摘 要：現(xiàn)代汽輪機控制系統(tǒng)的控制策略是在傳統(tǒng)的基本控制策略的基礎(chǔ)上，考慮了電網(wǎng)控制，熱網(wǎng)控制和機爐協(xié)調(diào)控制的需要而發(fā)展起來的。數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH（Digital Electro-Hydraulic Control System）是現(xiàn)代汽輪機控制系統(tǒng)的典型形式。本文的要點在于基于傳統(tǒng)汽輪機電調(diào)功能之上提出的系統(tǒng)改造方案，關(guān)鍵是液壓系統(tǒng)的改造, 以實現(xiàn)純電調(diào)全部控制功能。

關(guān)鍵字：DCS, DEH, TSI,汽輪機

1. 概論 　　

汽輪機控制系統(tǒng)由調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保安系統(tǒng)組成。 　　

調(diào)節(jié)系統(tǒng)是為了保證汽輪機組穩(wěn)定運行和獲得運行所需的靜態(tài)特性;保安系統(tǒng)的作用則是當(dāng)機組出現(xiàn)危險工況時，保護機組的安全。 　　

汽輪機的主要用途，是用來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，向用戶輸送電能。發(fā)電用汽輪機分為凝汽式和中間再熱凝汽式。另有一些型式的汽輪機，除驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電外，還在其中某一級或一級以上抽汽，向熱用戶供熱。這些汽輪機稱為熱電聯(lián)供機組或稱供熱機組。發(fā)電用汽輪機具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用來維持機組等轉(zhuǎn)速運行，以保證所提供的電能頻率穩(wěn)定。熱電聯(lián)供汽輪機，除具有調(diào)速系統(tǒng)外，還具有調(diào)壓系統(tǒng)，用以維持供熱抽汽壓力的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和抽汽壓力調(diào)節(jié)是汽輪機的基本控制策略。 　　

發(fā)電用汽輪機的運行方式有兩種，即單機運行和多機并列運行。其中多機并列運行構(gòu)成電力網(wǎng)，又稱并網(wǎng)運行。 　　

當(dāng)機組為單機運行時，用戶電負荷的變化全部由本機組承擔(dān)。要求調(diào)速系統(tǒng)能適應(yīng)用戶負荷的變化，穩(wěn)定地調(diào)節(jié)功率，以維持等轉(zhuǎn)速運行。當(dāng)機組并網(wǎng)運行時，用戶的負荷由電網(wǎng)中各機組共同承擔(dān)，所導(dǎo)致的電網(wǎng)頻率變化的調(diào)節(jié)是在各機組調(diào)速系統(tǒng)共同承擔(dān)的基礎(chǔ)上由某些指定的機組進行二次調(diào)節(jié)，這些指定的機組稱為調(diào)頻機組。由于電負荷由多臺機組承擔(dān)，便引出負荷分配和負荷調(diào)整問題。單臺機組負荷調(diào)整可以引起電網(wǎng)頻率的變化，從而引起網(wǎng)中各機組負荷的再分配。頻率的二次調(diào)整、負荷調(diào)整、和各機組負荷分配，都是在調(diào)速系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上進行的。 　　現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機組，幾乎毫無例外地都是并網(wǎng)運行。電網(wǎng)的調(diào)度管理，將網(wǎng)中的機組分為基本負荷機組、調(diào)峰機組、調(diào)頻機組和尖峰負荷機組。這些機組的調(diào)節(jié)特性，要求在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的調(diào)節(jié)功能，這就使現(xiàn)代大型機組控制系統(tǒng)的控制策略變得復(fù)雜化和多樣化。 　　

現(xiàn)代大型電站大多采用單元制結(jié)構(gòu)，即汽輪發(fā)電機組與鍋爐系統(tǒng)是一個完整的體系，汽輪發(fā)電機的控制與鍋爐的控制密切相關(guān)，必須緊密協(xié)調(diào)。所以現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機組的控制策略又包含了鍋爐及龐大的輔機系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的要求。 　　對于熱電聯(lián)供機組，汽輪機的控制策略還應(yīng)包括熱網(wǎng)控制。 　　

現(xiàn)代汽輪機控制系統(tǒng)的控制策略是在傳統(tǒng)的基本控制策略的基礎(chǔ)上，考慮了電網(wǎng)控制，熱網(wǎng)控制和機爐協(xié)調(diào)控制的需要而發(fā)展起來的。數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH（Digital Electro-Hydraulic Control System）是現(xiàn)代汽輪機控制系統(tǒng)的典型形式。 　　

保安系統(tǒng)是汽輪機控制系統(tǒng)不可分割的部分。各種汽輪機保安系統(tǒng)的組成大致相同，主要包括超速保護系統(tǒng)、危急遮斷系統(tǒng)、掛閘系統(tǒng)和各種試驗系統(tǒng)。其中遮斷系統(tǒng)與汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)TSI（Turbine Supervisory Instrumentation System）的遮斷信號和其它設(shè)備來的遮斷信號接口。

2. 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類 　　

汽輪機傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)為液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它由測量元件給定機構(gòu)放大元件和執(zhí)行機構(gòu)環(huán)節(jié)組成。根據(jù)測速元件的不同，液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)又分為機械液壓式和純液壓式兩大類。 　　

機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測速元件為機械式離心調(diào)速器。哈爾濱汽輪機廠和北京重型電機廠采用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)為機械液壓式，調(diào)速器為彈簧片式高速離心調(diào)速器，是前蘇聯(lián)列寧格勒金屬工廠的典型形式。 　　全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓式離心調(diào)速器作為測速元件，我國東方汽輪機廠和上海汽輪機廠的液壓系統(tǒng)屬于這種類型。其中東汽廠采用徑向鉆孔泵，液壓系統(tǒng)仍屬列寧格勒金屬工廠類型。上汽廠采用旋轉(zhuǎn)阻尼，其液壓系統(tǒng)源自美國西屋公司。 　　

此外，還有一種用于小汽機的全液壓系統(tǒng)，其特征為調(diào)速泵與主油泵合用一個徑向鉆孔泵。

3. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成 　　

如上所述，調(diào)節(jié)系統(tǒng)由測速元件，給定機構(gòu)放大器和執(zhí)行機構(gòu)等環(huán)節(jié)組成。根據(jù)這些環(huán)節(jié)功能不同，可將調(diào)節(jié)系統(tǒng)劃分為兩部分，即控制器和執(zhí)行器。控制器的主要任務(wù)是完成控制策略運算，執(zhí)行器的任務(wù)是根據(jù)調(diào)節(jié)器（控制器）的運算結(jié)果驅(qū)動和定位調(diào)節(jié)機構(gòu)。 　　

液壓調(diào)速系統(tǒng)控制器，由調(diào)速器、同步器、放大器、信號分配器等環(huán)節(jié)組成，控制策略為轉(zhuǎn)速有差調(diào)節(jié)。由調(diào)速器和同步器給出轉(zhuǎn)速偏差信號，經(jīng)過液壓放大器放大，形成總閥位信號，經(jīng)過信號分配器控制各執(zhí)行器，即油動機，由油動機驅(qū)動和定位汽輪機的調(diào)節(jié)機構(gòu)，即調(diào)節(jié)閥。單機運行時，同步器用來調(diào)整汽輪機轉(zhuǎn)速;并網(wǎng)后，同步器用來調(diào)整分配給本機的負荷。 　　

為了適應(yīng)現(xiàn)代汽輪機控制系統(tǒng)復(fù)雜的控制策略，數(shù)字電液控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。數(shù)字電調(diào)稱為純電調(diào)或稱全電調(diào)，簡稱DEH。DEH控制器由微機系統(tǒng)組成，執(zhí)行器由多個油動機組成的液壓執(zhí)行系統(tǒng)。 　　

根據(jù)液壓執(zhí)行系統(tǒng)所采用的工質(zhì)不同，DEH又分為低壓透平油型和高壓抗燃油型。 　　

此外，還有一種過渡型DEH，稱為電液并存型。其控制策略的運算采用計算機控制器，同時保留了液壓控制器作為備用。

4.電調(diào)改造方案基本原理 　　

電調(diào)改造的主要工作，是將汽輪機液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造為電液控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，然后配上計算機控制器，構(gòu)成完整的電液控制系統(tǒng)。電調(diào)改造的關(guān)鍵是液壓系統(tǒng)的改造。 　　

液壓系統(tǒng)改造的主要要求，一是要根據(jù)機組原有液壓系統(tǒng)的狀況和特性，采用盡可能簡單的方案實現(xiàn)計算機控制器接口，實現(xiàn)要求的控制策略。 　　

基本改造方案可歸納為三種 　　

1） 從液壓控制器的某一中間環(huán)節(jié)引入電液放大器，以實現(xiàn)與算機控制器接口，實現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液放大器型純電調(diào)。其液壓系統(tǒng)可以完整保留，作為備用。 　　

2） 將油動機改造為電液油動機，實現(xiàn)與計算機控制器接口，實現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液油動機型純電調(diào)，油動機前各環(huán)節(jié)可以拆除，不再保留液壓備用。 　　

3） 高壓抗燃油純電調(diào)，原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)全部拆除，液壓執(zhí)行系統(tǒng)需重新設(shè)計。 　　前兩種方案部分保留了原液壓系統(tǒng)，或者說是原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造而成的全電調(diào)，都是低壓透平油純電調(diào)，改造效果與改造方案的設(shè)計關(guān)系很大。第三種方案是一種全新設(shè)計，與原系統(tǒng)已無關(guān)系。

低壓透平油純電調(diào)改造方案原理

下面以低壓透平油純電調(diào)為例做以闡述: 　　電液放大器型透平油純電調(diào):

5. 改造要點描述

Ø 中間滑閥下至調(diào)速器滑閥的二次脈動油排油口堵列。調(diào)速器滑閥與調(diào)速原可保留，不用。但附加超速保護管路應(yīng)堵死。 　　

Ø 若機組有電液轉(zhuǎn)換器，切換閥和跟蹤滑閥，則應(yīng)折除，并將中間浮雕閥下油壓與超速限制滑閥、危急遮斷器滑閥和啟動閥接通，在這些部套原安裝位置加裝蓋板。 　　

Ø 中間滑閥便成為二位工作方式，可接受啟動閥、危急遮斷器滑閥和超速限制滑閥控制，使各油動機建立開啟條件，實現(xiàn)快關(guān)和遮斷。 　　

Ø 對于哈汽和北重型系統(tǒng)，還應(yīng)拆徐微分器，或切斷其二次脈動油輸出管路，防止其誤動影響系統(tǒng)正常工作。 Ø 保留超速限制滑閥。若原系統(tǒng)中爭超速限制滑閥，則應(yīng)增加OPC電磁閥，以實現(xiàn)超速限制功能。 　　

Ø 保留各油動機、配汽杠桿、凸輪配汽機構(gòu)，將各油動機改造為電液油動機。 　　

Ø 電液油動機由DDV閥、油動機滑閥、油動機活塞、雙冗余LVDT組成，接受PI伺服板控制，構(gòu)成位移閉環(huán)反饋回路，使油動機行程正比于DEH總閥位信號。油動機原有的液壓反饋機構(gòu)和反饋滑閥，反饋杠桿等，予以拆除。 　　

Ø DDV閥與可調(diào)節(jié)流閥一起，裝在液壓集成塊上，每個油動機液壓集成塊可裝在油動機原反饋閥位置上，可以利用原有的三次脈動油液壓油路。各集成塊電可集中在原中間滑閥附近，利用原來的三次脈動油管路將液壓集成塊與油動機聯(lián)系起來。可調(diào)節(jié)流用業(yè)調(diào)整油動機的機械0偏，使DDV閥工作在壓力油口微開位置，使DDV閥失電時油動機能自然關(guān)閉。 　　

Ø 設(shè)置—外置式濾油器，向各液壓集成塊提供經(jīng)過過濾的液壓油。濾油器為雙聯(lián)可切換式，配有壓差監(jiān)視器和切換閥可在線更換濾芯。過濾精度為25μm。 　　

Ø DDV閥采用D634 　　

Ø 液壓保安系統(tǒng)、啟動操作系統(tǒng)和各種試驗系統(tǒng)不列入改造范圍。如用戶有特殊要求時，可針對用戶要求另作處理。 　　

Ø DEH控制器可按純電調(diào)的控制功能進行控制策略配置。

6. 結(jié)論 　　

本改造方案及論文的創(chuàng)新點在于：將原調(diào)節(jié)系統(tǒng)大部份套退出使用，只保留油動機滑閥、油動機活塞及其以后的配汽部套。這些部套是原系統(tǒng)中故障率最低的部套，因而可以將原系統(tǒng)存在的主要缺陷予以排除。電液電動機具有很高的靈敏度，其值高于原靈每度的最高值，且在全行程范圍內(nèi)都存相同的靈敏度。所保留的凸輪配汽機構(gòu)，為混合調(diào)節(jié)方式，其控制我與兩屋型閥門管理相同。由于電調(diào)的功能取決于DEH控制器，所以本方案可實現(xiàn)純電調(diào)全部控制功能。

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