DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)在汽輪發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

閆 磊

（國(guó)家能源泰安熱電有限公司，泰安 271000）

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)化逐步進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段。機(jī)械化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使得汽輪發(fā)電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多。由于傳統(tǒng)的控制技術(shù)可靠性不足且精度不夠，為實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域的作用，人們對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)提出了越來(lái)越高的技術(shù)要求。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic control system，DEH）電調(diào)控制技術(shù)作為新信息技術(shù)，具有自動(dòng)化特征明顯、靈活性和可靠性高等特點(diǎn)，能夠有效保障汽輪發(fā)電機(jī)的高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)。在未來(lái)的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用中，DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)具有一定的技術(shù)發(fā)展空間。

1 DEH電調(diào)系統(tǒng)的概念及缺點(diǎn)

汽輪發(fā)電機(jī)中的DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在具體應(yīng)用中往往要在汽輪發(fā)電機(jī)中構(gòu)建DEH電調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了DEH液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)控制機(jī)構(gòu)，因此表現(xiàn)出自動(dòng)化特征。20世紀(jì)80年代，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域汽輪發(fā)電機(jī)的應(yīng)用中，它的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)和控制時(shí)由于受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，主要采取機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)控制汽輪發(fā)電機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。在整個(gè)調(diào)節(jié)和控制工作中，這一控制技術(shù)存在以下缺點(diǎn)。第一，操作模式以人工為主，負(fù)荷調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速控制無(wú)法滿足遠(yuǎn)程控制的要求，自動(dòng)化控制水平偏低，且專業(yè)人員的工作強(qiáng)度較大，汽輪發(fā)電機(jī)無(wú)法在這一控制模式下保持可靠、安全的運(yùn)行狀態(tài)。第二，控制技術(shù)相對(duì)落后，汽輪發(fā)電機(jī)不同模塊之間無(wú)法保持相互通信，機(jī)組間的協(xié)調(diào)性不足，整體運(yùn)行效率低下。第三，調(diào)節(jié)的靈敏度不足，控制精度偏低[1]。

2 汽輪發(fā)電機(jī)中應(yīng)用的DEH電調(diào)控制技術(shù)

與傳統(tǒng)的人工控制方式相比，DEH電調(diào)控制系統(tǒng)為多參數(shù)和多回路的反饋控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，其中包含數(shù)字控制系統(tǒng)、油系統(tǒng)、運(yùn)行參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)、電液轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多個(gè)子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 DEH系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 數(shù)字控制系統(tǒng)

在DEH電調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目標(biāo)，需要有數(shù)字控制系統(tǒng)的支持。數(shù)字控制系統(tǒng)作為DEH系統(tǒng)中的重要組成部分，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可以接收機(jī)組轉(zhuǎn)速、閥位反饋和功率等各種信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字系統(tǒng)全面處理這些信號(hào)和數(shù)據(jù)，具有協(xié)調(diào)控制、自動(dòng)通氣和遠(yuǎn)程指令發(fā)送等功能[2]。

2.2 油系統(tǒng)

該系統(tǒng)往往配備有1臺(tái)主油泵、1臺(tái)高壓油泵、1臺(tái)交流油泵和1臺(tái)直流油泵。主油泵安裝在汽輪機(jī)的軸承座內(nèi)。在汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)離心式汽輪機(jī)的速度達(dá)到特定值后，主油泵會(huì)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)的入口油源自于低壓注油器[3]。它的出口連接保安油系統(tǒng)和盤車裝置用油，其他兩路則進(jìn)入油箱以滿足高壓注油器和低壓注油器的需求。高壓油泵屬于離心泵，在汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組啟動(dòng)、停止和跳閘情況下，可立即啟動(dòng)高壓油泵完成相應(yīng)的工作。

2.3 運(yùn)行參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

在汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)可以在機(jī)組運(yùn)行的全過(guò)程中實(shí)時(shí)獲取機(jī)組產(chǎn)生的參數(shù)和狀態(tài)信息。作為DEH電調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分，運(yùn)行參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)包含多個(gè)測(cè)量器件。隨著機(jī)組的運(yùn)行，測(cè)量器件能夠?qū)C(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施全過(guò)程和動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，從而得到準(zhǔn)確的運(yùn)行參數(shù)信息，如功率、轉(zhuǎn)速等。

2.3.1 功率測(cè)量

運(yùn)行參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)在功率測(cè)量過(guò)程中采用了霍爾效應(yīng)。在應(yīng)用相應(yīng)的霍爾元件測(cè)量發(fā)電機(jī)功率時(shí)，采集到的相應(yīng)信息經(jīng)處理后可實(shí)現(xiàn)出線電壓轉(zhuǎn)變成霍爾電壓，發(fā)電機(jī)電流經(jīng)過(guò)電流互感器后轉(zhuǎn)化成為霍爾電流，隨后被接到勵(lì)磁繞組上，同步產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)。

2.3.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量

轉(zhuǎn)速是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的重要參數(shù)。在利用DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制時(shí)，需要注意參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。在DEH電調(diào)控制技術(shù)的支持下，汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量可采用3套CS-I型磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器采集相應(yīng)的轉(zhuǎn)速信息。在汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，由于磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器中存在有磁阻發(fā)信器和頻率變送器，使得在采集轉(zhuǎn)速信息時(shí)能夠?qū)?duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)直接傳輸給DEH系統(tǒng)。這種類型的傳感器安裝如圖2所示，其中S和Q分別代表傳感器深入安裝支架的長(zhǎng)度和傳感器與齒頭頂部的間隙。

圖2 測(cè)速傳感器及其安裝

2.4 LVDT

將DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)，線性可變差動(dòng)變壓器（Linear Variable Differential Transformer，LVDT）起著關(guān)鍵性作用。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，該類差動(dòng)變壓器可以將油動(dòng)機(jī)活塞的位移轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并能將該信號(hào)直接反饋到伺服放大器與計(jì)算機(jī)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，所得到的差值可直接由伺服放大器轉(zhuǎn)換為電流信息，從而驅(qū)動(dòng)電液伺服閥和油動(dòng)機(jī)等。

以某汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)為例，它采取的是1000-005-AD的LVDT，測(cè)量行程可達(dá)150 mm。LVDT中包含了芯桿和外殼，在外殼內(nèi)包含有3個(gè)繞組。其中：1個(gè)為一次繞組，起到供給交流電源的作用；中線點(diǎn)兩側(cè)各分布有1個(gè)二次繞組，呈現(xiàn)出反向連接的特點(diǎn)。在機(jī)組的全面運(yùn)行過(guò)程中，外殼中2個(gè)二次繞組的凈輸出是2組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的差值。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，繞組中的鐵芯處于中心位置時(shí)，這2個(gè)二次繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值完全相同，此時(shí)的變送器輸入信號(hào)為0；若機(jī)組運(yùn)行時(shí)鐵芯與繞組之間存在一定的相對(duì)位移量時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將會(huì)發(fā)生變化。例如：鐵芯呈現(xiàn)向上移動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，上半部繞組所感應(yīng)到的電動(dòng)勢(shì)略微大一些，對(duì)應(yīng)的輸出電壓為上半部的極性[4]。當(dāng)二次繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由整形濾波器處理后，會(huì)將這部分信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F芯與繞組間的相對(duì)位移電信號(hào)。具體的裝置安裝中，由于外殼固定不變，在其中配置杠桿能保障鐵芯與油動(dòng)機(jī)活塞連桿的可靠連接。

2.4 電液轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是DEH電調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)成部分。相應(yīng)信號(hào)由計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后，輸出的閥門位置指令信號(hào)往往會(huì)被伺服放電器放大，而電液轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑦@部分信號(hào)從電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)伺服閥中的滑閥發(fā)生移動(dòng)。液壓信號(hào)在全面放大后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓油動(dòng)機(jī)的科學(xué)控制[5]。在汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，若閥門位置指令信號(hào)增高，在高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)油缸活塞下腔位置后，活塞將呈現(xiàn)出向上腔移動(dòng)的趨勢(shì)，經(jīng)由杠桿作用使得調(diào)節(jié)氣門的開度變大；反之，壓力油將直接從活塞下腔排出，在蒸氣閥門的彈簧作用力下，活塞呈現(xiàn)出下移的運(yùn)行狀態(tài)，使得調(diào)節(jié)氣門的開度減小。

3 結(jié)語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用中，DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)不可或缺。這一技術(shù)隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，取得了顯著的發(fā)展成果。但是，由于行業(yè)內(nèi)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)的提高，未來(lái)的DEH電調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)還有巨大的創(chuàng)新發(fā)展空間。相關(guān)行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中需要全面提升汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的自動(dòng)化控制水平，以提升控制的靈活性和便捷性，從而為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。