汽輪機電液調節系統與液壓調節系統的對比分析

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

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

1 DEH 系統與液壓系統區別

1.1 信號采集不同

1、2# 機組調節系統由機械部件組成， 以油壓做為感受轉速的信號和傳遞動力； 3、4# 機組采用電子元件對轉速、功率等信號進行測量和計算，使用液壓機械對配汽機構進行驅動。

1.2 組成結構不同

在結構上，調節系統可分為感應機構、傳動放大機構、執行機構和反饋機構四個部分。

1.2.1 感應機構、傳動放大機構：純液壓調節系統由離心式徑向鉆孔泵來感受外界電負荷變化引起機組轉子轉速的變動，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速有關，而與油的流量幾乎無關，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速升高而升高，反之則下降。主油泵在轉速變化時發出的油壓變化信號是很小的，而調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，再去控制調速汽門。 油壓作用在油門底部引起壓力變換器內滑閥的移動， 脈沖油壓信號經壓力變換器進行一級放大后經油動機進行二次放大，然后驅動油動機動作。 其動作過程圖如下：

圖1 全液壓調節系統動作過程方塊圖

DEH 分為電子控制部分和液壓調節保安部分。 電子控制系統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。通過圖形化組態工具，設計出完善的控制策詳，以適應汽輪機液壓系統的要求。 操作畫面、數據庫、歷史庫等均可與DCS 系統共享。

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等修正算法和配置的功能。

HUB：網絡集線器，實現上層網絡的通信物理接口。

控制柜：實現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據網絡，I/O 模塊主要實現對所需要的控制信號的采集轉換工作。 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DEH 控制算法的實現和運算。

測速單元：有三路測速通道，內部三選二邏輯，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。 存在自動整定零位幅值、及緊迫手動控制功效。

DEH 液壓調節保安系統主要包括電液轉換器、油動機、LVDT（位移傳感器）、電磁閥、卸荷閥、壓力開關等。

電液轉換器：是DEH 最沉要的環節，主要完成的是將電信號轉換為可控制的液壓信號。

油動機：最終液壓的執行機構。 通過機械杠桿、凸輪、彈簧等機械銜接實現對汽輪機的進汽控制。從而實現對汽輪機的轉速、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，FM146A 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整輸出信號，實現對油動機的穩定快速控制。 DEH 原理圖如下：

圖2 DEH 系統原理圖

1.2.2 執行機構無重大區別

由于液壓油動機奇特的長處，驅動力大、響應速度快、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動調速汽門，從而控制汽輪機的蒸汽通流量，實現對負荷或轉速的調整。

1.2.3 反饋機構不同

在全液壓系統中，利用油孔來起到反調整作用。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，關小調速汽門；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，直至恢復原來數值，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（參見全液壓調節系統動作過程方框圖）。

DEH 反饋機構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速汽門動作時， 位移傳感器將當前行程反饋給DEH 控制系統，當反饋值與給定值相同時，DEH 模塊驅動電液轉換器恢復脈沖油壓， 此時油動機錯油門內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

液壓調節系統，通過同步器實現對轉速和功率的控制。 在汽輪機孤網運行時，順時針轉動同步器，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，調速汽門開大，進汽增加。此時，因外界負荷不變，故機組轉速增加。機組并網后，其操作過程同上，因其轉速受到電網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，實現遠控。

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

在機組同期并網時，總閥位給定立刻階躍增添4～6%，使發電機帶上初負荷，并由轉速PI 控制方式轉為閥位控制方式。 并網后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，發電機功率將隨蒸汽參數變化而變化。

在功控方法下，操作員通過設置負荷率、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變化而變更，以維持發電機功率不變。

2 結論

因煤氣發電和飽和蒸汽發電受外界煤氣壓力和飽和蒸汽壓力的影響較大， 負荷調整亦比較頻繁。 DEH 采用計算機對汽輪機進行調節、監視和控制，與純液壓系統對比，在機組的啟動、并網、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點。

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

［2］北京和利時DEH 使用說明書[Z].