中小型汽轮机的数字电液调节系统

廖峻岚

（广州广重企业集团有限公司，广东广州 511495）

1 汽轮机控制系统概述

随着电厂对供电品质提出了更高的要求，提高汽轮机控制系统水平显得更加必要。除了为电厂提出的使用参数设计的特定的通流方案，采用控制性能好、控制精度高、自动化程度高的纯电调的汽轮机电液调节系统成为最合适的配置，以便最大限度发挥汽轮机组的技术优势。本文以博罗生活垃圾焚烧发电项目冷凝式15 MW汽轮机（机组型号N15-6.4//450）为例说明电液调节在中小汽轮机上的应用，该机组的配置为:采用和利时自容式DEH系统包括T800-F系列硬件和电液调节系统B400；TSI系统采用江阴市第三仪器厂QBJ-3800C系列；ETS系统采用和利时公司的控制系统。

N15-6.4//450型凝汽式汽轮机组是6000 r/min的单缸高转速快装式汽轮机组，汽轮机转子后端通过膜片联轴器与减速齿轮箱相连，再带动3 000 r/min发电机发电。其外部系统执行机构主要由主汽阀（危急遮断阀）、调节阀、三个系统非调整抽汽单向关闭阀及其所配油动机等液压部套组成，具体组成详见图1。在延用常规阀门和主机结构模式的前提下，这些油动机和液压部套由以往常规使用透平油的控制油系统替换成高压抗磨液压油系统，并在结构安排上规避了透平安全油（润滑油）与高压抗燃油因泄漏而出现混合的可能影响。

本机组通过将汽轮机的传感器信号输入DEH系统，经伺服放大器输出信号，通过电液伺服阀转化为液压信号驱动相应的油动机，并通过机械的联接，控制进汽调节阀的开度，调整汽轮机的进汽量以适应负荷变化的需要。

2 电液调节系统

2.1 电气控制系统

N15-6.4//450型冷凝式汽轮机采用纯数字式电液控制系统，DEH系统采用和利时公司T800-F系列，其相应的DEH控制柜构成MACS-DCS系统中的一个现场控制站。该系统主控单元FM802采用双冗余配置及通信方案，互为热备用。尽管两个CPU都接在通信网络上，但只有主CPU通过通信网络发送和接收信息。如果主CPU发生故障，仲裁器就把工作权转移给备用的CPU。在工作期间，备用CPU通过仲裁器设置主CPU的状态，不断更新自己的存储器[1]。

该系统配有多套冗余的电源组件并联使用，同时提供继电器回路和硬接线手操盘。任一模块均可带电拔插，可在不停机情况下带电维护及更换板件。软件组态方便，容易掌握，可根据工程需要修改及扩展功能。

测速模块FM163E系统配有3块测速板组成转速信号为三取二冗余结构，具有103%额定转速和110%额定转速的接点输出，在汽轮机转速飞升到额定转速103%时，发出快关调门信号，通过OPC电磁阀，迅速关闭调节阀，使机组的转速尽快稳定在额定转速[2]；当转速超过额定转速110%时，危急遮断系统会发出停机信号并快速关闭所有阀门，实行紧急停机[3]，从而实现降低转速和三取二超速保护功能。

伺服模块FM146B与液压系统的伺服阀、油动机、位移反馈（LVDT）构成电液随动系统，完成对油动机位置的闭环控制。转速信号为三取二冗余和油动机位移信号双冗余，有效降低了机组的事故停机率。

另有三个转速信号分别输入到隶属于TSI系统的三个转速模块中，当转速超过额定转速110%时，经三取二表决后，将处理后的信号送到ETS系统，实现常规的超速保护功能。

该DEH系统可实现本汽轮机组调试和正常运行的主要功能，如下：

起动过程的转速控制，包括7种方式：①同期并网；②阀控方式；③功控方式；④压控方式；⑤CCS方式；⑥一次调频；⑦紧急手动；

限制控制功能，包括：①超速限制；②阀位限制；③高负荷限制；④主蒸汽压力限制；⑤甩负荷；⑥低真空负荷限制[1]；

保护控制功能，包括：①超速保护；②TSI电气超速保护；③DEH软件组态超速保护；④DEH测速模块硬件超速保护；

试验系统功能，包括①假并网试验；②超速试验；③阀门活动试验；④阀门严密性试验；⑤高压遮断模块试验；⑥OPC开关调门试验；⑦离线仿真试验；

除此之外，有孤网运行控制功能，报表、操作记录、趋势管理功能；可提供OPC接口，与管理网连接方便；并提供100点以上测点，适应日常运行管理需求。

2.2 液压控制系统

液压控制系统采用的是和利时公司B400系列自容式电液执行机构和自容式液压泵站，其工质采用无毒环保的高压抗磨液压油。

图1 调节系统图

液压控制系统主要包括：伺服油动机、供油系统、保安系统。液压控制系统主要是将调节阀油动机变为电液伺服油动机。即由电液伺服阀、调节阀油动机、冗余LVDT位移反馈和电子控制装置的硬件伺服模块等组成，是一个电液随动式系统。

自容式高压抗磨油供油系统采用独立油源，包括EH冗余油泵、滤油器、电加热器、蓄能器等。

保安系统包括AST遮断电磁阀、OPC快关电磁阀、主汽阀电磁阀、单向关闭阀电磁阀、不锈钢隔离阀。

自容式液压泵站结构紧凑、集成度高，油泵电机组冗余配置，两套油泵互为备用。当调节油系统压力偏低时，能自动启动备用油泵，以保证供油可靠。泵站使高压抗磨液压油的油源独立，避免了润滑油与调节用油的混合污染，便于保持调节用油的清洁度和封闭，防止调节部套的卡涩。

高压抗磨液压油的工作油压力为14 MPa，每个阀门配置一台自容式油动机，OPC电磁阀失电状态下，高压油进入卸载阀上腔建立起安全油压，卸载阀关闭，油动机准备就绪。DEH送来的信号通过电液伺服阀转换为控制油动机活塞升降的液压信号，由于位移传感器（LVDT）与活塞联动，其反馈的位置信号与阀位指令相平衡时，活塞停止运动，完成对调节阀开度的调整。根据阀位指令信号的变化，油动机随时地调节蒸汽阀门的开度，实现单阀控制方式。要求紧急停机时，安全系统动作，卸载阀打开，油动机活塞上下腔室连通，活塞下腔的油迅速流向上腔，活塞下的油压迅速下降，活塞在上腔高压力作用下迅速关闭。由伺服板、伺服阀、油动机、冗余LVDT组成一个电液随动系统，反应快、灵敏。

液压系统通过一套透平油系统的安全油三取二冗余信号，作为高压抗磨液压油系统的安全油，来控制油动机运行。一旦供油系统失压，或安全系统动作，油动机活塞将加快关闭调节阀，主汽阀和抽汽单向阀等蒸汽阀门可以在操纵座弹簧力的作用下迅速关闭，确保机组安全。

除冗余配置的AST遮断电磁阀外，还具有单独的手动停机换向阀，提供进一步的安全保障。

3 小结

本公司生产的目前在运行的中小型汽轮机，部分是采用液压调节系统，即便经过改造成数字电液调节系统或新出厂的汽轮机组，其主要的汽轮机超速保护系统依然有半数汽轮机组应要求保留了机械液压超速保护装置，组成电子和机械液压超速保护并存的电液调节系统，机械液压超速保护装置在整定参数的精度和重复性等方面存在明显不足，相对而言，通过纯数字电液调节系统在汽轮机上的应用更能提高电厂控制水平。

汽轮机控制系统的DEH以计算机为主控单元，将数据采集技术、数据通信技术等融合在一起，帮助现场人员进行手动、自动以及程序控制等操作。它承担着转速和负荷调节及工况控制的任务，直接影响着机组运行的安全性、可靠性、经济性以及自动化程度。

高压抗磨液压油电液调节系统的技术性能好，特别是机组的系统迟缓率和机组在甩满负荷情况下的超调量大大降低。相对于低压透平油调节系统比较而言，高压抗磨液压油无毒、无污染，拥有高压抗燃油系统的控制精度高，但又无需像抗燃油一样对油液介质进行大量的高成本维护工作。自容式电液执行器系统采用高压系统，使油动机结构紧凑，提升力大、动态响应快、定位精度高，兼有模块化、标准化、系列化等优点。日后有望推广应用于公司生产的6 MW、15 MW、25 MW汽轮发电机组中。

纯数字式电液控制系统的广泛应用，使中小型汽轮机自动化程度和安全保障大大提高，各种实用的功能，有利于优化运行，提高管理水平和经济效益；还可利用仿真功能在开机前进行操作模拟运行培训，降低系统维护难度和工作强度，使工作环境得到极大改善。

［1］白焰，吴鸿，杨国田.分散控制系统与现场总线控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［2］降爱琴，郝秀芳.数字电液调节与旁路控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［3］巨林仓，刘齐寿，杨清宇，等.电厂热工过程控制系统［M］.西安：西安交通大学出版社，2009.