徐建業(yè)

摘 要：本文從機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)MHC、電氣液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng) EHC、純電調(diào)節(jié)系統(tǒng) 模擬式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) AEH、數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH幾個方面分析了汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展史。

關(guān)鍵詞：汽輪機；調(diào)節(jié)系統(tǒng)；發(fā)展史

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.253

1 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展

1.1 機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)MHC

20世紀初開始使用，屬于早期的汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也稱液調(diào)，全稱機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)（Mechanical Hydraulic-Control，MHC）。主要由轉(zhuǎn)速感應(yīng)機構(gòu)，傳動放大機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)，反饋裝置等部件組成。當用戶用電量減少時，轉(zhuǎn)速上升，調(diào)速飛錘離心力增大，帶動滑環(huán)向上移動，滑環(huán)通過杠桿使調(diào)節(jié)氣門向下關(guān)小，從而減小汽輪機進汽量，機組功率減小。

直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)力矩較過小，無法滿足調(diào)節(jié)汽門的正常開關(guān)，配汽機構(gòu)在配汽機構(gòu)中加入液壓元件，便很好的解決了這一難題。轉(zhuǎn)速上升，滑閥通過杠桿帶動錯油門閥芯向上移動，壓力油通過閥芯油口進入油動機活塞的上部，同時油動機的下油室與泄油口接通，油動機活塞向下移動，關(guān)小汽機調(diào)節(jié)汽閥，同時杠桿以滑閥為中心帶動錯油門閥芯下移回中，切斷油動機上下腔室油口，壓力油停止流通，調(diào)速系統(tǒng)達到一個新的平衡狀態(tài)。這也形成了最初的機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)——離心式液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。液壓執(zhí)行機構(gòu)因響應(yīng)快，力矩大，傳動平穩(wěn)，調(diào)節(jié)范圍廣至今仍在使用。

此時的調(diào)速系統(tǒng)按調(diào)節(jié)系統(tǒng)感應(yīng)機構(gòu)分類，有機械離心式調(diào)速器和液壓式調(diào)速器。機械離心式調(diào)速器有兩種，一種如上介紹的低速重錘式離心調(diào)速器；另一種為高速彈簧片式離心調(diào)速器。而液壓式離心調(diào)速器，以轉(zhuǎn)速為輸入信號，油壓為輸出信號。常見的有徑向鉆孔泵調(diào)速器和旋轉(zhuǎn)阻尼調(diào)速器。

這種帶同步器的液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反應(yīng)慢，由于機械間隙引起的遲緩率較大， 且靜態(tài)特性只能平移不可以按要求進行改變，不能滿足現(xiàn)代機組需求，慢慢的退出歷史舞臺。但該調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠滿足機組的日常運行要求，所以很多廠至今仍在使用。

1.2 電氣液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng) EHC

隨著汽輪發(fā)電機組單機容量的不斷增大和電網(wǎng)自動化水平的提高，以及電器元件的發(fā)展和利用，產(chǎn)生了電氣液壓控制系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Control， EHC），簡稱電液控制裝置。

其特點是電、液調(diào)速系統(tǒng)并存，多用于機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造。兩個控制器，一個控制器由電氣元件組成，控制人員通過電氣元件發(fā)送信號經(jīng)電液轉(zhuǎn)換器改變成液壓控制信號，代替原來液壓感受系統(tǒng)中的油壓信號來控制油動機。第二個控制器仍由機械液壓式備用。執(zhí)行機構(gòu)仍保留液壓式。電液控制裝置信號處理能力強，控制精度高而且操作簡單易于調(diào)整。

由于此時的電氣元件還不成熟，經(jīng)常發(fā)生故障，無法達到汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。在國內(nèi)配置的電液并存式機組，只有一小部分試用過電調(diào)系統(tǒng)，能夠較長時間投運電調(diào)系統(tǒng)的極為罕見。

1.3 純電調(diào)節(jié)系統(tǒng) 模擬式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) AEH

20世紀50年代，隨著電子元件可靠性的提高，開始采用模擬式純電調(diào)系統(tǒng)（Analog Electric-Hydraulic Control，AEH）。

模擬電調(diào)的電子部分可以對傳送來的信號進行綜合處理，精確度高，對不同運行工況適應(yīng)性強，操作方便。其代表是505/505E調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)節(jié)對象的不同可分為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)，功率——頻率調(diào)節(jié)。

雖然在功能上和可靠性上比前兩代系統(tǒng)都有了很大程度的提高，但是由于其大量使用模擬儀表元件，存在溫漂、時漂，復(fù)雜非線性矯正和控制算法難以實現(xiàn)，元件故障率高等問題。

1.4 數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) DEH

20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和其在自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用，用計算機的數(shù)字模擬運算程序代替電氣元件的模擬電調(diào)，形成計算機電氣液壓控制系統(tǒng)（Digital Electric-Hydraulic Control，DEH），簡稱數(shù)字電液控制裝置。包括計算機系統(tǒng)和高壓抗燃油系統(tǒng)，屬于離散控制。考慮壓力、功率、頻率等多種信號，實現(xiàn)較強的綜合、判斷和邏輯處理是較為完善的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

采用DEH控制提高了調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，通過邏輯運算實現(xiàn)自動開機、沖轉(zhuǎn)、帶負荷，自動化程度高，為實現(xiàn)數(shù)字化電廠打下基礎(chǔ)。

2 擴展：汽輪機DEH改造

江蘇益州熱力有限公司一期采用青島捷能CN6-4.9/0.785汽輪機，調(diào)速系統(tǒng)由廠家將液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造為DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2015年10月調(diào)試時，拉閥試驗不成線性，CV給定20%行程，實際開度5mm（高調(diào)行程80mm，此時應(yīng)為16mm）；給定90%時高調(diào)門開度滿行程。高壓油泵切換為主油泵運行一次脈沖油壓由0.4Mpa掉到0.3Mpa，二次脈沖油壓由0.55Mpa掉至0.45Mpa。因為孤網(wǎng)運行，有差調(diào)節(jié)。電負荷波正常波動30KW，轉(zhuǎn)速波動50r/min，無法保證發(fā)電質(zhì)量，較大的頻率波動對電氣設(shè)備損害很大；電負荷下降時轉(zhuǎn)速很容易達3090Rpm，OPC超速保護動作，無法保證汽輪發(fā)電機組安全生產(chǎn)。經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)與廠家協(xié)商，由南京科遠提供技術(shù)支持將1#機組由DEH調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)更改為汽輪機DCS控制系統(tǒng)。

汽輪機DCS控制系統(tǒng)采用獨立的油路系統(tǒng)，出口油壓12MPa。其工作原理是，由操作人員通過計算機發(fā)出調(diào)節(jié)指令的邏輯信號通過DCS計算由控制柜轉(zhuǎn)換為電信號，控制電磁閥對油動機的液壓缸進行充油或卸油，油動機帶動調(diào)門隨之開大或關(guān)小，以達到相關(guān)調(diào)節(jié)的目的。反饋裝置將檢測到的目標信號轉(zhuǎn)變成4——20mA的電信號，由I/O卡件更改成數(shù)字信號發(fā)送回計算機進行對比，當負荷達到目標值時，DCS發(fā)出終止調(diào)節(jié)的命令。

此調(diào)節(jié)系統(tǒng)在原油路系統(tǒng)保留潤滑、保安油路，取消啟動閥，將調(diào)節(jié)部分獨立出來，以轉(zhuǎn)速為目標值，簡化了啟動方式，改造后的轉(zhuǎn)速波動為12Rpm。因為沒有二次調(diào)頻，有差調(diào)節(jié)對測速裝置，PID積分、微分計算要求很高。將初壓、初溫——功率曲線，背壓——功率曲線用數(shù)字邏輯做入程序之中，對負荷進行預(yù)判，提前做出微調(diào)也可以改善頻率波動。

參考文獻：

[1]沈士一等.汽輪機原理[M].中國電力出版社，1992（06）.

[2]李建剛.汽輪機設(shè)備及運行（第二版）[J].2010（01）.endprint