火电厂数字电液控制系统研究

徐济哲

摘要：DCS 控制系统在火电机组中的发展及其应用的成熟，提供了广阔的空间利于热工自动化技术的发展。热工自动化发展的方向始终是如何改进火电机组的自动控制系统，在保证机组运行稳定安全性的基础上，提高机组运行的经济可靠性，增强发电企业的市场竞争力。

关键词：分散控制系统；系统改造；自动控制

0引言

汽轮机是以蒸汽为工质的原动机，在国民经济中起着举足轻重的作用，在各个领域有着广泛的应用。可以用来驱动发电机、高炉鼓风机、压缩机、船舶及各种泵等。除了作为原动机输出动力外，汽轮机还可为其他工业过程提供工业用蒸汽，如化工、纺织、锻压、电解等，以及为居民提供生活采暖用蒸汽。特别是在电力工业中，汽轮机是火力发电厂的三大主机之一，用于驱动发电机发出电能。汽轮机是用来带动发电机旋转发电的，为了保证电力生产的安全经济及供电质量，对汽轮机运行的各个阶段进行控制至关重要。

1数字电液控制系统

汽轮机数字式电液控制系统（DEH）是在模拟电液控制系统上的进一步发展，它集成了两大最新科技成果：固体电子学新技术—数字计算机系统和液压新技术—高压抗燃油系统。由于采用了数字计算机对各种信号进行处理，所以通过软件可以实现更多的控制功能，使得组态灵活方便。在硬件上它采用了积木式结构，使得功能扩展很方便，它的各种冗余技术使得控制更为准确。这些都是前三代控制系统所无法比拟的。图 1 国产新华公司生产的 DEH 系统结构图。

2电液转换器模型的建立

电液转换器（也称电液伺服阀）分为动铁式和动圈式两种，因为实验采用的是动铁式电液转换器，所以本文主要推导动铁式电液转换器的传递函数。动铁式电液转换器如图 2 所示，主要由电磁、液压两部分组成。电磁部分是永磁式力矩马达，由永久磁铁、导磁体、衔铁、控制线圈和弹簧管组成。液压部分是结构对称的二级液压放大器，前置级是双喷嘴挡板阀，功率级是四通滑阀，滑阀通过反馈杆与衔铁挡板组件相连。DEH 系统送来的电气信号输入控制线圈，在永久磁钢磁场的作用下产生偏转扭矩，使可动衔铁带动弹簧管及挡板偏转，改变了喷嘴与挡板之间的间隙。间隙减小的一侧油压升高，间隙增大的一侧油压降低。在此压差作用下断流滑阀移动，打开了油动机通高压油和回油的两个控制窗口，使油动机活塞移动控制调节阀的开度当可动衔铁、弹簧管及挡板偏转时，弹簧管发生弹性变形反馈杆发生挠曲。待断流滑阀在两端油压差作用下产生移动时，就使反馈杆产生反作用力矩，它与弹簧管、可动衔铁吸动力等的反力矩一起与输入电流产生的主动力矩相比较，直到总力矩的代数和等于即断流滑阀到达一个新的位置，这一位置与输入电流量成正比。当输入信号极性相反时滑阀位移方向也随之相反。

4结论

数字电液控制系统的研究，对于保持汽轮机的安全经济运行具有重要意义。本文工作包括 DEH 实验系统的设计、搭建以及某电厂机组 DEH 系统改造后的试验研究，现归纳如下：

（1）根据汽轮机 DEH 系统设计、搭建实验系统，在模拟的条件下能够实现包括转速控制、负荷控制、供热控制、单阀/顺序阀切换、超速保护、在线试验等功能的独立完整的控制系统。该系统可以控制抗燃油的温度、压力和流量，还可以通过过滤装置和冷油系统控制油温过高或油的清洁度。

（2）分析、讨论了DEH系统中电液转换器的数学模型，在分析其不同故障机理的基础上用计算机仿真的方法给出了电液转换器几种典型故障的动态响应曲线，仿真表明在DEH系统的动态特性研究中，可将其视为惯性环节，可以通过电液转换器的响应特征识别不同的故障，对于通过实验的方法识别电液转换器故障具有一定的指导意义。

（3）分别进行了单阀与顺序阀控制方式下阀门流量特性试验，得到了单阀和顺序阀控制下的流量特性曲线，通过阀门流量特性曲线和汽轮机自身特性确定顺序阀控制下各个需要整定的参数及阀门重叠度，为实验系统中阀门管理参数整定提供了试验指导。

（4）根据汽轮机调节级的原始资料，计算出调节级的特性数据，绘制出特性曲线，拟合出调节级特性曲线公式，并依此计算了单阀与顺序阀控制下的调节级效率，分析了顺序阀控制时阀门重叠度对调节级效率和调节系统的影响。

参考文献

[1] 肖增弘，徐豐.汽轮机数字电液调节系统.北京：中国电力出版社，2003.19～37

[2] 高爱民.电液调节系统.北京：中国电力出版社，2004.10～25

[3] 郑善才.N125 汽轮机调节保安系统故障分析与处理，中国电机工程学会汽轮机调节系统学术讨论会论文，1987，15