汽輪機的調節保安系統的改造

劉 昕,初 東,王長友

（本鋼板材股份有限公司發電廠，遼寧本溪 117021）

1 概述

某熱電廠現有汽輪機15臺。其中9臺機組原裝配置DEH，4臺原本采用機械液壓調節系統后陸續改造成DEH調節系統，另外2臺前蘇聯生產的дп-25-2型機組仍然是機械液壓調節系統。

下面以該廠CC50-9.0/1.3/0.12型汽輪發電機組為例，論述其調節保安系統進行的DEH-DCS改造。

該機組系哈爾濱汽輪機廠（以下簡稱“哈汽”）于1987年生產的雙缸、單軸、雙抽冷凝式汽輪機，通過剛性聯軸器直接帶動發電機，額定轉速3000 r/min。

由于液壓式保安調節系統本身固有的遲緩率大的缺點以及系統本身裝配質量、機組油質不好等因素導致機組調節保安系統存在油動機滑閥卡澀、加減負荷調整困難、甩負荷、危急保安器失靈、自動主汽門活動試驗異常等問題。

為解決上述問題，提高機組的安全性、可靠性和自動化水平，對該機組的控制系統進行DEH改造。改造后，機組控制系統包括DEH（數字電液控制系統）、DCS（集散控制系統）、ETS（汽輪機危急遮斷系統）、TSⅠ（汽輪機本體安全監測系統）等。DEH與DCS為一體化設計，DEH是 DCS系統網絡中的一個站，與DCS實現數據通訊資源共享；操作站和工程師站與 DCS共用。

改造后，機組的保安系統與調節系統由數字電液控制系統（DEH）統一控制。調節保安系統是數字電液控制系統（DEH）的執行機構，它接受DEH發出的指令，完成驅動閥門及遮斷機組等任務。

調節系統是汽輪機數字式電液控制系統（DEH）中的一個組成部分，用于精確控制汽輪機升速、調節負荷和調節抽汽。

保安系統是汽輪機數字式電液控制系統（DEH）中的另一個組成部分，用于保障機組安全，可以使機組在緊急情況下快速遮斷，從系統中解列出來。

改造后，經調試，機組調節系統在控制汽輪機升速、調節負荷和調節抽汽等方面都能達到靈活精準的要求；機組保安系統在打閘停機、超速試驗、甩負荷試驗、主汽門活動試驗等方面都安全可靠。徹底解決了機組原液壓式保安調節系統存在的問題，改善了調節系統的控制品質，提高了機組運行的安全性、穩定性。

2 保安調節系統的改造方案

2.1 保安調節系統供油方式的變化

改造前，機組正常運行時，調節保安系統均由主油泵供油。

汽輪機油系統設有主油泵一臺，外置式高壓交流電動啟動油泵（以下簡稱啟動油泵）一臺，№1射油器、№2射油器，油箱一臺等設備。

啟動油泵與主油泵的作用是相同的，只是在不同階段啟動發揮作用。兩者的供油的流程是相同的。主油泵與汽機轉子相聯，受汽機轉子驅動，與汽機轉子同轉速運行。

在機組啟動過程中，轉子定速前，透平油經過啟動油泵升壓后向機組的保安調節系統供動力油、保安油，同時向機組的潤滑系統提供潤滑油，

機組在轉子定速（即達到3000 r/min）后,保安調節系統及機組潤滑系統由主油泵供油。此時可以停止啟動油泵，啟動油泵的功能即由主油泵取代。

改造后，機組的保安系統與調節系統的油站分開：調節系統使用L— HM68抗磨液壓油；保安及潤滑系統使用32#透平油。

調節系統采用獨立的供油系統，將原系統的油動機系統改造為：“自容式執行器控制系統”，主要由供油系統（油站、蓄能器、抗磨液壓油等）、執行機構（油動機、伺服閥、OPC電磁換向閥等）油管路系統（油管路及各閥門等）組成。調節系統由EH油泵提供壓力油。

保安及潤滑系統利用系統原有的主油泵、油箱、射油器為自動主汽門、機組軸系供油。

機組的保安系統與調節系統的油站分開，解決了因油質不好影響調節系統滑閥卡澀、調整負荷困難的問題。但是保安系統的供油方式沒有改變，仍然存在滑閥卡澀的風險，需要從油質管理及油系統負壓調整、油箱放水等方面進行維護。

2.2 機組保安調節系統的構造變化

汽輪機的原調節保安系統，由同步器、全行程彈性調速器，中低壓調壓器，綜合滑閥，高、中、低壓油動機等機械液壓部套組成，按牽連調節原理工作。整個調節系統分為調速和調壓兩部分。調速部分用彈性調速器作為轉速敏感元件；調壓部分用薄膜鋼帶式調壓器作為汽壓敏感元件。保安系統包括電磁解脫閥、危急遮斷裝置、手動解脫滑閥等。

2.2.1 調節保安系統取消的部件有

同步器、調速器滑閥組、離心式調速器、停機按鈕電磁閥、防火滑閥、綜合滑閥、超速限制滑閥、超速試驗滑閥（原部件保留，但超速試驗的功能已經轉移到DEH手操盤，此滑閥僅作為油管路使用）、中壓調壓器、低壓調壓器、調壓器切除閥、原油動機系統（包括高、中、低壓油動機及其錯油門、反饋滑閥）拆除更換為自容式執行器控制系統。

2.2.2 調節保安系統增設的部件有

在原來的機械液壓部套基礎上增設了：掛閘電動球閥集成塊1套、主汽門控制組件（即關主汽門電磁閥集成塊）1套、AST遮斷電磁閥集成塊1套、壓力開關組件1套等。

2.2.3 改造后，汽輪機保安系統的構成

汽輪機保安系統機械液壓部套包括：危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、噴油活動試驗裝置、手動解脫滑閥、自動關閉器。

汽輪機保安系統DEH控制部套包括：安全油壓力開關組件、主汽門電磁閥集成塊控制組件、掛閘電動球閥集成塊、AST遮斷電磁閥集成塊組件

2.2.4 改造后，汽輪機調節系統的構成

主要由供油系統（油站、蓄能器、抗磨液壓油等）、執行機構（油動機、伺服閥、OPC電磁換向閥等）油管路系統（油管路及各閥門等）組成。

供油系統既是一個動力源，也是一個油液貯存和處理中心，通過它，系統可得到所必需的工作介質—抗磨液壓油。執行機構響應DEH的控制指令信號，通過伺服閥控制油動機以驅動汽輪機各蒸汽閥門開度，OPC電磁換向閥接受汽輪機所有的停機信號和103%超速信號，當有信號發出時，OPC電磁換向閥動作從而快速關閉執行機構所控制的調節汽閥，以保證汽輪機正常安全的運行。油管路系統為各液壓部件輸送工作介質并可將供油系統與執行機構等連接起來，從而構成液壓控制系統工作回路。

執行機構是自容式執行器系統中的重要部件，它直接控制著汽機蒸汽閥門的開、關及其閥門的開度。雙抽機組配3個執行機構。

2.3 機組保安調節系統的功能及原理

2.3.1 保安系統

（1）掛閘：掛閘就是建立系統安全油壓的過程；也是使汽輪機保護系統處于警戒狀態的過程。

在機組啟動前或已跳閘狀態下，主汽門電磁閥1YV帶電動作，安全油壓未建立，自動主汽門關閉；掛閘由“掛閘電動球閥”完成。

掛閘過程如下：按下掛閘按鈕，掛閘球閥正轉（順時針方向），泄掉掛閘油，使危急遮斷滑閥在附加保安油的作用下上行，封住安全油的排油口,壓力油通過φ5節流孔建立安全油。

當壓力開關 PS1、PS2、PS3（三取二）檢測到安全油已建立后，通過DEH控制器發出訊號，再使掛閘電動球閥反轉，完全關閉。當掛閘油壓恢復至1.96 MPa時PS4閉合，則掛閘完成，“掛閘”按鈕變為紅色。

（2）遮斷：保安系統設置有電氣、機械及手動三種冗余的遮斷手段。

1）電氣停機

由遮斷電磁閥2YV、3YV完成。當接收到電氣停機信號時，遮斷電磁閥帶電，泄掉附加保安油，危急遮斷滑閥動作，泄掉安全油，電氣停機信號同時通過繼電器回路聯動OPC電磁閥（25）和關主汽門電磁閥1YV，泄掉快關油和啟動油，快速關閉主汽閥及各調門。

2）機械超速保護

由原機組的危急遮斷器和危急遮斷器滑閥完成。當轉速達到危急遮斷器設定值時，撞擊子飛出，使危急遮斷器滑閥(并聯)動作,泄掉安全油，壓力開關組動作，聯動OPC電磁閥，泄掉快關油，迅速關閉主汽閥和調節閥。

3）手動停機

系統保留了原機組的手動解脫滑閥，供緊急停機用。手拍解脫滑閥的按鈕，泄掉附加保安油，危急遮斷滑閥動作，泄掉安全油和快關油，從而使主汽閥、調節閥快速關閉，遮斷機組進汽。

2.3.2 調節系統

用于精確控制汽輪機升速、調節負荷和抽氣調節。

開調門或加負荷：DEH給定一開調門或加負荷指令，經運算比較后輸出一正偏值電壓△X，并作用在伺服閥上，伺服閥動作，從而驅動油動機動作并使調門往上開啟。此調門位移經油動機LVDT反饋回DEH進行比較運算，直至其偏值電壓△X為零后，調門便停止移動，并停留在一個新的工作位置上。

關調門或減負荷：作用過程與上相反。

圖1 伺服原理框圖

3結論

改造后，經調試，徹底解決了機組原液壓式保安調節系統存在的問題，改善了調節系統的控制品質，提高了機組運行的安全性和穩定性。

機組調節系統在控制汽輪機升速、調節負荷和調節抽汽等方面都能達到靈活精準的要求；機組轉速控制精度小于±0.1%，負荷控制精度小于±1%，徹底消除了機組負荷波動問題。

機組保安系統在打閘停機、超速試驗、甩負荷試驗、主汽門活動試驗等方面都安全可靠。

根據調試結果及運行狀況判斷，機組調節保安系統改造總的來說比較成功，解決了一些關鍵性的問題，并為今后相同型號機組的改造積累了經驗。

【1】李建剛主編.汽輪機設備及運行[M].北京:中國電力出版社.2006年7月第一版.

【2】上海電力學院王志祥,朱祖濤合編.熱工控制設計簡明手冊(第一版)[M].上海:水利電力出版社.1995年11月.

【3】上海新華控制技術（集團）有限公司編著.電站汽輪機數字式電液調節系統——DEH(第一版)[M].北京:中國電力出版社.2005年5月.

【4】李寶玉,魏毓璞編著.汽輪機調節系統疑難問題解析(第一版)[M].北京:化學工業出版社.2006年6月.