數字電液調節系統在中小型供熱汽輪機上的應用
摘要： 通過數字電液調節系統在供熱汽輪機上的應用提高電廠控制水平。
1、控制系統的提出
隨著電力系統改革的深入，在“廠網分離”、“竟價上網”進程中，電廠對供電品質提出了更高的要求，提高汽輪機控制系統水平顯得更加必要。目前在運行的供熱汽輪機容量基本在200MW以下，絕大部分是采用液壓調節系統，其電負荷和熱負荷的調節只能依靠同步器來完成，沒有負荷指令的接口，無法實現機組協調控制、自動負荷控制等功能。隨著控制技術的發展，汽輪機電液調節系統應用越來越廣泛。汽輪機電液調節系統以其控制性能好、控制精度高、自動化程度高等優點逐漸取代傳統的液壓調節系統。本文以河南中州鋁廠抽汽25MW汽輪機（機組型號CC25-8.82/6.5/0.7）為例說明電液調節在中小供熱汽輪機上的應用。
2 液壓系統簡介
傳統CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽輪機調節系統是由全工況無鉸鏈彈性調速器、調速器滑閥、抽汽調壓器、綜合滑閥、高、中、低壓油動機等機械和液壓部套組成，具體組成詳見附圖一。
整個調節系統分為調速和調壓兩個部分。
調速部分是以彈性調速器作為轉速敏感元件，調速器將汽輪機轉子的轉速信號轉換成機械位移信號，并通過液壓機械的傳遞，帶動調速器滑閥，使其再變成液壓信號，然后輸入到綜合滑閥。
調壓部分是以抽汽調壓器作為壓力敏感元件, 用以反映抽汽壓力的變化調壓器由波紋管、碟閥、滑閥等零部件組成，機組運行中，當抽汽壓力發生變化時，調壓器中的波紋管感受這個壓力變化信號并發生相應變形，通過調壓器杠桿使調壓器碟閥的開度間隙發生相應變化，導致碟閥下油壓亦產生變化，從而引起調壓器滑閥移動，使得壓力變化信號由此轉換為液壓信號，最終，這個工業抽汽壓力的變化信號所引起的相應的液壓變化信號再輸入到綜合滑閥。
綜合滑閥是一個綜合分配脈沖信號的液壓裝置，它由二個可動滑閥和二個固定套筒組成，并均裝在同一鑄鐵殼體中。綜合滑閥接受來自調速滑閥、抽汽調壓器的脈沖信號、并按自整條件進行綜合，控制三條脈沖油壓信號用以操縱高、中、低壓油動機，開（或關）高、中、低壓調節汽門以適應熱、電負荷變化的需要（低壓調節汽門為旋轉隔板）。
3電液調節系統方案
3.1 電控系統
CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽輪機采用高壓抗燃油純數字式電液控制系統（DEH），控制系統采用和利時公司MACS系統。該系統采用雙冗余CPU及通信方案，兩路電源供電，同時提供一個后備的硬手操盤，以及重要的信號如轉速信號為三取二冗余，抽汽壓力信號、功率信號、主蒸氣壓力信號、油動機位移信號等采用雙冗余，這樣就有效的降低了機組的事故停機率。
控制系統中提供一個工程師站，以供專業人員對系統進行維護。同時提供一個操作員站以供現場運行人員操作。系統的顯示軟件為全中文操作系統，通過顯示器完成人機對話，具有良好的人機交互界面。
而且DEH作為電廠DCS系統網上的一個節點，可以與DCS方便地進行數字通訊，達到電廠內部信息資源共享。
3.2 液壓系統
高壓抗燃油DEH需要一套獨立油源，供油系統為集裝式，系統中的供油泵為冗余配置，兩套油泵互為備用，以保證供油可靠。采用不銹鋼油管道及管道附件，同時配置抗燃油再生裝置。高壓抗燃油的工作油壓力為14MPa，每個閥門配置一臺伺服油動機，能對調節閥實現單閥控制方式，順序閥控制方式的在線相互切換。若萬一供油系統失壓，蒸汽閥門可以在操縱座彈簧力的作
用下迅速關閉，確保機組安全。為了在不停機的情況下，實現單獨切除某一個伺服油動機，并對其進行維護、檢修在伺服系統中增設相應的截止閥，以便將油動機隔離出來。
對于CC25機組需要配置高壓主汽閥油動機1套，高壓調節閥油動機4套，中壓抽汽調節閥油動機1套，低壓抽汽調節閥油動機1套。主汽閥和調節閥采用單側油動機控制，中低壓調節閥采用雙側油動機控制。
保留機械危急遮斷器及危急遮斷滑閥作為機械超速保護，保障超速保護的可靠性。透平油系統的安全油通過隔膜閥轉換成抗燃油系統的安全油來控制油動機，另外還需增加一套高壓遮斷模塊實現電氣遮斷信號對油動機的控制。此外，為了能遠方進行掛閘、打閘和危急遮斷器噴油試驗，需增設相應的控制電磁閥。
3.3 該控制系統可實現如下功能：
汽輪機遠方掛閘；手動/自動/程序控制啟動；轉速控制；功率控制；抽汽牽連控制；主汽壓控制/限制；自動同期；在線監視；自動報警停機；自動帶初負荷及負荷限制；超速試驗；超速保護；Runback功能；機爐協調控制；具有閥門管理和閥門試驗等功能。
3.4 DEH控制系統技術性能指標
3.4.1 控制范圍：盤車轉速(20)－3600r/min，精度
±1r/min。
3.4.2 負荷控制范圍0－115％，負荷控制精度0.5％。
3.4.3 轉速不等率3－6％可調。
3.4.4 壓力不等率0－20％可調。
3.4.5 電、熱負荷非自整小于10％。
3.4.6 升速率控制精度±1r/min/min。
3.4.7 系統遲緩率，調速系統<0.06％。
3.4.8 系統控制周期小于50ms。
3.4.9 甩滿負荷下轉速超調量<7％，維持3000r/min。
3.4.10 平均連續運行時間DEH系統MTBF50000小時
DEH裝置MTBF25000小時
3.4.11系統可用率不小于99.9％。
4. 小結
汽輪機控制系統是汽輪發電機組重要的輔助設備之一，它承擔著轉速和負荷調節及工況控制的任務，直接影響著機組運行的安全性，可靠性，經濟性以及自動化程度。
DEH是以計算機為主控單元，將數據采集技術、數據通信技術等融合在一起，它將汽輪機的傳統運行經驗數字化后儲存在計算機中，通過計算機較強的糾錯能力，幫助現場人員進行手動、自動以及程序控制等操作。
高壓抗燃油電液調節系統的技術性能好，特別是機組的系統遲緩率和機組在甩滿負荷情況下的超調量大大降低。對于CC25機組來說其抽汽壓力為6.5MPa（一級），該壓力等級的液壓調壓器的控制性能難以保證，但是DEH系統可以通過采用壓力傳感器作為壓力測量一次元件達到控制要求。中低壓調節汽閥油動機采用雙側油動機，這樣可以縮小油動機的外形尺寸，便于設備安裝。
該技術在中小型供熱汽輪機上的成功應用，為中小型供熱汽輪機設計帶來了一次革命，使其自動化程度大大提高，工作環境得到極大改善。目前已成功應用于武漢汽輪發電機廠生產的100MW、50MW、25MW機組中。
1、控制系統的提出
隨著電力系統改革的深入，在“廠網分離”、“竟價上網”進程中，電廠對供電品質提出了更高的要求，提高汽輪機控制系統水平顯得更加必要。目前在運行的供熱汽輪機容量基本在200MW以下，絕大部分是采用液壓調節系統，其電負荷和熱負荷的調節只能依靠同步器來完成，沒有負荷指令的接口，無法實現機組協調控制、自動負荷控制等功能。隨著控制技術的發展，汽輪機電液調節系統應用越來越廣泛。汽輪機電液調節系統以其控制性能好、控制精度高、自動化程度高等優點逐漸取代傳統的液壓調節系統。本文以河南中州鋁廠抽汽25MW汽輪機（機組型號CC25-8.82/6.5/0.7）為例說明電液調節在中小供熱汽輪機上的應用。
2 液壓系統簡介
傳統CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽輪機調節系統是由全工況無鉸鏈彈性調速器、調速器滑閥、抽汽調壓器、綜合滑閥、高、中、低壓油動機等機械和液壓部套組成，具體組成詳見附圖一。
整個調節系統分為調速和調壓兩個部分。
調速部分是以彈性調速器作為轉速敏感元件，調速器將汽輪機轉子的轉速信號轉換成機械位移信號，并通過液壓機械的傳遞，帶動調速器滑閥，使其再變成液壓信號，然后輸入到綜合滑閥。
調壓部分是以抽汽調壓器作為壓力敏感元件, 用以反映抽汽壓力的變化調壓器由波紋管、碟閥、滑閥等零部件組成，機組運行中，當抽汽壓力發生變化時，調壓器中的波紋管感受這個壓力變化信號并發生相應變形，通過調壓器杠桿使調壓器碟閥的開度間隙發生相應變化，導致碟閥下油壓亦產生變化，從而引起調壓器滑閥移動，使得壓力變化信號由此轉換為液壓信號，最終，這個工業抽汽壓力的變化信號所引起的相應的液壓變化信號再輸入到綜合滑閥。
綜合滑閥是一個綜合分配脈沖信號的液壓裝置，它由二個可動滑閥和二個固定套筒組成，并均裝在同一鑄鐵殼體中。綜合滑閥接受來自調速滑閥、抽汽調壓器的脈沖信號、并按自整條件進行綜合，控制三條脈沖油壓信號用以操縱高、中、低壓油動機，開（或關）高、中、低壓調節汽門以適應熱、電負荷變化的需要（低壓調節汽門為旋轉隔板）。
3電液調節系統方案
3.1 電控系統
CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽輪機采用高壓抗燃油純數字式電液控制系統（DEH），控制系統采用和利時公司MACS系統。該系統采用雙冗余CPU及通信方案，兩路電源供電，同時提供一個后備的硬手操盤，以及重要的信號如轉速信號為三取二冗余，抽汽壓力信號、功率信號、主蒸氣壓力信號、油動機位移信號等采用雙冗余，這樣就有效的降低了機組的事故停機率。
控制系統中提供一個工程師站，以供專業人員對系統進行維護。同時提供一個操作員站以供現場運行人員操作。系統的顯示軟件為全中文操作系統，通過顯示器完成人機對話，具有良好的人機交互界面。
而且DEH作為電廠DCS系統網上的一個節點，可以與DCS方便地進行數字通訊，達到電廠內部信息資源共享。
3.2 液壓系統
高壓抗燃油DEH需要一套獨立油源，供油系統為集裝式，系統中的供油泵為冗余配置，兩套油泵互為備用，以保證供油可靠。采用不銹鋼油管道及管道附件，同時配置抗燃油再生裝置。高壓抗燃油的工作油壓力為14MPa，每個閥門配置一臺伺服油動機，能對調節閥實現單閥控制方式，順序閥控制方式的在線相互切換。若萬一供油系統失壓，蒸汽閥門可以在操縱座彈簧力的作
用下迅速關閉，確保機組安全。為了在不停機的情況下，實現單獨切除某一個伺服油動機，并對其進行維護、檢修在伺服系統中增設相應的截止閥，以便將油動機隔離出來。
對于CC25機組需要配置高壓主汽閥油動機1套，高壓調節閥油動機4套，中壓抽汽調節閥油動機1套，低壓抽汽調節閥油動機1套。主汽閥和調節閥采用單側油動機控制，中低壓調節閥采用雙側油動機控制。
保留機械危急遮斷器及危急遮斷滑閥作為機械超速保護，保障超速保護的可靠性。透平油系統的安全油通過隔膜閥轉換成抗燃油系統的安全油來控制油動機，另外還需增加一套高壓遮斷模塊實現電氣遮斷信號對油動機的控制。此外，為了能遠方進行掛閘、打閘和危急遮斷器噴油試驗，需增設相應的控制電磁閥。
3.3 該控制系統可實現如下功能：
汽輪機遠方掛閘；手動/自動/程序控制啟動；轉速控制；功率控制；抽汽牽連控制；主汽壓控制/限制；自動同期；在線監視；自動報警停機；自動帶初負荷及負荷限制；超速試驗；超速保護；Runback功能；機爐協調控制；具有閥門管理和閥門試驗等功能。
3.4 DEH控制系統技術性能指標
3.4.1 控制范圍：盤車轉速(20)－3600r/min，精度
±1r/min。
3.4.2 負荷控制范圍0－115％，負荷控制精度0.5％。
3.4.3 轉速不等率3－6％可調。
3.4.4 壓力不等率0－20％可調。
3.4.5 電、熱負荷非自整小于10％。
3.4.6 升速率控制精度±1r/min/min。
3.4.7 系統遲緩率，調速系統<0.06％。
3.4.8 系統控制周期小于50ms。
3.4.9 甩滿負荷下轉速超調量<7％，維持3000r/min。
3.4.10 平均連續運行時間DEH系統MTBF50000小時
DEH裝置MTBF25000小時
3.4.11系統可用率不小于99.9％。
4. 小結
汽輪機控制系統是汽輪發電機組重要的輔助設備之一，它承擔著轉速和負荷調節及工況控制的任務，直接影響著機組運行的安全性，可靠性，經濟性以及自動化程度。
DEH是以計算機為主控單元，將數據采集技術、數據通信技術等融合在一起，它將汽輪機的傳統運行經驗數字化后儲存在計算機中，通過計算機較強的糾錯能力，幫助現場人員進行手動、自動以及程序控制等操作。
高壓抗燃油電液調節系統的技術性能好，特別是機組的系統遲緩率和機組在甩滿負荷情況下的超調量大大降低。對于CC25機組來說其抽汽壓力為6.5MPa（一級），該壓力等級的液壓調壓器的控制性能難以保證，但是DEH系統可以通過采用壓力傳感器作為壓力測量一次元件達到控制要求。中低壓調節汽閥油動機采用雙側油動機，這樣可以縮小油動機的外形尺寸，便于設備安裝。
該技術在中小型供熱汽輪機上的成功應用，為中小型供熱汽輪機設計帶來了一次革命，使其自動化程度大大提高，工作環境得到極大改善。目前已成功應用于武漢汽輪發電機廠生產的100MW、50MW、25MW機組中。
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