REXA執(zhí)行器在15 MW汽輪機(jī)電調(diào)改造上的應(yīng)用

鄭玉成，王永佳，孫洪義

（沈陽東北電力調(diào)節(jié)技術(shù)有限公司，遼寧沈陽 110179）

引言

汽輪機(jī)機(jī)組廣泛應(yīng)用在電力、鋼鐵、化工等領(lǐng)域，不同于大型汽輪機(jī)電調(diào)調(diào)節(jié)方式，小汽輪機(jī)可以靈活地采用液壓伺服執(zhí)行器替代液壓伺服閥，通過錯油門對驅(qū)動力進(jìn)行放大，從而驅(qū)動油動機(jī)動作，進(jìn)而調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽量。傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)使用伺服閥控制，系統(tǒng)響應(yīng)迅速控制精度高，但是存在多級液力放大所以故障點(diǎn)多、系統(tǒng)效率低和必須停機(jī)更換維修等問題。

REXA 電調(diào)采用杠桿驅(qū)動錯油門進(jìn)而驅(qū)動油動機(jī)的結(jié)構(gòu)很好地解決了傳統(tǒng)伺服閥系統(tǒng)效率低、伺服閥卡澀、伺服閥線性飄移等問題，精簡后的控制系統(tǒng)故障率降低，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性提高。

1 故障描述

天津某鋼鐵公司15 MW 汽輪機(jī)型號為C15-3.43/1.1/(0.294)，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，額定頻率50 Hz，由調(diào)節(jié)滑閥、錯油門、油動機(jī)、啟動閥、速關(guān)閥等組成。調(diào)節(jié)信號油壓經(jīng)液壓伺服機(jī)構(gòu)CPC-Ⅱ放大，控制調(diào)節(jié)滑閥移動，再通過錯油門放大驅(qū)動油動機(jī)改變進(jìn)汽量。DEH 控制系統(tǒng)為ZH200 型控制器。汽機(jī)停機(jī)后啟機(jī)，發(fā)生調(diào)節(jié)油壓波動，脈沖油壓波動，兩個油壓波動均顯現(xiàn)發(fā)散狀，最后因為轉(zhuǎn)速波動大而停機(jī)，通過分析汽輪機(jī)故障曲線可以判定為調(diào)節(jié)油壓波動導(dǎo)致的脈沖油壓波動，調(diào)節(jié)油壓由CPC 閥產(chǎn)生，在發(fā)生故障時調(diào)節(jié)指令并沒有發(fā)生改變。現(xiàn)場檢修人員雖更換了CPC 閥，清洗了調(diào)節(jié)滑閥、錯油門、啟動閥，仍沒有解決問題。

2 REXA伺服執(zhí)行器簡介

美國REXA公司生產(chǎn)的智能型機(jī)、電、液一體化執(zhí)行器（簡稱REXA 執(zhí)行器），是將電信號轉(zhuǎn)換為力輸出的轉(zhuǎn)換裝置，是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。

REXA 執(zhí)行器控制原理：交流伺服電機(jī)帶動高壓齒輪泵運(yùn)動，產(chǎn)生的液壓油體積變化作用在油缸上實現(xiàn)位置的改變，同時通過自身位移反饋，完成閉環(huán)位置調(diào)節(jié)過程，實現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)。

內(nèi)部設(shè)置正壓補(bǔ)油箱，通過2 個單向閥在設(shè)備缺油時向系統(tǒng)補(bǔ)油。當(dāng)油缸內(nèi)部壓力超過設(shè)備最大允許壓力時，油液通過2個溢流閥流回油箱，油缸接口與齒輪泵連接處通過流量匹配閥連接。見圖1。

圖1 REXA動力模塊液壓原理圖

3 改造方案簡述

改造案對汽輪機(jī)本體部分不做任何改動，保留油動機(jī)、錯油門、OPC及AST等安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)備及功能，只改造液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分，即采用REXA執(zhí)行器取替CPC 電液轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)滑閥[21。REXA執(zhí)行器選型為QL9000-2-1/2D-P，實現(xiàn)最大出力為9 000 N、全行程50.8 mm，動作速度24.5 mm/s、死區(qū)0.1%，故障時原位鎖定。

3.1 系統(tǒng)改造內(nèi)容及部件明細(xì)

3.1.1 取消的部件

CPC-Ⅱ電液轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)滑閥、反饋滑閥和連接油管路。

3.1.2 保留的部件

（1）主汽門、調(diào)速汽門；

（2）保安系統(tǒng)；

（3）油系統(tǒng)；

（4）油動機(jī)及配汽機(jī)構(gòu)。

3.1.3 增加的設(shè)備

（1）REXA 執(zhí)行器及控制箱；

（2）杠桿機(jī)構(gòu)（圖2）；

圖2 REXA執(zhí)行器及杠桿機(jī)構(gòu)

（3）恒定脈沖油與保安油路（見圖3）。

圖3 恒定脈沖油與保安油路

3.2 改造后設(shè)備調(diào)節(jié)原理及保護(hù)動作實現(xiàn)

DEH 控制系統(tǒng)利用測速齒輪和測速裝置獲取轉(zhuǎn)速信號，通過轉(zhuǎn)速給定或壓力給定，輸出4～20 mA 信號，來控制REXA 執(zhí)行器，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速或機(jī)組負(fù)荷。

（1）負(fù)荷調(diào)節(jié)過程

以降低負(fù)荷為例說明調(diào)節(jié)過程。當(dāng)降低負(fù)荷時REXA執(zhí)行器向下動作，杠桿以油動機(jī)端為支點(diǎn)，帶動杠桿向下移動，錯油門下移，壓力油進(jìn)入油動機(jī)下腔，同時上腔排油；油動機(jī)向上移動，帶動杠桿上移與執(zhí)行器動作下移，形成負(fù)反饋，調(diào)門達(dá)到預(yù)定位置時系統(tǒng)自動平衡[2]。

（2）超速限制功能（OPC）

當(dāng)機(jī)組超速時，OPC 電磁閥動作，泄掉錯油門滑閥下部高壓油，壓力油進(jìn)入油動機(jī)下腔，上腔排油，油動機(jī)向上移動，控制調(diào)速汽門關(guān)小，轉(zhuǎn)速降低；當(dāng)OPC信號恢復(fù)后，REXA 執(zhí)行器接受新的控制信號重新對機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

（3）機(jī)組停機(jī)保護(hù)（AST）

關(guān)閉主汽門時OPC 電磁閥得電，泄掉錯油門滑閥下部高壓油，錯油門迅速關(guān)閉調(diào)速汽門實現(xiàn)調(diào)門聯(lián)鎖關(guān)閉。

3.3 改造前后原理比較

電調(diào)改造前調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理見圖4，采用CPC-Ⅱ閥將控制信號轉(zhuǎn)換成油壓，通過調(diào)節(jié)滑閥來控制錯油門下脈動油壓，反饋杠桿驅(qū)動反饋滑閥作為油壓負(fù)反饋，實現(xiàn)對油動機(jī)位置的控制，控制傳遞方式主要是油壓。

圖4 改造前CPC-Ⅱ閥控制系統(tǒng)方框圖

改造后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理見圖5，采用REXA 執(zhí)行器，通過REXA執(zhí)行器直接驅(qū)動錯油門，反饋杠桿負(fù)反饋直接控制錯油門，控制傳遞方式主要是位置。

圖5 改造后的REXA執(zhí)行器控制系統(tǒng)方框圖

3.4 改造后技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用伺服驅(qū)動執(zhí)行器直接實現(xiàn)高精度位置控制，無外供油源或氣源，閉式油源徹底解決油液污染、濾芯更換、伺服閥堵塞、伺服閥位置漂移等問題。

（2）采用杠桿機(jī)械位置平衡系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，無超調(diào)量，抗干擾能力強(qiáng)。

（3）取消了電液伺服閥、反饋滑閥和調(diào)節(jié)滑閥減少控制環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了油液過濾等級要求。

（4）REXA 執(zhí)行器可在線維護(hù)，減少了停機(jī)時間，提高了發(fā)電量。

（5）基本免維護(hù)，降低了人力成本。

3.5 改造后技術(shù)性能

改造后汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍：10%～110%高限工作轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速控制精度：≤±0.1%高限工作轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速定值精度：≤±0.1%高限工作轉(zhuǎn)速。

系統(tǒng)靜態(tài)特性：系統(tǒng)遲緩率≤±0.1%。

定位精度：小于全行程的0.3%。

重復(fù)率：小于全行程的0.3%。

死區(qū)：在控制信號的0.3%。

輸入信號：4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量。

4 結(jié)論

電調(diào)系統(tǒng)改造后運(yùn)行穩(wěn)定，各項性能指標(biāo)均符合原汽輪機(jī)電調(diào)要求。此次改造取消了CPC-Ⅱ電液伺服閥、反饋滑閥、放大滑閥、濾芯裝置等，簡化了控制環(huán)節(jié)降低了調(diào)節(jié)系統(tǒng)對油質(zhì)的要求，使設(shè)備整體能耗、維護(hù)量降低。在效率提高的同時，設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性都得到較大提升。