1000MW机组配套给水泵汽轮机控制油系统的配置分析

吴桂年

【摘 要】 阐述了我国1000MW超超临界压力机组配套给水泵汽轮机控制油系统的选型及配置，针对博贺电厂给水泵汽轮机的实际布置情况及与之配套的控制油系统存在的困难作了分析，并对博贺电厂给水泵汽轮机控制油系统的选型和配置情况进行了比较，最终确定了博贺电厂给水泵汽轮机控制油系统的选型和配置。

【关键词】 1000MW超超临界机组 给水泵汽轮机 控制油系统 配置 分析

1 前言

广东粤电茂名博贺电厂2X100万千瓦“上大压小”工程，是广东粤电集团广东电力发展股份有限公司结合博贺新港区的开发建设，在该临港工业区建设的一座大型火力发电厂。根据建设厂址的自然条件和广东电力需求发展趋势，本工程一期容量为4×1000MW燃煤发电机组，留有再扩建4×1000MW机组的余地。首两台工程建设2×1000MW超超临界燃煤汽轮发电机组，同步建设烟气脱硫设施。拟分别在2016年3月和2016年7月投入商业运行。

本期工程建设两台2×1000MW国产超超临界燃煤机组。汽轮机采用上海电气集团产品、锅炉采用哈尔滨锅炉厂产品、发电机采用上海电气集团产品。本工程机组按带基本负荷考虑，并具有一定的调峰性能。机组年利用小时为5500h。本工程的给水泵汽轮机于2013年8月签订技术协议，采用上海汽轮机厂的小汽轮机。按原技术协议小机的控制油是与主机的DEH控制油系统共用的，但由于本工程的布置特点，本工程汽动给水泵的布置方式是，小汽机采用上排汽方式，给水前置泵与主泵同轴，并与小汽机一同布置于BC间的除氧器间零米层，小机上排汽至凝汽器。若采用小机与主机共用高压抗燃油纯电调DEH控制的方式，会存在DEH控制油系统布置困难的问题。

2 本工程汽动给水泵的布置情况

汽动给水泵组的布置比较普遍的两种方式是：一种方式是给水前置泵布置在主厂房的AB间汽机房的零米，给水泵主泵布置在主厂房的AB间汽机房的运转层；另一种方式是给水泵采用前置泵与主泵同轴，布置在主厂房的AB间汽机房的运转层；这两种常规的布置方式，是当时采用比较普遍的方式，也是比较成熟的布置方式，是常规采用的小机与主机共用控制油系统的方式，都是采用高压抗燃油纯电调DEH控制方式，都不存在控制油系统布置困难的问题。本工程汽动给水泵的布置方式是，小汽机采用上排汽方式，给水前置泵与主泵同轴，并与小汽机一同布置于BC间的除氧器间零米层，小机上排汽至凝汽器。若采用小机与主机共用高压抗燃油纯电调DEH控制的方式，会存在DEH控制油系统布置困难的问题。

3 本工程汽轮机EH油系统的布置要求与存在问题

3.1 机组布置情况

主机运转层15.5米，中间层7.1米，小机布置在BC间的除氧器间零米层。

3.2 主机EH油系统管线布置要求及存在问题

本工程汽轮机采用上海电气集团产品，上海汽轮机采用的是西门子技术，西门子技术对主机EH油系统的布置有严格的要求。根据要求，主机EH油系统的布置要求放在高压缸本体下方垂直不大于10～15米区域内，常规布置在中间层7.1米区域内。根据本工程机组的实际布置情况，若主机EH油系统布置在中间层7.1米区域内，小机布置于BC间零米，则小机EH油系统的回油在不增加回油泵及回油箱的情况下，回油存在困难。若将主机EH油箱放置在汽机房0m层高压缸正下方，主机EH油系统的布置能满足于其垂直距离不大于10～15米的边界要求，而小机EH油箱与油动机之间管路的管线长度不能超过30m，但远端小机直线距离至少已达32m，还未考虑油管拐弯的情况，小机EH油管线的距离将大于30m，同时小机的布置高度要考虑EH油系统回油管线的坡度，这种布置不能满足小机EH油的控制要求。若主机EH油箱靠近两台小机中间的0m层布置，距离主机油动机的管线长度至少达51m，也远大于要求的主机油路管线长度小于30m的要求，则难以满足主机EH油的控制要求。

4 高压抗燃油纯电调与低压透平油纯电调两种方式的比较

4.1 纯电调的基本概念

一般而言，DEH控制系统由两大部分组成，即控制器部分和执行器部分。控制器部分实现控制系统的控制策略；执行器部分执行控制器的控制结果，定位调节机构。传统汽轮机的液压调节系统控制器，包括调速器、同步器、中间放大滑阀等部件，实现转速测量，偏差放大等控制策略，为液压控制器。油动机为执行器，接受控制器来的液压信号，定位调节阀位。汽轮机电液调节系统的控制器，为数字式DEH控制器，实现转速调节、负荷控制、新汽压力控制及机炉协调控制等多种控制策略，其输出的总阀位信号为电气量信号，该信号经过电液放大，驱动液压执行器，即油动机；也可直接驱动电液执行器，即电液伺服油动机，简称电液油动机，以定位相应的调节阀位。

4.2 高压抗燃油纯电调

高压抗燃油纯电调是随着引西屋汽轮机制造技术而进入我国，因而广为人知。高压抗燃油纯电调DEH，克服了传统液压调节系统存在的缺陷，能采用灵活的控制策略以适应多种运行工况自动化控制的要求，为适应机炉协调控制（CCS）和自动发电控制（AGC）打下基础。由于高压抗燃油纯电调具有上述特点，因而被广泛应用于300MW以上大型机组的控制系统。近年来，高压抗燃油纯电调技术又被推广到200MW机组的调节系统改造，收到较好效果。高压抗燃油纯电调采用的油动机，是典型的电液油动机，每个油动机可单独执行正常控制，快关和遮断动作；可接受阀门管理软件控制，实现固定模式和可变模式的配汽管理。但是，高压抗燃油纯电调也存在一些先天不足。主要不足之处：压力参数较高，系统结构复杂，制造成本高；对油质清洁度要求很高，油品需要不断再生，运行维护费用高；电液伺服阀容易卡涩，需要常备备件，增加了运行成本；需配备外置式液压油源，不但增加了设备费用和运行维护费用，而且安全性不如透平油液压油源；抗燃油有毒性，长期大量使用抗燃油将为环境保护所不容。

上述不足之处，在125MW、100MW等中小容量机组的自动化改造上及给水泵配套小汽轮机的应用上反映尤为突出。

4.3 低压透平油纯电调

低压透平油纯电调的应用，关键在于电液转换难题的解决。和利时公司成功地应用了MOOG公司新近推出的直接驱动式电液伺服阀，即DDV阀，圆满地解决了电液转换的难题，为低压透平油纯电调的开发和应用开辟了广阔的前景。这种伺服阀的控制精度和动态响应特性均与MOOG阀相当，抗污染能力和可靠性远高于MOOG阀，能适应透平油系统的一般清洁度水平。低压透平油纯电调具有的优点：系统简洁，制造工艺符合汽轮机厂的设备条件，制造成本低；液压系统易损件少，寿命长，运行维护费用低；采用常规的透平油液压油源，共用润滑油油站，不需另配油源站；采用MOOG公司新近推出的DDV型电液伺服阀，控制精度高，抗污染能力强；由DDV阀构成的电液放大器和电液油动机，定位精确、灵敏度高，可靠性好，抗污染能力优于高压抗燃油电液油动机；不用抗燃油，环保特性好。

4.4 低压透平油纯电调的市场应用

低压透平油纯电调在主机上的应用：我国曾经引进过多台日立机组，例如首阳山300MW机组，其控制系统就是采用低压透平油纯电调，用比较经济可靠的办法，完全达到了高压抗燃油纯电调的控制水平，用户反映十分满意。低压透平油纯电调技术的应用，可使制造成本和运行维护费用大大降低。用于老机组改造时，所保留的油动机和液压油源是汽轮机原有的液压调节系统中故障率最低的部分，因此，改为纯电调后，控制系统的可靠性大大提高，并取得了可观的经济效益。在给水泵、引风机汽轮机上的应用，海门电厂的#1～4机组给水汽轮机、#3、4机组的引风机汽轮机的控制均采用杭汽产的低压纯电调汽轮机组，反映情况良好。

5 本工程小机控制油系统的几个比选方案

（1）小机控制油采用与主机共用高压抗燃油DEH的纯电调控制方式，但小机的回油系统需增加回油泵及回油箱的方式，南通电厂采用此方案，此方案由于暂无长期运行的应用业绩验证，控制性能的稳定性及安全可靠性有待检验，有存在风险的可能。结合本工程机组的布置特点及西门子技术机组对主机EH油系统的布置的严格要求条件，从机组的安全运行综合考虑，因此该方案不是成熟的方案。

（2）小机单独配套EH供油系统。是在不能与主机共用DEH控制油源的基础上，分离出来的，独立设置EH油供油系统，包括EH油泵、EH油箱等一整套配套设备，每台机组一套，两小机合用，系统布置相对复杂，但不受相互影响。小机若单独配置EH供油系统，油箱布置在两小机之间，油管道走向基本不变。但增加的费用比较大，技术协议范围内难以消化增加的费用，业主需增加不少投资。

具体设备及费用增加情况如表1：

EH油控制系统的性能已经得到市场的检验，应用比较成熟。但在增加高压抗燃油供油设备的基础上还需配套在线再生等设备，相对采用低压润滑油控制价格较为昂贵，从上表情况可以看出两台机组增加投资费用约接近200万元，是一笔不少的投资。

（3）小机控制油系统采用低压润滑油纯电调的控制方式，油源与润滑油系统共享，独立系统较少，具备低油压控制的优点，在给水系统转速比较大的情况下，以及对满足锅炉的性能曲线的匹配方面应充分考虑。该方案需增加润滑油调速油泵及相关配套部件，因为是属于低压设备，价格相对较为便宜，整套小机控制油系统设备的变更可能引起的价格问题容易在技术协议范围内消化，业主不需增加费用可满足小机控制油系统设计变更的要求。应用上，小机控制油系统采用低压润滑油纯电调的控制方式，有比较多应用的范例，如杭汽小汽轮机在其他项目上有应用，比如华能的海门电厂等，在本项目投标时也是采用润滑油供油方案，上汽在引风机的小汽机上有应用；而小机单独配套EH供油系统的应用案例比较少，暂时还没了解到有电厂的应用案例，一般情况下都是与大机共用EH油系统的，而且小机单独配套EH供油系统的方案增加的投资费用不少。技术上，随着机组单机容量的增加，采用EH油控制的大型机组推广面较广，市场的认知、认可度较高。而低压纯电调一般应用在小型汽轮机组，包括与汽动给水泵配套的小汽轮机，以及纯液调机组的改造上比较多。

6 结语

综上所述，结合本工程机组的布置特点及西门子技术机组对主机EH油系统的布置的严格要求条件，从机组的安全运行综合考虑，经过从安全应用上，从技术上及从投资费用上等的比选分析，最终确定博贺电厂给水泵汽轮机的控制油系统采用低压润滑油纯电调的控制方案。

参考文献

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