中小型汽輪機的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

廖峻嵐

（廣州廣重企業(yè)集團有限公司，廣東廣州 511495）

1 汽輪機控制系統(tǒng)概述

隨著電廠對供電品質(zhì)提出了更高的要求，提高汽輪機控制系統(tǒng)水平顯得更加必要。除了為電廠提出的使用參數(shù)設計的特定的通流方案，采用控制性能好、控制精度高、自動化程度高的純電調(diào)的汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為最合適的配置，以便最大限度發(fā)揮汽輪機組的技術優(yōu)勢。本文以博羅生活垃圾焚燒發(fā)電項目冷凝式15 MW汽輪機（機組型號N15-6.4//450）為例說明電液調(diào)節(jié)在中小汽輪機上的應用，該機組的配置為:采用和利時自容式DEH系統(tǒng)包括T800-F系列硬件和電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)B400；TSI系統(tǒng)采用江陰市第三儀器廠QBJ-3800C系列；ETS系統(tǒng)采用和利時公司的控制系統(tǒng)。

N15-6.4//450型凝汽式汽輪機組是6000 r/min的單缸高轉(zhuǎn)速快裝式汽輪機組，汽輪機轉(zhuǎn)子后端通過膜片聯(lián)軸器與減速齒輪箱相連，再帶動3 000 r/min發(fā)電機發(fā)電。其外部系統(tǒng)執(zhí)行機構主要由主汽閥（危急遮斷閥）、調(diào)節(jié)閥、三個系統(tǒng)非調(diào)整抽汽單向關閉閥及其所配油動機等液壓部套組成，具體組成詳見圖1。在延用常規(guī)閥門和主機結(jié)構模式的前提下，這些油動機和液壓部套由以往常規(guī)使用透平油的控制油系統(tǒng)替換成高壓抗磨液壓油系統(tǒng)，并在結(jié)構安排上規(guī)避了透平安全油（潤滑油）與高壓抗燃油因泄漏而出現(xiàn)混合的可能影響。

本機組通過將汽輪機的傳感器信號輸入DEH系統(tǒng)，經(jīng)伺服放大器輸出信號，通過電液伺服閥轉(zhuǎn)化為液壓信號驅(qū)動相應的油動機，并通過機械的聯(lián)接，控制進汽調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)整汽輪機的進汽量以適應負荷變化的需要。

2 電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.1 電氣控制系統(tǒng)

N15-6.4//450型冷凝式汽輪機采用純數(shù)字式電液控制系統(tǒng)，DEH系統(tǒng)采用和利時公司T800-F系列，其相應的DEH控制柜構成MACS-DCS系統(tǒng)中的一個現(xiàn)場控制站。該系統(tǒng)主控單元FM802采用雙冗余配置及通信方案，互為熱備用。盡管兩個CPU都接在通信網(wǎng)絡上，但只有主CPU通過通信網(wǎng)絡發(fā)送和接收信息。如果主CPU發(fā)生故障，仲裁器就把工作權轉(zhuǎn)移給備用的CPU。在工作期間，備用CPU通過仲裁器設置主CPU的狀態(tài)，不斷更新自己的存儲器[1]。

該系統(tǒng)配有多套冗余的電源組件并聯(lián)使用，同時提供繼電器回路和硬接線手操盤。任一模塊均可帶電拔插，可在不停機情況下帶電維護及更換板件。軟件組態(tài)方便，容易掌握，可根據(jù)工程需要修改及擴展功能。

測速模塊FM163E系統(tǒng)配有3塊測速板組成轉(zhuǎn)速信號為三取二冗余結(jié)構，具有103%額定轉(zhuǎn)速和110%額定轉(zhuǎn)速的接點輸出，在汽輪機轉(zhuǎn)速飛升到額定轉(zhuǎn)速103%時，發(fā)出快關調(diào)門信號，通過OPC電磁閥，迅速關閉調(diào)節(jié)閥，使機組的轉(zhuǎn)速盡快穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速[2]；當轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速110%時，危急遮斷系統(tǒng)會發(fā)出停機信號并快速關閉所有閥門，實行緊急停機[3]，從而實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速和三取二超速保護功能。

伺服模塊FM146B與液壓系統(tǒng)的伺服閥、油動機、位移反饋（LVDT）構成電液隨動系統(tǒng)，完成對油動機位置的閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速信號為三取二冗余和油動機位移信號雙冗余，有效降低了機組的事故停機率。

另有三個轉(zhuǎn)速信號分別輸入到隸屬于TSI系統(tǒng)的三個轉(zhuǎn)速模塊中，當轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速110%時，經(jīng)三取二表決后，將處理后的信號送到ETS系統(tǒng)，實現(xiàn)常規(guī)的超速保護功能。

該DEH系統(tǒng)可實現(xiàn)本汽輪機組調(diào)試和正常運行的主要功能，如下：

起動過程的轉(zhuǎn)速控制，包括7種方式：①同期并網(wǎng)；②閥控方式；③功控方式；④壓控方式；⑤CCS方式；⑥一次調(diào)頻；⑦緊急手動；

限制控制功能，包括：①超速限制；②閥位限制；③高負荷限制；④主蒸汽壓力限制；⑤甩負荷；⑥低真空負荷限制[1]；

保護控制功能，包括：①超速保護；②TSI電氣超速保護；③DEH軟件組態(tài)超速保護；④DEH測速模塊硬件超速保護；

試驗系統(tǒng)功能，包括①假并網(wǎng)試驗；②超速試驗；③閥門活動試驗；④閥門嚴密性試驗；⑤高壓遮斷模塊試驗；⑥OPC開關調(diào)門試驗；⑦離線仿真試驗；

除此之外，有孤網(wǎng)運行控制功能，報表、操作記錄、趨勢管理功能；可提供OPC接口，與管理網(wǎng)連接方便；并提供100點以上測點，適應日常運行管理需求。

2.2 液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)采用的是和利時公司B400系列自容式電液執(zhí)行機構和自容式液壓泵站，其工質(zhì)采用無毒環(huán)保的高壓抗磨液壓油。

圖1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

液壓控制系統(tǒng)主要包括：伺服油動機、供油系統(tǒng)、保安系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)主要是將調(diào)節(jié)閥油動機變?yōu)殡娨核欧蛣訖C。即由電液伺服閥、調(diào)節(jié)閥油動機、冗余LVDT位移反饋和電子控制裝置的硬件伺服模塊等組成，是一個電液隨動式系統(tǒng)。

自容式高壓抗磨油供油系統(tǒng)采用獨立油源，包括EH冗余油泵、濾油器、電加熱器、蓄能器等。

保安系統(tǒng)包括AST遮斷電磁閥、OPC快關電磁閥、主汽閥電磁閥、單向關閉閥電磁閥、不銹鋼隔離閥。

自容式液壓泵站結(jié)構緊湊、集成度高，油泵電機組冗余配置，兩套油泵互為備用。當調(diào)節(jié)油系統(tǒng)壓力偏低時，能自動啟動備用油泵，以保證供油可靠。泵站使高壓抗磨液壓油的油源獨立，避免了潤滑油與調(diào)節(jié)用油的混合污染，便于保持調(diào)節(jié)用油的清潔度和封閉，防止調(diào)節(jié)部套的卡澀。

高壓抗磨液壓油的工作油壓力為14 MPa，每個閥門配置一臺自容式油動機，OPC電磁閥失電狀態(tài)下，高壓油進入卸載閥上腔建立起安全油壓，卸載閥關閉，油動機準備就緒。DEH送來的信號通過電液伺服閥轉(zhuǎn)換為控制油動機活塞升降的液壓信號，由于位移傳感器（LVDT）與活塞聯(lián)動，其反饋的位置信號與閥位指令相平衡時，活塞停止運動，完成對調(diào)節(jié)閥開度的調(diào)整。根據(jù)閥位指令信號的變化，油動機隨時地調(diào)節(jié)蒸汽閥門的開度，實現(xiàn)單閥控制方式。要求緊急停機時，安全系統(tǒng)動作，卸載閥打開，油動機活塞上下腔室連通，活塞下腔的油迅速流向上腔，活塞下的油壓迅速下降，活塞在上腔高壓力作用下迅速關閉。由伺服板、伺服閥、油動機、冗余LVDT組成一個電液隨動系統(tǒng)，反應快、靈敏。

液壓系統(tǒng)通過一套透平油系統(tǒng)的安全油三取二冗余信號，作為高壓抗磨液壓油系統(tǒng)的安全油，來控制油動機運行。一旦供油系統(tǒng)失壓，或安全系統(tǒng)動作，油動機活塞將加快關閉調(diào)節(jié)閥，主汽閥和抽汽單向閥等蒸汽閥門可以在操縱座彈簧力的作用下迅速關閉，確保機組安全。

除冗余配置的AST遮斷電磁閥外，還具有單獨的手動停機換向閥，提供進一步的安全保障。

3 小結(jié)

本公司生產(chǎn)的目前在運行的中小型汽輪機，部分是采用液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即便經(jīng)過改造成數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)或新出廠的汽輪機組，其主要的汽輪機超速保護系統(tǒng)依然有半數(shù)汽輪機組應要求保留了機械液壓超速保護裝置，組成電子和機械液壓超速保護并存的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機械液壓超速保護裝置在整定參數(shù)的精度和重復性等方面存在明顯不足，相對而言，通過純數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)在汽輪機上的應用更能提高電廠控制水平。

汽輪機控制系統(tǒng)的DEH以計算機為主控單元，將數(shù)據(jù)采集技術、數(shù)據(jù)通信技術等融合在一起，幫助現(xiàn)場人員進行手動、自動以及程序控制等操作。它承擔著轉(zhuǎn)速和負荷調(diào)節(jié)及工況控制的任務，直接影響著機組運行的安全性、可靠性、經(jīng)濟性以及自動化程度。

高壓抗磨液壓油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的技術性能好，特別是機組的系統(tǒng)遲緩率和機組在甩滿負荷情況下的超調(diào)量大大降低。相對于低壓透平油調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較而言，高壓抗磨液壓油無毒、無污染，擁有高壓抗燃油系統(tǒng)的控制精度高，但又無需像抗燃油一樣對油液介質(zhì)進行大量的高成本維護工作。自容式電液執(zhí)行器系統(tǒng)采用高壓系統(tǒng)，使油動機結(jié)構緊湊，提升力大、動態(tài)響應快、定位精度高，兼有模塊化、標準化、系列化等優(yōu)點。日后有望推廣應用于公司生產(chǎn)的6 MW、15 MW、25 MW汽輪發(fā)電機組中。

純數(shù)字式電液控制系統(tǒng)的廣泛應用，使中小型汽輪機自動化程度和安全保障大大提高，各種實用的功能，有利于優(yōu)化運行，提高管理水平和經(jīng)濟效益；還可利用仿真功能在開機前進行操作模擬運行培訓，降低系統(tǒng)維護難度和工作強度，使工作環(huán)境得到極大改善。

［1］白焰，吳鴻，楊國田.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［2］降愛琴，郝秀芳.數(shù)字電液調(diào)節(jié)與旁路控制系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［3］巨林倉，劉齊壽，楊清宇，等.電廠熱工過程控制系統(tǒng)［M］.西安：西安交通大學出版社，2009.