汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)順閥控制解決方案研究

穆斌濤

摘要：DEH系統(tǒng)作為目前大型汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要。首先闡述了DEH及伺服閥的原理，其次結(jié)合實(shí)際案例分析了伺服閥故障原因，并詳細(xì)介紹了處理方法。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);DEH系統(tǒng);控制策略

在火力發(fā)電廠，汽輪機(jī)是重要設(shè)備之一。為了維持電網(wǎng)額定頻率值（50HZ），要求汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速必須穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速附近，通常規(guī)定范圍為±（1.5-3.O）r/min。為保護(hù)汽輪機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行，需要對(duì)汽輪機(jī)各部件進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視和保護(hù)，特別是在汽輪機(jī)變換不同工況的情況之下，控制系統(tǒng)需要進(jìn)行調(diào)控的因素有很多，必要時(shí)自動(dòng)打閘停機(jī)，防止重大事故的發(fā)生。為滿足上述要求，汽輪機(jī)必須配備完善可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著在電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了新型的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH），集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論和液壓控制理論的應(yīng)用于一體。近年來機(jī)組容量不斷增大，參數(shù)不斷提高，汽輪機(jī)具有的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且更為緊湊。因此，要應(yīng)用發(fā)展并分析優(yōu)化DEH系統(tǒng)，使其具備較高的運(yùn)行可靠性，快速響應(yīng)各種突發(fā)事件，對(duì)不同工況的參數(shù)及算法進(jìn)行迅速運(yùn)算，及時(shí)輸出正確，安全的操作指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)的監(jiān)視、控制和保護(hù)。

一、DEH系統(tǒng)概述

某有限責(zé)任公司現(xiàn)役四臺(tái)600MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)是由哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用FOXBORO的DEH控制系統(tǒng)，有兩個(gè)高壓主汽閥油動(dòng)機(jī)，四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)，二個(gè)中壓主汽閥油動(dòng)機(jī)，四個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)，油動(dòng)機(jī)為單側(cè)進(jìn)油，開閥由EH油壓力驅(qū)動(dòng)，關(guān)閥是依靠操縱座上的彈簧力。油動(dòng)機(jī)由位移傳感器、油缸和一個(gè)控制塊構(gòu)成。高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)、高壓主汽閥油動(dòng)機(jī)和中壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)是連續(xù)控制型油動(dòng)機(jī)，在控制塊上裝有伺服閥、卸載閥、關(guān)斷閥、遮斷電磁閥和測(cè)壓接頭，而中壓主汽閥油動(dòng)機(jī)是開關(guān)控制型油動(dòng)機(jī)，不需要伺服閥。

二、故障原因分析

汽輪機(jī)正常運(yùn)行汽門不正常擺動(dòng)時(shí)，排除LVDT故障或伺服卡故障，多為伺服閥卡澀。EH油顆粒度保持在NAS1638標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)以上，酸值保持在0.2mgKOH/g以下，EH油系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入伺服閥的EH油先經(jīng)過網(wǎng)孔為10 μm的濾網(wǎng)，如果油質(zhì)顆粒度不合格，伺服閥的噴嘴最容易堵塞，NAS1638標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)EH油每lOOml允許有16000個(gè)5-15μm、2850個(gè)15-25μm、506個(gè)25-50μm.90個(gè)50-lOOμm、16個(gè)>lOOμm的顆粒，而伺服閥噴嘴和擋板間隙為30μm，合格的EH油有許多導(dǎo)致伺服閥卡澀的顆粒，造成滑閥只能處在兩端位置，油動(dòng)機(jī)卡在全開或全關(guān)的位置，導(dǎo)致汽門全開或全關(guān)失去控制。當(dāng)出現(xiàn)更嚴(yán)重的情況，例如油動(dòng)機(jī)供回油管震動(dòng)加劇，油管溫度較其他油管溫度高，EH主油泵運(yùn)行電流不正常升高，說明伺服閥損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致供回油流量異常增大，要及時(shí)進(jìn)行隔離更換。

三、汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)基本控制策略及優(yōu)化

（一）轉(zhuǎn)速控制

轉(zhuǎn)速控制指機(jī)組從盤車、暖機(jī)、升速、同步、并網(wǎng)前試驗(yàn)直到并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)速控制，調(diào)速范圍為50-3300轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)精度范圍為±（1-2）轉(zhuǎn)/分。轉(zhuǎn)速控制為閉環(huán)無差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，啟動(dòng)方式分為高壓缸啟動(dòng)、中壓缸啟動(dòng)或高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)（帶旁路啟動(dòng)）。調(diào)節(jié)方式有兩種，一以轉(zhuǎn)速為被調(diào)量，將實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速給定值比較，轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)送至轉(zhuǎn)速控制器，計(jì)算產(chǎn)生閥門的流量指令，該指令通過閥門流量曲線分配給各高調(diào)門和中調(diào)門的開度指令;二以升速率為被調(diào)量，將實(shí)際轉(zhuǎn)速微分計(jì)算出實(shí)際升速率與給定升速率比較，得出升速率偏差信號(hào)與轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)同時(shí)送至低選環(huán)節(jié)控制轉(zhuǎn)速的上升。大部分DEH系統(tǒng)采用第一種方式。

某公司3、4號(hào)機(jī)組在2017年機(jī)組通流改造中改為高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式，與原高壓缸啟動(dòng)方式相比，高中缸聯(lián)合啟動(dòng)能充分保證管道的疏水，減小汽輪機(jī)及管道的熱應(yīng)力。排汽流量可通過調(diào)整旁路達(dá)到冬季防凍最小流量要求，適合于寒冷工況下啟動(dòng)運(yùn)行。高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式進(jìn)汽前的要求為：（l）機(jī)組在盤車狀態(tài)。（2） DEH在操作員自動(dòng)（OA）方式。（3）主蒸汽和再熱蒸汽要有56℃以上的過熱度。（4）高壓內(nèi)缸第一級(jí)下半金屬溫度和中壓缸第一級(jí)持環(huán)下半金屬溫度，大于204℃時(shí)，汽輪機(jī)采用熱態(tài)啟動(dòng)模式;小于204℃時(shí)，汽輪機(jī)采用冷態(tài)啟動(dòng)模式。（5）汽輪機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，持續(xù)運(yùn)行允許的最大背壓（絕對(duì)壓力）嚴(yán)格按照廠家排汽壓力限制表執(zhí)行，以免導(dǎo)致葉片損壞或汽輪機(jī)動(dòng)、靜部件之間的摩擦，從而造成汽輪機(jī)零部件的嚴(yán)重?fù)p傷。

（二）負(fù)荷控制

負(fù)荷控制指機(jī)組并網(wǎng)后對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行的控制。負(fù)荷控制可按手動(dòng)、自動(dòng)控制方式劃分，自動(dòng)方式下有四種負(fù)荷控制方式：功率反饋控制方式、調(diào)速級(jí)壓力反饋方式、閥位控制方式、協(xié)調(diào)控制方式;也可按閉環(huán)、開環(huán)控制方式劃分：閉環(huán)控制引入發(fā)電機(jī)有功功率反饋或主蒸汽壓力反饋，開環(huán)控制運(yùn)行人員通過閥位設(shè)定操作改變閥門的開度，需要人為注意實(shí)際負(fù)荷變化。開環(huán)控制是各閉環(huán)控制方式的后備，當(dāng)閉環(huán)回路出現(xiàn)故障時(shí)，DEH實(shí)現(xiàn)無擾切換。當(dāng)同期條件滿足，油開關(guān)合閘后，機(jī)組自動(dòng)加初負(fù)荷直到實(shí)際負(fù)荷升到5%為止。操作員可選擇投入功率控制回路、調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制回路、主汽壓控制回路進(jìn)行負(fù)荷閉環(huán)控制（一般情況下選擇功率控制回路），待升負(fù)荷結(jié)束負(fù)荷穩(wěn)定后投入?yún)f(xié)調(diào)控制回路，也可以通過手動(dòng)設(shè)定閥位指令來進(jìn)行增、減負(fù)荷。

四、結(jié)語

DEH控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組最重要的系統(tǒng)之一，因此越來越受到重視。要求DEH系統(tǒng)功能完善、設(shè)計(jì)可靠、控制精確，除了加強(qiáng)日常的維護(hù)保養(yǎng)、定期檢修外，還需對(duì)DEH系統(tǒng)控制策略進(jìn)行分析和優(yōu)化，提高控制軟、硬件配合及電液系統(tǒng)配合的嚴(yán)密性。本文以320MW汽輪發(fā)電機(jī)組DEH控制系統(tǒng)為例，與當(dāng)前其它型號(hào)機(jī)組DEH控制系統(tǒng)大同小異，希望能夠?yàn)檫\(yùn)行及維護(hù)人員提供借鑒。

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