機械液壓調節系統及電液調節系統的原理和應用分析

宋貴森

中國能源建設集團黑龍江省火電第三工程有限公司

機械液壓調節系統及電液調節系統的原理和應用分析

宋貴森

中國能源建設集團黑龍江省火電第三工程有限公司

本文以某汽輪機液壓調節系統為例，闡述了機械液壓調節系統及電液調節系統的原理，比較了二者系統的性能，并結合山西某發電廠3#汽輪機，探討調節系統的應用情況。

汽輪機；調節系統；原理；應用

1、機械液壓調節系統

在生產實踐中，往往對系統的結構和所采用的元件加以改進，下面以哈爾濱汽輪機廠生產的100MW汽輪機的液壓調節系統為例來說明機械液壓調節系統的工作原理。如圖1.

當汽輪機轉速升高時，離心式調諫器的飛錘向外飛出，彈性鋼帶發生變形，使擋板向右側移動。加大了隨動滑閥的噴嘴的排油間隙s。壓力油經節流孔板f1和f2進入隨動滑閥的右側油室，并從這里經排油間隙s排向回油。排油間隙s加大后，噴嘴的排油面積加大，隨動滑閥活塞右側油室中的油壓Pm降低，在油壓差的推動下，隨動滑閥就向右移動。隨動滑閥的位移，通過杠桿的傳動帶動分配滑閥向右移動，增大了分配滑閥上的排油口A的面積。壓力油從反饋油口上的油口B和油動機滑閥上的油口c進入脈動油路，然后由排油口A排出。排油口A面積的增大，使脈動油壓Px降低。脈動油壓Px作用油動機滑閥底部，與其頂部的壓力油壓力相平衡，脈動油壓Px的降低，使油動機滑閥上下的油壓發生不平衡，由于頂部的壓力油壓力大于底部的脈動油壓力，壓力差推動油動機滑閥向下移動。油動機滑閥的位移使油動機活塞上腔經常閉油口a與壓力油接通，而下腔則經油口b與回油相通，因此使油動機活塞在上下壓差的作用下向下移動，使反饋滑閥向右移動，開大了反饋滑閥上的進油口B，增大了進入脈動油路的油量，使油壓Px上升，使油動機滑閥又向上移動。當最后達到穩定狀態時，油動機滑閥仍回到原來位置，將油口 a和b完全蓋住，油動機就不再繼續運動了。圖中的油口B起到局部反饋的作用。當油壓Px下降而使錯油門向下移動時，油口B開大，使油壓Px回升，從而限制了錯油門的行程，使整個調節過程比較平穩。與油動機滑閥一樣，在調節過程終了時，油口B恢復到原來的位置。

轉速下降時，調節系統的作用原理不變，但各元件的動作相反。

2、電液調節系統

隨著電子工業的發展，傳統的機械液壓調節系統難以滿足調節精度和電廠綜合自動化的要求，而電子技術尤其是計算機技術的發展為提高調節系統的性能提供了技術支持，帶動了電液調節系統的飛速發展，目前已取代了機械液壓調節系統而占據了主導地位。

所謂電液調速系統是指采用電子元器件作為測量、運算和校正元件，而以液壓機構作為執行機構的系統。由于電子元器件有運算、校正方便的特點，而液壓元件又具有功率大、速度快的優點，因此結合兩者的長處，就能設計出高性能的調節系統。

電液調節系統可以采取不同的調節規律。

最簡單的一種調節規律是和機械液壓調節相同的純轉速調節系統（見圖2)，汽輪機轉速的測量由電子測速元件來完成，它把汽輪機轉速的變化轉換成為與之相對應的電壓un的變化，轉速升高，電壓信號un也升高，un經放大后通過電液轉換器轉變成位移，un越大，油口A的開度也越大。這一系統的錯油門和油動機部分與圖1所示的完全相同，因此可知，油口A開大后，將使油壓px降低，油動機下移，關小調節閥。由分析可知，除了所采用的元件不同外，調節系統的作用原理和一般的機械液壓調節系統并沒有區別，但響應速度和靈敏度要優于機械液壓調節系統。

由于電液調節系統的信號計算和校正便于實現，所以可以采用比機械液壓調節系統更復雜的調節規律實踐中常用的電液調節系統除上面所說的純轉速調節系統外，還有功率一頻率調節系統廣泛應用于大型汽輪機及水輪機上。

3、兩種系統性能比較

與機械液壓調節系統相比，電液調節系統有更多的優點：

1）電液調節系統(以下簡稱電調)靈敏度高，調節速度快，精度高，機組甩負荷時轉速過調量小；2)電調易于實現各種信號綜合調節作用，有利于實現全電廠及電力系統綜合自動調節等；3)電調便于為改善調節系統的動態性能指標而加校正控制部件，改變調節系統調節參數也極為方便；4)以數字計算機作為主控部件的數字電液(DEH)調節系統可以實現在線監測、信號冗余、計算機冗余、在線維修等旨在提高系統可靠性的先進技術，目前最先進的DEH調節系統其平均無故障時間(MTBF)已達6萬h。

4、調節系統的應用

山西某發電廠3#汽輪機控制系統包括500MW汽輪機數字電調(DEH)和16MW汽泵電調(MEH)的控制系統兩部分。電調控制系統包含了汽輪機調節和計算功能。電調控制回路可以和其它控制系統單元控制室的操作員站相連接。汽輪機調節功能通過各個調節回路保證機組基本物理量(轉速、主蒸汽壓力、電負荷)的調節。調節系統可以手動控制調節閥和截止閥。在運行期間，汽輪機調節功能可完成測量、估算和轉速顯示，還可進行高中壓熱應力計算，回路最后將控制信號送入高壓液壓系統。

3#機TCS系統的主控制器采用西門子SIMADYN D，配備一臺WINCC操作員站組成。汽輪機電調和汽動給水泵各用一套SIMADYND，其中汽輪機電調有冗余功能，為了降低造價，電調系統中對速度要求不高的信號接入SIMADYN D擴展的ET200遠程I／O中。TCS系統通過Profibus與ABB集散系統連接。采用了標準的通訊協議，可以方便地與管理網以高速率傳送實時和歷史數據，以及實時的過程操作畫面。

過程操作人員可以通過操作站調出過程顯示畫面，觀察過程回路參數狀態，實時趨勢，歷史趨勢和報警情況，實現過程回路操作和參數調整。過程工程師可以通過操作站調出過程組態畫面進行控制方案組態，過程流程圖組態，趨勢畫面組態和各種報表組態。軟件工程師通過操作站系統提供應用軟件包來開發軟件，提供與其它網絡的接口功能，也可用C語言開發用戶應用程序。系統維護工程師可以通過操作站監視系統的工作狀態，并可對系統進行診斷。每臺操作站處理機配有獨立的硬盤和鍵盤，放置本身操作系統軟件和流程畫面，可獨立對系統進行實時操作和顯示。