自容式電液調(diào)速系統(tǒng)用于15 MW余熱發(fā)電機(jī)組

趙月良

（三環(huán)化工有限責(zé)任公司設(shè)備保障部，昆明650113）

自容式電液調(diào)速系統(tǒng)用于15 MW余熱發(fā)電機(jī)組

趙月良

（三環(huán)化工有限責(zé)任公司設(shè)備保障部，昆明650113）

余熱電站4#機(jī)組（15 MW）原調(diào)速系統(tǒng)存在的問題和改造過程，對比改造前后效果，指出自容式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)較原模擬電調(diào)（EHC）擁有獨(dú)立封閉油源，無錯油門等中間環(huán)節(jié)，具有系統(tǒng)簡單、性能優(yōu)化、驅(qū)動力大、響應(yīng)快、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。

自容式電液調(diào)速；余熱發(fā)電機(jī)組；應(yīng)用

0 前言

汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個鎖定負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，其作用是在各種干擾的情況下，將汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率、主汽壓、抽汽壓力和排汽壓力等運(yùn)行參數(shù)維持在給定值。汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)歷了液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展歷程。隨著機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向的不斷發(fā)展，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)也由模擬電調(diào)（EHC）向數(shù)字電調(diào)（DEH）方向發(fā)展。DEH系統(tǒng)以分散控制控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，具有對汽輪發(fā)電機(jī)組的啟動、升速、并網(wǎng)、負(fù)荷增減進(jìn)行監(jiān)視、操作、控制、保護(hù)、以及數(shù)字處理和CRT顯示等功能。

自容式電液調(diào)速系統(tǒng)作為一種集成式電液執(zhí)行器，用于與DEH配套，執(zhí)行DEH控制，可以替代低壓透平油型電液油動機(jī)，控制汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥或主汽閥，執(zhí)行電液控制。因此，自容式電液調(diào)速系統(tǒng)其實(shí)是汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）中的一個組成部分，主要由供油系統(tǒng)（油站、蓄能器、抗磨液壓油等）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油動機(jī)、伺服閥、OPC電磁換向閥等）、液壓油及油管路系統(tǒng)（油管路及各閥門等）組成。

1 余熱電站4 #機(jī)組（15 WM）原調(diào)速系統(tǒng)及改造情況

1.1 余熱電站4#機(jī)組設(shè)備概況以及調(diào)速系統(tǒng)存在的問題

余熱電站4#機(jī)組于2010年2月建成投產(chǎn)，利用公司硫酸余熱發(fā)電，為公司重要的節(jié)能設(shè)備。機(jī)組為抽凝式汽輪機(jī)（CN15-3.43/0.49），裝機(jī)容量15 000 kW。余熱電站4#機(jī)組原調(diào)速系統(tǒng)屬于模擬電調(diào)，即EHC，主要特點(diǎn)是由于機(jī)械彈簧對油源壓力變化所引起的二次脈動油壓變化沒有補(bǔ)償作用，任何原因引起的油源壓力變化容易干擾油動機(jī)的正常工作，形成寄生反饋。寄生反饋在開大調(diào)節(jié)閥方向?yàn)樨?fù)反饋，關(guān)小調(diào)節(jié)閥方向?yàn)檎答仯瑖?yán)重影響了油動機(jī)的穩(wěn)定性。油動機(jī)遲緩率大，動態(tài)響應(yīng)差是此類調(diào)速系統(tǒng)的通病。

4#機(jī)組于2011年9月進(jìn)行大修后，做靜態(tài)試驗(yàn)過程中就出現(xiàn)油動機(jī)開啟線性不好，并且不好調(diào)整等現(xiàn)象。啟動過程中，機(jī)組高壓油動機(jī)有大幅度波動，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速、電負(fù)荷和抽汽壓力輸出波動比較大，不能滿足安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求。如油動機(jī)行程從30%～40%，負(fù)荷變化為1 MW，然而從40%～50%，負(fù)荷變化只能為2 MW。4#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定造成分公司高、低壓蒸汽管網(wǎng)大幅波動，影響后系統(tǒng)磷酸等后系統(tǒng)熱用戶的穩(wěn)定用汽。

1.24#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)改造情況

1.2.1 改造依據(jù)

4#機(jī)組原采用機(jī)械彈簧錯油門，液壓系統(tǒng)性能較差，需要更換原機(jī)械彈簧錯油門為液力彈簧錯油門，以提高錯油門滑閥的靈敏度，和消除油源壓力變化造成的寄生反饋。這種低壓透平油純電調(diào)，改造工作量較大，改造效果不易保證。若改用自容式，則可免去錯油門改造的麻煩，使改造工作量大為減少，并可達(dá)到較高的性能。采用自容式油動機(jī)進(jìn)行徹底改造，消除原系統(tǒng)存在的各種缺陷。如遲緩率大、控制精度低、輸出剛度差，動態(tài)響應(yīng)慢、動作不平穩(wěn)、寄生振蕩等問題。使控制系統(tǒng)的綜合性能達(dá)到高壓抗燃油系統(tǒng)的水平。

1.2.2 改造主要內(nèi)容

（1）取消部分。取消高壓油動機(jī)和抽汽油動機(jī)原來的CPC電液轉(zhuǎn)換器；取消高壓油動機(jī)和抽汽油動機(jī)原來的錯油門；取消高壓油動機(jī)和抽汽油動機(jī)原來的壓力變換器。

（2）加裝部分。增加獨(dú)立油源裝置：油站、蓄能器、抗磨液壓油等；增加伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)：油動機(jī)、伺服閥、OPC電磁換向閥等；增加油管路及各閥門等。

（3）拆除4#汽輪機(jī)上的調(diào)門油動機(jī)及連接的油管路，測繪原調(diào)門油動機(jī)的安裝底座尺寸，加工一個相同尺寸的蓋板，將蓋板安裝在原調(diào)門油動機(jī)的安裝位置上。

（4）與拆除部件連接的口，封堵，配做相應(yīng)的堵頭，有些口拆而不堵。

（5）根據(jù)新油動機(jī)組件的行程和連接方式，修改加工原調(diào)門連接桿的長度及連接方式（連接桿螺紋長度要保證裝上鎖緊螺母后有20 mm富裕），確保油動機(jī)與調(diào)門正確安裝，調(diào)門關(guān)閉時，油動動機(jī)還有2～3 mm行程。

（6）把G80-56油動機(jī)組件放在蓋板上，確定油動機(jī)的活塞桿與調(diào)門的連接桿安裝好，并且同軸（用掉線確認(rèn)），這時將油動機(jī)的焊接底板點(diǎn)焊在蓋板上，緊固油動機(jī)安裝底板與焊接底板的安裝螺釘，緊固鎖緊螺母，進(jìn)行焊接底板的滿焊。

1.2.3 油管路的安裝及液壓工作

原理

所有管材、管件材料采用不銹鋼（如0Cr18Ni9）。管材、管件數(shù)量依據(jù)現(xiàn)場具體情況確定，油站液壓工作原理為柱塞泵啟動后（最大流量約為20 L/min），經(jīng)過吸油濾油器，從油箱中吸入抗磨油。從柱塞泵出來后的壓力油，經(jīng)過油站出口組件（截止閥、單向閥、濾油器、溢流閥）為系統(tǒng)恒壓供油，其中蓄能器是吸收壓力油脈沖來穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

1.2.4 油站設(shè)備性能參數(shù)

柱塞泵流量15.8 cm3/（r/min），電機(jī)功率5.5 kW，系統(tǒng)電源AC 380 V，過濾精度5μm，系統(tǒng)供油壓力14 MPa，系統(tǒng)供油容積120 L，介質(zhì)L-HM68液壓油。

1.2.5 泵站控制原理

液壓泵站采用大流量變量柱塞泵，使系統(tǒng)工作壓力恒定在14 MPa，泵站的壓力變送器實(shí)時將系統(tǒng)壓力上傳至DEH，DEH將系統(tǒng)壓力跟設(shè)定值做比較，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值時，DEH給出指令，雙泵自動聯(lián)鎖，系統(tǒng)壓力高于設(shè)定值時，DEH給出指令，雙泵聯(lián)鎖解除，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；泵站設(shè)有3個壓力開關(guān)，DEH三取二判斷系統(tǒng)油壓，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定的油壓低報警值，DEH給出報警信號。泵站采用雙泵冗余設(shè)計，1用1備，遠(yuǎn)程可以控制啟、停雙泵。

1.2.6 自容式油動機(jī)液壓原理

（1）開調(diào)門或加負(fù)荷。DEH給定一開調(diào)門或加負(fù)荷指令，經(jīng)運(yùn)算比較后輸出一正偏值電壓ΔX，并作用在伺服閥上，伺服閥動作，從而驅(qū)動油動機(jī)動作并往上開啟調(diào)門。此調(diào)門位移經(jīng)油動機(jī)LVDT反饋回DEH進(jìn)行比較運(yùn)算，直至其偏值電壓ΔX為0后，調(diào)門便停止移動，并停留在一個新的工作位置上。

（2）關(guān)調(diào)門或減負(fù)荷。作用過程與上相反。伺服原理框圖見圖1。

1.2.7 測速傳感器的安裝

CS-1磁性轉(zhuǎn)速傳感器采用電磁感應(yīng)原理來達(dá)到測速的目的，具有輸出信號大，不需要放大，抗干擾能力好，不需要外接電源，可在煙霧，油氣，水汽等惡劣環(huán)境中使用。

1.2.8 LVDT的安裝

（1）每個支架上同時安裝2只位移傳感器（冗余），并由一個傳動件帶動2只拉桿同時運(yùn)動。

（2）LVDT機(jī)械安裝時，其次級線圈輸出電壓為零的位置（芯桿上中間刻度線）與油動機(jī)行程50%對應(yīng)。

圖1 伺服原理框圖

1.2.9 現(xiàn)場試驗(yàn)后的主要控制參數(shù)

100%連續(xù)可調(diào)節(jié)工作，動作平穩(wěn)，定位精度＜0.1全行程；轉(zhuǎn)速控制精度+（-）1 r/min；負(fù)荷控制精度0.1 MW；快關(guān)時間＜0.5 s；泵出口油壓恒定14 MPa。

1.2.10 改造后與原機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要區(qū)別（表1）

表1 改造后與原機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要區(qū)別

24 #機(jī)組改造效果

因4#機(jī)組利用硫酸余熱發(fā)電，主蒸汽壓力波動較大，原模擬電調(diào)即EHC（電液轉(zhuǎn)換器控制壓力變換器加錯油門）的液壓調(diào)速系統(tǒng)，油動機(jī)開啟線性差，電負(fù)荷不好調(diào)整。而基于T80控制器的自容式液壓調(diào)速系統(tǒng)為優(yōu)化的高壓電液執(zhí)行器，將油源與電液執(zhí)行器分塊集成，具有系統(tǒng)簡單、性能優(yōu)化、驅(qū)動力大、響應(yīng)快、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。

自4#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)改造以來，經(jīng)過短短1個月運(yùn)行，發(fā)電量明顯提高。6月發(fā)電量達(dá)901.03萬kW·h，創(chuàng)下了自建成以來的最高月發(fā)電量，為公司節(jié)約電費(fèi)支出近140余萬元。改造前、后效果對比如下。

（1）改造前因調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)不住，4#機(jī)組進(jìn)汽量＜17 t時必須停車，改造后可以保持＜17 t的小汽量可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電量得到顯著提高。同時，機(jī)組運(yùn)行操作穩(wěn)定性提高、蒸汽排空浪費(fèi)現(xiàn)象減少（改造前機(jī)組負(fù)荷只能維持在進(jìn)汽量為17 t（最小負(fù)荷）、33 t，42 t，70 t（滿負(fù)荷）時4個階段運(yùn)行，因此在生產(chǎn)運(yùn)行中常有因不能穩(wěn)定進(jìn)汽量而被迫減小進(jìn)汽量至17 t或33 t，42 t，從而降低發(fā)電負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，并同時開啟排空的浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)；改造后進(jìn)汽量可成線性增減，減少排空開啟，杜絕蒸汽浪費(fèi)。

（2）改造后油動機(jī)動態(tài)穩(wěn)定性大幅度增加。即使壓力油源波動超過50%以上，能夠保證油動機(jī)波動不超過±1 mm，滿足機(jī)組高質(zhì)量的電/熱負(fù)荷輸出，大大提高機(jī)組運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。蒸汽消耗以及蒸汽排空現(xiàn)象明顯改善，為最大程度發(fā)揮余熱發(fā)電，節(jié)約能源奠定良好的基礎(chǔ)。初步估算，年發(fā)電量可提高10%～20%，低壓蒸汽放空減少30%～50%。同時，通過改造，對穩(wěn)定公司蒸汽管網(wǎng)壓力，避免蒸汽波動，穩(wěn)定后系統(tǒng)生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

3 總結(jié)

經(jīng)過對4#機(jī)組（CN15-3.43/0.49）調(diào)速系統(tǒng)改造，以及改造前、后機(jī)組運(yùn)行情況的對比可明顯看出，自容式電液調(diào)速系統(tǒng)（DEH）較原模擬電調(diào)（EHC），擁有獨(dú)立封閉油源，無錯油門等中間環(huán)節(jié)，具有系統(tǒng)簡單、性能優(yōu)化、驅(qū)動力大、響應(yīng)快、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，不失為技術(shù)先進(jìn)，操作簡單，節(jié)能降耗的解決方案，為類似老機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)改造提供一些借鑒和參考。

［1］李建剛.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M].北京:中國電力出版社，2009.

［2］康松.汽輪機(jī)原理[M].北京:中國電力出版社，2000.

〔編輯凌瑞〕

TM617

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.31