自容式電液調速系統用于15 MW余熱發電機組

趙月良

（三環化工有限責任公司設備保障部，昆明650113）

自容式電液調速系統用于15 MW余熱發電機組

趙月良

（三環化工有限責任公司設備保障部，昆明650113）

余熱電站4#機組（15 MW）原調速系統存在的問題和改造過程，對比改造前后效果，指出自容式電液調節系統較原模擬電調（EHC）擁有獨立封閉油源，無錯油門等中間環節，具有系統簡單、性能優化、驅動力大、響應快、可靠性強等特點。

自容式電液調速；余熱發電機組；應用

0 前言

汽輪機調速系統是一個鎖定負反饋閉環控制系統，其作用是在各種干擾的情況下，將汽輪機的轉速、功率、主汽壓、抽汽壓力和排汽壓力等運行參數維持在給定值。汽輪機調速系統經歷了液壓調節系統、電液調節系統的發展歷程。隨著機組向高參數、大容量方向的不斷發展，電液調節系統也由模擬電調（EHC）向數字電調（DEH）方向發展。DEH系統以分散控制控制系統為基礎，具有對汽輪發電機組的啟動、升速、并網、負荷增減進行監視、操作、控制、保護、以及數字處理和CRT顯示等功能。

自容式電液調速系統作為一種集成式電液執行器，用于與DEH配套，執行DEH控制，可以替代低壓透平油型電液油動機，控制汽輪機的調節閥或主汽閥，執行電液控制。因此，自容式電液調速系統其實是汽輪機數字式電液控制系統（DEH）中的一個組成部分，主要由供油系統（油站、蓄能器、抗磨液壓油等）、執行機構（油動機、伺服閥、OPC電磁換向閥等）、液壓油及油管路系統（油管路及各閥門等）組成。

1 余熱電站4 #機組（15 WM）原調速系統及改造情況

1.1 余熱電站4#機組設備概況以及調速系統存在的問題

余熱電站4#機組于2010年2月建成投產，利用公司硫酸余熱發電，為公司重要的節能設備。機組為抽凝式汽輪機（CN15-3.43/0.49），裝機容量15 000 kW。余熱電站4#機組原調速系統屬于模擬電調，即EHC，主要特點是由于機械彈簧對油源壓力變化所引起的二次脈動油壓變化沒有補償作用，任何原因引起的油源壓力變化容易干擾油動機的正常工作，形成寄生反饋。寄生反饋在開大調節閥方向為負反饋，關小調節閥方向為正反饋，嚴重影響了油動機的穩定性。油動機遲緩率大，動態響應差是此類調速系統的通病。

4#機組于2011年9月進行大修后，做靜態試驗過程中就出現油動機開啟線性不好，并且不好調整等現象。啟動過程中，機組高壓油動機有大幅度波動，導致機組轉速、電負荷和抽汽壓力輸出波動比較大，不能滿足安全穩定的運行要求。如油動機行程從30%～40%，負荷變化為1 MW，然而從40%～50%，負荷變化只能為2 MW。4#機組調速系統不穩定造成分公司高、低壓蒸汽管網大幅波動，影響后系統磷酸等后系統熱用戶的穩定用汽。

1.24#機組調速系統改造情況

1.2.1 改造依據

4#機組原采用機械彈簧錯油門，液壓系統性能較差，需要更換原機械彈簧錯油門為液力彈簧錯油門，以提高錯油門滑閥的靈敏度，和消除油源壓力變化造成的寄生反饋。這種低壓透平油純電調，改造工作量較大，改造效果不易保證。若改用自容式，則可免去錯油門改造的麻煩，使改造工作量大為減少，并可達到較高的性能。采用自容式油動機進行徹底改造，消除原系統存在的各種缺陷。如遲緩率大、控制精度低、輸出剛度差，動態響應慢、動作不平穩、寄生振蕩等問題。使控制系統的綜合性能達到高壓抗燃油系統的水平。

1.2.2 改造主要內容

（1）取消部分。取消高壓油動機和抽汽油動機原來的CPC電液轉換器；取消高壓油動機和抽汽油動機原來的錯油門；取消高壓油動機和抽汽油動機原來的壓力變換器。

（2）加裝部分。增加獨立油源裝置：油站、蓄能器、抗磨液壓油等；增加伺服執行機構：油動機、伺服閥、OPC電磁換向閥等；增加油管路及各閥門等。

（3）拆除4#汽輪機上的調門油動機及連接的油管路，測繪原調門油動機的安裝底座尺寸，加工一個相同尺寸的蓋板，將蓋板安裝在原調門油動機的安裝位置上。

（4）與拆除部件連接的口，封堵，配做相應的堵頭，有些口拆而不堵。

（5）根據新油動機組件的行程和連接方式，修改加工原調門連接桿的長度及連接方式（連接桿螺紋長度要保證裝上鎖緊螺母后有20 mm富裕），確保油動機與調門正確安裝，調門關閉時，油動動機還有2～3 mm行程。

（6）把G80-56油動機組件放在蓋板上，確定油動機的活塞桿與調門的連接桿安裝好，并且同軸（用掉線確認），這時將油動機的焊接底板點焊在蓋板上，緊固油動機安裝底板與焊接底板的安裝螺釘，緊固鎖緊螺母，進行焊接底板的滿焊。

1.2.3 油管路的安裝及液壓工作

原理

所有管材、管件材料采用不銹鋼（如0Cr18Ni9）。管材、管件數量依據現場具體情況確定，油站液壓工作原理為柱塞泵啟動后（最大流量約為20 L/min），經過吸油濾油器，從油箱中吸入抗磨油。從柱塞泵出來后的壓力油，經過油站出口組件（截止閥、單向閥、濾油器、溢流閥）為系統恒壓供油，其中蓄能器是吸收壓力油脈沖來穩定系統壓力。

1.2.4 油站設備性能參數

柱塞泵流量15.8 cm3/（r/min），電機功率5.5 kW，系統電源AC 380 V，過濾精度5μm，系統供油壓力14 MPa，系統供油容積120 L，介質L-HM68液壓油。

1.2.5 泵站控制原理

液壓泵站采用大流量變量柱塞泵，使系統工作壓力恒定在14 MPa，泵站的壓力變送器實時將系統壓力上傳至DEH，DEH將系統壓力跟設定值做比較，當系統壓力低于設定值時，DEH給出指令，雙泵自動聯鎖，系統壓力高于設定值時，DEH給出指令，雙泵聯鎖解除，保證系統正常運行；泵站設有3個壓力開關，DEH三取二判斷系統油壓，當系統壓力低于設定的油壓低報警值，DEH給出報警信號。泵站采用雙泵冗余設計，1用1備，遠程可以控制啟、停雙泵。

1.2.6 自容式油動機液壓原理

（1）開調門或加負荷。DEH給定一開調門或加負荷指令，經運算比較后輸出一正偏值電壓ΔX，并作用在伺服閥上，伺服閥動作，從而驅動油動機動作并往上開啟調門。此調門位移經油動機LVDT反饋回DEH進行比較運算，直至其偏值電壓ΔX為0后，調門便停止移動，并停留在一個新的工作位置上。

（2）關調門或減負荷。作用過程與上相反。伺服原理框圖見圖1。

1.2.7 測速傳感器的安裝

CS-1磁性轉速傳感器采用電磁感應原理來達到測速的目的，具有輸出信號大，不需要放大，抗干擾能力好，不需要外接電源，可在煙霧，油氣，水汽等惡劣環境中使用。

1.2.8 LVDT的安裝

（1）每個支架上同時安裝2只位移傳感器（冗余），并由一個傳動件帶動2只拉桿同時運動。

（2）LVDT機械安裝時，其次級線圈輸出電壓為零的位置（芯桿上中間刻度線）與油動機行程50%對應。

圖1 伺服原理框圖

1.2.9 現場試驗后的主要控制參數

100%連續可調節工作，動作平穩，定位精度＜0.1全行程；轉速控制精度+（-）1 r/min；負荷控制精度0.1 MW；快關時間＜0.5 s；泵出口油壓恒定14 MPa。

1.2.10 改造后與原機組調節系統主要區別（表1）

表1 改造后與原機組調節系統主要區別

24 #機組改造效果

因4#機組利用硫酸余熱發電，主蒸汽壓力波動較大，原模擬電調即EHC（電液轉換器控制壓力變換器加錯油門）的液壓調速系統，油動機開啟線性差，電負荷不好調整。而基于T80控制器的自容式液壓調速系統為優化的高壓電液執行器，將油源與電液執行器分塊集成，具有系統簡單、性能優化、驅動力大、響應快、可靠性強等特點。

自4#機組調速系統系統改造以來，經過短短1個月運行，發電量明顯提高。6月發電量達901.03萬kW·h，創下了自建成以來的最高月發電量，為公司節約電費支出近140余萬元。改造前、后效果對比如下。

（1）改造前因調速系統穩不住，4#機組進汽量＜17 t時必須停車，改造后可以保持＜17 t的小汽量可連續穩定運行，發電量得到顯著提高。同時，機組運行操作穩定性提高、蒸汽排空浪費現象減少（改造前機組負荷只能維持在進汽量為17 t（最小負荷）、33 t，42 t，70 t（滿負荷）時4個階段運行，因此在生產運行中常有因不能穩定進汽量而被迫減小進汽量至17 t或33 t，42 t，從而降低發電負荷穩定運行，并同時開啟排空的浪費現象出現；改造后進汽量可成線性增減，減少排空開啟，杜絕蒸汽浪費。

（2）改造后油動機動態穩定性大幅度增加。即使壓力油源波動超過50%以上，能夠保證油動機波動不超過±1 mm，滿足機組高質量的電/熱負荷輸出，大大提高機組運行效率和穩定性。蒸汽消耗以及蒸汽排空現象明顯改善，為最大程度發揮余熱發電，節約能源奠定良好的基礎。初步估算，年發電量可提高10%～20%，低壓蒸汽放空減少30%～50%。同時，通過改造，對穩定公司蒸汽管網壓力，避免蒸汽波動，穩定后系統生產發揮了重要作用。

3 總結

經過對4#機組（CN15-3.43/0.49）調速系統改造，以及改造前、后機組運行情況的對比可明顯看出，自容式電液調速系統（DEH）較原模擬電調（EHC），擁有獨立封閉油源，無錯油門等中間環節，具有系統簡單、性能優化、驅動力大、響應快、可靠性強等特點，不失為技術先進，操作簡單，節能降耗的解決方案，為類似老機組調速系統改造提供一些借鑒和參考。

［1］李建剛.汽輪機設備及運行[M].北京:中國電力出版社，2009.

［2］康松.汽輪機原理[M].北京:中國電力出版社，2000.

〔編輯凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.31