汽轮机电液调节系统与液压调节系统的对比分析

李红旗 徐兴明

（河南济源钢铁〈集团〉有限公司 动力厂，河南 济源459004）

0 前言

随着国家对能源环保的重视，我公司对废气（汽）也进行充分的利用。 根据炼铁高炉富余煤气和转炉富余蒸汽，陆续建成两台12MW 煤气发电机组、一台25MW 煤气发电机组和一台6MW 饱和蒸汽发电机组。1、2# 机组调节系统为纯液压调节。3#、 4# 调节系统为数字电液控制系统（Digital Electric Hydraulic control system）,简称DEH。 通过近几年的运行对比，DEH 系统明显优于纯液压控制系统。

1 DEH 系统与液压系统区别

1.1 信号采集不同

1、2# 机组调节系统由机械部件组成， 以油压做为感受转速的信号和传递动力； 3、4# 机组采用电子元件对转速、功率等信号进行测量和计算，使用液压机械对配汽机构进行驱动。

1.2 组成结构不同

在结构上，调节系统可分为感应机构、传动放大机构、执行机构和反馈机构四个部分。

1.2.1 感应机构、传动放大机构：纯液压调节系统由离心式径向钻孔泵来感受外界电负荷变化引起机组转子转速的变动，离心式径向钻孔油泵特点之一、当进口油压一定时，油泵出口油压的变化与转速的变化成正比例;第二、当进口油压一定时，油泵出口油压仅与汽轮机转速有关，而与油的流量几乎无关，它的P-Q 曲线是条与横坐标几乎平行的水平线，减少了油压的波动。 因此,油泵的出口油压随转速升高而升高，反之则下降。主油泵在转速变化时发出的油压变化信号是很小的，而调速汽门受到的蒸汽作用力却比较大，通过将油泵出口的油压变化放大后，再去控制调速汽门。 油压作用在油门底部引起压力变换器内滑阀的移动， 脉冲油压信号经压力变换器进行一级放大后经油动机进行二次放大，然后驱动油动机动作。 其动作过程图如下：

图1 全液压调节系统动作过程方块图

DEH 分为电子控制部分和液压调节保安部分。 电子控制系统部分主要包括操作员站、HUB、 控制柜等。 控制柜中除配有与通常DCS系统相似的开入、开出、模入、模出I/O 模块外，还配有DEH 专用模块——测速单元、伺服单元。通过图形化组态工具，设计出完善的控制策详，以适应汽轮机液压系统的要求。 操作画面、数据库、历史库等均可与DCS 系统共享。

操作员站：主要完成的是人机接口，运行人员通过操作员站完成能够应用DEH 完成的正常操作。 任意一台操作员站能够定义成工程师站， 工程师和DEH 软件保护人员可以通过工程师站进行组态等修正算法和配置的功能。

HUB：网络集线器，实现上层网络的通信物理接口。

控制柜：实现I/O 模块的安装安排和接线端子的布置，I/O 模块通过DP 通讯线和主控单元连接形成顶层的数据网络，I/O 模块主要实现对所需要的控制信号的采集转换工作。 通过工程师站将DEH 控制算法下装到控制柜， 控制柜中的主控单元实现DEH 控制算法的实现和运算。

测速单元：有三路测速通道，内部三选二逻辑，可输出超速限制、超速保护接点信号。

伺服单元：它与伺服阀、油动机、LVDT 等组成位置随动系统。 存在自动整定零位幅值、及紧迫手动控制功效。

DEH 液压调节保安系统主要包括电液转换器、油动机、LVDT（位移传感器）、电磁阀、卸荷阀、压力开关等。

电液转换器：是DEH 最沉要的环节，主要完成的是将电信号转换为可控制的液压信号。

油动机：最终液压的执行机构。 通过机械杠杆、凸轮、弹簧等机械衔接实现对汽轮机的进汽控制。从而实现对汽轮机的转速、功率、汽压等最终目标的控制。

LVDT（位移传感器）：是油动机行程的实时反馈系统，FM146A 伺服模块通过它的反馈信号和主控单元的指令进行比较从而调整输出信号，实现对油动机的稳定快速控制。 DEH 原理图如下：

图2 DEH 系统原理图

1.2.2 执行机构无重大区别

由于液压油动机奇特的长处，驱动力大、响应速度快、定位精度高，DEH 控制和液压控制的汽轮机进汽阀门均采用油动机驱动调速汽门，从而控制汽轮机的蒸汽通流量，实现对负荷或转速的调整。

1.2.3 反馈机构不同

在全液压系统中，利用油孔来起到反调整作用。其动作过程为：油动机的反馈套筒上，开有和脉冲油路相连的反馈窗口，脉冲油由油动机下端经此反馈窗口流入主油泵入口。当脉冲油压随负荷的减小而增加时，错油门滑阀上移，开启通往油动机活塞下部油室的窗口，油动机活塞在压力油作用下向上移动，关小调速汽门；这时，因油动机活塞的上移，反馈窗口的开度增加，使脉冲油压因回油增加而下降，直至恢复原来数值，错油门滑阀因脉冲油压下降而向下移动，直至回到原来的平衡位置，完成反馈任务（参见全液压调节系统动作过程方框图）。

DEH 反馈机构由安装在油动机上的位移传感器组成， 当油动机拉动杠杆使调速汽门动作时， 位移传感器将当前行程反馈给DEH 控制系统，当反馈值与给定值相同时，DEH 模块驱动电液转换器恢复脉冲油压， 此时油动机错油门内的滑阀遮断油动机进油口和出油口，油动机不动作。

1.3 控制功能不同

液压调节系统，通过同步器实现对转速和功率的控制。 在汽轮机孤网运行时，顺时针转动同步器，通过蜗杆、蜗轮传动使同步器心杆下移，压力变换器弹簧力增加，使滑阀下移，脉冲油压因回油增加而降低，错油门滑阀下移，压力油进入油动机活塞上部时活塞下移，调速汽门开大，进汽增加。此时，因外界负荷不变，故机组转速增加。机组并网后，其操作过程同上，因其转速受到电网频率的限值而近似不变，故进汽量的增加使汽轮机的负荷增加。同步器的操作也可以通过主控室电动直接操作，实现远控。

DEH 在汽轮发电机组并网前，操作员通过操作员站上的软操盘设置升速率、目标转速后，给定转速自动以设定的升速率向目标转速迫近，实际转速随之变化。 当进入临界转速区时，自动将升速率改为大于等于400r/min/min 快速过临界。

在机组同期并网时，总阀位给定立刻阶跃增添4～6%，使发电机带上初负荷，并由转速PI 控制方式转为阀位控制方式。 并网后DEH的控制方式可在阀位控制、功率控制方式之间无扰切换。

在阀控方式下，操作员通过设置目标阀位或按阀位增减按钮控制油动机的开度。在阀位不变时，发电机功率将随蒸汽参数变化而变化。

在功控方法下，操作员通过设置负荷率、目的功率来改变功率给定值，给定功率与实际功率之差，经PI 运算后控制油动机的开度。 在给定功率不变时，油动机开度随蒸汽参数变化而变更，以维持发电机功率不变。

2 结论

因煤气发电和饱和蒸汽发电受外界煤气压力和饱和蒸汽压力的影响较大， 负荷调整亦比较频繁。 DEH 采用计算机对汽轮机进行调节、监视和控制，与纯液压系统对比，在机组的启动、并网、以及带负荷过程中，具有控制精度高、操作简单，并且减少运行人员工作量等优点。

［1］西安电力学校汽轮机教研组.小型火力发电厂汽轮机设备及运行[M].中国电力出版社,1996.

［2］北京和利时DEH 使用说明书[Z].