汽轮机控制系统
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发布时间：2022-04-23 01:22
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时间：2023-09-08 06:31
随着国民经济宏观**的实施和电力*改革步伐的加快以及电网峰谷差的日趋增大，各发电厂机组的变负荷调峰运行更加频繁，要求机组具有高度的自动化水平，并实现AGC方式运行。半山电厂4号机系上海汽轮机厂生产的N125－135／535／535型超高压、中间再热、凝汽式汽轮机，于1984年投产发电。由于该型机组设计年代早，受当时设计技术和工艺制造水平的*，机组的经济性、可靠性及其调峰性能较差，尤其是调节控制系统采用纯液压调节系统，存在着调节性能差、控制精度低、响应速度慢、可靠性差、经济效益低、自动化水平低等诸多缺陷。因此，应用国内外大机组普遍采用的比较成熟先进的DEH电液调节控制系统对原汽轮机液压调节系统进行了技术改造，提高其自动化水平，以满足现代化电网的要求。
4号机应用上海新华控制公司生产的DEH－ⅢA型汽轮机电液调节控制系统，本文胖囟愿脑斓募际跆氐恪⒛谌荨⒓捌湓诵星榭鼋�胁�龊头治觥?BR>1 DEH－ⅢA技术规范及控制功能
DEH－ⅢA控制系统，是主机不可分割的组成部分，它由电气和液压两部分组成，它们通过电液伺服阀连接。
1.1 DEH－ⅢA技术规范
转速控制范围：30～3400 r／min，精度±1 r／min；
负荷控制范围：0％～115％，精度0.5％；
转速不等率：3％～6％可调；升速率控制精度：±1r/min；系统迟缓率：＜0.06％；
最高飞升转速：当汽轮机从额定工况甩负荷时转速的最高飞升小于7％额定转速；
快速关闭时间：油动机全行程快速关闭时间约0.2s。
1.2 DEH－ⅢA基本控制功能
DEH－ⅢA的基本自动控制功能是汽轮机的转速控制和负荷控制，主要功能有：汽机复位（挂闸）；手动/自动升速/ATC自启动；可按经验曲线的程序启动；摩擦检查；在DEH控制下进行103％、110％超速保护试验、机械超速保护试验；同期；机组并网后DEH将自动带初负荷以防止逆功率运行且有负荷*功能；DEH可按运行人员给定的目标值及负荷变动率自动调节机组的电负荷；主汽压控制及*；可根据需要决定机组是否参与一次调频；能够与CCS系统配合实现机炉协调；接收AGC控制指令；故障诊断报警；OPC超速保护（103％nH关高、中压调门；110％nH关所有阀门停机）；可以实现与DCS通信提供DCS所需信息；停机状态下可进行软件仿真试验（在工程师站进行）；可以在工程师站进行参数修改、组态；实现阀门管理和在线试验；能进行在线切换；实现节流调节和喷嘴调节；实现运行过程中的监视等。
2 改造的主要技术措施
本次汽轮机DEH控制系统改造中增加一套独立的高压抗燃油供油装置，保留原液压系统的主汽门操纵座和危急遮断系统，低压安全油与高压抗燃油用隔膜阀联系。每一个调节阀操纵机构配备一只高压油动机与伺服阀，用高压抗燃油驱动，高压调门油动机4个，中调门油动机2个，共用6只单侧进油油动机。
低压系统改造中保留主汽门执行机构及安全保安油系统，仅将原来上汽厂调节阀的低压油动机换成高压抗燃油油动机，并可拆除液压调节*路。调门快关由OPC电磁阀进行，OPC安全油通过隔膜阀与低压安全油相连，保证安全停机。
2.1 调节系统改造
调节系统改造中将原来液压调节部分改用高压抗燃油及计算机控制器。原来的旋转阻尼、放大器、同步器及高、中压油动机均不用。
（1）增加DEH－ⅢA控制器，DEH－ⅢA中实现转速、功率等的多种自动控制功能，并提供Pen－tiumⅡ操作员站和工程师站，对系统进行显示、操作、组态和维护。
（2）高压调节阀共4只，中压调节汽门2只分别配备高压单侧油动机，由MOOG阀直接控制调节阀的开度，以调节进汽量。
（3）高压调节汽阀油动机直接安装在高压调门的顶部，由油动机直接带动阀门，原传动机构予以拆除。
（4）中压调门单侧油动机仍安装在原中压油动机的位置，通过杠杆带动阀门开启或关闭，在阀门蒸汽室盖上端增加关闭阀门的弹簧箱。
（5）高压油动机和中压油动机共6只，每只油动机中主要部件包括：截止阀、单向阀、卸荷阀、伺服阀、滤网等。油动机关闭时有缓冲器，关闭时间常数＜0．15 s。
2.2 保安系统改造
原透平油保安系统全部保留，包括安全油控制的高压及中压主汽门操纵座，危急遮断装置，两只机械飞环式危急遮断器及其附属部套包括：危急遮
断油门、试验装置、喷油装置、超速指示器、电磁阀等，但危急继动器、防火油门取消不用，增加两只超速保护控制OPC电磁阀（110 VDC，0．1A）；增加隔膜阀一只，透平油安全油压1．2MPa，动作油压0．8 MPa。
2.3 启动阀改造
采用纯电调系统，对启动阀进行了下列改进：增加一只复位电磁阀，接在保安系统复位*路上；在原启动阀上部活塞套筒的复位油端加装一只特殊法兰，使其将复位油封住；将启动阀操作手轮置于全开位置不动；当机组启动时，只通过操作挂闸按钮使电磁阀动作，建立复位油，使系统复位挂闸并随即建立安全油及启动油，使主汽门全开。
2.4 供油装置及*路
高压抗燃油供油装置为所有油动机提供动力油，正常工作油压为14．5 MPa，主要由下列部件组成：抗燃油油箱；两台相同进口等压变量PV29型柱塞EH高压油泵，1台运行、1台备用；磁性过滤器、25L蓄能器；控制块；回油过滤器；再生装置（硅藻土滤芯和波纹纤维素滤芯）；自循环滤油系统；EH油冷油器等。EH供油装置的控制部分由DCS操作系统直接控制。
*路系统主要由一套不锈钢管和4个高压蓄能器及2只低压蓄能器等组成。
3 改造后运行异常问题分析
4号机调节控制系统改造成DEH纯电*制后，机组运行中曾经2次发生在EH油泵工作正常时出现EH母管油压下降的情况，危及机组的安全正常运行。
3.1 EH母管油压异常现象
第一次EH母管油压下降出现在机组改造后的试运行阶段，当时由于冲转过程中2、3号轴振偏大造成轴振保护动作（当时汽轮机转速为1400 r／min左右），发出信号使磁力断路油门电磁阀通电动作，同时根据DCS主保护的设计，发出信号使EH油系统中的OPC电磁阀动作，泄去OPC安全油，这时出现了主汽门未关、EH母管油压逐步下降，调门逐渐关小、转速逐渐下降的非正常状态。检查发现磁力断路油门动作后未能正确泄去透平安全油，而接在透平安全*路上的挂闸压力开关因此未能正确反映信号，DEH控制装置接到的信号仍在“挂闸”状态，因此阀限仍为100％，即转速给定值没有置零。这时出现了调门油动机油缸下腔进油、泄油同时发生的所谓“导通”现象，造成EH母管油压下降。当时采取手拍危急保安器脱扣停机的办法来关闭主汽门和调速汽门，同时EH母管油压恢复正常，待磁力断路油门电磁阀及油系统检查正常后重新冲转。
另一次异常情况发生在滑参数停机过程中，机组当时带80MW负荷运行出现3号瓦振高达0.07mm的情况，*减负荷至零，拍车停机。但由于当时的高压内缸温度高达420℃以上，对开缸检修十分不利，决定采用重新冲转并网并继续滑停方法处理，当挂闸主汽门开启后出现了汽轮机转速直线上升的情况，直至超过3000 r/min，即拍车停机。拍车后DEH的转速给定值仍高达2999r/min，且挂闸信号仍然存在，脱扣信号不出现。同时EH母管油压出现了下降直到备用EH油泵启动，最终出现EH母管油压低的跳机保护信号。当时*采取了不挂闸，设定目标转速为零，使得转速给定值下降的办法来减小DEH控制调门开度的输出量，当给定转速接近零时，重新挂闸，按常规冲转。
3.2 异常问题分析
针对机组出现的上述情况，分析认为问题的关键在于透平安全*路上的挂闸压力开关上，由于两个挂闸压力开关中的一个出现了故障，不能按设计要求正确地反映出脱扣的信号（即安全油压低于0.65MPa），而DEH在未接到脱扣信号前自动保持挂闸时的阀限无100％，同时保持给定转速，使DEH保持了汽轮机转速维持在3000r/min左右的调门开度输出，同时由于拍车停机造成了透平安全油压降低，隔膜阀动作，OPC安全油压下降，于是出现了非DEH控制的状态，即调门油动机油缸下腔一方面要保持调门的开度而进油，另一方面由于OPC安全油压泄去而泄油，最终造成EH母管油压下降的异常现象。
机组出现的主汽门开启后一经挂闸，汽轮机转速直线上升的情况，也是由于挂闸压力开关故障造成的。即调门开度在3000r/min左右的水平上，一旦主汽门开启，调门完全不能起到控制转速的作用，会出现转速飞升的情况。
因此，对这类DEH改造的机组来说，透平安全油压在停机时能否正常、迅速泄去，且将信号正确传给DEH控制系统是十分重要的，它将直接影响DEH对调门开度控制的正确性。另一方面，DEH控制系统只根据挂闸压力开关的信号来判断是否挂闸，从而决定调门的阀位开度是0％或100％，似乎显得不够完善，当挂闸压力开关故障或透平安全油压出现不正常时，将使DEH控制器发出错误的指示信号，从而影响机组调速系统的正常运行。
4 结束语
4号汽轮机液压调节系统改造成DEH纯电*制，基本实现了设计的各项功能，取得了较好的效果，极大地提高了系统的安全性、可靠性和自动化水平，基本满足了现代电网对火电机组的控制要求，为省内外一大批125 MW汽轮机液压调节系统改造成DEH纯电*制系统提供了有益的经验。
