汽輪機調節系統發展史

徐建業

摘 要：本文從機械液壓式調節系統MHC、電氣液壓式調節系統 EHC、純電調節系統 模擬式電液調節系統 AEH、數字式電液調節系統DEH幾個方面分析了汽輪機調節系統發展史。

關鍵詞：汽輪機；調節系統；發展史

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.253

1 汽輪機調節系統發展

1.1 機械液壓式調節系統MHC

20世紀初開始使用，屬于早期的汽輪機調節系統，也稱液調，全稱機械液壓式調節系統（Mechanical Hydraulic-Control，MHC）。主要由轉速感應機構，傳動放大機構，執行機構，反饋裝置等部件組成。當用戶用電量減少時，轉速上升，調速飛錘離心力增大，帶動滑環向上移動，滑環通過杠桿使調節氣門向下關小，從而減小汽輪機進汽量，機組功率減小。

直接調節系統力矩較過小，無法滿足調節汽門的正常開關，配汽機構在配汽機構中加入液壓元件，便很好的解決了這一難題。轉速上升，滑閥通過杠桿帶動錯油門閥芯向上移動，壓力油通過閥芯油口進入油動機活塞的上部，同時油動機的下油室與泄油口接通，油動機活塞向下移動，關小汽機調節汽閥，同時杠桿以滑閥為中心帶動錯油門閥芯下移回中，切斷油動機上下腔室油口，壓力油停止流通，調速系統達到一個新的平衡狀態。這也形成了最初的機械液壓調節系統——離心式液壓調節系統。液壓執行機構因響應快，力矩大，傳動平穩，調節范圍廣至今仍在使用。

此時的調速系統按調節系統感應機構分類，有機械離心式調速器和液壓式調速器。機械離心式調速器有兩種，一種如上介紹的低速重錘式離心調速器；另一種為高速彈簧片式離心調速器。而液壓式離心調速器，以轉速為輸入信號，油壓為輸出信號。常見的有徑向鉆孔泵調速器和旋轉阻尼調速器。

這種帶同步器的液壓式調節系統結構復雜，反應慢，由于機械間隙引起的遲緩率較大， 且靜態特性只能平移不可以按要求進行改變，不能滿足現代機組需求，慢慢的退出歷史舞臺。但該調節系統能夠滿足機組的日常運行要求，所以很多廠至今仍在使用。

1.2 電氣液壓式調節系統 EHC

隨著汽輪發電機組單機容量的不斷增大和電網自動化水平的提高，以及電器元件的發展和利用，產生了電氣液壓控制系統（Electro-Hydraulic Control， EHC），簡稱電液控制裝置。

其特點是電、液調速系統并存，多用于機械液壓式調節系統的改造。兩個控制器，一個控制器由電氣元件組成，控制人員通過電氣元件發送信號經電液轉換器改變成液壓控制信號，代替原來液壓感受系統中的油壓信號來控制油動機。第二個控制器仍由機械液壓式備用。執行機構仍保留液壓式。電液控制裝置信號處理能力強，控制精度高而且操作簡單易于調整。

由于此時的電氣元件還不成熟，經常發生故障，無法達到汽輪機調節系統的要求。在國內配置的電液并存式機組，只有一小部分試用過電調系統，能夠較長時間投運電調系統的極為罕見。

1.3 純電調節系統 模擬式電液調節系統 AEH

20世紀50年代，隨著電子元件可靠性的提高，開始采用模擬式純電調系統（Analog Electric-Hydraulic Control，AEH）。

模擬電調的電子部分可以對傳送來的信號進行綜合處理，精確度高，對不同運行工況適應性強，操作方便。其代表是505/505E調節系統。根據調節對象的不同可分為轉速調節，功率調節，功率——頻率調節。

雖然在功能上和可靠性上比前兩代系統都有了很大程度的提高，但是由于其大量使用模擬儀表元件，存在溫漂、時漂，復雜非線性矯正和控制算法難以實現，元件故障率高等問題。

1.4 數字式電液調節系統 DEH

20世紀80年代隨著計算機技術的發展和其在自動化控制領域的應用，用計算機的數字模擬運算程序代替電氣元件的模擬電調，形成計算機電氣液壓控制系統（Digital Electric-Hydraulic Control，DEH），簡稱數字電液控制裝置。包括計算機系統和高壓抗燃油系統，屬于離散控制。考慮壓力、功率、頻率等多種信號，實現較強的綜合、判斷和邏輯處理是較為完善的調節系統。

采用DEH控制提高了調速系統的控制精度，通過邏輯運算實現自動開機、沖轉、帶負荷，自動化程度高，為實現數字化電廠打下基礎。

2 擴展：汽輪機DEH改造

江蘇益州熱力有限公司一期采用青島捷能CN6-4.9/0.785汽輪機，調速系統由廠家將液壓調節系統改造為DEH調節系統。2015年10月調試時，拉閥試驗不成線性，CV給定20%行程，實際開度5mm（高調行程80mm，此時應為16mm）；給定90%時高調門開度滿行程。高壓油泵切換為主油泵運行一次脈沖油壓由0.4Mpa掉到0.3Mpa，二次脈沖油壓由0.55Mpa掉至0.45Mpa。因為孤網運行，有差調節。電負荷波正常波動30KW，轉速波動50r/min，無法保證發電質量，較大的頻率波動對電氣設備損害很大；電負荷下降時轉速很容易達3090Rpm，OPC超速保護動作，無法保證汽輪發電機組安全生產。經公司領導與廠家協商，由南京科遠提供技術支持將1#機組由DEH調節控制系統更改為汽輪機DCS控制系統。

汽輪機DCS控制系統采用獨立的油路系統，出口油壓12MPa。其工作原理是，由操作人員通過計算機發出調節指令的邏輯信號通過DCS計算由控制柜轉換為電信號，控制電磁閥對油動機的液壓缸進行充油或卸油，油動機帶動調門隨之開大或關小，以達到相關調節的目的。反饋裝置將檢測到的目標信號轉變成4——20mA的電信號，由I/O卡件更改成數字信號發送回計算機進行對比，當負荷達到目標值時，DCS發出終止調節的命令。

此調節系統在原油路系統保留潤滑、保安油路，取消啟動閥，將調節部分獨立出來，以轉速為目標值，簡化了啟動方式，改造后的轉速波動為12Rpm。因為沒有二次調頻，有差調節對測速裝置，PID積分、微分計算要求很高。將初壓、初溫——功率曲線，背壓——功率曲線用數字邏輯做入程序之中，對負荷進行預判，提前做出微調也可以改善頻率波動。

參考文獻：

[1]沈士一等.汽輪機原理[M].中國電力出版社，1992（06）.

[2]李建剛.汽輪機設備及運行（第二版）[J].2010（01）.endprint