数字电液调节系统在中小型供热汽轮机上的应用
摘要： 通过数字电液调节系统在供热汽轮机上的应用提高电厂控制水平。
1、控制系统的提出
随着电力系统改革的深入，在“厂网分离”、“竟价上网”进程中，电厂对供电品质提出了更高的要求，提高汽轮机控制系统水平显得更加必要。目前在运行的供热汽轮机容量基本在200MW以下，绝大部分是采用液压调节系统，其电负荷和热负荷的调节只能依靠同步器来完成，没有负荷指令的接口，无法实现机组协调控制、自动负荷控制等功能。随着控制技术的发展，汽轮机电液调节系统应用越来越广泛。汽轮机电液调节系统以其控制性能好、控制精度高、自动化程度高等优点逐渐取代传统的液压调节系统。本文以河南中州铝厂抽汽25MW汽轮机（机组型号CC25-8.82/6.5/0.7）为例说明电液调节在中小供热汽轮机上的应用。
2 液压系统简介
传统CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽轮机调节系统是由全工况无铰链弹性调速器、调速器滑阀、抽汽调压器、综合滑阀、高、中、低压油动机等机械和液压部套组成，具体组成详见附图一。
整个调节系统分为调速和调压两个部分。
调速部分是以弹性调速器作为转速敏感元件，调速器将汽轮机转子的转速信号转换成机械位移信号，并通过液压机械的传递，带动调速器滑阀，使其再变成液压信号，然后输入到综合滑阀。
调压部分是以抽汽调压器作为压力敏感元件, 用以反映抽汽压力的变化调压器由波纹管、碟阀、滑阀等零部件组成，机组运行中，当抽汽压力发生变化时，调压器中的波纹管感受这个压力变化信号并发生相应变形，通过调压器杠杆使调压器碟阀的开度间隙发生相应变化，导致碟阀下油压亦产生变化，从而引起调压器滑阀移动，使得压力变化信号由此转换为液压信号，最终，这个工业抽汽压力的变化信号所引起的相应的液压变化信号再输入到综合滑阀。
综合滑阀是一个综合分配脉冲信号的液压装置，它由二个可动滑阀和二个固定套筒组成，并均装在同一铸铁壳体中。综合滑阀接受来自调速滑阀、抽汽调压器的脉冲信号、并按自整条件进行综合，控制三条脉冲油压信号用以操纵高、中、低压油动机，开（或关）高、中、低压调节汽门以适应热、电负荷变化的需要（低压调节汽门为旋转隔板）。
3电液调节系统方案
3.1 电控系统
CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽轮机采用高压抗燃油纯数字式电液控制系统（DEH），控制系统采用和利时公司MACS系统。该系统采用双冗余CPU及通信方案，两路电源供电，同时提供一个后备的硬手操盘，以及重要的信号如转速信号为三取二冗余，抽汽压力信号、功率信号、主蒸气压力信号、油动机位移信号等采用双冗余，这样就有效的降低了机组的事故停机率。
控制系统中提供一个工程师站，以供专业人员对系统进行维护。同时提供一个操作员站以供现场运行人员操作。系统的显示软件为全中文操作系统，通过显示器完成人机对话，具有良好的人机交互界面。
而且DEH作为电厂DCS系统网上的一个节点，可以与DCS方便地进行数字通讯，达到电厂内部信息资源共享。
3.2 液压系统
高压抗燃油DEH需要一套独立油源，供油系统为集装式，系统中的供油泵为冗余配置，两套油泵互为备用，以保证供油可靠。采用不锈钢油管道及管道附件，同时配置抗燃油再生装置。高压抗燃油的工作油压力为14MPa，每个阀门配置一台伺服油动机，能对调节阀实现单阀控制方式，顺序阀控制方式的在线相互切换。若万一供油系统失压，蒸汽阀门可以在操纵座弹簧力的作
用下迅速关闭，确保机组安全。为了在不停机的情况下，实现单独切除某一个伺服油动机，并对其进行维护、检修在伺服系统中增设相应的截止阀，以便将油动机隔离出来。
对于CC25机组需要配置高压主汽阀油动机1套，高压调节阀油动机4套，中压抽汽调节阀油动机1套，低压抽汽调节阀油动机1套。主汽阀和调节阀采用单侧油动机控制，中低压调节阀采用双侧油动机控制。
保留机械危急遮断器及危急遮断滑阀作为机械超速保护，保障超速保护的可靠性。透平油系统的安全油通过隔膜阀转换成抗燃油系统的安全油来控制油动机，另外还需增加一套高压遮断模块实现电气遮断信号对油动机的控制。此外，为了能远方进行挂闸、打闸和危急遮断器喷油试验，需增设相应的控制电磁阀。
3.3 该控制系统可实现如下功能：
汽轮机远方挂闸；手动/自动/程序控制启动；转速控制；功率控制；抽汽牵连控制；主汽压控制/限制；自动同期；在线监视；自动报警停机；自动带初负荷及负荷限制；超速试验；超速保护；Runback功能；机炉协调控制；具有阀门管理和阀门试验等功能。
3.4 DEH控制系统技术性能指标
3.4.1 控制范围：盘车转速(20)－3600r/min，精度
±1r/min。
3.4.2 负荷控制范围0－115％，负荷控制精度0.5％。
3.4.3 转速不等率3－6％可调。
3.4.4 压力不等率0－20％可调。
3.4.5 电、热负荷非自整小于10％。
3.4.6 升速率控制精度±1r/min/min。
3.4.7 系统迟缓率，调速系统<0.06％。
3.4.8 系统控制周期小于50ms。
3.4.9 甩满负荷下转速超调量<7％，维持3000r/min。
3.4.10 平均连续运行时间DEH系统MTBF50000小时
DEH装置MTBF25000小时
3.4.11系统可用率不小于99.9％。
4. 小结
汽轮机控制系统是汽轮发电机组重要的辅助设备之一，它承担着转速和负荷调节及工况控制的任务，直接影响着机组运行的安全性，可靠性，经济性以及自动化程度。
DEH是以计算机为主控单元，将数据采集技术、数据通信技术等融合在一起，它将汽轮机的传统运行经验数字化后储存在计算机中，通过计算机较强的纠错能力，帮助现场人员进行手动、自动以及程序控制等操作。
高压抗燃油电液调节系统的技术性能好，特别是机组的系统迟缓率和机组在甩满负荷情况下的超调量大大降低。对于CC25机组来说其抽汽压力为6.5MPa（一级），该压力等级的液压调压器的控制性能难以保证，但是DEH系统可以通过采用压力传感器作为压力测量一次元件达到控制要求。中低压调节汽阀油动机采用双侧油动机，这样可以缩小油动机的外形尺寸，便于设备安装。
该技术在中小型供热汽轮机上的成功应用，为中小型供热汽轮机设计带来了一次革命，使其自动化程度大大提高，工作环境得到极大改善。目前已成功应用于武汉汽轮发电机厂生产的100MW、50MW、25MW机组中。
1、控制系统的提出
随着电力系统改革的深入，在“厂网分离”、“竟价上网”进程中，电厂对供电品质提出了更高的要求，提高汽轮机控制系统水平显得更加必要。目前在运行的供热汽轮机容量基本在200MW以下，绝大部分是采用液压调节系统，其电负荷和热负荷的调节只能依靠同步器来完成，没有负荷指令的接口，无法实现机组协调控制、自动负荷控制等功能。随着控制技术的发展，汽轮机电液调节系统应用越来越广泛。汽轮机电液调节系统以其控制性能好、控制精度高、自动化程度高等优点逐渐取代传统的液压调节系统。本文以河南中州铝厂抽汽25MW汽轮机（机组型号CC25-8.82/6.5/0.7）为例说明电液调节在中小供热汽轮机上的应用。
2 液压系统简介
传统CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽轮机调节系统是由全工况无铰链弹性调速器、调速器滑阀、抽汽调压器、综合滑阀、高、中、低压油动机等机械和液压部套组成，具体组成详见附图一。
整个调节系统分为调速和调压两个部分。
调速部分是以弹性调速器作为转速敏感元件，调速器将汽轮机转子的转速信号转换成机械位移信号，并通过液压机械的传递，带动调速器滑阀，使其再变成液压信号，然后输入到综合滑阀。
调压部分是以抽汽调压器作为压力敏感元件, 用以反映抽汽压力的变化调压器由波纹管、碟阀、滑阀等零部件组成，机组运行中，当抽汽压力发生变化时，调压器中的波纹管感受这个压力变化信号并发生相应变形，通过调压器杠杆使调压器碟阀的开度间隙发生相应变化，导致碟阀下油压亦产生变化，从而引起调压器滑阀移动，使得压力变化信号由此转换为液压信号，最终，这个工业抽汽压力的变化信号所引起的相应的液压变化信号再输入到综合滑阀。
综合滑阀是一个综合分配脉冲信号的液压装置，它由二个可动滑阀和二个固定套筒组成，并均装在同一铸铁壳体中。综合滑阀接受来自调速滑阀、抽汽调压器的脉冲信号、并按自整条件进行综合，控制三条脉冲油压信号用以操纵高、中、低压油动机，开（或关）高、中、低压调节汽门以适应热、电负荷变化的需要（低压调节汽门为旋转隔板）。
3电液调节系统方案
3.1 电控系统
CC25-8.82/6.5/0.7 型抽汽凝汽式汽轮机采用高压抗燃油纯数字式电液控制系统（DEH），控制系统采用和利时公司MACS系统。该系统采用双冗余CPU及通信方案，两路电源供电，同时提供一个后备的硬手操盘，以及重要的信号如转速信号为三取二冗余，抽汽压力信号、功率信号、主蒸气压力信号、油动机位移信号等采用双冗余，这样就有效的降低了机组的事故停机率。
控制系统中提供一个工程师站，以供专业人员对系统进行维护。同时提供一个操作员站以供现场运行人员操作。系统的显示软件为全中文操作系统，通过显示器完成人机对话，具有良好的人机交互界面。
而且DEH作为电厂DCS系统网上的一个节点，可以与DCS方便地进行数字通讯，达到电厂内部信息资源共享。
3.2 液压系统
高压抗燃油DEH需要一套独立油源，供油系统为集装式，系统中的供油泵为冗余配置，两套油泵互为备用，以保证供油可靠。采用不锈钢油管道及管道附件，同时配置抗燃油再生装置。高压抗燃油的工作油压力为14MPa，每个阀门配置一台伺服油动机，能对调节阀实现单阀控制方式，顺序阀控制方式的在线相互切换。若万一供油系统失压，蒸汽阀门可以在操纵座弹簧力的作
用下迅速关闭，确保机组安全。为了在不停机的情况下，实现单独切除某一个伺服油动机，并对其进行维护、检修在伺服系统中增设相应的截止阀，以便将油动机隔离出来。
对于CC25机组需要配置高压主汽阀油动机1套，高压调节阀油动机4套，中压抽汽调节阀油动机1套，低压抽汽调节阀油动机1套。主汽阀和调节阀采用单侧油动机控制，中低压调节阀采用双侧油动机控制。
保留机械危急遮断器及危急遮断滑阀作为机械超速保护，保障超速保护的可靠性。透平油系统的安全油通过隔膜阀转换成抗燃油系统的安全油来控制油动机，另外还需增加一套高压遮断模块实现电气遮断信号对油动机的控制。此外，为了能远方进行挂闸、打闸和危急遮断器喷油试验，需增设相应的控制电磁阀。
3.3 该控制系统可实现如下功能：
汽轮机远方挂闸；手动/自动/程序控制启动；转速控制；功率控制；抽汽牵连控制；主汽压控制/限制；自动同期；在线监视；自动报警停机；自动带初负荷及负荷限制；超速试验；超速保护；Runback功能；机炉协调控制；具有阀门管理和阀门试验等功能。
3.4 DEH控制系统技术性能指标
3.4.1 控制范围：盘车转速(20)－3600r/min，精度
±1r/min。
3.4.2 负荷控制范围0－115％，负荷控制精度0.5％。
3.4.3 转速不等率3－6％可调。
3.4.4 压力不等率0－20％可调。
3.4.5 电、热负荷非自整小于10％。
3.4.6 升速率控制精度±1r/min/min。
3.4.7 系统迟缓率，调速系统<0.06％。
3.4.8 系统控制周期小于50ms。
3.4.9 甩满负荷下转速超调量<7％，维持3000r/min。
3.4.10 平均连续运行时间DEH系统MTBF50000小时
DEH装置MTBF25000小时
3.4.11系统可用率不小于99.9％。
4. 小结
汽轮机控制系统是汽轮发电机组重要的辅助设备之一，它承担着转速和负荷调节及工况控制的任务，直接影响着机组运行的安全性，可靠性，经济性以及自动化程度。
DEH是以计算机为主控单元，将数据采集技术、数据通信技术等融合在一起，它将汽轮机的传统运行经验数字化后储存在计算机中，通过计算机较强的纠错能力，帮助现场人员进行手动、自动以及程序控制等操作。
高压抗燃油电液调节系统的技术性能好，特别是机组的系统迟缓率和机组在甩满负荷情况下的超调量大大降低。对于CC25机组来说其抽汽压力为6.5MPa（一级），该压力等级的液压调压器的控制性能难以保证，但是DEH系统可以通过采用压力传感器作为压力测量一次元件达到控制要求。中低压调节汽阀油动机采用双侧油动机，这样可以缩小油动机的外形尺寸，便于设备安装。
该技术在中小型供热汽轮机上的成功应用，为中小型供热汽轮机设计带来了一次革命，使其自动化程度大大提高，工作环境得到极大改善。目前已成功应用于武汉汽轮发电机厂生产的100MW、50MW、25MW机组中。
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