1000MW機組配套給水泵汽輪機控制油系統(tǒng)的配置分析

吳桂年

【摘 要】 闡述了我國1000MW超超臨界壓力機組配套給水泵汽輪機控制油系統(tǒng)的選型及配置，針對博賀電廠給水泵汽輪機的實際布置情況及與之配套的控制油系統(tǒng)存在的困難作了分析，并對博賀電廠給水泵汽輪機控制油系統(tǒng)的選型和配置情況進行了比較，最終確定了博賀電廠給水泵汽輪機控制油系統(tǒng)的選型和配置。

【關鍵詞】 1000MW超超臨界機組 給水泵汽輪機 控制油系統(tǒng) 配置 分析

1 前言

廣東粵電茂名博賀電廠2X100萬千瓦“上大壓小”工程，是廣東粵電集團廣東電力發(fā)展股份有限公司結合博賀新港區(qū)的開發(fā)建設，在該臨港工業(yè)區(qū)建設的一座大型火力發(fā)電廠。根據(jù)建設廠址的自然條件和廣東電力需求發(fā)展趨勢，本工程一期容量為4×1000MW燃煤發(fā)電機組，留有再擴建4×1000MW機組的余地。首兩臺工程建設2×1000MW超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機組，同步建設煙氣脫硫設施。擬分別在2016年3月和2016年7月投入商業(yè)運行。

本期工程建設兩臺2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤機組。汽輪機采用上海電氣集團產(chǎn)品、鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠產(chǎn)品、發(fā)電機采用上海電氣集團產(chǎn)品。本工程機組按帶基本負荷考慮，并具有一定的調峰性能。機組年利用小時為5500h。本工程的給水泵汽輪機于2013年8月簽訂技術協(xié)議，采用上海汽輪機廠的小汽輪機。按原技術協(xié)議小機的控制油是與主機的DEH控制油系統(tǒng)共用的，但由于本工程的布置特點，本工程汽動給水泵的布置方式是，小汽機采用上排汽方式，給水前置泵與主泵同軸，并與小汽機一同布置于BC間的除氧器間零米層，小機上排汽至凝汽器。若采用小機與主機共用高壓抗燃油純電調DEH控制的方式，會存在DEH控制油系統(tǒng)布置困難的問題。

2 本工程汽動給水泵的布置情況

汽動給水泵組的布置比較普遍的兩種方式是：一種方式是給水前置泵布置在主廠房的AB間汽機房的零米，給水泵主泵布置在主廠房的AB間汽機房的運轉層；另一種方式是給水泵采用前置泵與主泵同軸，布置在主廠房的AB間汽機房的運轉層；這兩種常規(guī)的布置方式，是當時采用比較普遍的方式，也是比較成熟的布置方式，是常規(guī)采用的小機與主機共用控制油系統(tǒng)的方式，都是采用高壓抗燃油純電調DEH控制方式，都不存在控制油系統(tǒng)布置困難的問題。本工程汽動給水泵的布置方式是，小汽機采用上排汽方式，給水前置泵與主泵同軸，并與小汽機一同布置于BC間的除氧器間零米層，小機上排汽至凝汽器。若采用小機與主機共用高壓抗燃油純電調DEH控制的方式，會存在DEH控制油系統(tǒng)布置困難的問題。

3 本工程汽輪機EH油系統(tǒng)的布置要求與存在問題

3.1 機組布置情況

主機運轉層15.5米，中間層7.1米，小機布置在BC間的除氧器間零米層。

3.2 主機EH油系統(tǒng)管線布置要求及存在問題

本工程汽輪機采用上海電氣集團產(chǎn)品，上海汽輪機采用的是西門子技術，西門子技術對主機EH油系統(tǒng)的布置有嚴格的要求。根據(jù)要求，主機EH油系統(tǒng)的布置要求放在高壓缸本體下方垂直不大于10～15米區(qū)域內，常規(guī)布置在中間層7.1米區(qū)域內。根據(jù)本工程機組的實際布置情況，若主機EH油系統(tǒng)布置在中間層7.1米區(qū)域內，小機布置于BC間零米，則小機EH油系統(tǒng)的回油在不增加回油泵及回油箱的情況下，回油存在困難。若將主機EH油箱放置在汽機房0m層高壓缸正下方，主機EH油系統(tǒng)的布置能滿足于其垂直距離不大于10～15米的邊界要求，而小機EH油箱與油動機之間管路的管線長度不能超過30m，但遠端小機直線距離至少已達32m，還未考慮油管拐彎的情況，小機EH油管線的距離將大于30m，同時小機的布置高度要考慮EH油系統(tǒng)回油管線的坡度，這種布置不能滿足小機EH油的控制要求。若主機EH油箱靠近兩臺小機中間的0m層布置，距離主機油動機的管線長度至少達51m，也遠大于要求的主機油路管線長度小于30m的要求，則難以滿足主機EH油的控制要求。

4 高壓抗燃油純電調與低壓透平油純電調兩種方式的比較

4.1 純電調的基本概念

一般而言，DEH控制系統(tǒng)由兩大部分組成，即控制器部分和執(zhí)行器部分?？刂破鞑糠謱崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的控制策略；執(zhí)行器部分執(zhí)行控制器的控制結果，定位調節(jié)機構。傳統(tǒng)汽輪機的液壓調節(jié)系統(tǒng)控制器，包括調速器、同步器、中間放大滑閥等部件，實現(xiàn)轉速測量，偏差放大等控制策略，為液壓控制器。油動機為執(zhí)行器，接受控制器來的液壓信號，定位調節(jié)閥位。汽輪機電液調節(jié)系統(tǒng)的控制器，為數(shù)字式DEH控制器，實現(xiàn)轉速調節(jié)、負荷控制、新汽壓力控制及機爐協(xié)調控制等多種控制策略，其輸出的總閥位信號為電氣量信號，該信號經(jīng)過電液放大，驅動液壓執(zhí)行器，即油動機；也可直接驅動電液執(zhí)行器，即電液伺服油動機，簡稱電液油動機，以定位相應的調節(jié)閥位。

4.2 高壓抗燃油純電調

高壓抗燃油純電調是隨著引西屋汽輪機制造技術而進入我國，因而廣為人知。高壓抗燃油純電調DEH，克服了傳統(tǒng)液壓調節(jié)系統(tǒng)存在的缺陷，能采用靈活的控制策略以適應多種運行工況自動化控制的要求，為適應機爐協(xié)調控制（CCS）和自動發(fā)電控制（AGC）打下基礎。由于高壓抗燃油純電調具有上述特點，因而被廣泛應用于300MW以上大型機組的控制系統(tǒng)。近年來，高壓抗燃油純電調技術又被推廣到200MW機組的調節(jié)系統(tǒng)改造，收到較好效果。高壓抗燃油純電調采用的油動機，是典型的電液油動機，每個油動機可單獨執(zhí)行正常控制，快關和遮斷動作；可接受閥門管理軟件控制，實現(xiàn)固定模式和可變模式的配汽管理。但是，高壓抗燃油純電調也存在一些先天不足。主要不足之處：壓力參數(shù)較高，系統(tǒng)結構復雜，制造成本高；對油質清潔度要求很高，油品需要不斷再生，運行維護費用高；電液伺服閥容易卡澀，需要常備備件，增加了運行成本；需配備外置式液壓油源，不但增加了設備費用和運行維護費用，而且安全性不如透平油液壓油源；抗燃油有毒性，長期大量使用抗燃油將為環(huán)境保護所不容。

上述不足之處，在125MW、100MW等中小容量機組的自動化改造上及給水泵配套小汽輪機的應用上反映尤為突出。

4.3 低壓透平油純電調

低壓透平油純電調的應用，關鍵在于電液轉換難題的解決。和利時公司成功地應用了MOOG公司新近推出的直接驅動式電液伺服閥，即DDV閥，圓滿地解決了電液轉換的難題，為低壓透平油純電調的開發(fā)和應用開辟了廣闊的前景。這種伺服閥的控制精度和動態(tài)響應特性均與MOOG閥相當，抗污染能力和可靠性遠高于MOOG閥，能適應透平油系統(tǒng)的一般清潔度水平。低壓透平油純電調具有的優(yōu)點：系統(tǒng)簡潔，制造工藝符合汽輪機廠的設備條件，制造成本低；液壓系統(tǒng)易損件少，壽命長，運行維護費用低；采用常規(guī)的透平油液壓油源，共用潤滑油油站，不需另配油源站；采用MOOG公司新近推出的DDV型電液伺服閥，控制精度高，抗污染能力強；由DDV閥構成的電液放大器和電液油動機，定位精確、靈敏度高，可靠性好，抗污染能力優(yōu)于高壓抗燃油電液油動機；不用抗燃油，環(huán)保特性好。

4.4 低壓透平油純電調的市場應用

低壓透平油純電調在主機上的應用：我國曾經(jīng)引進過多臺日立機組，例如首陽山300MW機組，其控制系統(tǒng)就是采用低壓透平油純電調，用比較經(jīng)濟可靠的辦法，完全達到了高壓抗燃油純電調的控制水平，用戶反映十分滿意。低壓透平油純電調技術的應用，可使制造成本和運行維護費用大大降低。用于老機組改造時，所保留的油動機和液壓油源是汽輪機原有的液壓調節(jié)系統(tǒng)中故障率最低的部分，因此，改為純電調后，控制系統(tǒng)的可靠性大大提高，并取得了可觀的經(jīng)濟效益。在給水泵、引風機汽輪機上的應用，海門電廠的#1～4機組給水汽輪機、#3、4機組的引風機汽輪機的控制均采用杭汽產(chǎn)的低壓純電調汽輪機組，反映情況良好。

5 本工程小機控制油系統(tǒng)的幾個比選方案

（1）小機控制油采用與主機共用高壓抗燃油DEH的純電調控制方式，但小機的回油系統(tǒng)需增加回油泵及回油箱的方式，南通電廠采用此方案，此方案由于暫無長期運行的應用業(yè)績驗證，控制性能的穩(wěn)定性及安全可靠性有待檢驗，有存在風險的可能。結合本工程機組的布置特點及西門子技術機組對主機EH油系統(tǒng)的布置的嚴格要求條件，從機組的安全運行綜合考慮，因此該方案不是成熟的方案。

（2）小機單獨配套EH供油系統(tǒng)。是在不能與主機共用DEH控制油源的基礎上，分離出來的，獨立設置EH油供油系統(tǒng)，包括EH油泵、EH油箱等一整套配套設備，每臺機組一套，兩小機合用，系統(tǒng)布置相對復雜，但不受相互影響。小機若單獨配置EH供油系統(tǒng)，油箱布置在兩小機之間，油管道走向基本不變。但增加的費用比較大，技術協(xié)議范圍內難以消化增加的費用，業(yè)主需增加不少投資。

具體設備及費用增加情況如表1：

EH油控制系統(tǒng)的性能已經(jīng)得到市場的檢驗，應用比較成熟。但在增加高壓抗燃油供油設備的基礎上還需配套在線再生等設備，相對采用低壓潤滑油控制價格較為昂貴，從上表情況可以看出兩臺機組增加投資費用約接近200萬元，是一筆不少的投資。

（3）小機控制油系統(tǒng)采用低壓潤滑油純電調的控制方式，油源與潤滑油系統(tǒng)共享，獨立系統(tǒng)較少，具備低油壓控制的優(yōu)點，在給水系統(tǒng)轉速比較大的情況下，以及對滿足鍋爐的性能曲線的匹配方面應充分考慮。該方案需增加潤滑油調速油泵及相關配套部件，因為是屬于低壓設備，價格相對較為便宜，整套小機控制油系統(tǒng)設備的變更可能引起的價格問題容易在技術協(xié)議范圍內消化，業(yè)主不需增加費用可滿足小機控制油系統(tǒng)設計變更的要求。應用上，小機控制油系統(tǒng)采用低壓潤滑油純電調的控制方式，有比較多應用的范例，如杭汽小汽輪機在其他項目上有應用，比如華能的海門電廠等，在本項目投標時也是采用潤滑油供油方案，上汽在引風機的小汽機上有應用；而小機單獨配套EH供油系統(tǒng)的應用案例比較少，暫時還沒了解到有電廠的應用案例，一般情況下都是與大機共用EH油系統(tǒng)的，而且小機單獨配套EH供油系統(tǒng)的方案增加的投資費用不少。技術上，隨著機組單機容量的增加，采用EH油控制的大型機組推廣面較廣，市場的認知、認可度較高。而低壓純電調一般應用在小型汽輪機組，包括與汽動給水泵配套的小汽輪機，以及純液調機組的改造上比較多。

6 結語

綜上所述，結合本工程機組的布置特點及西門子技術機組對主機EH油系統(tǒng)的布置的嚴格要求條件，從機組的安全運行綜合考慮，經(jīng)過從安全應用上，從技術上及從投資費用上等的比選分析，最終確定博賀電廠給水泵汽輪機的控制油系統(tǒng)采用低壓潤滑油純電調的控制方案。

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