探析汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

孫懷彬 阮玲輝 陳龍明 劉建剛

摘 要：汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上建立的一種調(diào)速系統(tǒng)，汽輪機(jī)采用這種系統(tǒng)可以有效地提升對(duì)中壓閥門(mén)的精準(zhǔn)控制能力，使得汽輪機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中更加的高效，進(jìn)而有效地降低一些安全事故發(fā)生的概率?；诖?，本文首先分析了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展理財(cái)和工作原理以及特征，最后對(duì)汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，希望對(duì)相關(guān)人員有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng);技術(shù)

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)水平的提升，汽輪機(jī)作為工業(yè)部門(mén)進(jìn)行生產(chǎn)的動(dòng)力，在工業(yè)生產(chǎn)中的地位也越來(lái)越重要，但是當(dāng)前我國(guó)工業(yè)中運(yùn)用的汽輪機(jī)主要是以機(jī)械調(diào)節(jié)或純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主，但是調(diào)節(jié)精度和自動(dòng)化程度卻不是很高，很難和DCS等控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，而使用數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)可以使得汽輪機(jī)的性能更加的優(yōu)良性?xún)r(jià)比更高。

一、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

為了更好地保證機(jī)組的安全運(yùn)行，所使用的汽輪機(jī)一定要具備優(yōu)良且可靠的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以此來(lái)更好地進(jìn)行工作，當(dāng)汽輪機(jī)組發(fā)生故障或是因?yàn)橐恍┩饨绲囊蛩囟Ｖ惯\(yùn)行的時(shí)候汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)能夠采取一定的措施來(lái)保證機(jī)組的安全。要知道對(duì)于不同功能的汽輪機(jī)，所采用的調(diào)控系統(tǒng)也是不同的。隨著時(shí)代的發(fā)展汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了一下幾個(gè)階段的變化：

最早的汽輪機(jī)所使用的控制系統(tǒng)大都是機(jī)械液壓式系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的工作原理主要就是利用靈敏度較高的彈性調(diào)速器和旋轉(zhuǎn)阻尼以及調(diào)速泵作為感應(yīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的機(jī)構(gòu)，壓力變換器和錯(cuò)油門(mén)為進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后由油動(dòng)機(jī)進(jìn)行執(zhí)行構(gòu)。但是由于受到機(jī)械中各個(gè)零部件的摩擦等一些因素的影響，這種系統(tǒng)在對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候反應(yīng)的速度比較的慢，在很大程度上降低了控制的精度。在上世紀(jì)六十年代初期，就開(kāi)始出現(xiàn)了模擬式的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由晶體管式電子元件信號(hào)來(lái)完成信息的采集運(yùn)算以及處理工作，電氣控制信號(hào)由電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成液壓控制信號(hào)，再由油動(dòng)機(jī)進(jìn)行。但是由于電子元器件性能比較的差，使得調(diào)節(jié)系統(tǒng)不是很可靠。之后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸研發(fā)出了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，控制精度也比較的準(zhǔn)確，所以數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，當(dāng)前我國(guó)火力發(fā)電廠(chǎng)最新安裝的機(jī)組大都采用數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)。

二、汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的基本原理

汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)主要是對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組輸出功率進(jìn)行控制，以此來(lái)應(yīng)對(duì)因?yàn)樨?fù)荷變化或是電力系統(tǒng)中的一些突發(fā)事件況，數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)還可以根據(jù)負(fù)荷變化或是實(shí)際工作的需求來(lái)控制汽輪機(jī)抽汽或背壓處供熱蒸汽的壓力或流量。從控制學(xué)的方面來(lái)講，數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)和串聯(lián)的比例積分控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較的類(lèi)似，計(jì)算機(jī)根據(jù)對(duì)傳感器中所反饋信息進(jìn)行計(jì)算和分析的結(jié)果，來(lái)對(duì)執(zhí)行元件發(fā)送命令。所以數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的工作原理為：在汽輪機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)汽輪機(jī)組的輸出功率和蒸汽調(diào)節(jié)閥的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋，并把所接收到的信息以電信號(hào)的方式傳遞給比較元件，在數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的比較元件接收信號(hào)之后后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理，之后再把結(jié)果電信號(hào)的形式傳遞給電液伺服閥，相關(guān)的工作人員就可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)保證汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)主要是以?xún)煞N方式來(lái)進(jìn)行運(yùn)行的，一種是調(diào)頻方式，另一種是基本負(fù)荷方式。當(dāng)數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)調(diào)頻方式進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，如果這是電網(wǎng)的負(fù)荷突然減少，就會(huì)使得發(fā)電機(jī)輸出頻率增加，那么汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速也會(huì)加快，測(cè)速傳感器測(cè)的轉(zhuǎn)速后就會(huì)以數(shù)字信號(hào)的方式反饋給比較元件，進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)偏差信號(hào)，之后再通過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正，此時(shí)計(jì)算機(jī)就會(huì)根據(jù)反饋的信息來(lái)對(duì)調(diào)節(jié)氣閥進(jìn)行控制，進(jìn)而減少汽輪機(jī)組的功率輸出。

三、數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)

數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)主要是通過(guò)功率和頻率的信號(hào)來(lái)共同對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)的，所以和以前的那種的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)，因?yàn)閿?shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)為主要的控制裝置，所以在對(duì)信息進(jìn)行綜合處理的時(shí)候就比較的高效，還能實(shí)現(xiàn)多參量的調(diào)節(jié)和控制，在很大程度上提升了汽輪機(jī)組的自動(dòng)化水平，使得數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度更高，使得汽輪機(jī)組在運(yùn)行的時(shí)候更加的安全、可靠。

四、汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）伺服放大技術(shù)

在數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)中，要對(duì)一些電液伺服閥進(jìn)行控制，就需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置一個(gè)伺服放大的模塊，專(zhuān)門(mén)來(lái)輸出、等一些驅(qū)動(dòng)性的信號(hào)來(lái)控制電液伺服閥，進(jìn)而更好的和油動(dòng)機(jī)以及線(xiàn)性可變差接變壓器構(gòu)成閉環(huán)伺服回路。之前的伺服放大模塊大都是采用模擬放大回路，在進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候不是很方便。隨著科學(xué)技術(shù)的提高，數(shù)字伺服放大器逐漸代替了模擬伺服進(jìn)行控制，油動(dòng)機(jī)行程傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后，在現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列中和閥位給的定信號(hào)進(jìn)行比較并放大后，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后輸出伺服控制信號(hào)到伺服閥，進(jìn)而達(dá)到控制油動(dòng)機(jī)行程的目的。

（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的超速限制技術(shù)

針對(duì)當(dāng)前汽輪機(jī)的運(yùn)行中一些功率負(fù)荷不平衡的情況，如果單從轉(zhuǎn)速反饋控制回路來(lái)進(jìn)行處理，那么系統(tǒng)響應(yīng)和控制品質(zhì)也會(huì)受到相應(yīng)的影響，所以就需要檢測(cè)轉(zhuǎn)速微分信號(hào)在運(yùn)行之前進(jìn)行前饋控制，如加速度大觸發(fā)超速限制電磁閥。超速限制對(duì)象鏈接與嵌入的過(guò)程控制邏輯，可以取消超速限制功能，進(jìn)而避免因超速限制功能而引起的系統(tǒng)反復(fù)震蕩問(wèn)題，另外還降低了因負(fù)荷不平衡而導(dǎo)致的安全問(wèn)題。

（三）基于安全級(jí)的數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)較大功率的核電和火電機(jī)組以及石化行業(yè)對(duì)安全級(jí)數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的高端需求，在進(jìn)行開(kāi)發(fā)的時(shí)候要在安全級(jí)的數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)，主要包括基本控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)，并確保數(shù)據(jù)同步和實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速回路、負(fù)荷控制回路及輔機(jī)控制。

（四）快速反饋調(diào)節(jié)技術(shù)

汽輪機(jī)作為一種大型是高速大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，時(shí)間常數(shù)小，除對(duì)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)要求之外，對(duì)控制系統(tǒng)的輸入端到輸出端的時(shí)間響應(yīng)要求快速，但是一般情況下調(diào)節(jié)周期小于五十毫秒比較理想，而目前的集散控制系統(tǒng)，由于總線(xiàn)擴(kuò)展的原因，調(diào)節(jié)周期普遍在三百毫秒以上，所以針對(duì)轉(zhuǎn)速及伺服控制需要開(kāi)發(fā)快速調(diào)節(jié)的回路。

結(jié)論

綜上所述，汽輪機(jī)使用數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)不但可以使得系統(tǒng)更加的簡(jiǎn)單，而且還能提升控制的精度，進(jìn)而使得汽輪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和遠(yuǎn)程調(diào)度，極大地降低了汽輪機(jī)發(fā)生故障的效率，更好地滿(mǎn)足了機(jī)組控制高度自動(dòng)化的要求，當(dāng)前數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為了汽輪機(jī)組的關(guān)鍵系統(tǒng)，使得汽輪的運(yùn)行效率更加的高效。

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