鄭玉成，王永佳，孫洪義

（沈陽東北電力調節(jié)技術有限公司，遼寧沈陽 110179）

引言

汽輪機機組廣泛應用在電力、鋼鐵、化工等領域，不同于大型汽輪機電調調節(jié)方式，小汽輪機可以靈活地采用液壓伺服執(zhí)行器替代液壓伺服閥，通過錯油門對驅動力進行放大，從而驅動油動機動作，進而調節(jié)汽輪機進汽量。傳統(tǒng)液壓調節(jié)使用伺服閥控制，系統(tǒng)響應迅速控制精度高，但是存在多級液力放大所以故障點多、系統(tǒng)效率低和必須停機更換維修等問題。

REXA 電調采用杠桿驅動錯油門進而驅動油動機的結構很好地解決了傳統(tǒng)伺服閥系統(tǒng)效率低、伺服閥卡澀、伺服閥線性飄移等問題，精簡后的控制系統(tǒng)故障率降低，調節(jié)穩(wěn)定性提高。

1 故障描述

天津某鋼鐵公司15 MW 汽輪機型號為C15-3.43/1.1/(0.294)，額定轉速3 000 r/min，額定頻率50 Hz，由調節(jié)滑閥、錯油門、油動機、啟動閥、速關閥等組成。調節(jié)信號油壓經液壓伺服機構CPC-Ⅱ放大，控制調節(jié)滑閥移動，再通過錯油門放大驅動油動機改變進汽量。DEH 控制系統(tǒng)為ZH200 型控制器。汽機停機后啟機，發(fā)生調節(jié)油壓波動，脈沖油壓波動，兩個油壓波動均顯現發(fā)散狀，最后因為轉速波動大而停機，通過分析汽輪機故障曲線可以判定為調節(jié)油壓波動導致的脈沖油壓波動，調節(jié)油壓由CPC 閥產生，在發(fā)生故障時調節(jié)指令并沒有發(fā)生改變?，F場檢修人員雖更換了CPC 閥，清洗了調節(jié)滑閥、錯油門、啟動閥，仍沒有解決問題。

2 REXA伺服執(zhí)行器簡介

美國REXA公司生產的智能型機、電、液一體化執(zhí)行器（簡稱REXA 執(zhí)行器），是將電信號轉換為力輸出的轉換裝置，是本系統(tǒng)的關鍵設備。

REXA 執(zhí)行器控制原理：交流伺服電機帶動高壓齒輪泵運動，產生的液壓油體積變化作用在油缸上實現位置的改變，同時通過自身位移反饋，完成閉環(huán)位置調節(jié)過程，實現高精度調節(jié)。

內部設置正壓補油箱，通過2 個單向閥在設備缺油時向系統(tǒng)補油。當油缸內部壓力超過設備最大允許壓力時，油液通過2個溢流閥流回油箱，油缸接口與齒輪泵連接處通過流量匹配閥連接。見圖1。

圖1 REXA動力模塊液壓原理圖

3 改造方案簡述

改造案對汽輪機本體部分不做任何改動，保留油動機、錯油門、OPC及AST等安全保護系統(tǒng)的設備及功能，只改造液壓調節(jié)系統(tǒng)部分，即采用REXA執(zhí)行器取替CPC 電液轉換器和調節(jié)滑閥[21。REXA執(zhí)行器選型為QL9000-2-1/2D-P，實現最大出力為9 000 N、全行程50.8 mm，動作速度24.5 mm/s、死區(qū)0.1%，故障時原位鎖定。

3.1 系統(tǒng)改造內容及部件明細

3.1.1 取消的部件

CPC-Ⅱ電液轉換器、調節(jié)滑閥、反饋滑閥和連接油管路。

3.1.2 保留的部件

（1）主汽門、調速汽門；

（2）保安系統(tǒng)；

（3）油系統(tǒng)；

（4）油動機及配汽機構。

3.1.3 增加的設備

（1）REXA 執(zhí)行器及控制箱；

（2）杠桿機構（圖2）；

圖2 REXA執(zhí)行器及杠桿機構

（3）恒定脈沖油與保安油路（見圖3）。

圖3 恒定脈沖油與保安油路

3.2 改造后設備調節(jié)原理及保護動作實現

DEH 控制系統(tǒng)利用測速齒輪和測速裝置獲取轉速信號，通過轉速給定或壓力給定，輸出4～20 mA 信號，來控制REXA 執(zhí)行器，進而控制轉速或機組負荷。

（1）負荷調節(jié)過程

以降低負荷為例說明調節(jié)過程。當降低負荷時REXA執(zhí)行器向下動作，杠桿以油動機端為支點，帶動杠桿向下移動，錯油門下移，壓力油進入油動機下腔，同時上腔排油；油動機向上移動，帶動杠桿上移與執(zhí)行器動作下移，形成負反饋，調門達到預定位置時系統(tǒng)自動平衡[2]。

（2）超速限制功能（OPC）

當機組超速時，OPC 電磁閥動作，泄掉錯油門滑閥下部高壓油，壓力油進入油動機下腔，上腔排油，油動機向上移動，控制調速汽門關小，轉速降低；當OPC信號恢復后，REXA 執(zhí)行器接受新的控制信號重新對機組轉速進行控制。

（3）機組停機保護（AST）

關閉主汽門時OPC 電磁閥得電，泄掉錯油門滑閥下部高壓油，錯油門迅速關閉調速汽門實現調門聯鎖關閉。

3.3 改造前后原理比較

電調改造前調節(jié)系統(tǒng)原理見圖4，采用CPC-Ⅱ閥將控制信號轉換成油壓，通過調節(jié)滑閥來控制錯油門下脈動油壓，反饋杠桿驅動反饋滑閥作為油壓負反饋，實現對油動機位置的控制，控制傳遞方式主要是油壓。

圖4 改造前CPC-Ⅱ閥控制系統(tǒng)方框圖

改造后的調節(jié)系統(tǒng)原理見圖5，采用REXA 執(zhí)行器，通過REXA執(zhí)行器直接驅動錯油門，反饋杠桿負反饋直接控制錯油門，控制傳遞方式主要是位置。

圖5 改造后的REXA執(zhí)行器控制系統(tǒng)方框圖

3.4 改造后技術特點

（1）采用伺服驅動執(zhí)行器直接實現高精度位置控制，無外供油源或氣源，閉式油源徹底解決油液污染、濾芯更換、伺服閥堵塞、伺服閥位置漂移等問題。

（2）采用杠桿機械位置平衡系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，無超調量，抗干擾能力強。

（3）取消了電液伺服閥、反饋滑閥和調節(jié)滑閥減少控制環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了油液過濾等級要求。

（4）REXA 執(zhí)行器可在線維護，減少了停機時間，提高了發(fā)電量。

（5）基本免維護，降低了人力成本。

3.5 改造后技術性能

改造后汽輪機主要技術參數：

轉速調節(jié)范圍：10%～110%高限工作轉速。

轉速控制精度：≤±0.1%高限工作轉速。

轉速定值精度：≤±0.1%高限工作轉速。

系統(tǒng)靜態(tài)特性：系統(tǒng)遲緩率≤±0.1%。

定位精度：小于全行程的0.3%。

重復率：小于全行程的0.3%。

死區(qū)：在控制信號的0.3%。

輸入信號：4～20 mA標準模擬量。

4 結論

電調系統(tǒng)改造后運行穩(wěn)定，各項性能指標均符合原汽輪機電調要求。此次改造取消了CPC-Ⅱ電液伺服閥、反饋滑閥、放大滑閥、濾芯裝置等，簡化了控制環(huán)節(jié)降低了調節(jié)系統(tǒng)對油質的要求，使設備整體能耗、維護量降低。在效率提高的同時，設備的穩(wěn)定性和可靠性都得到較大提升。