油压低、凝汽器真空低、安全油压低： 以下方式二选一 （1）独立取样的三路（或四路）开关量信号，硬接线至ETS按三取二（或 并串联）构成保护逻辑。 （2）独立取样的三路（或四路）模拟量信号，在DCS进行越限判断后送出 三路硬接线信号至ETS三选二（或并串联）逻辑判断，构成保护逻辑。
3.各种超速保护均应正常投入。超速保护不能可靠动作时，禁止机组运行 （超速试验所必要的启动、并网运行除外）。 4.机组重要运行监视表计，尤其是转速表，显示不正确或失效，严禁机组 启动。运行中的机组，在无任何有效监视手段的情况下，必须停止运行。
（二）防止汽轮机轴系断裂及损坏事故 机组主、辅设备的保护装置必须正常投入，已有振动监测
二、防止汽轮机事故的重点要求（二十 五项目反措）
（一）防止汽轮机超速事故 1.数字式电液控制系统（DEH）应设有完善的机组启动与保护逻 辑和严格的限制启动条件；对机械液压调节系统的机组，也应有 明确的限制启动条件。 2.汽轮发电机组轴系应至少安装两套转速监测装置在不同的转 子上。两套装置转速值相差超过30r/min后分散控制系统（DCS ）应发报警。技术人员应分析原因，确认转速测量系统故障时， 应立即处理。
热工保护与顺序控制
自动控制系统的功能热工自动控制系统的功能：在锅炉点火、汽轮机冲转直至机组正常运行及事故处理的全过程中进行数据采集、参数自动调节、局部系统或辅机的顺序控制、联锁及保护等。
一个完整的自动控制系统包括几个子系统：计算机监控系统CMS（数据采集系统DAS）；模拟量控制系统MCS（机组协调控制系统）；锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）；汽轮机控制系统TCS（数字电液调节系统DEH）；旁路控制系统BPC；顺序控制系统SCS；报警系统ANN和其它一些辅助控制系统。
计算机监控系统能对数百个、甚至上千个运行过程参数进行高速实时采样，具有屏幕显示、越限报警、制表打印、操作指导、经济性能分析、事故追忆、历史数据记忆和事故分析等功能。
模拟量控制系统的功能是协调锅炉和汽机在自动控制状态下的工作，给锅炉和汽机调节系统发出指令，以适应机组调频调峰的需要。
控制系统可接受自动负荷分配指令信号、手动给定指令信号和功率、频差信号，自动调节锅炉燃料量、空气量、给水量等，使锅炉主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛负压及汽包水位等被调量维持在规定值。
炉膛安全监控系统的功能是在锅炉运行的各个阶段（包括启动和停炉过程）提供一套安全联锁及顺序控制，防止炉膛爆炸事故的发生。
对燃烧设备、冷却风、密封风以及炉水循环泵等系统提供顺序控制和联锁保护，当设备有危险时发出主燃料跳闸指令，切断所有燃料及有关设备，并提供首次跳闸原因，便于故障分析和处理。
汽轮机控制系统的功能是对汽轮机在各种运行工况下进行监视和控制。
它作为汽轮机的唯一控制手段，用来对汽轮机组进行启动，对并网、带负荷过程中的转速和负荷控制，并具有阀门管理、监视保护功能，当配有汽轮机监视仪表时，还可监视汽轮机的机械参数。
旁路系统的主要功能是改善机组冷、热、温态的启动特性，能自动满足机组滑参数启动的要求；当电网故障时，能快速（2～3s内）开启旁路阀，使锅炉维持最低负荷下稳定运行，达到停机不停炉的目的，从而使损失减到最小。
火电厂热工知识讲解第五章顺序控制与热工保护
第五章火电机组顺序控制与热工保护第一节火电机组顺序控制系统一、火电机组顺序控制系统的功能和控制方式（一）火电机组顺序控制的功能顺序控制（Sequence Control）是指将生产过程中的工况和被控设备的状态，按照预先拟定的规则，自动地依次进行一系列操作，以实现设备和系统的工作目的。
顺序控制仅与设备的启、停、开、关有关。
在顺序控制系统中，检测、运算和控制所用的信息全部是“有”“无”，或“开”“关”这两种状态表示。
这种具有两种状态的信息称之为开关量信息，因此顺序控制属于开关量控制范畴。
顺序控制系统（简称SCS）在大型火电单元机组中的主要功能是对机组热力系统及其辅机设备的启、停和开、关进行自动控制。
顺序控制技术在火电厂应用的长期发展过程中逐渐形成了按工艺流程划分顺控范围、按功能分级设计顺控系统的原则。
将同锅炉、汽轮机和发电机密切相关的所有辅机、阀门、挡板等设备的顺控称为火电厂顺序控制系统，它相当于把热力系统和辅机运行规程用顺序控制系统来实现。
主要包括燃烧器管理系统（BMS）、锅炉顺序控制系统（BSCS）、汽轮机顺序控制系统（TSCS）和公用顺序控制系统；将相对独立的全厂辅助系统（车间）的控制对象，按相对完整的工艺流程划出各顺控系统，称为电厂辅助系统顺控，主要包括化学水处理系统、输煤系统、锅炉定期排污、锅炉吹灰、凝汽器胶球清洗、锅炉除灰等顺控系统。
随着机组容量的增大和参数的提高，辅机数量和热力系统的复杂程度大大增加，一台600MW机组约有辅机、电动/气动门、电动/气动执行器300余台套，而机组的顺序控制系统有2000~3000多个输入信号、1000多个输出信号、800多个操作项目。
对如此众多而且相互间具有复杂联系的热力系统和辅机设备，仅靠运行人员进行手工操作是难以胜任的，必须采用安全可靠的自动控制装置，对热力系统和辅机实现顺序控制。
采用顺控后，运行人员只需启动一个或几个操作按钮，就能完成一个热力系统或辅助设备甚至整个机组的启、停任务，不仅能减轻了运行人员的劳动强度，更为重要的是在顺序控制系统设计中，各个设备的动作都设置了严密的安全连锁条件，无论自动顺序操作，还是单台设备手动只要设备动作条件不满足，设备将被闭锁，从而避免了操作人员的误操作，保证了设备的安全。
热工保护与顺序控制
1.“三取二”信号法的好处？表达方式？单个检测元件的误动作率p或拒动作率q很小时，可有效减小误动作率和拒动作率。
逻辑表达式：2.中英文简称计算机监视系统【CMS】数据采集系统【DAS】模拟量控制系统【MCS】机组协调控制系统【CCS】锅炉炉膛安全监控系统【FSSS】燃烧器管理系统【BMS】汽轮机控制系统【TCS 】汽轮机数字电液调节系统【DEH】汽轮机安全监视仪表【TSI 】旁路控制系统【BPS 】顺序控制系统【SCS或SEQ】汽轮机紧急跳闸系统【ETS】报警系统【ANN】3.避免轴弯曲的有效方法（1）正确投入盘车（2）当取闷缸措施4.什么是差胀？汽轮机从前段到后段，差胀的变化特点①转子和汽缸之间的相对膨胀值差值，也可以说是主轴相对于汽缸某一点的膨胀差值。
②从前段到后段，差胀越来越大5.电涡流传感器测量系统的构成6.汽轮机转速的测量方法磁阻测速、磁敏测速、电涡流测速、霍尔转速传感器7.双探头测轴震时，两个传感器在安装时要注意什么在测轴的绝对振动时，应尽可能把绝对振动传感器放在同一个平面，或尽可能靠在一起。
为了提高测量精度，应尽可能减少轴的偏心度，椭圆度，轴颈上的缺口，刻痕等等因素。
8.大型单元机组对所发生的带有全局性影响的事故的保护方式辅机故障减负荷（RB）、机组快速甩负荷（FCB）、主燃料跳闸（MFT）9.暖炉油泄露试验为了防止轻油泄露（包括漏入炉膛），通过油系统泄露试验对油母管快关阀，回油阀、油母管，各层各油角阀所做的密闭性试验。
操作人员可根据实际情况，在OIS上旁路油系统泄露试验，但是在油系统管路维修、初次投运或较长时间未投运油系统时，油泄露试验不得旁路。
选择油泄露实验旁路时，OIS画面将警告提示。
10.电磁式继电器（1）电流继电器（2）电压继电器（3）中间继电器（4）时间继电器11.接触器的特点特点：触点接触良好，接触压力足够大，触点通断速度快，并具有灭弧装置。
12.阀门的操作转矩特点在开启（或关闭）阀门的初始（或终了）一瞬间出现最大转矩，而在整个开启（或关闭）阀门的过程中转矩是不大的。
5热工程序控制及保护
第五章：热工程序控制及保护第一节程序控制基本原理1.什么是程序控制？答：程序控制也称为顺序控制或开关控制，是按照一定的顺序、条件和时间的要求，对局部工艺系统中的若干相关设备执行自动操作的一门控制技术，是一种开关量信号控制技术。
2.程序控制的主要作用是什么？答：根据预先规定的顺序和条件，使生产工艺过程中的设备自动地依次进行一系列操作。
3.什么是程序步？答：对于一个过程循环，可以将其分解成若干个清晰的连续的阶段，称为“步”，步和步之间由“转换”分隔。
当两步之间的转换条件得到满足时，转换得以实现，即上一步的活动结束而下一步的活动开始。
在一个过程循环中，步可以是动作的开始、持续或结束。
4.什么是联动控制？答：联动控制也称为联锁操作或简单程控，它根据被控对象之间的简单逻辑关系，利用联锁条件和闭锁条件将被控对象的控制电路按要求互相联系在一起，以形成某特定的逻辑关系。
从而实现自动操作。
联动控制适用于控制范围小、操作项目少、操作步少的被控对象。
5.什么是程序控制的功能组？答：火电厂的热力生产过程很复杂，在进行程序控制时，必须按局部功能将其划分为若干局部可控系统，每个系统中包括组合在一起的若干关系密切的操作项目，称为程序控制的功能组。
6.程序控制系统必须具备的最基本的功能是什么？答：程序控制系统必须具备的最基本的功能是：（1）按程序执行所规定的操作项目和操作量；（2）在上步程序完成后，在规定条件下，能按次序有规律地进行程序步的转换。
7.程序控制分类有哪些？答：程序控制可从以下方面进行分类：（1）按系统构成方式分类；（2）按程序步转换方式分类；（3）按逻辑控制原理分类；（4）按程序可变性分类；（5）按使用逻辑器件分类。
8.程序控制按系统构成方式分类有哪些？答：有下列几类：（1）开环工作方式：在程序控制系统工作的过程中，施控系统发出操作命令以后，不需要把被控对象执行后的回报信号反馈给施控系绕，施控系统仍能自动使程序进行下去，这是开环工作方式。
第八章14热工顺序控制系统简介
一、顺序控制系统功能、作用、项目 二、热工顺序控制组成、术语、应用 三、单元机组热工顺序控制的分级 四、顺序控制装置 五、联锁控制技术P250-P252 六、联锁控制例 两台水泵联动控制 七、顺序控制例 锅炉定期排污顺控 八、某锅炉风烟系统图及其顺序控制 九、某电动给水泵系统图及顺序控制
五、联锁控制技术P250-P252
• • • • 1.联锁控制： 联动控制(动)信号、闭锁控制(禁)信号 2.联锁控制实现方法： 联动信号、闭锁信号的引入相应的设备执 行级。 • 一设备可能既有联动信号又有闭锁信号； 两类矛盾信号同时出现时就取决于优先权。
联锁控制技术P250-P252
• 3.联锁保护：当某些设备故障或停运则自动 停止或启动与其相关的设备的状态。 • 4.联动功能和联锁条件：联动备用设备（因 参数异常、设备故障）；联跳（闭锁）相 关设备 • 5.闭锁功能和闭锁条件：禁止不合条件的或 非法操作，禁止矛盾事件同时发生。
4.设备（驱动）级控制P239
• 设备（驱动）级控制是顺序控制的基础级， 它是用于对具体设备进行执行操作的电路 或装置。如电动门控制装置、电动机控制 装置等。对其状态可以在控制室监视和远 方操作，或进行就地监视和操作。 • 设备级控制是一对一的操作，即一个启停 指令对应一个驱动装置。如对某截流阀的 单一性操作可在CRT键盘上操作完成。
2.功能组级控制P238-P239
• 是将相关联的设备相对集中地进行启动或 停止的顺序控制。当功能组级控制未受到 机组级控制而独立工作时也叫功能组手动 方式。 • 它接受机组级下发或其他功能组来的启停 联跳等指令。 • 启/停、自动/手动(A/M)操作； • 闭锁（HALT)/释放(RELEASE)操作； • 首台控制设定操作
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模拟量信号：在时间和幅值上是连续的，可用连续的数学函 数表示，多来自传感器或变送器的输出信号，如主蒸汽温度、 主蒸汽压力 开关量信号：只有有限个对立状态的逻辑变量，如磨煤机的 启停、燃烧器的投入与切除、触点的闭合或断开状态 热工保护与顺序控制均属于开关量控制范畴，因而有些书藉称 为热工开关量控制系统。
机组异常
报警 自动启动或切除某些设备或系统 停止机组(或某一部分)运行
2、连锁
在一个装置或许多装置的组合当中，一个装置中的某个 部件或该组合中的某个装置动作时，将引起另一个部件 或该组合的另一个装置的动作。
例如：大型辅机与相关的冷却系统、润滑系统、密封 系统之间的连锁控制。 例如：引风机因故障全部跳闸时，引起送风机、排粉 机、给煤机、磨煤机等相继依次跳闸。
1、常用术语
切换值：使输出变量改变的任一输入变量值；
上切换值(动作值)：输入变量（物理量）增大时，使输出
变量(开关量)改变的输入变量值，如图中的P1＋ΔP ；
下切换值(复原值）：输入变量（物理量）减小时，使输出
变量(开关量)改变的输入变量值。如图中的P1；
切换差(死区)：上切换值与下
切换值之差。
3）机组保护系统（炉、机、电大联锁保护）
炉机电大联锁保护
大型单元机组的特点是炉、机、电在生产中组成一个有 机整体，其中某个环节出现故障时，必然会不同程度地 影响整个机组的正常运行，因此需要综合考虑故障情况 下炉、机、电三者之间的关系。
炉机电大联锁保护动画演示
四、自动报警系统的应用
监视机组运行过程中的各种工况参数和设备状态； 发生参数越限或设备故障时，以声光形式发出报警信号。
3、顺序控制（开关量控制）
将机组的部分操作按热力系统或辅机划分成局部控制 系统，按照事先规定的顺序进行自动操作的一门控制技术。
机炉辅助系统
吹灰系统
化学水处理系统
脱硫系统
输煤系统
脱销系统
例：化学水处理系统
化学水处理系统的任务是向热力系统供给合格的补充水。 它包括： 原水净化处理系统； 制备锅炉所需质量的补给水系统； 汽轮机凝结水的净化处理系统； 废水处理系统
既减小误动 作率又减小拒动作率； 测
如炉膛火焰监视系统
点
三、热工保护系统
1）锅炉保护系统 炉膛安全保护FSS：锅炉汽压保护、水位保护、直流锅 炉断水保护、再热器保护、主燃料跳闸保护、机组快 速甩负荷保护等
2）汽轮机保护系统 汽轮机紧急跳闸系统ETS：轴向位移保护、缸胀和差胀 保护、超速保护、振动保护、主轴弯曲保护、轴承温 度高和油压低监视保护、凝汽器真空低监视保护、给 水加热器保护、汽轮机进水保护等
（一）开关特性
当输入的物理量在某一范围内变化时， 输出的开关量状态发生改变：
(1)当输入＜P1时，输出“1-2通”； (2)当输入＞P1＋ΔP 时，输出“1-3通”； (3)当P1＜输入＜P1＋ΔP 时，输出可
以是“1-2通”也可以是“1-3通”。
如果输入是增方向通过P1 时，则输出“1-2通”； 若输入是减方向通过P1＋ΔP 时，则输出“1-3通”。
化学废水 煤厂排水 锅炉清洗废水
天然水中含有很多杂质，必须经过一系列处理，除去对锅 炉安全有害的杂质，才能作为锅炉补给水。当原水经澄清、 过滤、除去机械杂质后，还要进行软化和除盐，除去溶解 在水中的钙、镁、钠等盐类。
由于化学水处理除盐的运行和再生比较频繁，再生过程中 的阀门、水泵和风机的操作量很大，因而一般都采用顺序 控制。
算，将结果通过输出部件、驱动执行机构完成操作任务。 基础部件主要包括：
一、开关量变送器 二、常用控制电器 三、执行机构
一、开关量变送器
能够把被测物理量转换成开关形式的电信号进行输出的设备。 （一）开关特性 （二）开关量变送器的种类
1.压力开关 2.差压开关 3.流量开关
4.液位开关 5.温度开关 6.行程开关
主要内容：
一、热工保护、连锁和开关量控制 二、热工保护的设计准则 三、热工保护系统 四、顺序控制的设计准则（自学） 五、顺序控制的项目内容（自学）
一、热工保护、连锁和开关量控制
1、热工保护
当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全 的故障时，自动采取某些措施，防止事故产生和避免事故 扩大，从而保证机组的正常启停和安全运行。
绪论
电厂三大控制技术： PLC DCS FCS
大型火电机组控制系统功能构成示意图
第一章 热工保护与顺序控制的基础知识
第一节 分散控制系统DCS 第二节 可编程序控制器PLC 第三节 热工保护与顺序控制的基本概念 第四节 开关量控制的基础部件 第五节 开关量信号的可靠性
第三节 热工保护与顺序控制的基本概念
1、压力开关
1）工作原理 将被测压力转换成为开关信号；
介质压力或差压P
作用力F1 弹簧力F2
F1< F2→接通7-8； F1≥F2→接通7-9；
如图中ΔP
2、主要技术要求
1）动作的稳定性和可靠性 2）切换差的选择
切换差分为可调与不可调两种
切换差不是越小越好，而应根据使用要求来确定；
（二）开关量变送器的种类
开关量变送器的主要任务是将被测物理量转换成开关形 式电信号，主要有：
1.压力开关 2.差压开关 3.流量开关
4.液位开关 5.温度开关 6.行程开关
顺序控制器现在一般都采用可编程序控制器（PLC）。
二、热工保护的设计准则
误动作：系统不应该动作而动作；
拒动作：系统应该动作而不动作。
测
点
“二取一” ：
测
串联法 如汽轮机轴向位移保护。
点
并联法 如汽轮机进水保护、主蒸汽压力高保护。
“三取二”：采用三个检测元触点闭合时，信号单元就有输出；
自动报警系 统的组成
第一章 热工保护与顺序控制的基础知识
第一节 分散控制系统DCS 第二节 可编程序控制器PLC 第三节 热工保护与顺序控制的基本概念 第四节 开关量变送器的基础部件 第五节 开关量信号的可靠性
第四节 开关量控制的基础部件
开关量控制应完成的功能:P28 根据输入的开关量信号，按预定工艺要求进行逻辑运