汽輪機的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的改造

劉 昕,初 東,王長友

（本鋼板材股份有限公司發(fā)電廠，遼寧本溪 117021）

1 概述

某熱電廠現(xiàn)有汽輪機15臺。其中9臺機組原裝配置DEH，4臺原本采用機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)后陸續(xù)改造成DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)，另外2臺前蘇聯(lián)生產(chǎn)的дп-25-2型機組仍然是機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

下面以該廠CC50-9.0/1.3/0.12型汽輪發(fā)電機組為例，論述其調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)進行的DEH-DCS改造。

該機組系哈爾濱汽輪機廠（以下簡稱“哈汽”）于1987年生產(chǎn)的雙缸、單軸、雙抽冷凝式汽輪機，通過剛性聯(lián)軸器直接帶動發(fā)電機，額定轉(zhuǎn)速3000 r/min。

由于液壓式保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身固有的遲緩率大的缺點以及系統(tǒng)本身裝配質(zhì)量、機組油質(zhì)不好等因素導致機組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)存在油動機滑閥卡澀、加減負荷調(diào)整困難、甩負荷、危急保安器失靈、自動主汽門活動試驗異常等問題。

為解決上述問題，提高機組的安全性、可靠性和自動化水平，對該機組的控制系統(tǒng)進行DEH改造。改造后，機組控制系統(tǒng)包括DEH（數(shù)字電液控制系統(tǒng)）、DCS（集散控制系統(tǒng)）、ETS（汽輪機危急遮斷系統(tǒng)）、TSⅠ（汽輪機本體安全監(jiān)測系統(tǒng)）等。DEH與DCS為一體化設(shè)計，DEH是 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的一個站，與DCS實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊資源共享；操作站和工程師站與 DCS共用。

改造后，機組的保安系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)由數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）統(tǒng)一控制。調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)是數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）的執(zhí)行機構(gòu)，它接受DEH發(fā)出的指令，完成驅(qū)動閥門及遮斷機組等任務(wù)。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)是汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）中的一個組成部分，用于精確控制汽輪機升速、調(diào)節(jié)負荷和調(diào)節(jié)抽汽。

保安系統(tǒng)是汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）中的另一個組成部分，用于保障機組安全，可以使機組在緊急情況下快速遮斷，從系統(tǒng)中解列出來。

改造后，經(jīng)調(diào)試，機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)在控制汽輪機升速、調(diào)節(jié)負荷和調(diào)節(jié)抽汽等方面都能達到靈活精準的要求；機組保安系統(tǒng)在打閘停機、超速試驗、甩負荷試驗、主汽門活動試驗等方面都安全可靠。徹底解決了機組原液壓式保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的問題，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)，提高了機組運行的安全性、穩(wěn)定性。

2 保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造方案

2.1 保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)供油方式的變化

改造前，機組正常運行時，調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)均由主油泵供油。

汽輪機油系統(tǒng)設(shè)有主油泵一臺，外置式高壓交流電動啟動油泵（以下簡稱啟動油泵）一臺，№1射油器、№2射油器，油箱一臺等設(shè)備。

啟動油泵與主油泵的作用是相同的，只是在不同階段啟動發(fā)揮作用。兩者的供油的流程是相同的。主油泵與汽機轉(zhuǎn)子相聯(lián)，受汽機轉(zhuǎn)子驅(qū)動，與汽機轉(zhuǎn)子同轉(zhuǎn)速運行。

在機組啟動過程中，轉(zhuǎn)子定速前，透平油經(jīng)過啟動油泵升壓后向機組的保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)供動力油、保安油，同時向機組的潤滑系統(tǒng)提供潤滑油，

機組在轉(zhuǎn)子定速（即達到3000 r/min）后,保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)及機組潤滑系統(tǒng)由主油泵供油。此時可以停止啟動油泵，啟動油泵的功能即由主油泵取代。

改造后，機組的保安系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的油站分開：調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用L— HM68抗磨液壓油；保安及潤滑系統(tǒng)使用32#透平油。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用獨立的供油系統(tǒng)，將原系統(tǒng)的油動機系統(tǒng)改造為：“自容式執(zhí)行器控制系統(tǒng)”，主要由供油系統(tǒng)（油站、蓄能器、抗磨液壓油等）、執(zhí)行機構(gòu)（油動機、伺服閥、OPC電磁換向閥等）油管路系統(tǒng)（油管路及各閥門等）組成。調(diào)節(jié)系統(tǒng)由EH油泵提供壓力油。

保安及潤滑系統(tǒng)利用系統(tǒng)原有的主油泵、油箱、射油器為自動主汽門、機組軸系供油。

機組的保安系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的油站分開，解決了因油質(zhì)不好影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑閥卡澀、調(diào)整負荷困難的問題。但是保安系統(tǒng)的供油方式?jīng)]有改變，仍然存在滑閥卡澀的風險，需要從油質(zhì)管理及油系統(tǒng)負壓調(diào)整、油箱放水等方面進行維護。

2.2 機組保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)造變化

汽輪機的原調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，由同步器、全行程彈性調(diào)速器，中低壓調(diào)壓器，綜合滑閥，高、中、低壓油動機等機械液壓部套組成，按牽連調(diào)節(jié)原理工作。整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)分為調(diào)速和調(diào)壓兩部分。調(diào)速部分用彈性調(diào)速器作為轉(zhuǎn)速敏感元件；調(diào)壓部分用薄膜鋼帶式調(diào)壓器作為汽壓敏感元件。保安系統(tǒng)包括電磁解脫閥、危急遮斷裝置、手動解脫滑閥等。

2.2.1 調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)取消的部件有

同步器、調(diào)速器滑閥組、離心式調(diào)速器、停機按鈕電磁閥、防火滑閥、綜合滑閥、超速限制滑閥、超速試驗滑閥（原部件保留，但超速試驗的功能已經(jīng)轉(zhuǎn)移到DEH手操盤，此滑閥僅作為油管路使用）、中壓調(diào)壓器、低壓調(diào)壓器、調(diào)壓器切除閥、原油動機系統(tǒng)（包括高、中、低壓油動機及其錯油門、反饋滑閥）拆除更換為自容式執(zhí)行器控制系統(tǒng)。

2.2.2 調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)增設(shè)的部件有

在原來的機械液壓部套基礎(chǔ)上增設(shè)了：掛閘電動球閥集成塊1套、主汽門控制組件（即關(guān)主汽門電磁閥集成塊）1套、AST遮斷電磁閥集成塊1套、壓力開關(guān)組件1套等。

2.2.3 改造后，汽輪機保安系統(tǒng)的構(gòu)成

汽輪機保安系統(tǒng)機械液壓部套包括：危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、噴油活動試驗裝置、手動解脫滑閥、自動關(guān)閉器。

汽輪機保安系統(tǒng)DEH控制部套包括：安全油壓力開關(guān)組件、主汽門電磁閥集成塊控制組件、掛閘電動球閥集成塊、AST遮斷電磁閥集成塊組件

2.2.4 改造后，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成

主要由供油系統(tǒng)（油站、蓄能器、抗磨液壓油等）、執(zhí)行機構(gòu)（油動機、伺服閥、OPC電磁換向閥等）油管路系統(tǒng)（油管路及各閥門等）組成。

供油系統(tǒng)既是一個動力源，也是一個油液貯存和處理中心，通過它，系統(tǒng)可得到所必需的工作介質(zhì)—抗磨液壓油。執(zhí)行機構(gòu)響應(yīng)DEH的控制指令信號，通過伺服閥控制油動機以驅(qū)動汽輪機各蒸汽閥門開度，OPC電磁換向閥接受汽輪機所有的停機信號和103%超速信號，當有信號發(fā)出時，OPC電磁換向閥動作從而快速關(guān)閉執(zhí)行機構(gòu)所控制的調(diào)節(jié)汽閥，以保證汽輪機正常安全的運行。油管路系統(tǒng)為各液壓部件輸送工作介質(zhì)并可將供油系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)等連接起來，從而構(gòu)成液壓控制系統(tǒng)工作回路。

執(zhí)行機構(gòu)是自容式執(zhí)行器系統(tǒng)中的重要部件，它直接控制著汽機蒸汽閥門的開、關(guān)及其閥門的開度。雙抽機組配3個執(zhí)行機構(gòu)。

2.3 機組保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能及原理

2.3.1 保安系統(tǒng)

（1）掛閘：掛閘就是建立系統(tǒng)安全油壓的過程；也是使汽輪機保護系統(tǒng)處于警戒狀態(tài)的過程。

在機組啟動前或已跳閘狀態(tài)下，主汽門電磁閥1YV帶電動作，安全油壓未建立，自動主汽門關(guān)閉；掛閘由“掛閘電動球閥”完成。

掛閘過程如下：按下掛閘按鈕，掛閘球閥正轉(zhuǎn)（順時針方向），泄掉掛閘油，使危急遮斷滑閥在附加保安油的作用下上行，封住安全油的排油口,壓力油通過φ5節(jié)流孔建立安全油。

當壓力開關(guān) PS1、PS2、PS3（三取二）檢測到安全油已建立后，通過DEH控制器發(fā)出訊號，再使掛閘電動球閥反轉(zhuǎn)，完全關(guān)閉。當掛閘油壓恢復至1.96 MPa時PS4閉合，則掛閘完成，“掛閘”按鈕變?yōu)榧t色。

（2）遮斷：保安系統(tǒng)設(shè)置有電氣、機械及手動三種冗余的遮斷手段。

1）電氣停機

由遮斷電磁閥2YV、3YV完成。當接收到電氣停機信號時，遮斷電磁閥帶電，泄掉附加保安油，危急遮斷滑閥動作，泄掉安全油，電氣停機信號同時通過繼電器回路聯(lián)動OPC電磁閥（25）和關(guān)主汽門電磁閥1YV，泄掉快關(guān)油和啟動油，快速關(guān)閉主汽閥及各調(diào)門。

2）機械超速保護

由原機組的危急遮斷器和危急遮斷器滑閥完成。當轉(zhuǎn)速達到危急遮斷器設(shè)定值時，撞擊子飛出，使危急遮斷器滑閥(并聯(lián))動作,泄掉安全油，壓力開關(guān)組動作，聯(lián)動OPC電磁閥，泄掉快關(guān)油，迅速關(guān)閉主汽閥和調(diào)節(jié)閥。

3）手動停機

系統(tǒng)保留了原機組的手動解脫滑閥，供緊急停機用。手拍解脫滑閥的按鈕，泄掉附加保安油，危急遮斷滑閥動作，泄掉安全油和快關(guān)油，從而使主汽閥、調(diào)節(jié)閥快速關(guān)閉，遮斷機組進汽。

2.3.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

用于精確控制汽輪機升速、調(diào)節(jié)負荷和抽氣調(diào)節(jié)。

開調(diào)門或加負荷：DEH給定一開調(diào)門或加負荷指令，經(jīng)運算比較后輸出一正偏值電壓△X，并作用在伺服閥上，伺服閥動作，從而驅(qū)動油動機動作并使調(diào)門往上開啟。此調(diào)門位移經(jīng)油動機LVDT反饋回DEH進行比較運算，直至其偏值電壓△X為零后，調(diào)門便停止移動，并停留在一個新的工作位置上。

關(guān)調(diào)門或減負荷：作用過程與上相反。

圖1 伺服原理框圖

3結(jié)論

改造后，經(jīng)調(diào)試，徹底解決了機組原液壓式保安調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的問題，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)，提高了機組運行的安全性和穩(wěn)定性。

機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)在控制汽輪機升速、調(diào)節(jié)負荷和調(diào)節(jié)抽汽等方面都能達到靈活精準的要求；機組轉(zhuǎn)速控制精度小于±0.1%，負荷控制精度小于±1%，徹底消除了機組負荷波動問題。

機組保安系統(tǒng)在打閘停機、超速試驗、甩負荷試驗、主汽門活動試驗等方面都安全可靠。

根據(jù)調(diào)試結(jié)果及運行狀況判斷，機組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)改造總的來說比較成功，解決了一些關(guān)鍵性的問題，并為今后相同型號機組的改造積累了經(jīng)驗。

【1】李建剛主編.汽輪機設(shè)備及運行[M].北京:中國電力出版社.2006年7月第一版.

【2】上海電力學院王志祥,朱祖濤合編.熱工控制設(shè)計簡明手冊(第一版)[M].上海:水利電力出版社.1995年11月.

【3】上海新華控制技術(shù)（集團）有限公司編著.電站汽輪機數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)——DEH(第一版)[M].北京:中國電力出版社.2005年5月.

【4】李寶玉,魏毓璞編著.汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)疑難問題解析(第一版)[M].北京:化學工業(yè)出版社.2006年6月.