火電廠數(shù)字電液控制系統(tǒng)研究

徐濟哲

摘要：DCS 控制系統(tǒng)在火電機組中的發(fā)展及其應用的成熟，提供了廣闊的空間利于熱工自動化技術的發(fā)展。熱工自動化發(fā)展的方向始終是如何改進火電機組的自動控制系統(tǒng)，在保證機組運行穩(wěn)定安全性的基礎上，提高機組運行的經(jīng)濟可靠性，增強發(fā)電企業(yè)的市場競爭力。

關鍵詞：分散控制系統(tǒng)；系統(tǒng)改造；自動控制

0引言

汽輪機是以蒸汽為工質的原動機，在國民經(jīng)濟中起著舉足輕重的作用，在各個領域有著廣泛的應用。可以用來驅動發(fā)電機、高爐鼓風機、壓縮機、船舶及各種泵等。除了作為原動機輸出動力外，汽輪機還可為其他工業(yè)過程提供工業(yè)用蒸汽，如化工、紡織、鍛壓、電解等，以及為居民提供生活采暖用蒸汽。特別是在電力工業(yè)中，汽輪機是火力發(fā)電廠的三大主機之一，用于驅動發(fā)電機發(fā)出電能。汽輪機是用來帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電的，為了保證電力生產(chǎn)的安全經(jīng)濟及供電質量，對汽輪機運行的各個階段進行控制至關重要。

1數(shù)字電液控制系統(tǒng)

汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）是在模擬電液控制系統(tǒng)上的進一步發(fā)展，它集成了兩大最新科技成果：固體電子學新技術—數(shù)字計算機系統(tǒng)和液壓新技術—高壓抗燃油系統(tǒng)。由于采用了數(shù)字計算機對各種信號進行處理，所以通過軟件可以實現(xiàn)更多的控制功能，使得組態(tài)靈活方便。在硬件上它采用了積木式結構，使得功能擴展很方便，它的各種冗余技術使得控制更為準確。這些都是前三代控制系統(tǒng)所無法比擬的。圖 1 國產(chǎn)新華公司生產(chǎn)的 DEH 系統(tǒng)結構圖。

2電液轉換器模型的建立

電液轉換器（也稱電液伺服閥）分為動鐵式和動圈式兩種，因為實驗采用的是動鐵式電液轉換器，所以本文主要推導動鐵式電液轉換器的傳遞函數(shù)。動鐵式電液轉換器如圖 2 所示，主要由電磁、液壓兩部分組成。電磁部分是永磁式力矩馬達，由永久磁鐵、導磁體、銜鐵、控制線圈和彈簧管組成。液壓部分是結構對稱的二級液壓放大器，前置級是雙噴嘴擋板閥，功率級是四通滑閥，滑閥通過反饋桿與銜鐵擋板組件相連。DEH 系統(tǒng)送來的電氣信號輸入控制線圈，在永久磁鋼磁場的作用下產(chǎn)生偏轉扭矩，使可動銜鐵帶動彈簧管及擋板偏轉，改變了噴嘴與擋板之間的間隙。間隙減小的一側油壓升高，間隙增大的一側油壓降低。在此壓差作用下斷流滑閥移動，打開了油動機通高壓油和回油的兩個控制窗口，使油動機活塞移動控制調節(jié)閥的開度當可動銜鐵、彈簧管及擋板偏轉時，彈簧管發(fā)生彈性變形反饋桿發(fā)生撓曲。待斷流滑閥在兩端油壓差作用下產(chǎn)生移動時，就使反饋桿產(chǎn)生反作用力矩，它與彈簧管、可動銜鐵吸動力等的反力矩一起與輸入電流產(chǎn)生的主動力矩相比較，直到總力矩的代數(shù)和等于即斷流滑閥到達一個新的位置，這一位置與輸入電流量成正比。當輸入信號極性相反時滑閥位移方向也隨之相反。

4結論

數(shù)字電液控制系統(tǒng)的研究，對于保持汽輪機的安全經(jīng)濟運行具有重要意義。本文工作包括 DEH 實驗系統(tǒng)的設計、搭建以及某電廠機組 DEH 系統(tǒng)改造后的試驗研究，現(xiàn)歸納如下：

（1）根據(jù)汽輪機 DEH 系統(tǒng)設計、搭建實驗系統(tǒng)，在模擬的條件下能夠實現(xiàn)包括轉速控制、負荷控制、供熱控制、單閥/順序閥切換、超速保護、在線試驗等功能的獨立完整的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以控制抗燃油的溫度、壓力和流量，還可以通過過濾裝置和冷油系統(tǒng)控制油溫過高或油的清潔度。

（2）分析、討論了DEH系統(tǒng)中電液轉換器的數(shù)學模型，在分析其不同故障機理的基礎上用計算機仿真的方法給出了電液轉換器幾種典型故障的動態(tài)響應曲線，仿真表明在DEH系統(tǒng)的動態(tài)特性研究中，可將其視為慣性環(huán)節(jié)，可以通過電液轉換器的響應特征識別不同的故障，對于通過實驗的方法識別電液轉換器故障具有一定的指導意義。

（3）分別進行了單閥與順序閥控制方式下閥門流量特性試驗，得到了單閥和順序閥控制下的流量特性曲線，通過閥門流量特性曲線和汽輪機自身特性確定順序閥控制下各個需要整定的參數(shù)及閥門重疊度，為實驗系統(tǒng)中閥門管理參數(shù)整定提供了試驗指導。

（4）根據(jù)汽輪機調節(jié)級的原始資料，計算出調節(jié)級的特性數(shù)據(jù)，繪制出特性曲線，擬合出調節(jié)級特性曲線公式，并依此計算了單閥與順序閥控制下的調節(jié)級效率，分析了順序閥控制時閥門重疊度對調節(jié)級效率和調節(jié)系統(tǒng)的影響。

參考文獻

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