背壓機(jī)組液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)與實(shí)踐

陳玉華,卞祖亮,陸玉春

引言

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是機(jī)組重要組成部分，其性能的好壞直接影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。梅鋼熱電廠現(xiàn)有汽輪機(jī)組較多，共十余臺(tái)套，前后經(jīng)歷二十多年改、擴(kuò)建，機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)型式多樣，從最早的彈性調(diào)速器機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)到模擬式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)再到純數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種型式均有。熱電廠早期投運(yùn)機(jī)組—彈性調(diào)速器機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)背壓機(jī)組，由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)老化，調(diào)節(jié)精度明顯降低，系統(tǒng)缺陷、失效等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，已嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)急需改進(jìn)。

1　背壓機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1.1　背壓機(jī)組參數(shù)

熱電廠最早投運(yùn)機(jī)組為B12-90/39型高壓沖動(dòng)背壓式機(jī)組，實(shí)際運(yùn)行進(jìn)汽壓力9.0 MPa，排汽壓力3.5 MPa。該機(jī)組是鼓風(fēng)機(jī)的前置機(jī)組，主要的任務(wù)是向高爐鼓風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)供應(yīng)中壓蒸汽。汽輪機(jī)為武漢汽輪機(jī)廠80年代初產(chǎn)品，額度進(jìn)汽流量226 t/h，排汽流量220 t/h，最大負(fù)荷12 MW，最大進(jìn)汽流量310 t/h。

1.2　液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成

機(jī)組的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保安系統(tǒng)組成,如圖1所示，該機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)為彈性調(diào)速器系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含同步器，調(diào)壓器，油動(dòng)機(jī)等主要部件組成。

1.3　機(jī)組調(diào)節(jié)保安過(guò)程

負(fù)荷調(diào)整根據(jù)轉(zhuǎn)速或背壓變化，通過(guò)脈沖油壓的變化最終作用在油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門上，實(shí)現(xiàn)調(diào)門油動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)。由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)中機(jī)械部件多，調(diào)節(jié)過(guò)程嚴(yán)重滯后，調(diào)壓器波紋管老化，機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)大，負(fù)荷調(diào)整范圍有限。

保安系統(tǒng)包括危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、危急遮斷器杠桿及保安操縱裝置以及超速、切除電磁閥。危急遮斷動(dòng)作過(guò)程，轉(zhuǎn)速超過(guò)正常轉(zhuǎn)速的11%～12%時(shí)，撞擊子離心力克服彈簧力使撞擊子飛出，經(jīng)杠桿使心桿下移，危急遮斷滑閥在上部油壓作用下移至下支點(diǎn)，使自動(dòng)關(guān)閉器滑閥下的控制油壓及油動(dòng)機(jī)滑閥下脈沖油壓與排油室相通，主汽閥與調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉。此外，當(dāng)油開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，超速限制滑閥動(dòng)作，使脈沖油壓暫時(shí)大幅度下降，以加速關(guān)閉調(diào)節(jié)汽閥，防止超速過(guò)大。切除電磁閥同時(shí)動(dòng)作。使調(diào)壓器從調(diào)節(jié)系統(tǒng)中切除，從而避免調(diào)壓器在甩負(fù)荷時(shí)的反調(diào)作用，使調(diào)節(jié)汽閥正常關(guān)閉，防止超速。

圖1　彈性調(diào)速器調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)

2　國(guó)內(nèi)相關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)方案分析

汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，型式多樣，目前主要采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中，按照工作介質(zhì)可分為：高壓抗燃油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，透平油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中透平油調(diào)節(jié)系統(tǒng)又可分為獨(dú)立油源和共用油源電調(diào)系統(tǒng)等，相關(guān)的改造也多以這幾種型式為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)。

2.1　高壓抗燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析

高壓抗燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)以磷酸酯抗燃油為工作介質(zhì)，工作壓力14 MPa，系統(tǒng)包括：供油系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、危急遮斷部分及啟動(dòng)掛閘部分。供油系統(tǒng)包括油泵、循環(huán)再生裝置、油管路、過(guò)濾裝置、閥門等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括自動(dòng)關(guān)閉器、高壓油動(dòng)機(jī)等。危急遮斷部分包括超速電磁閥組（OPC）、緊急停機(jī)電磁閥組（AST）、隔膜閥、危急遮斷器、危急折斷杠杠、保安操縱裝置。啟動(dòng)掛閘由復(fù)位掛閘電磁閥組組成。

高壓抗燃油系統(tǒng)控制精度高、響應(yīng)速度快，但對(duì)于背壓機(jī)組改造而言，需單獨(dú)配置油站，并且原有的調(diào)門、自動(dòng)主汽門需要重新配油動(dòng)機(jī)，改動(dòng)大?？谷加涂刮廴灸芰θ?，抗燃油油質(zhì)不易控制，易酸化、劣化，運(yùn)行維護(hù)不易。

2.2　透平油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析

透平油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)由油動(dòng)機(jī)、電液轉(zhuǎn)換器、透平油站、超速電磁閥組、停機(jī)電磁閥組、掛閘電磁閥、主汽門開(kāi)啟電磁閥等組成。獨(dú)立油源與共用油源對(duì)油質(zhì)、工作壓力要求不一樣，相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)精度也不同，運(yùn)行維護(hù)難度也有差別。相對(duì)抗燃油系統(tǒng)改動(dòng)少，保留原有的油系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、油動(dòng)機(jī)和配汽機(jī)構(gòu)。一個(gè)電液轉(zhuǎn)換器帶一個(gè)油動(dòng)機(jī)，通過(guò)凸輪控制幾個(gè)閥門（也可去除）。采用常規(guī)透平油液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)改動(dòng)少，但需要電液放大器，如采用共用油源，油質(zhì)特別是顆粒度不易達(dá)標(biāo)，并且由于采用低壓工作介質(zhì)，控制精度較高壓抗燃油系統(tǒng)低。

2.3　常規(guī)改進(jìn)方案比對(duì)

通過(guò)以上兩種常規(guī)改進(jìn)方案的分析，總體優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1　兩種改進(jìn)方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

兩種改進(jìn)方案均可實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制精度提升的目的，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。抗燃油系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)，改造量過(guò)大，透平油系統(tǒng)運(yùn)行精度相對(duì)較低，如采用共用油源不易運(yùn)行維護(hù)。在綜合已有機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)改進(jìn)方案均不能完全適合該機(jī)組。

3　REXA調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)方案

通過(guò)對(duì)比熱電廠現(xiàn)有調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)的改進(jìn)方案，易受油質(zhì)影響。因此，在大量調(diào)研國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)組改進(jìn)情況后，該背壓機(jī)組的改造，采用最新的無(wú)液壓控制工質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案。即采用了無(wú)需外供控制油源、大力矩輸出的REXA執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置、杠桿反饋、力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的無(wú)液壓控制工質(zhì)的DEH系統(tǒng)。

3.1　REXA執(zhí)行器原理

REXA執(zhí)行器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力輸出的轉(zhuǎn)換裝置，是無(wú)液壓控制工質(zhì)DEH系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，為智能型機(jī)、電、液一體化執(zhí)行器（簡(jiǎn)稱REXA執(zhí)行器），由控制器和動(dòng)力模塊兩部分組成，采用高度集成化、模塊化、小型化設(shè)計(jì)。智能可控電機(jī)接受控制指令，控制動(dòng)力模塊，以線性位移大力矩驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，同時(shí)通過(guò)自身位移反饋，完成調(diào)節(jié)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的調(diào)節(jié)控制（見(jiàn)圖2）。機(jī)組油動(dòng)機(jī)通過(guò)杠桿一端與REXA執(zhí)行器聯(lián)接，杠桿同時(shí)與油動(dòng)機(jī)活塞桿相連，在近于REXA執(zhí)行器側(cè)，杠桿通過(guò)鉸鏈與錯(cuò)油門滑閥控制連桿（壓桿）聯(lián)接，并通過(guò)控制連桿作用在錯(cuò)油門滑閥上部，高壓油作用在錯(cuò)油門滑閥下部。

圖2　REXA執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2　REXA執(zhí)行器技術(shù)指標(biāo)

執(zhí)行器指標(biāo)：

（1）響應(yīng)時(shí)間：0.04 s/mm；

（2）輸入信號(hào)：4～20 mA模擬量信號(hào)或脈沖量信號(hào)；

（3）大力矩輸出，最大輸出力約為1000 kgf；（4）獨(dú)立封閉液壓系統(tǒng)，無(wú)需外供油源；

（5）由微處理器實(shí)現(xiàn)智能控制，可靈活、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確整定工作參數(shù)；

（6）具有失電情況下的各種安全機(jī)制（全開(kāi)、全關(guān)、保位）。

3.3　REXA調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

將原有機(jī)組復(fù)雜的調(diào)節(jié)過(guò)程集中在REXA執(zhí)行器上，通過(guò)執(zhí)行器直接作用在油動(dòng)機(jī)上，背壓反饋信號(hào)以及LVDT閥位信號(hào)通過(guò)PID計(jì)算，輸出電流信號(hào)，直接作用在執(zhí)行器上，執(zhí)行器帶動(dòng)油動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。改進(jìn)后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

保安系統(tǒng)采用現(xiàn)有成熟的電磁閥閥組實(shí)現(xiàn)危急遮斷，超速保護(hù)，遠(yuǎn)程跳機(jī)等保安功能，并集中布置于現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能集中控制，見(jiàn)圖4。

3.4　新系統(tǒng)調(diào)節(jié)保安過(guò)程

執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制負(fù)荷過(guò)程：REXA執(zhí)行器接受DEH控制信號(hào)向下動(dòng)作，杠桿以油動(dòng)機(jī)活塞桿為支點(diǎn)，帶動(dòng)控制連桿（壓桿）向下移動(dòng)，使錯(cuò)油門滑閥偏離中間位置，油動(dòng)機(jī)在壓力油的作用下向開(kāi)啟方向位移，控制調(diào)速汽門，在油動(dòng)機(jī)向上移動(dòng)的過(guò)程中，杠桿以REXA執(zhí)行器為支點(diǎn)，帶動(dòng)控制連桿上移，錯(cuò)油門滑閥在其下部高壓油的作用下跟隨上移回中，完成加負(fù)荷過(guò)程，減負(fù)荷過(guò)程與之相反。

汽輪機(jī)的保護(hù)功能，機(jī)組甩負(fù)荷或停機(jī)過(guò)程：OPC電磁閥接受機(jī)組甩負(fù)荷或緊急停機(jī)信號(hào)泄去油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門下部的高壓油，同時(shí)依靠REXA執(zhí)行器的快速動(dòng)作功能，使錯(cuò)油門滑閥迅速偏離中間位置，關(guān)閉調(diào)速汽門，抑制機(jī)組轉(zhuǎn)速的飛升。

5　改造過(guò)程中的問(wèn)題

5.1　REXA接口問(wèn)題

改造過(guò)程需考慮REXA與原有油動(dòng)機(jī)安裝接口的問(wèn)題，通過(guò)逐一梳理共需要測(cè)量17項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)。其中有五項(xiàng)數(shù)據(jù)只有停機(jī)拆檢狀態(tài)下才能測(cè)量，考慮設(shè)備運(yùn)行無(wú)法滿足要求最終采用提前放裕量，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校，再機(jī)加工的方案。

圖3　改進(jìn)后調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖4　機(jī)組保安電磁閥組

5.2　油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門回中問(wèn)題

在調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)油動(dòng)機(jī)無(wú)法開(kāi)足問(wèn)題，通過(guò)研究調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作過(guò)程，問(wèn)題癥結(jié)在于REXA執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓桿預(yù)留過(guò)長(zhǎng)，錯(cuò)油門無(wú)法回中，通過(guò)截短執(zhí)行器壓桿，同時(shí)調(diào)整油動(dòng)機(jī)高壓油壓力大小，使錯(cuò)油門上下部油壓平衡，通過(guò)以上措施，錯(cuò)油門正常回中，油動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)正常。此外在整機(jī)調(diào)試過(guò)程中，還對(duì)安全油壓過(guò)低，無(wú)法開(kāi)啟自動(dòng)主汽門等問(wèn)題進(jìn)行了處理。

5.3　背壓轉(zhuǎn)速反饋問(wèn)題

原有機(jī)組調(diào)整過(guò)程，通過(guò)波紋管（彈性調(diào)速器）傳遞背壓（轉(zhuǎn)速）波動(dòng)改變脈沖油壓，從而達(dá)到開(kāi)關(guān)油動(dòng)機(jī)調(diào)整熱負(fù)荷的目的。原有反饋機(jī)制中，調(diào)壓器、彈性調(diào)速器調(diào)整精度低，運(yùn)行背壓波動(dòng)大。此次改進(jìn)，將原有的彈性調(diào)速器及調(diào)壓器拆除，在原有位置安裝測(cè)速齒輪，利用成熟的電渦流測(cè)速探頭以及背壓變送器4～20 mA信號(hào)直接給505系統(tǒng)，通過(guò)指令信號(hào)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)背壓（轉(zhuǎn)速）數(shù)字化控制，遠(yuǎn)程自動(dòng)投退，提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度和控制精度，見(jiàn)表2。

表2　改進(jìn)前后指標(biāo)對(duì)比

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)原有背壓機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用REXA執(zhí)行機(jī)構(gòu)加電磁閥組的改進(jìn)方案，滿足了機(jī)組液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)的要求。在改造過(guò)程中需注意新執(zhí)行機(jī)構(gòu)與原有油動(dòng)機(jī)接口的問(wèn)題，以及相關(guān)的保護(hù)和控制邏輯問(wèn)題。通過(guò)方案的實(shí)施，使機(jī)組背壓波動(dòng)、負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整范圍等指標(biāo)明顯改善，自動(dòng)化水平明顯提高。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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