【汽轮机电液调节系统概述4300字】

汽轮机电液调节系统概述

1.1汽轮机调节系统的基本原理

本论文研究的汽轮机调节系统为数字式电液调节系统。它的任务是根据外界负荷变化的情况，迅速的开大或关小调门，通过进汽流量改变使汽轮发电机组与电网负荷能快速建立新的平衡，从而实现对机组发电功率的有效控制。本文基于某350MW热电联产机组，使用超临界循环流化床空冷单抽供热机组，汽轮机采用了数字式电液调节系统，性能控制要求为：控制范围0～3600r/min，精度±3r/min；负荷控制范围0～115%，负荷控制精度0.5%；转速不等率3～6%可调；抽汽压力控制精度1%；系统迟缓率，调速系统<0.06%；甩满负荷下转速超调量小于额定转速的7%，维持3000r/min；平均无故障工作时间>25000小时；系统可用率不小于99.9%；电源负荷率50%，双电源。

数字电液式调节机组将现场的模拟信号转化成数字信号，通过计算机的运算，完成对汽轮机的控制

REF_Ref70195589\r\h

[18]

。通过控制汽轮机转速和功率，实现从汽轮机挂闸、冲转、暖机、进汽阀切换、同期并网、带初负荷到带全负荷的全过程精准控制

REF_Ref70195589\r\h

[18]

。DEH还具备了协调控制、快速减负荷、自动控制、超速保护等功能。

汽轮机数字电液控制系统，主要由计算机为主体的数字控制系统和采用高压抗燃油的液压伺服系统两部分构成。通过数字系统的输出经转换和放大后，由液压伺服系统控制各执行机构。其中主要包括电子控制器，例如计算机、数模插件、接口、电源等；包括操作和监视系统，主要是图像站，例如操作盘、计算机、显示器等；包括油系统，采用高压抗燃油为控制和保护系统的动力油。包括转换、放大、执行机构，例如伺服系统

REF_Ref70195696\r\h

[20]

。

汽轮机的主要工作过程为，锅炉产生蒸汽进过过热器，经过高压主汽门与高压调节门后，进入汽轮机高压缸做工，做功后的蒸汽由高压缸排出后再次进入中间再热器再次加热，加热后的蒸汽通过中压主汽门、中压调门后进入中压缸、低压缸继续做功，最后经低压缸排入冷凝器。

汽轮机数字电液调节系统控制的基本任务是保障汽轮机安全可靠运行，并且快速有效地进行转速或功率调节。包括自动检测、自动控制、自动保护以及汽轮机转子热应力计算和汽轮机阀门管理计算、完成汽轮机的自动启停。如图1.1为汽轮机控制系统的结构图。

图1.1数字电液调节系统结构图

汽轮机的工作原理是通过作用在汽轮机上的蒸汽扭矩M和作用在发电机转子上的扭矩阻力M之间的平衡来实现的

REF_Ref67263114\r\h

[19]

。如果力和反作用力相等，即M蒸汽=M阻力，汽轮机发电系统处于稳定的状态进行发电。但是，电网客户端的外部用户的用电量是不断变化的，汽轮机的自动调节系统就是更加外界负荷变化，迅速开大或关小调节汽门，完成进汽量的调节从而实现汽轮发电机建立新的平衡。尽管火力发电厂的控制具有迟滞性，但汽轮机的蒸汽流量仍必须随之变化

REF_Ref70195696\r\h

[20]

。如果没有汽轮机转速随外负荷的变化而变化，外部负载减少，轮机速度爬升，当外部负载增加时，轮机速度下降，电压和频率将不断发生变化，输出的电能不断波动严重影响发电质量。因此，为保证设备的性能和运行安全，所有机组必须配备速度控制器，以使汽轮机的蒸汽流量适应外部负荷的变化

REF_Ref67263119\r\h

[20]

。

根据直接调节和间接调节的原理，得出汽轮机在变负荷时机组转速也会发生变化。控制系统的静态特性是在蒸汽量维持不变的情况下汽轮机输出功率与转速之间的关系

REF_Ref70195696\r\h

[20]

。控制过程中的静态性能对蒸汽量影响不大，蒸汽参数保持不变。汽轮机进汽调节阀开度的改变实质上改变了汽轮机的转速。当机组在动态运行过程中，系统的动态过程能够满足静态特性的相关要求

REF_Ref70195696\r\h

[20]

。对于蒸汽量大、蒸汽参数可变的动态工作机组，由于蒸汽量大、蒸汽参数不稳定，相应的控制系统能够及时调节。在系统动态调节过程中，为了保持良好的线性关系，引入性能参数和速度参数进行综合比较。

DEH控制系统电气控制设备主要由功率测量、频率测量和校正单元组成；液压放大器包括滑阀以及液压驱动

REF_Ref67263126\r\h

[22]

。两个部件都通过电液转换器连接，频率单元的功能与控制器和原控制器相对应调整后速度变化测量由控制器传送；频率单元发送电压信号，检查转速变化是否正确。校正单元是PID控制器，其输出是比例、积分和微分三者共同作用的结果

REF_Ref67263137\r\h

[23]

。输出和给定的输入信号按比例计算，并执行微分和积分运算同时测量信号放大，电液转换器支持电液输出信号的转换，将电信号传递给液压控制信号，是电液系统之间的接触连接装置所述电压信号由所述给定装置给出，以操作控制整个系统。

1.2数字式电液调节系统控制原理

数字式电液调节系统由转速控制和负荷控制组成。当机组启动时，控制回路选择转速控制，使用转速调节器进行控制，为单回路PI控制系统。当机组并网带初负荷后，机组使用负荷控制。负荷控制设置三个回路，一是转速控制回路将切换成为频率矫正回路，该回路在电网频率偏离给定时，用来校正频差所产生的附加功率；二是功率调节回路，负荷指令经频率校正后与发电机功率反馈信号比较，通过功率调节器校正后成为调节级压力给定，实现第一级压力调整使机组实发功率与给定完全相等；三是调节级压力回路作为内环，功率校正回路的输出作为调节级压力校正回路的给定与调节级压力反馈信号比较，经调节级压力调节器校正后，转换为流量信号，再经过阀门管理特性控制阀门开度，该回路作为内环可以很好的增强调节的快速性，消除蒸汽参数变化带领的扰动。

1.3数字式电液调节系统结构组成

数字电液调节形态基本组成包括人机交互界面，测量元件、控制装置、执行机构等部分组成。由图1.1可知，汽轮机控制系统组成有电子控制装置、高压抗燃油供油系统、伺服执行机构等。

1.3.1电子控制装置

电子控制装置主要有控制柜、工程师站、操作员站及手操盘。

1.3.2高压抗燃油供油系统

供油系统主要提供高压抗燃油，用来驱动汽轮机阀门的伺服机构及汽轮机危机跳闸系统和超速保护系统。供油系统由两套泵组，即可同时工作，也可互为备用。图1.2为高压抗燃油系统。

图1.2高压抗燃油系统

1.3.3执行机构

汽轮机的高压主汽阀、调节阀等为可控制型阀门，每个阀门都配备单独的油动机，并由单独的伺服回路控制。如图1.3阀门执行机构原理图所示，电子控制系统输出电子指令与LVDT位移传感器信号比较后经伺服放大器输出电流进入伺服阀（电液转换器），伺服阀输出液压信号，使电液转换器的主阀移动，需要开大阀门时高压油经油口进入油缸，需要调小阀门时，高压油经油口回至油箱。

图1.3阀门执行机构原理

伺服阀也称电液转换器，主要作用是将电信号转换为液压信号。伺服阀由一个力矩马达、两级液压放大、机械反馈系统组成。当线圈（3）通过电流时，可动衔铁（4）产生磁场，带动挡板（1）转动。正常状态时，挡板两侧与喷嘴间距相等，卸油压力平衡。挡板移动后，两侧平衡打破，带动主阀（2）左右移动，从而联通油缸或排油出口，实现汽门的控制。图1.4为伺服阀原理图。

图1.4伺服阀原理图

1.4数字式电液调节系统的功能组成

数字电液调节系统控制功能具体如下：

1.4.1汽轮机自动程序控制（ATC）

汽轮机自动程序控制功能是通过有效监视汽轮机的运行参数，实现在最少的人工干预下进行汽机从盘车转速带到同步并网直至带满负荷的全过程控制。汽轮机自动程序控制功能可以做到根据热应力大小自动给定目标转速、升速率和升负荷率，使转子应力控制在允许范围，做到时刻检查机组有关的运行状态并进行监控。对盘车、冲转、暖机、阀切换、并网等过程可以不断完善逻辑回路并能自动实现。

1.4.2汽轮机阀门管理功能

当汽机处于不同的工况运行时，为提高机组的经济性和快速性，进行进汽方式切换(全周进汽方式和部分进汽方式)，通过数字电液调节系统对阀门控制方式进行切换，从而实现这两种进汽方式。

1.4.3阀门试验功能

数字电液调节系统具备对主汽门及调节门逐个进行在线试验的功能，从而保证发生事故时阀门能够可靠关闭。阀门试验主要分为阀门严密性试验和活动试验两种功能。

1.4.4甩负荷控制及超速控制功能

为保障汽轮机运行安全稳定，数字电液调节系统一般会设置超速控制和甩负荷预警器。

超速控制功能（OPC）主要通过控制OPC电磁阀，快速关闭主汽阀和调节阀，有效防止汽轮机转速快速飞升，避免过度超速导致机组跳闸甚至飞车事故。

甩负荷预警器一般当机组负荷大于30%额定负荷、并确认发电机出口开关跳闸时，控制OPC电磁阀动作，迅速关闭汽门。此时，负荷给定自动至零并将系统切换为转速控制回路。

超速试验功能是当机组定速后，需要做超速实验时，运行人员可通过操作命令“超速实验”来启动该功能，使用数字电液调节系统控制机组均匀升速至超速保护动作。

1.4.5监控功能

机组在试运行、停机和正常运行的情况下，由监控系统实时监控机组的运行状态，包括当前运行状态指示、状态指示器和故障指示。屏幕监测需要包括一些关键参数、运行曲线的显示、内部程序的运行状态。

1.4.6转速控制功能

在进行并网之前，需要对汽轮机进行冲转，保证汽轮机均匀膨胀，在达到并网要求时进行有功功率的输出[32]。为了提高转速到达额定值的安全性和效率性、减少设备故障，通常是通过组合式多阀调速系统来实现的。汽轮机用高压缸启动的时候，在冲机启动前，旁路系统关闭，通过高压主汽阀和高压调节阀的顺序开启组合实现调速过程。在开始调试阶段，按高压主气阀控制按钮

REF_Ref67263224\r\h

[32]

。此时高压控制阀完全打开，中压调节阀完全开启。由高压主汽阀调节器控制高压进汽，以控制汽轮机转速。当汽轮机转速达到设定值时，按试验按钮，自动切换控制回路改变。到在此期间，主汽阀全开，主汽阀的控制电流变为开环，高压调节阀控制回路为闭环。

1.4.7负荷控制

当机组成功并网后，将汽轮机所带的初始负荷升至额定负荷，并参与电网的发电任务。负荷调节方式主要有四种，一是阀位控制方式，即开环控制。通过操作人员随时注意实际功率变化，将目标功率与实际功率近似于阀门开度，通过直接设置阀位目标值，在没有功率反馈和调节级压力反馈的情况下，实现负荷控制。二是功率反馈方式，通过实际功率闭环控制，比较负荷设定值与实际值偏差，通过控制输出阀门开度指令。三是调节级压力反馈方式，通过调节级压力形成闭环反馈控制，形成阀门开度指令。四是协调控制，通过CCS控制系统发出的治理改变阀门开度。协调控制包括机跟炉(汽机跟随，锅炉调功，汽机调压)、炉跟机(即锅炉跟随，汽机调功，锅炉调压)以及机炉协调控制等功能及电网调度。

1.5数字式电液调节系统在现实使用中存在的不足

本文基于某350MW汽轮发电机组为背景，通过对数字电液调节系统控制原理、系统组成、功