廖峻嵐

（廣州廣重企業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東廣州 511495）

1 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)概述

隨著電廠對(duì)供電品質(zhì)提出了更高的要求，提高汽輪機(jī)控制系統(tǒng)水平顯得更加必要。除了為電廠提出的使用參數(shù)設(shè)計(jì)的特定的通流方案，采用控制性能好、控制精度高、自動(dòng)化程度高的純電調(diào)的汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為最合適的配置，以便最大限度發(fā)揮汽輪機(jī)組的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本文以博羅生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目冷凝式15 MW汽輪機(jī)（機(jī)組型號(hào)N15-6.4//450）為例說(shuō)明電液調(diào)節(jié)在中小汽輪機(jī)上的應(yīng)用，該機(jī)組的配置為:采用和利時(shí)自容式DEH系統(tǒng)包括T800-F系列硬件和電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)B400；TSI系統(tǒng)采用江陰市第三儀器廠QBJ-3800C系列；ETS系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的控制系統(tǒng)。

N15-6.4//450型凝汽式汽輪機(jī)組是6000 r/min的單缸高轉(zhuǎn)速快裝式汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子后端通過(guò)膜片聯(lián)軸器與減速齒輪箱相連，再帶動(dòng)3 000 r/min發(fā)電機(jī)發(fā)電。其外部系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由主汽閥（危急遮斷閥）、調(diào)節(jié)閥、三個(gè)系統(tǒng)非調(diào)整抽汽單向關(guān)閉閥及其所配油動(dòng)機(jī)等液壓部套組成，具體組成詳見(jiàn)圖1。在延用常規(guī)閥門(mén)和主機(jī)結(jié)構(gòu)模式的前提下，這些油動(dòng)機(jī)和液壓部套由以往常規(guī)使用透平油的控制油系統(tǒng)替換成高壓抗磨液壓油系統(tǒng)，并在結(jié)構(gòu)安排上規(guī)避了透平安全油（潤(rùn)滑油）與高壓抗燃油因泄漏而出現(xiàn)混合的可能影響。

本機(jī)組通過(guò)將汽輪機(jī)的傳感器信號(hào)輸入DEH系統(tǒng)，經(jīng)伺服放大器輸出信號(hào)，通過(guò)電液伺服閥轉(zhuǎn)化為液壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的油動(dòng)機(jī)，并通過(guò)機(jī)械的聯(lián)接，控制進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，調(diào)整汽輪機(jī)的進(jìn)汽量以適應(yīng)負(fù)荷變化的需要。

2 電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.1 電氣控制系統(tǒng)

N15-6.4//450型冷凝式汽輪機(jī)采用純數(shù)字式電液控制系統(tǒng)，DEH系統(tǒng)采用和利時(shí)公司T800-F系列，其相應(yīng)的DEH控制柜構(gòu)成MACS-DCS系統(tǒng)中的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。該系統(tǒng)主控單元FM802采用雙冗余配置及通信方案，互為熱備用。盡管兩個(gè)CPU都接在通信網(wǎng)絡(luò)上，但只有主CPU通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收信息。如果主CPU發(fā)生故障，仲裁器就把工作權(quán)轉(zhuǎn)移給備用的CPU。在工作期間，備用CPU通過(guò)仲裁器設(shè)置主CPU的狀態(tài)，不斷更新自己的存儲(chǔ)器[1]。

該系統(tǒng)配有多套冗余的電源組件并聯(lián)使用，同時(shí)提供繼電器回路和硬接線手操盤(pán)。任一模塊均可帶電拔插，可在不停機(jī)情況下帶電維護(hù)及更換板件。軟件組態(tài)方便，容易掌握，可根據(jù)工程需要修改及擴(kuò)展功能。

測(cè)速模塊FM163E系統(tǒng)配有3塊測(cè)速板組成轉(zhuǎn)速信號(hào)為三取二冗余結(jié)構(gòu)，具有103%額定轉(zhuǎn)速和110%額定轉(zhuǎn)速的接點(diǎn)輸出，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升到額定轉(zhuǎn)速103%時(shí)，發(fā)出快關(guān)調(diào)門(mén)信號(hào)，通過(guò)OPC電磁閥，迅速關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，使機(jī)組的轉(zhuǎn)速盡快穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速[2]；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速110%時(shí)，危急遮斷系統(tǒng)會(huì)發(fā)出停機(jī)信號(hào)并快速關(guān)閉所有閥門(mén)，實(shí)行緊急停機(jī)[3]，從而實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速和三取二超速保護(hù)功能。

伺服模塊FM146B與液壓系統(tǒng)的伺服閥、油動(dòng)機(jī)、位移反饋（LVDT）構(gòu)成電液隨動(dòng)系統(tǒng)，完成對(duì)油動(dòng)機(jī)位置的閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速信號(hào)為三取二冗余和油動(dòng)機(jī)位移信號(hào)雙冗余，有效降低了機(jī)組的事故停機(jī)率。

另有三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)分別輸入到隸屬于TSI系統(tǒng)的三個(gè)轉(zhuǎn)速模塊中，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速110%時(shí)，經(jīng)三取二表決后，將處理后的信號(hào)送到ETS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)的超速保護(hù)功能。

該DEH系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)本汽輪機(jī)組調(diào)試和正常運(yùn)行的主要功能，如下：

起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速控制，包括7種方式：①同期并網(wǎng)；②閥控方式；③功控方式；④壓控方式；⑤CCS方式；⑥一次調(diào)頻；⑦緊急手動(dòng)；

限制控制功能，包括：①超速限制；②閥位限制；③高負(fù)荷限制；④主蒸汽壓力限制；⑤甩負(fù)荷；⑥低真空負(fù)荷限制[1]；

保護(hù)控制功能，包括：①超速保護(hù)；②TSI電氣超速保護(hù)；③DEH軟件組態(tài)超速保護(hù)；④DEH測(cè)速模塊硬件超速保護(hù)；

試驗(yàn)系統(tǒng)功能，包括①假并網(wǎng)試驗(yàn)；②超速試驗(yàn)；③閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)；④閥門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)；⑤高壓遮斷模塊試驗(yàn)；⑥OPC開(kāi)關(guān)調(diào)門(mén)試驗(yàn)；⑦離線仿真試驗(yàn)；

除此之外，有孤網(wǎng)運(yùn)行控制功能，報(bào)表、操作記錄、趨勢(shì)管理功能；可提供OPC接口，與管理網(wǎng)連接方便；并提供100點(diǎn)以上測(cè)點(diǎn)，適應(yīng)日常運(yùn)行管理需求。

2.2 液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)采用的是和利時(shí)公司B400系列自容式電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)和自容式液壓泵站，其工質(zhì)采用無(wú)毒環(huán)保的高壓抗磨液壓油。

圖1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

液壓控制系統(tǒng)主要包括：伺服油動(dòng)機(jī)、供油系統(tǒng)、保安系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)主要是將調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)變?yōu)殡娨核欧蛣?dòng)機(jī)。即由電液伺服閥、調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)、冗余LVDT位移反饋和電子控制裝置的硬件伺服模塊等組成，是一個(gè)電液隨動(dòng)式系統(tǒng)。

自容式高壓抗磨油供油系統(tǒng)采用獨(dú)立油源，包括EH冗余油泵、濾油器、電加熱器、蓄能器等。

保安系統(tǒng)包括AST遮斷電磁閥、OPC快關(guān)電磁閥、主汽閥電磁閥、單向關(guān)閉閥電磁閥、不銹鋼隔離閥。

自容式液壓泵站結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高，油泵電機(jī)組冗余配置，兩套油泵互為備用。當(dāng)調(diào)節(jié)油系統(tǒng)壓力偏低時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)備用油泵，以保證供油可靠。泵站使高壓抗磨液壓油的油源獨(dú)立，避免了潤(rùn)滑油與調(diào)節(jié)用油的混合污染，便于保持調(diào)節(jié)用油的清潔度和封閉，防止調(diào)節(jié)部套的卡澀。

高壓抗磨液壓油的工作油壓力為14 MPa，每個(gè)閥門(mén)配置一臺(tái)自容式油動(dòng)機(jī)，OPC電磁閥失電狀態(tài)下，高壓油進(jìn)入卸載閥上腔建立起安全油壓，卸載閥關(guān)閉，油動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備就緒。DEH送來(lái)的信號(hào)通過(guò)電液伺服閥轉(zhuǎn)換為控制油動(dòng)機(jī)活塞升降的液壓信號(hào)，由于位移傳感器（LVDT）與活塞聯(lián)動(dòng)，其反饋的位置信號(hào)與閥位指令相平衡時(shí)，活塞停止運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的調(diào)整。根據(jù)閥位指令信號(hào)的變化，油動(dòng)機(jī)隨時(shí)地調(diào)節(jié)蒸汽閥門(mén)的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)單閥控制方式。要求緊急停機(jī)時(shí)，安全系統(tǒng)動(dòng)作，卸載閥打開(kāi)，油動(dòng)機(jī)活塞上下腔室連通，活塞下腔的油迅速流向上腔，活塞下的油壓迅速下降，活塞在上腔高壓力作用下迅速關(guān)閉。由伺服板、伺服閥、油動(dòng)機(jī)、冗余LVDT組成一個(gè)電液隨動(dòng)系統(tǒng)，反應(yīng)快、靈敏。

液壓系統(tǒng)通過(guò)一套透平油系統(tǒng)的安全油三取二冗余信號(hào)，作為高壓抗磨液壓油系統(tǒng)的安全油，來(lái)控制油動(dòng)機(jī)運(yùn)行。一旦供油系統(tǒng)失壓，或安全系統(tǒng)動(dòng)作，油動(dòng)機(jī)活塞將加快關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，主汽閥和抽汽單向閥等蒸汽閥門(mén)可以在操縱座彈簧力的作用下迅速關(guān)閉，確保機(jī)組安全。

除冗余配置的AST遮斷電磁閥外，還具有單獨(dú)的手動(dòng)停機(jī)換向閥，提供進(jìn)一步的安全保障。

3 小結(jié)

本公司生產(chǎn)的目前在運(yùn)行的中小型汽輪機(jī)，部分是采用液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即便經(jīng)過(guò)改造成數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)或新出廠的汽輪機(jī)組，其主要的汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)依然有半數(shù)汽輪機(jī)組應(yīng)要求保留了機(jī)械液壓超速保護(hù)裝置，組成電子和機(jī)械液壓超速保護(hù)并存的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機(jī)械液壓超速保護(hù)裝置在整定參數(shù)的精度和重復(fù)性等方面存在明顯不足，相對(duì)而言，通過(guò)純數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)在汽輪機(jī)上的應(yīng)用更能提高電廠控制水平。

汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的DEH以計(jì)算機(jī)為主控單元，將數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等融合在一起，幫助現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)以及程序控制等操作。它承擔(dān)著轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)節(jié)及工況控制的任務(wù)，直接影響著機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及自動(dòng)化程度。

高壓抗磨液壓油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的技術(shù)性能好，特別是機(jī)組的系統(tǒng)遲緩率和機(jī)組在甩滿負(fù)荷情況下的超調(diào)量大大降低。相對(duì)于低壓透平油調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較而言，高壓抗磨液壓油無(wú)毒、無(wú)污染，擁有高壓抗燃油系統(tǒng)的控制精度高，但又無(wú)需像抗燃油一樣對(duì)油液介質(zhì)進(jìn)行大量的高成本維護(hù)工作。自容式電液執(zhí)行器系統(tǒng)采用高壓系統(tǒng)，使油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，提升力大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、定位精度高，兼有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等優(yōu)點(diǎn)。日后有望推廣應(yīng)用于公司生產(chǎn)的6 MW、15 MW、25 MW汽輪發(fā)電機(jī)組中。

純數(shù)字式電液控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使中小型汽輪機(jī)自動(dòng)化程度和安全保障大大提高，各種實(shí)用的功能，有利于優(yōu)化運(yùn)行，提高管理水平和經(jīng)濟(jì)效益；還可利用仿真功能在開(kāi)機(jī)前進(jìn)行操作模擬運(yùn)行培訓(xùn)，降低系統(tǒng)維護(hù)難度和工作強(qiáng)度，使工作環(huán)境得到極大改善。

［1］白焰，吳鴻，楊國(guó)田.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

［2］降愛(ài)琴，郝秀芳.數(shù)字電液調(diào)節(jié)與旁路控制系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［3］巨林倉(cāng)，劉齊壽，楊清宇，等.電廠熱工過(guò)程控制系統(tǒng)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2009.