DEH在俄供320MW超临界机组上的改造与应用

孙　涛，刘　军

(华能营口电厂 检修部，辽宁 营口 115007)



DEH在俄供320MW超临界机组上的改造与应用

孙涛，刘军

(华能营口电厂 检修部，辽宁 营口 115007)

摘要：对华能营口电厂在DEH 高压抗燃油控制系统改造前的2台俄供超临界机组汽轮机控制系统和REXA执行器控制系统进行了简要说明，对原调节系统出现的问题进行了分析，重点阐述了改造后的高压抗燃油DEH系统组成、主汽门的控制、调节汽门的控制、超速保护控制与自动停机遮断系统等内容，针对改造过程中出现的问题给出了解决办法，同时对REXA执行器控制系统与高压抗燃油控制系统做了多方面比较。在进行俄供320MW超临界机组DEH高压抗燃油控制系统改造后，提高了系统的动态品质，为国内其他俄供超临界机组和采用REXA执行器控制系统机组的改造提供了经验，具有一定的借鉴意义。

关键词：俄供汽轮机；DEH 系统；电子危急保安器

华能营口电厂一期工程安装有两台苏联哈尔科夫汽轮机厂制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽凝汽式汽轮机，型号为К-320-23.5-4，汽轮发电机组的设计额定功率为320 MW，分别于1995、1996年投产。最初的设计主要用于承担电网的基本负荷需求，采用了电液调节与纯液压调节并存的方式，以电液调节为主，液压调节备用。电液调节由电液转换器与电流卸载机构联合作用，改变二次油压，通过错油门，直接控制油动机的工作状态。因为苏联制造的320 MW机组汽轮机数字电液控制系统(Digital Electric Hydraulic Control System，DEH)改造在世界上属于首例，很多工作都是在探索中前进，改造过程中也出现了很多波折，两台机组分别于2003年和2005年进行了以REXA执行器(美国瑞克萨REXA公司生产的XPAC系列调节、智能型电液执行机构)为基础控制设备的电液控制系统改造，2014年进行了DEH高压抗燃油控制系统改造，下面将详细介绍这方面的经验。

1原调节系统

1.1　原调节系统简介

机组原始设计的调节系统为电液并存调节系统，2003年对调节系统进行了改造，取消了原始设计中的电液转换器、电流卸载机构、同步器及功率限制器等部件，改造为使用REXA执行器的电液调节系统。

机组调节系统的执行机构主要由油动机、错油门、REXA执行器和杠杆组成，REXA执行器接受DEH控制信号，转换成大力矩输出的位移信号，控制油动机错油门，通过杠杆反馈完成调节过程，如图1所示。

图1　REXA执行器构成的DEH 系统力驱动执行机构原理

DEH系统以REXA 执行器作为转换装置，控制1只油动机驱动调节汽门，具有电子控制系统故障、控制信号消失工况下的保位功能，可实现远程或就地手动操作功能，如图2所示。

图2　REXA系统调节型执行机构

1.2　原调节系统存在的问题

通过近10年的运行发现此调节系统存在诸多问题。

1 )汽轮机REXA执行器透平油电液调节系统的供油系统与主机润滑油共用同一油源，是一个开放型油源，油质难以控制。

2 )REXA执行器与油动机滑阀之间存在多个铰链，运动磨损和制造间隙都会影响系统的控制精度，长期运行稳定性差，每个REXA执行器都是一个小单泵控制系统，不符合重要元件冗余配置的原则，REXA执行器经常出现卡涩、摆动等故障。

3 )油动机关闭时间超长，严重危害机组运行的安全性。2009年东北电科院汽机所对2#机组进行测试，测试结果表明，高压主汽门关闭时间最长达639 ms，高压调节门关闭时间最长达654 ms。2010年10月5日由于外部系统波动大，2#机组加负荷中稳控装置保护动作，发电机由317 MW甩负荷到“0”，汽轮机超速至3 616 r/min。

4) 油动机无法实现活动试验和汽门严密性试验，机组运行存在安全隐患。

5 )由于系统响应慢，灵敏度差，只能以低参数启动机组，在通过临界转速区时升速率无法提高，导致机组振动大、瓦温偏高。

6)现有调节系统安全遮断能力较差，采用2个电磁开关并联实现机组停机保护，极易误动。

2改造后的高压抗燃油DEH系统

2.1　改造后的系统简介

华能营口电厂改造的这套系统是由上海汽轮机厂自控中心负责设计和配套的，此次改造将原来的低压透平油改为高压抗燃油电液调节控制系统，系统工作油压14 MPa，系统中的每只汽门均由1台油动机、1台电液伺服阀和1台卸荷阀组成，油动机与调节汽门操纵座为同轴直接驱动方式。控制油采用独立油源供油，电液转换器采用MOOG公司生产的MOOGJ761伺服阀，主汽门、中压主汽门采用开关电磁阀进行控制，DEH系统的设计方案采用与分散控制系统(Distributed Control System， DCS)一体化的设计方案和美国西屋公司的OVATION控制系统，伺服卡采用西屋公司的阀门控制模块(VP卡)。

2.2　主汽门的控制

主汽门为开关型执行机构，由隔离阀、节流孔、油动机、活动试验电磁阀、快速卸载阀和行程开关等组成。高压供油经隔离阀和节流孔后进入油动机活塞腔室，使主汽门开启至上限位置，在自动遮断停机(Automatic Stop Trip，AST)电磁阀失电动作、AST油压快速下跌后，快速卸载阀动作，使主汽门快速关闭。

2.3　调节汽门的控制

调节汽门执行机构由流量控制型电液伺服阀、油动机、线性差动位移变送器(Linear Variable Differential Transformer，LVDT)、快速卸载阀等组成，电液伺服阀是将电控的电流信号转换为液控的流量信号的部件，通过控制油动机活塞工作腔室的进、排油量，控制油动机的位移和运动速度，主要用于正常的转速与负荷调节，其控制原理如图3所示。

图3　抗燃油DEH 系统液压执行机构原理

2.4　超速保护控制与自动停机遮断系统

此次DEH改造取消机械危急保安器，改用一套电子超速保护装置替代，超速保护与危急遮断系统设有超速保护控制OPC(Overspeed Protection Controller，电超速控制保护，简称OPC)、自动停机遮断AST和电子超速装置3套装置。超速保护控制为超速保护的第一道防线，具有预警控制作用，设有1套“2取1”带电动作的电磁阀组，机组运行在30%以上甩负荷，或转速上升至103%额定转速时，OPC电磁阀带电动作，快速排泄OPC油路的安全油压，使调节汽门快速关闭；自动停机遮断为超速保护的第二道防线，设有1套“4取2(2或1与)”失电动作的电磁阀组，机组的转速上升至110%时，通过ETS(Emergency Trip System，汽轮机危急遮断系统，简称ETS)使AST电磁阀失电动作，快速排泄AST油路的安全油压，使主汽门快速关闭，并通过AST与OPC油路间的逆止阀，快速排泄OPC油路的安全油压，使调节汽门快速关闭；电子超速装置是最后一道超速防线，火电机组的转速上升至110%时，电子超速装置动作，使主汽门和调节汽门快速关闭。

电子超速装置设备采用德国BRAUN 公司具备SIL3认证的三通道E16系列装置，该装置通过三个独立的磁阻探头测量汽机转速，进行三取二逻辑判断后送出跳闸信号至ETS继电器柜实现机组停机，BRAUN 保护系统的报警等状态可在操作员站上进行监视，并进行手工复位，如图4所示。

2.5　REXA执行器控制系统与高压抗燃油控制系统的比较

REXA执行器控制系统与高压抗燃油控制系统的比较见表1。

3设计、安装及运行期间出现的问题以及处理

1 )小机跳闸阀的电源存在隐患，分别取两路直流220 V电源，若一路掉电即导致小机跳闸，没能实现电源的冗余设置，通过增加二极管实现该功能。

表1　REXA执行器控制系统与高压抗燃油控制系统的比较

图4　电子超速保护装置功能

2 ) 继电器柜设计错误，导致超速保护监视继电器不能动作，从而使DCS系统不能监视、记录新的超速保护系统的动作，通过更改设计完善了该错误。

3 ) 由于设计及施工工期紧张，没有及时提供电缆测点清单等资料，存在接线端子与图纸不符、端子箱内部布置不合理等情况，该问题在改造过程中得以解决。

4 ) 小机调节汽门无保护油压控制的机械卸荷阀，导致小机打闸后仍能开启，需要靠控制指令超驰关闭实现快速关闭，建议增加保安油压和机械卸荷阀。

5 ) 初期提供的电磁阀节流孔配合尺寸不合适，调试过程出现了节流孔翻转，导致系统母管油压保持不住的情况。

6 ) 做OPC试验时，AST油压降至10.16 MPa，母管油压降至12.7 MPa，初步判断为节流孔问题，该问题在后续改造中解决。

7 ) 做主汽门部分行程试验时，试验电磁阀动作后，汽门直接关到零位，该问题为节流孔过大导致。

4结语

华能营口电厂进行俄供320 MW超临界机组DEH改造后，其动态品质与改造前相比有大幅提高，总体来说是成功的，为国内其他俄供超临界机组和采用REXA执行器控制系统机组的改造提供了经验。

参考文献

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[2]文贤馗.火电厂汽轮机控制系统改造[M].北京:中国电力出版社,2004.

[3]杨春欣.汽轮机实施电液控制系统改造的选型分析[J].沈阳工程学院学报:自然科学版,2009,5(4):314-316.

[4]张兴政,马仁库,聂强.REXA电液执行器在汽轮机DEH系统中的应用[J].发电设备,2003,17(4):58-60.

[5]姚珺,边小君.DEH 控制系统的日常维护与检修技术.东北电力技术[J]，2005,10:35-38.

(责任编辑佟金锴校对张凯)

Modification and Application of DEH in 320 MW Supercritical

Unit Made in Russia

SUN Tao,LIU Jun

(Maintenance department,Huaneng Yingkou Power Plant,Yingkou 115007,Liaoning Province)

Abstract：On the basis of the brief introduction about the original steam turbine control system and the REXA actuator control system of the 2 supercritical steam turbines made in Russia in Huaneng Yingkou Power Plant and the problems led by the control system,the composition of the high pressure fire-resistant oil DEH system,the control of the main valve,the regulating valve control,the overspeed protection control and the automatic stop interrupt system,etc.after transformation were elaborated in this paper.Through the comparison between the REXA actuator control system with the high pressure fire-resistant oil DEH control system in many aspects,the transformation was verified that was helpful to improve the dynamic performance of the control system especially for the domestic supercritical units made in Russia and the units with REXA actuator control system.

Key words：Steam Turbine made in Russia;DEH system;electronic emergency governor

作者简介：孙涛(1984-)，男(满族)，辽宁辽阳人，工程师。

收稿日期：2014-09-08

中图分类号：TM621

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2015)02-0163-04

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.02.016