汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)與液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的對比分析

李紅旗 徐興明

（河南濟源鋼鐵〈集團〉有限公司 動力廠，河南 濟源459004）

0 前言

隨著國家對能源環(huán)保的重視，我公司對廢氣（汽）也進行充分的利用。 根據(jù)煉鐵高爐富余煤氣和轉(zhuǎn)爐富余蒸汽，陸續(xù)建成兩臺12MW 煤氣發(fā)電機組、一臺25MW 煤氣發(fā)電機組和一臺6MW 飽和蒸汽發(fā)電機組。1、2# 機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)為純液壓調(diào)節(jié)。3#、 4# 調(diào)節(jié)系統(tǒng)為數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic control system）,簡稱DEH。 通過近幾年的運行對比，DEH 系統(tǒng)明顯優(yōu)于純液壓控制系統(tǒng)。

1 DEH 系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)區(qū)別

1.1 信號采集不同

1、2# 機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)由機械部件組成， 以油壓做為感受轉(zhuǎn)速的信號和傳遞動力； 3、4# 機組采用電子元件對轉(zhuǎn)速、功率等信號進行測量和計算，使用液壓機械對配汽機構(gòu)進行驅(qū)動。

1.2 組成結(jié)構(gòu)不同

在結(jié)構(gòu)上，調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為感應(yīng)機構(gòu)、傳動放大機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和反饋機構(gòu)四個部分。

1.2.1 感應(yīng)機構(gòu)、傳動放大機構(gòu)：純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)由離心式徑向鉆孔泵來感受外界電負荷變化引起機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變動，離心式徑向鉆孔油泵特點之一、當進口油壓一定時，油泵出口油壓的變化與轉(zhuǎn)速的變化成正比例;第二、當進口油壓一定時，油泵出口油壓僅與汽輪機轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與油的流量幾乎無關(guān)，它的P-Q 曲線是條與橫坐標幾乎平行的水平線，減少了油壓的波動。 因此,油泵的出口油壓隨轉(zhuǎn)速升高而升高，反之則下降。主油泵在轉(zhuǎn)速變化時發(fā)出的油壓變化信號是很小的，而調(diào)速汽門受到的蒸汽作用力卻比較大，通過將油泵出口的油壓變化放大后，再去控制調(diào)速汽門。 油壓作用在油門底部引起壓力變換器內(nèi)滑閥的移動， 脈沖油壓信號經(jīng)壓力變換器進行一級放大后經(jīng)油動機進行二次放大，然后驅(qū)動油動機動作。 其動作過程圖如下：

圖1 全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作過程方塊圖

DEH 分為電子控制部分和液壓調(diào)節(jié)保安部分。 電子控制系統(tǒng)部分主要包括操作員站、HUB、 控制柜等。 控制柜中除配有與通常DCS系統(tǒng)相似的開入、開出、模入、模出I/O 模塊外，還配有DEH 專用模塊——測速單元、伺服單元。通過圖形化組態(tài)工具，設(shè)計出完善的控制策詳，以適應(yīng)汽輪機液壓系統(tǒng)的要求。 操作畫面、數(shù)據(jù)庫、歷史庫等均可與DCS 系統(tǒng)共享。

操作員站：主要完成的是人機接口，運行人員通過操作員站完成能夠應(yīng)用DEH 完成的正常操作。 任意一臺操作員站能夠定義成工程師站， 工程師和DEH 軟件保護人員可以通過工程師站進行組態(tài)等修正算法和配置的功能。

HUB：網(wǎng)絡(luò)集線器，實現(xiàn)上層網(wǎng)絡(luò)的通信物理接口。

控制柜：實現(xiàn)I/O 模塊的安裝安排和接線端子的布置，I/O 模塊通過DP 通訊線和主控單元連接形成頂層的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，I/O 模塊主要實現(xiàn)對所需要的控制信號的采集轉(zhuǎn)換工作。 通過工程師站將DEH 控制算法下裝到控制柜， 控制柜中的主控單元實現(xiàn)DEH 控制算法的實現(xiàn)和運算。

測速單元：有三路測速通道，內(nèi)部三選二邏輯，可輸出超速限制、超速保護接點信號。

伺服單元：它與伺服閥、油動機、LVDT 等組成位置隨動系統(tǒng)。 存在自動整定零位幅值、及緊迫手動控制功效。

DEH 液壓調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)主要包括電液轉(zhuǎn)換器、油動機、LVDT（位移傳感器）、電磁閥、卸荷閥、壓力開關(guān)等。

電液轉(zhuǎn)換器：是DEH 最沉要的環(huán)節(jié)，主要完成的是將電信號轉(zhuǎn)換為可控制的液壓信號。

油動機：最終液壓的執(zhí)行機構(gòu)。 通過機械杠桿、凸輪、彈簧等機械銜接實現(xiàn)對汽輪機的進汽控制。從而實現(xiàn)對汽輪機的轉(zhuǎn)速、功率、汽壓等最終目標的控制。

LVDT（位移傳感器）：是油動機行程的實時反饋系統(tǒng)，F(xiàn)M146A 伺服模塊通過它的反饋信號和主控單元的指令進行比較從而調(diào)整輸出信號，實現(xiàn)對油動機的穩(wěn)定快速控制。 DEH 原理圖如下：

圖2 DEH 系統(tǒng)原理圖

1.2.2 執(zhí)行機構(gòu)無重大區(qū)別

由于液壓油動機奇特的長處，驅(qū)動力大、響應(yīng)速度快、定位精度高，DEH 控制和液壓控制的汽輪機進汽閥門均采用油動機驅(qū)動調(diào)速汽門，從而控制汽輪機的蒸汽通流量，實現(xiàn)對負荷或轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

1.2.3 反饋機構(gòu)不同

在全液壓系統(tǒng)中，利用油孔來起到反調(diào)整作用。其動作過程為：油動機的反饋套筒上，開有和脈沖油路相連的反饋窗口，脈沖油由油動機下端經(jīng)此反饋窗口流入主油泵入口。當脈沖油壓隨負荷的減小而增加時，錯油門滑閥上移，開啟通往油動機活塞下部油室的窗口，油動機活塞在壓力油作用下向上移動，關(guān)小調(diào)速汽門；這時，因油動機活塞的上移，反饋窗口的開度增加，使脈沖油壓因回油增加而下降，直至恢復(fù)原來數(shù)值，錯油門滑閥因脈沖油壓下降而向下移動，直至回到原來的平衡位置，完成反饋任務(wù)（參見全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作過程方框圖）。

DEH 反饋機構(gòu)由安裝在油動機上的位移傳感器組成， 當油動機拉動杠桿使調(diào)速汽門動作時， 位移傳感器將當前行程反饋給DEH 控制系統(tǒng)，當反饋值與給定值相同時，DEH 模塊驅(qū)動電液轉(zhuǎn)換器恢復(fù)脈沖油壓， 此時油動機錯油門內(nèi)的滑閥遮斷油動機進油口和出油口，油動機不動作。

1.3 控制功能不同

液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過同步器實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速和功率的控制。 在汽輪機孤網(wǎng)運行時，順時針轉(zhuǎn)動同步器，通過蝸桿、蝸輪傳動使同步器心桿下移，壓力變換器彈簧力增加，使滑閥下移，脈沖油壓因回油增加而降低，錯油門滑閥下移，壓力油進入油動機活塞上部時活塞下移，調(diào)速汽門開大，進汽增加。此時，因外界負荷不變，故機組轉(zhuǎn)速增加。機組并網(wǎng)后，其操作過程同上，因其轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)頻率的限值而近似不變，故進汽量的增加使汽輪機的負荷增加。同步器的操作也可以通過主控室電動直接操作，實現(xiàn)遠控。

DEH 在汽輪發(fā)電機組并網(wǎng)前，操作員通過操作員站上的軟操盤設(shè)置升速率、目標轉(zhuǎn)速后，給定轉(zhuǎn)速自動以設(shè)定的升速率向目標轉(zhuǎn)速迫近，實際轉(zhuǎn)速隨之變化。 當進入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時，自動將升速率改為大于等于400r/min/min 快速過臨界。

在機組同期并網(wǎng)時，總閥位給定立刻階躍增添4～6%，使發(fā)電機帶上初負荷，并由轉(zhuǎn)速PI 控制方式轉(zhuǎn)為閥位控制方式。 并網(wǎng)后DEH的控制方式可在閥位控制、功率控制方式之間無擾切換。

在閥控方式下，操作員通過設(shè)置目標閥位或按閥位增減按鈕控制油動機的開度。在閥位不變時，發(fā)電機功率將隨蒸汽參數(shù)變化而變化。

在功控方法下，操作員通過設(shè)置負荷率、目的功率來改變功率給定值，給定功率與實際功率之差，經(jīng)PI 運算后控制油動機的開度。 在給定功率不變時，油動機開度隨蒸汽參數(shù)變化而變更，以維持發(fā)電機功率不變。

2 結(jié)論

因煤氣發(fā)電和飽和蒸汽發(fā)電受外界煤氣壓力和飽和蒸汽壓力的影響較大， 負荷調(diào)整亦比較頻繁。 DEH 采用計算機對汽輪機進行調(diào)節(jié)、監(jiān)視和控制，與純液壓系統(tǒng)對比，在機組的啟動、并網(wǎng)、以及帶負荷過程中，具有控制精度高、操作簡單，并且減少運行人員工作量等優(yōu)點。

［1］西安電力學校汽輪機教研組.小型火力發(fā)電廠汽輪機設(shè)備及運行[M].中國電力出版社,1996.

［2］北京和利時DEH 使用說明書[Z].