DEH電調自動控制技術在汽輪發電機中的應用

閆 磊

（國家能源泰安熱電有限公司，泰安 271000）

隨著經濟的迅速發展，我國的工業化逐步進入嶄新的發展階段。機械化生產的實現使得汽輪發電機的應用越來越多。由于傳統的控制技術可靠性不足且精度不夠，為實現汽輪發電機在生產領域的作用，人們對汽輪發電機提出了越來越高的技術要求。汽輪機數字電液控制系統（Digital Electric Hydraulic control system，DEH）電調控制技術作為新信息技術，具有自動化特征明顯、靈活性和可靠性高等特點，能夠有效保障汽輪發電機的高效、安全運轉。在未來的汽輪發電機應用中，DEH電調自動控制技術具有一定的技術發展空間。

1 DEH電調系統的概念及缺點

汽輪發電機中的DEH電調自動控制技術是一項關鍵技術，在具體應用中往往要在汽輪發電機中構建DEH電調系統。該系統包含了DEH液壓執行機構和計算機控制機構，因此表現出自動化特征。20世紀80年代，在工業生產領域汽輪發電機的應用中，它的調節系統在負責調節和控制時由于受限于當時的技術條件，主要采取機械液壓式調節控制汽輪發電機的負荷和轉速等參數。在整個調節和控制工作中，這一控制技術存在以下缺點。第一，操作模式以人工為主，負荷調節和轉速控制無法滿足遠程控制的要求，自動化控制水平偏低，且專業人員的工作強度較大，汽輪發電機無法在這一控制模式下保持可靠、安全的運行狀態。第二，控制技術相對落后，汽輪發電機不同模塊之間無法保持相互通信，機組間的協調性不足，整體運行效率低下。第三，調節的靈敏度不足，控制精度偏低[1]。

2 汽輪發電機中應用的DEH電調控制技術

與傳統的人工控制方式相比，DEH電調控制系統為多參數和多回路的反饋控制調節系統。該系統構成復雜，其中包含數字控制系統、油系統、運行參數測量系統、電液轉換系統與執行機構等多個子系統，如圖1所示。

圖1 DEH系統構成

2.1 數字控制系統

在DEH電調自動控制系統中，為全面實現自動化控制的目標，需要有數字控制系統的支持。數字控制系統作為DEH系統中的重要組成部分，在系統運行過程中可以接收機組轉速、閥位反饋和功率等各種信號，經過數字系統全面處理這些信號和數據，具有協調控制、自動通氣和遠程指令發送等功能[2]。

2.2 油系統

該系統往往配備有1臺主油泵、1臺高壓油泵、1臺交流油泵和1臺直流油泵。主油泵安裝在汽輪機的軸承座內。在汽輪發電機運行過程中，當離心式汽輪機的速度達到特定值后，主油泵會獨立運轉，此時的入口油源自于低壓注油器[3]。它的出口連接保安油系統和盤車裝置用油，其他兩路則進入油箱以滿足高壓注油器和低壓注油器的需求。高壓油泵屬于離心泵，在汽輪發電機機組啟動、停止和跳閘情況下，可立即啟動高壓油泵完成相應的工作。

2.3 運行參數測量系統

在汽輪發電機的運行過程中，運行參數測量系統可以在機組運行的全過程中實時獲取機組產生的參數和狀態信息。作為DEH電調控制系統的重要組成部分，運行參數測量系統包含多個測量器件。隨著機組的運行，測量器件能夠對機組的運行狀態實施全過程和動態化監測，從而得到準確的運行參數信息，如功率、轉速等。

2.3.1 功率測量

運行參數測量系統在功率測量過程中采用了霍爾效應。在應用相應的霍爾元件測量發電機功率時，采集到的相應信息經處理后可實現出線電壓轉變成霍爾電壓，發電機電流經過電流互感器后轉化成為霍爾電流，隨后被接到勵磁繞組上，同步產生對應的磁場。

2.3.2 轉速測量

轉速是汽輪發電機運行過程中的重要參數。在利用DEH電調自動控制技術進行相應的調節和控制時，需要注意參數測量的準確性。在DEH電調控制技術的支持下，汽輪發電機的轉速測量可采用3套CS-I型磁阻式轉速傳感器采集相應的轉速信息。在汽輪發電機運行的同時，由于磁阻式轉速傳感器中存在有磁阻發信器和頻率變送器，使得在采集轉速信息時能夠將對應的轉速頻率信號直接傳輸給DEH系統。這種類型的傳感器安裝如圖2所示，其中S和Q分別代表傳感器深入安裝支架的長度和傳感器與齒頭頂部的間隙。

圖2 測速傳感器及其安裝

2.4 LVDT

將DEH電調自動控制技術應用于汽輪發電機，線性可變差動變壓器（Linear Variable Differential Transformer，LVDT）起著關鍵性作用。在機組運行過程中，該類差動變壓器可以將油動機活塞的位移轉換成對應的電壓信號，并能將該信號直接反饋到伺服放大器與計算機信號進行對比，所得到的差值可直接由伺服放大器轉換為電流信息，從而驅動電液伺服閥和油動機等。

以某汽輪發動機為例，它采取的是1000-005-AD的LVDT，測量行程可達150 mm。LVDT中包含了芯桿和外殼，在外殼內包含有3個繞組。其中：1個為一次繞組，起到供給交流電源的作用；中線點兩側各分布有1個二次繞組，呈現出反向連接的特點。在機組的全面運行過程中，外殼中2個二次繞組的凈輸出是2組感應電動勢的差值。在機組運行過程中，繞組中的鐵芯處于中心位置時，這2個二次繞組所產生的感應電動勢值完全相同，此時的變送器輸入信號為0；若機組運行時鐵芯與繞組之間存在一定的相對位移量時，所產生的感應電動勢將會發生變化。例如：鐵芯呈現向上移動的趨勢時，上半部繞組所感應到的電動勢略微大一些，對應的輸出電壓為上半部的極性[4]。當二次繞組所產生的感應電動勢由整形濾波器處理后，會將這部分信號轉變為鐵芯與繞組間的相對位移電信號。具體的裝置安裝中，由于外殼固定不變，在其中配置杠桿能保障鐵芯與油動機活塞連桿的可靠連接。

2.4 電液轉換系統

計算機系統是DEH電調自動控制系統中的關鍵構成部分。相應信號由計算機運算處理后，輸出的閥門位置指令信號往往會被伺服放電器放大，而電液轉換器能夠將這部分信號從電信號轉換為液壓信號，從而驅動伺服閥中的滑閥發生移動。液壓信號在全面放大后，可以實現對高壓油動機的科學控制[5]。在汽輪發電機機組的運行過程中，若閥門位置指令信號增高，在高壓油進入油動機油缸活塞下腔位置后，活塞將呈現出向上腔移動的趨勢，經由杠桿作用使得調節氣門的開度變大；反之，壓力油將直接從活塞下腔排出，在蒸氣閥門的彈簧作用力下，活塞呈現出下移的運行狀態，使得調節氣門的開度減小。

3 結語

汽輪發電機應用中，DEH電調自動控制技術不可或缺。這一技術隨著信息技術的不斷進步，取得了顯著的發展成果。但是，由于行業內對汽輪發電機使用標準的提高，未來的DEH電調自動控制技術還有巨大的創新發展空間。相關行業在發展過程中需要全面提升汽輪發電機機組的自動化控制水平，以提升控制的靈活性和便捷性，從而為企業創造更高的經濟效益和社會效益。