汽轮机的调节保安系统的改造

刘 昕,初 东,王长友

（本钢板材股份有限公司发电厂，辽宁本溪 117021）

1 概述

某热电厂现有汽轮机15台。其中9台机组原装配置DEH，4台原本采用机械液压调节系统后陆续改造成DEH调节系统，另外2台前苏联生产的дп-25-2型机组仍然是机械液压调节系统。

下面以该厂CC50-9.0/1.3/0.12型汽轮发电机组为例，论述其调节保安系统进行的DEH-DCS改造。

该机组系哈尔滨汽轮机厂（以下简称“哈汽”）于1987年生产的双缸、单轴、双抽冷凝式汽轮机，通过刚性联轴器直接带动发电机，额定转速3000 r/min。

由于液压式保安调节系统本身固有的迟缓率大的缺点以及系统本身装配质量、机组油质不好等因素导致机组调节保安系统存在油动机滑阀卡涩、加减负荷调整困难、甩负荷、危急保安器失灵、自动主汽门活动试验异常等问题。

为解决上述问题，提高机组的安全性、可靠性和自动化水平，对该机组的控制系统进行DEH改造。改造后，机组控制系统包括DEH（数字电液控制系统）、DCS（集散控制系统）、ETS（汽轮机危急遮断系统）、TSⅠ（汽轮机本体安全监测系统）等。DEH与DCS为一体化设计，DEH是 DCS系统网络中的一个站，与DCS实现数据通讯资源共享；操作站和工程师站与 DCS共用。

改造后，机组的保安系统与调节系统由数字电液控制系统（DEH）统一控制。调节保安系统是数字电液控制系统（DEH）的执行机构，它接受DEH发出的指令，完成驱动阀门及遮断机组等任务。

调节系统是汽轮机数字式电液控制系统（DEH）中的一个组成部分，用于精确控制汽轮机升速、调节负荷和调节抽汽。

保安系统是汽轮机数字式电液控制系统（DEH）中的另一个组成部分，用于保障机组安全，可以使机组在紧急情况下快速遮断，从系统中解列出来。

改造后，经调试，机组调节系统在控制汽轮机升速、调节负荷和调节抽汽等方面都能达到灵活精准的要求；机组保安系统在打闸停机、超速试验、甩负荷试验、主汽门活动试验等方面都安全可靠。彻底解决了机组原液压式保安调节系统存在的问题，改善了调节系统的控制品质，提高了机组运行的安全性、稳定性。

2 保安调节系统的改造方案

2.1 保安调节系统供油方式的变化

改造前，机组正常运行时，调节保安系统均由主油泵供油。

汽轮机油系统设有主油泵一台，外置式高压交流电动启动油泵（以下简称启动油泵）一台，№1射油器、№2射油器，油箱一台等设备。

启动油泵与主油泵的作用是相同的，只是在不同阶段启动发挥作用。两者的供油的流程是相同的。主油泵与汽机转子相联，受汽机转子驱动，与汽机转子同转速运行。

在机组启动过程中，转子定速前，透平油经过启动油泵升压后向机组的保安调节系统供动力油、保安油，同时向机组的润滑系统提供润滑油，

机组在转子定速（即达到3000 r/min）后,保安调节系统及机组润滑系统由主油泵供油。此时可以停止启动油泵，启动油泵的功能即由主油泵取代。

改造后，机组的保安系统与调节系统的油站分开：调节系统使用L— HM68抗磨液压油；保安及润滑系统使用32#透平油。

调节系统采用独立的供油系统，将原系统的油动机系统改造为：“自容式执行器控制系统”，主要由供油系统（油站、蓄能器、抗磨液压油等）、执行机构（油动机、伺服阀、OPC电磁换向阀等）油管路系统（油管路及各阀门等）组成。调节系统由EH油泵提供压力油。

保安及润滑系统利用系统原有的主油泵、油箱、射油器为自动主汽门、机组轴系供油。

机组的保安系统与调节系统的油站分开，解决了因油质不好影响调节系统滑阀卡涩、调整负荷困难的问题。但是保安系统的供油方式没有改变，仍然存在滑阀卡涩的风险，需要从油质管理及油系统负压调整、油箱放水等方面进行维护。

2.2 机组保安调节系统的构造变化

汽轮机的原调节保安系统，由同步器、全行程弹性调速器，中低压调压器，综合滑阀，高、中、低压油动机等机械液压部套组成，按牵连调节原理工作。整个调节系统分为调速和调压两部分。调速部分用弹性调速器作为转速敏感元件；调压部分用薄膜钢带式调压器作为汽压敏感元件。保安系统包括电磁解脱阀、危急遮断装置、手动解脱滑阀等。

2.2.1 调节保安系统取消的部件有

同步器、调速器滑阀组、离心式调速器、停机按钮电磁阀、防火滑阀、综合滑阀、超速限制滑阀、超速试验滑阀（原部件保留，但超速试验的功能已经转移到DEH手操盘，此滑阀仅作为油管路使用）、中压调压器、低压调压器、调压器切除阀、原油动机系统（包括高、中、低压油动机及其错油门、反馈滑阀）拆除更换为自容式执行器控制系统。

2.2.2 调节保安系统增设的部件有

在原来的机械液压部套基础上增设了：挂闸电动球阀集成块1套、主汽门控制组件（即关主汽门电磁阀集成块）1套、AST遮断电磁阀集成块1套、压力开关组件1套等。

2.2.3 改造后，汽轮机保安系统的构成

汽轮机保安系统机械液压部套包括：危急遮断器、危急遮断器滑阀、喷油活动试验装置、手动解脱滑阀、自动关闭器。

汽轮机保安系统DEH控制部套包括：安全油压力开关组件、主汽门电磁阀集成块控制组件、挂闸电动球阀集成块、AST遮断电磁阀集成块组件

2.2.4 改造后，汽轮机调节系统的构成

主要由供油系统（油站、蓄能器、抗磨液压油等）、执行机构（油动机、伺服阀、OPC电磁换向阀等）油管路系统（油管路及各阀门等）组成。

供油系统既是一个动力源，也是一个油液贮存和处理中心，通过它，系统可得到所必需的工作介质—抗磨液压油。执行机构响应DEH的控制指令信号，通过伺服阀控制油动机以驱动汽轮机各蒸汽阀门开度，OPC电磁换向阀接受汽轮机所有的停机信号和103%超速信号，当有信号发出时，OPC电磁换向阀动作从而快速关闭执行机构所控制的调节汽阀，以保证汽轮机正常安全的运行。油管路系统为各液压部件输送工作介质并可将供油系统与执行机构等连接起来，从而构成液压控制系统工作回路。

执行机构是自容式执行器系统中的重要部件，它直接控制着汽机蒸汽阀门的开、关及其阀门的开度。双抽机组配3个执行机构。

2.3 机组保安调节系统的功能及原理

2.3.1 保安系统

（1）挂闸：挂闸就是建立系统安全油压的过程；也是使汽轮机保护系统处于警戒状态的过程。

在机组启动前或已跳闸状态下，主汽门电磁阀1YV带电动作，安全油压未建立，自动主汽门关闭；挂闸由“挂闸电动球阀”完成。

挂闸过程如下：按下挂闸按钮，挂闸球阀正转（顺时针方向），泄掉挂闸油，使危急遮断滑阀在附加保安油的作用下上行，封住安全油的排油口,压力油通过φ5节流孔建立安全油。

当压力开关 PS1、PS2、PS3（三取二）检测到安全油已建立后，通过DEH控制器发出讯号，再使挂闸电动球阀反转，完全关闭。当挂闸油压恢复至1.96 MPa时PS4闭合，则挂闸完成，“挂闸”按钮变为红色。

（2）遮断：保安系统设置有电气、机械及手动三种冗余的遮断手段。

1）电气停机

由遮断电磁阀2YV、3YV完成。当接收到电气停机信号时，遮断电磁阀带电，泄掉附加保安油，危急遮断滑阀动作，泄掉安全油，电气停机信号同时通过继电器回路联动OPC电磁阀（25）和关主汽门电磁阀1YV，泄掉快关油和启动油，快速关闭主汽阀及各调门。

2）机械超速保护

由原机组的危急遮断器和危急遮断器滑阀完成。当转速达到危急遮断器设定值时，撞击子飞出，使危急遮断器滑阀(并联)动作,泄掉安全油，压力开关组动作，联动OPC电磁阀，泄掉快关油，迅速关闭主汽阀和调节阀。

3）手动停机

系统保留了原机组的手动解脱滑阀，供紧急停机用。手拍解脱滑阀的按钮，泄掉附加保安油，危急遮断滑阀动作，泄掉安全油和快关油，从而使主汽阀、调节阀快速关闭，遮断机组进汽。

2.3.2 调节系统

用于精确控制汽轮机升速、调节负荷和抽气调节。

开调门或加负荷：DEH给定一开调门或加负荷指令，经运算比较后输出一正偏值电压△X，并作用在伺服阀上，伺服阀动作，从而驱动油动机动作并使调门往上开启。此调门位移经油动机LVDT反馈回DEH进行比较运算，直至其偏值电压△X为零后，调门便停止移动，并停留在一个新的工作位置上。

关调门或减负荷：作用过程与上相反。

图1 伺服原理框图

3结论

改造后，经调试，彻底解决了机组原液压式保安调节系统存在的问题，改善了调节系统的控制品质，提高了机组运行的安全性和稳定性。

机组调节系统在控制汽轮机升速、调节负荷和调节抽汽等方面都能达到灵活精准的要求；机组转速控制精度小于±0.1%，负荷控制精度小于±1%，彻底消除了机组负荷波动问题。

机组保安系统在打闸停机、超速试验、甩负荷试验、主汽门活动试验等方面都安全可靠。

根据调试结果及运行状况判断，机组调节保安系统改造总的来说比较成功，解决了一些关键性的问题，并为今后相同型号机组的改造积累了经验。

【1】李建刚主编.汽轮机设备及运行[M].北京:中国电力出版社.2006年7月第一版.

【2】上海电力学院王志祥,朱祖涛合编.热工控制设计简明手册(第一版)[M].上海:水利电力出版社.1995年11月.

【3】上海新华控制技术（集团）有限公司编著.电站汽轮机数字式电液调节系统——DEH(第一版)[M].北京:中国电力出版社.2005年5月.

【4】李宝玉,魏毓璞编著.汽轮机调节系统疑难问题解析(第一版)[M].北京:化学工业出版社.2006年6月.