一、概 述
汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH),分高壓抗燃油純電調(diào)和低壓透平油純電調(diào)兩大類。
高壓抗燃油純電調(diào)是隨著引進(jìn)西屋汽輪機(jī)制造技術(shù)而進(jìn)入我國(guó),因而廣為人知。高壓抗燃油純電調(diào)DEH,克服了傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的缺陷,能采用靈活的控制策略以適應(yīng)多種運(yùn)行工況自動(dòng)化控制的要求,為適應(yīng)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制(CCS)和自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)打下基礎(chǔ)。由于高壓抗燃油純電調(diào)具有上述特點(diǎn),因而被廣泛應(yīng)用于300MW以上大型機(jī)組的控制系統(tǒng)。近年來(lái),高壓抗燃油純電調(diào)技術(shù)又被推廣到200MW機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造,收到較好效果。
但是,高壓抗燃油純電調(diào)也存在一些先天不足,影響到它的進(jìn)一步推廣。主要不足之處如下:
■ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本高。
■ 對(duì)油質(zhì)清潔度要求很高,油品需要不斷再生,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。
■ 電液伺服閥容易卡澀,需要常備備件,增加了運(yùn)行成本。
■ 需配備外置式液壓油源,不但增加了設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用,而且安全性不如透平油液壓油源。透平油液壓系統(tǒng)與潤(rùn)滑系統(tǒng)共用油源,主油泵由主軸驅(qū)動(dòng),只要汽輪機(jī)在轉(zhuǎn),就不會(huì)有失壓?jiǎn)栴}。
■ 抗燃油有毒性,長(zhǎng)期大量使用抗燃油將為環(huán)境保護(hù)所不容。
上述不足之處,在125MW、100MW等中小容量機(jī)組的自動(dòng)化改造上反映尤為突出。隨著電網(wǎng)容量的增大,這些機(jī)組逐漸進(jìn)入調(diào)峰運(yùn)行,協(xié)調(diào)控制和AGC控制的要求提到日程,而昂貴的高壓抗燃油純電調(diào)是這些機(jī)組用戶難以接受的,因此,有必要開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)適用的低壓透平油純電調(diào),以適應(yīng)用戶的需求。其實(shí),電調(diào)功能的發(fā)揮,并不在于采用高壓或低壓,只要設(shè)計(jì)得當(dāng),兩類系統(tǒng)都能達(dá)到同樣的自動(dòng)化水平。
我國(guó)曾經(jīng)引進(jìn)過(guò)多臺(tái)日立機(jī)組,例如首陽(yáng)山300MW機(jī)組,其控制系統(tǒng)就是采用低壓透平油純電調(diào),用比較經(jīng)濟(jì)可靠的辦法,完全達(dá)到了高壓抗燃油純電調(diào)的控制水平,用戶反映十分滿意。低壓透平油純電調(diào)技術(shù)的應(yīng)用,可使制造成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大大降低。用于老機(jī)組改造時(shí),所保留的油動(dòng)機(jī)和液壓油源是汽輪機(jī)原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中故障率最低的部分,因此,改為純電調(diào)后,控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
低壓透平油純電調(diào)的應(yīng)用,關(guān)鍵在于電液轉(zhuǎn)換難題的解決。和利時(shí)公司成功地應(yīng)用了MOOG公司新近推出的直接驅(qū)動(dòng)式電液伺服閥,即DDV閥,圓滿地解決了電液轉(zhuǎn)換的難題,為低壓透平油純電調(diào)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。這種伺服閥的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性均與MOOG閥相當(dāng),抗污染能力和可靠性遠(yuǎn)高于MOOG閥,能適應(yīng)透平油系統(tǒng)的一般清潔度水平。迄今為止,和利時(shí)應(yīng)用的DDV閥已超過(guò)200套,裝備了超過(guò)100套DEH;其中60%用于低壓透平油系統(tǒng),40%用于高壓抗燃油系統(tǒng),卡澀的例子一套也沒(méi)再發(fā)生過(guò)。
DDV閥的應(yīng)用,不但解決了低壓透平油純電調(diào)電液轉(zhuǎn)換問(wèn)題,同時(shí)解決了高壓抗燃油純電調(diào)伺服閥卡澀問(wèn)題,為DEH事業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。
二、純電調(diào)的基本概念
一般而言,DEH控制系統(tǒng)由兩大部分組成,即控制器部分和執(zhí)行器部分。控制器部分實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制策略;執(zhí)行器部分執(zhí)行控制器的控制結(jié)果,定位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
汽輪機(jī)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器,包括調(diào)速器、同步器、中間放大滑閥等部件,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量,偏差放大等控制策略,為液壓控制器。油動(dòng)機(jī)為執(zhí)行器,接受控制器來(lái)的液壓信號(hào),定位調(diào)節(jié)閥位。
汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器,為數(shù)字式DEH控制器,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、負(fù)荷控制、新汽壓力控制及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制等多種控制策略,其輸出的總閥位信號(hào)為電氣量信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過(guò)電液放大,驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行器,即油動(dòng)機(jī);也可直接驅(qū)動(dòng)電液執(zhí)行器,即電液伺服油動(dòng)機(jī),簡(jiǎn)稱電液油動(dòng)機(jī),以定位相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥位。
DEH控制器與電液油動(dòng)機(jī)配合,組成純電調(diào)。
或者,DEH控制器通過(guò)電液放大器控制油動(dòng)機(jī),組成純電調(diào)。
作為執(zhí)行器,油動(dòng)機(jī)應(yīng)能接受三種信號(hào)的控制,即正常控制、快關(guān)控制和遮斷控制。
對(duì)液壓油動(dòng)機(jī)而言,正常控制時(shí),由調(diào)節(jié)器來(lái)的液壓信號(hào)通過(guò)中間放大滑閥,控制油動(dòng)機(jī),定位調(diào)節(jié)閥;當(dāng)發(fā)生甩負(fù)荷時(shí),OPC系統(tǒng)控制超速限制滑閥或微分器,通過(guò)中間放大滑閥暫時(shí)快關(guān)各調(diào)門油動(dòng)機(jī),以限制機(jī)組轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)飛升;當(dāng)發(fā)生遮斷時(shí),保安系統(tǒng)通過(guò)危急遮斷器滑閥、中間放大滑閥,永久性地關(guān)閉各油動(dòng)機(jī),使機(jī)組停機(jī)。由此可見(jiàn),液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的油動(dòng)機(jī)具有正常控制,快關(guān)控制和遮斷控制三個(gè)接口。不過(guò),液壓油動(dòng)機(jī)的三個(gè)接口是通過(guò)中間放大滑閥聯(lián)系在一起的,這使調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各油動(dòng)機(jī)只能按固定的關(guān)系協(xié)調(diào)動(dòng)作,如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)中只有一個(gè)油動(dòng)機(jī),便不存在多個(gè)油動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作問(wèn)題。
電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的油動(dòng)機(jī),也存在上述三個(gè)接口,當(dāng)采用一個(gè)電液伺服閥控制多個(gè)油動(dòng)機(jī)時(shí),各油動(dòng)機(jī)之間的關(guān)系就像液調(diào)系統(tǒng)一樣,是固定的;當(dāng)采用每個(gè)油動(dòng)機(jī)由一個(gè)電液伺服閥控制時(shí),三個(gè)接口便被賦予每個(gè)油動(dòng)機(jī),使每個(gè)油動(dòng)機(jī)都能獨(dú)立完成正常控制,快關(guān)和遮斷三種任務(wù),各個(gè)油動(dòng)機(jī)的運(yùn)行關(guān)系由閥門管理軟件(軟凸輪)進(jìn)行協(xié)調(diào),可按固定模式和可變模式控制汽輪機(jī)進(jìn)汽。在后一種方式,油動(dòng)機(jī)與電液伺服閥,快關(guān)電磁閥和遮斷轉(zhuǎn)換閥為一體化設(shè)計(jì),稱為電液伺服油動(dòng)機(jī),簡(jiǎn)稱電液油動(dòng)機(jī)。
高壓抗燃油純電調(diào)采用的油動(dòng)機(jī),是典型的電液油動(dòng)機(jī),每個(gè)油動(dòng)機(jī)可單獨(dú)執(zhí)行正常控制,快關(guān)和遮斷動(dòng)作;可接受閥門管理軟件控制,實(shí)現(xiàn)固定模式和可變模式的配汽管理。本文推薦的低壓透平油電液油動(dòng)機(jī),參照高壓抗燃油電液油動(dòng)機(jī)的控制模式進(jìn)行設(shè)計(jì),使低壓透平油純電調(diào)能執(zhí)行與高壓抗燃油純電調(diào)相同的功能。低壓透平油純電調(diào)也可參照液調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式,采用一個(gè)電液伺服閥控制多個(gè)油動(dòng)機(jī),構(gòu)成簡(jiǎn)易純電調(diào)。簡(jiǎn)易純電調(diào)能實(shí)現(xiàn)純電調(diào)的基本控制功能,具有很好的實(shí)用價(jià)值。
三、關(guān)于閥門管理
這里,要專門討論一下閥門管理的實(shí)用價(jià)值。閥門管理是西屋公司推出的一種控制功能,是一種用于高壓抗燃油純電調(diào)的軟件配汽方式,通常是指高壓進(jìn)汽節(jié)流調(diào)節(jié)和噴咀調(diào)節(jié)兩種方式的相互無(wú)擾轉(zhuǎn)換,可以兼顧啟動(dòng)快速性和部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的要求。要實(shí)現(xiàn)這種功能,要求每個(gè)調(diào)節(jié)閥采用一個(gè)油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),由閥門管理軟件協(xié)調(diào)各油動(dòng)機(jī)的工作。下面將通過(guò)機(jī)組常見(jiàn)的幾種運(yùn)行方式,探討閥門管理的實(shí)用價(jià)值。
1) 定壓運(yùn)行,帶基本負(fù)荷
在這種運(yùn)行方式下,調(diào)節(jié)閥接近全開(kāi),節(jié)流調(diào)節(jié)和噴咀調(diào)節(jié)區(qū)別不大。
2) 滑壓運(yùn)行,調(diào)峰
在這種運(yùn)行方式下,調(diào)節(jié)閥也接近全開(kāi),節(jié)流調(diào)節(jié)和噴咀調(diào)節(jié)也區(qū)別不大。
3) 定壓運(yùn)行,調(diào)峰
在這種運(yùn)行方式下,靠改變閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)整負(fù)荷,噴咀調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性好,采用閥門管理是有意義的。但是,這是一種不常用的運(yùn)行方式。按混合調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)的凸輪配汽機(jī)構(gòu)能適應(yīng)這種運(yùn)行方式。
汽輪機(jī)常用的凸輪配汽機(jī)構(gòu),既不是純粹的節(jié)流調(diào)節(jié),也不是純粹的噴咀調(diào)節(jié),而是一種混合調(diào)節(jié)方式,通常是這樣設(shè)計(jì)的:在低負(fù)荷階段,1#、2#調(diào)門同時(shí)開(kāi)啟;1#、2#調(diào)門為對(duì)稱布置,可以保證高壓缸進(jìn)汽部份受熱均勻,保證啟動(dòng)過(guò)程的快速性;1#、2#調(diào)門接近開(kāi)足時(shí),開(kāi)3#調(diào)門;3#調(diào)門接近開(kāi)足時(shí),開(kāi)4#調(diào)門。這種設(shè)計(jì)可以看作低負(fù)荷時(shí)為節(jié)流調(diào)節(jié),高負(fù)荷時(shí)為噴咀調(diào)節(jié),因而兼顧了啟動(dòng)快速性和部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的要求。因此,凸輪配汽機(jī)構(gòu)的特性已是一種較好的閥門管理模式,當(dāng)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí),通常是3#和4#調(diào)門參與調(diào)節(jié),已是處于高效的噴咀調(diào)節(jié)區(qū)。并且可以采用變壓運(yùn)行方式,使調(diào)門定位在節(jié)流損失最少的位置,例如1#、2#調(diào)門全開(kāi),3#調(diào)門全開(kāi)或4#調(diào)門全開(kāi)等位置。采用這種運(yùn)行方式,便可在不用閥門管理的前提下達(dá)到最好的部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性,使閥門管理變得不必要。這樣,在中小型機(jī)組的DEH改造中,便可不必為追求閥門管理而采用每閥一個(gè)油動(dòng)機(jī)的控制模式,不必取消凸輪配汽機(jī)構(gòu)和原有的油動(dòng)機(jī),更不必采用高壓抗燃油純電調(diào)。這將使中小型機(jī)組的DEH改造大為簡(jiǎn)化,節(jié)約大量的改造資金。在中小型機(jī)組DEH改造中,閥門管理功能是不必要的。
凸輪配汽(杠桿配汽)與閥門管理配汽的比較
凸輪(杠桿)配汽 閥門管理配汽
低負(fù)荷區(qū) 二閥對(duì)稱進(jìn)汽 四閥全周進(jìn)汽
高負(fù)荷區(qū) 3#、4#依次開(kāi)啟 3#、4#閥依次開(kāi)啟
評(píng)價(jià):低負(fù)荷區(qū),二閥對(duì)稱進(jìn)汽與四閥全周進(jìn)汽的均熱效果基本相同,且節(jié)流損 失較全周進(jìn)汽小。
高負(fù)荷區(qū),兩種配汽方式相同。
四、低壓透平油純電調(diào)的特點(diǎn)
低壓透平油純電調(diào),具有如下特點(diǎn):
■ 系統(tǒng)簡(jiǎn)潔,制造工藝符合汽輪機(jī)廠的設(shè)備條件,制造成本低。
■ 老機(jī)組改造時(shí),可以利用機(jī)組原有的油動(dòng)機(jī)和液壓油源。
■ 液壓系統(tǒng)易損件少,壽命長(zhǎng),運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。
■ 采用常規(guī)的透平油液壓油源,不需另配外置式油源站。常規(guī)透平油油源主油泵由汽輪機(jī)主軸驅(qū)動(dòng),其可靠性高于外置式油源站。
■ 采用MOOG公司新近推出的DDV型電液伺服閥,控制精度高,抗污染能力強(qiáng)。
■ 由DDV閥構(gòu)成的電液放大器和電液油動(dòng)機(jī),定位精確、靈敏度高,可靠性好,抗污染能力優(yōu)于高壓抗燃油電液油動(dòng)機(jī)。
■ 不用抗燃油,環(huán)保特性好。
五、100MW汽輪機(jī)低壓透平油純電調(diào)(優(yōu)化控制實(shí)例)
100MW汽輪機(jī),只有一個(gè)油動(dòng)機(jī),不考慮配備閥門管理功能。只要采取下列改造措施,便可構(gòu)成低壓透平油純電調(diào)。本方案的設(shè)計(jì)原則可推廣到200MW、50MW、25MW等多種機(jī)型。
■ 保留配汽杠桿,凸輪配汽機(jī)構(gòu)。
■ 將油動(dòng)機(jī)改造為電液油動(dòng)機(jī)。
■ 拆去調(diào)速器,調(diào)速器滑閥,微分器等部套。
■ 增設(shè)DEH控制器。
■ 增設(shè)由電磁閥構(gòu)成的遮斷,掛閘,開(kāi)主汽門和噴油試驗(yàn)?zāi)K,可以實(shí)現(xiàn)全面遠(yuǎn)方操作,達(dá)到高壓抗燃油純電調(diào)的自動(dòng)化水平。
圖1 電液油動(dòng)機(jī)
電液油動(dòng)機(jī)原理如圖1,其構(gòu)成要點(diǎn)如下:
■ 機(jī)組原配油動(dòng)機(jī),拆去反饋滑閥,反饋杠桿,保留油動(dòng)機(jī)滑閥和油動(dòng)機(jī)活塞。
■ 增設(shè)DDV閥,作為正常控制接口。
■ DDV閥壓力油進(jìn)口增設(shè)過(guò)濾器,精度25μ-100μ
■ 增設(shè)可調(diào)節(jié)流閥,用以調(diào)整油動(dòng)機(jī)滑閥0位。該節(jié)流閥應(yīng)這樣設(shè)置,使DDV閥失電時(shí),油動(dòng)機(jī)能自動(dòng)關(guān)閉。可調(diào)節(jié)流閥的位置應(yīng)能鎖定。
■ 活塞桿上增設(shè)雙冗余LVDT,作為反饋定位作用。
■ 增設(shè)卸荷閥,作為快關(guān)和遮斷控制接口。
■ DDV閥,可調(diào)節(jié)流閥和卸荷閥做成一個(gè)液壓集成塊,安裝在前箱側(cè)面適當(dāng)位置。
■ DDV閥由DEH控制器中的伺服板控制,接受總閥位信號(hào),改變油動(dòng)機(jī)位置,直到與LVDT反饋信號(hào)平衡為止。
■ 若有多個(gè)油動(dòng)機(jī),可共用一個(gè)濾油器。
DDV閥具有如下特點(diǎn):
■ 采用高能永磁直線力馬達(dá),自帶功放,具有強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。
■ 取消了噴咀擋板式前置液壓放大器,解決了由此引起的伺服閥卡澀問(wèn)題,抗污染能力大大提高。
■ 具有高分辨率、低滯環(huán),具有很高的控制精度。
■ 動(dòng)態(tài)特性與供油壓力無(wú)關(guān),能適應(yīng)任何壓力的電液控制系統(tǒng)。
電液油動(dòng)機(jī)具有很高的靈敏度,其值高于原油動(dòng)機(jī)的最高靈敏度,并且在全行程范圍內(nèi)靈敏度的數(shù)值相同。
本方案適用于哈汽,東汽和北重型汽輪機(jī)。建議每個(gè)油動(dòng)機(jī)由一個(gè)DDV閥控制。
電液油動(dòng)機(jī)為和利時(shí)專利產(chǎn)品,專利號(hào):ZL 00 2 54529.2 見(jiàn)附表
六、125MW汽輪機(jī)低壓透平油純電調(diào)(簡(jiǎn)易控制實(shí)例)
125MW汽輪機(jī)為中間再熱式,具有2個(gè)高壓油動(dòng)機(jī)和2個(gè)中壓油動(dòng)機(jī),其中每個(gè)高壓油動(dòng)控制2個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥,共計(jì)2個(gè)高壓油動(dòng)機(jī)控制4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥,中壓油動(dòng)機(jī)則為每個(gè)油動(dòng)機(jī)控制1個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥。4個(gè)油動(dòng)機(jī)均接受二次脈動(dòng)油壓控制。二次脈動(dòng)油路為變油壓系統(tǒng),每個(gè)油動(dòng)機(jī)均可調(diào)整其始開(kāi)油壓和開(kāi)足油壓,以協(xié)調(diào)各油動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。
圖2 125MW汽輪機(jī)低壓透平油純電調(diào)電液接口(電液放大器型)
125MW低壓透平油純電調(diào),采用一個(gè)DDV閥控制四個(gè)油動(dòng)機(jī)的控制方式,不考慮配備閥門管理功能,改造要點(diǎn)如下:
■ 完整保留機(jī)組原有的液壓系統(tǒng),各油動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系由二次脈動(dòng)油壓Pm2來(lái)維系。
■ 在二次脈動(dòng)油路上外接一個(gè)DDV閥,DDV閥工作在排油方式,與原液壓放大器的碟閥排油口并聯(lián)。
■ 原配啟動(dòng)閥完成掛閘、開(kāi)主汽門后,搖到最高位,使Pm2控制油口完全關(guān)閉。
■ 同步器搖到最高位,使液壓放大器的碟閥排油口在所有的工況中均處于關(guān)閥狀態(tài)。
■ DDV閥接受DEH控制器總閥信號(hào),改變二次脈動(dòng)油壓Pm2,以控制油動(dòng)機(jī),完成從沖轉(zhuǎn)到帶滿負(fù)荷的全行程控制。Pm2油路上接有壓力傳感器,用以構(gòu)成Pm2反饋,以獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。
■ 甩負(fù)荷快關(guān)功能仍由超速限制滑閥執(zhí)行,OPC控制策略包含在DEH控制器中。
■ 遮斷控制仍由原液壓系統(tǒng)的遮斷控制回路執(zhí)行。
■ DEH故障時(shí),只需降低同步器定值,系統(tǒng)便可回到液調(diào)方式運(yùn)行,配上和利時(shí)開(kāi)發(fā)的專利產(chǎn)品同步器馬達(dá)控制器,(專利號(hào):ZL 99 2 10575.7 見(jiàn)附表)仍可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷閉環(huán)控制,繼續(xù)執(zhí)行電調(diào)功能。
■ 若啟動(dòng)升速過(guò)程中發(fā)生DEH故障,可打閘停機(jī),然后用啟動(dòng)閥重新啟動(dòng)。
■ 在二次脈動(dòng)油路上設(shè)置的壓力傳感器,通過(guò)伺服板閉環(huán),組成Pm2反饋,可以改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,可以消除油源壓力波動(dòng)新形成的寄生反饋,以及由此引發(fā)的系統(tǒng)振蕩。
■ 配備DEH控制器,完成所需的控制策略運(yùn)算,給出總閥位信號(hào)。
■ DDV閥及其所需的附屬設(shè)備,作成一個(gè)集成塊,安裝在前箱在側(cè)適當(dāng)位置,由支架固定。
本方案為簡(jiǎn)易型純電調(diào),適用于上汽機(jī)型,已在多臺(tái)125MW機(jī)組得到應(yīng)用。
電液放大器為和利時(shí)專利產(chǎn)品,專利號(hào):ZL 00 2 33849.1,見(jiàn)附表
七、保安系統(tǒng)的處理
汽輪機(jī)電調(diào)改造的主要目的是克服原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的缺陷,完善控制策略,提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平,為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制(CCS)和自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)創(chuàng)造條件。這個(gè)目的在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。機(jī)組的液壓保護(hù)系統(tǒng),性能良好,工作可靠,操作的機(jī)會(huì)較少,改造的必要性不大。在中小型機(jī)組進(jìn)行簡(jiǎn)易型DEH改造時(shí),保安系統(tǒng)可不進(jìn)入改造,以減少改造工作量,節(jié)省費(fèi)用,但系統(tǒng)操作自動(dòng)化水平較低。在優(yōu)化的改造方案中引用了高壓抗燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想,將機(jī)組的保安系統(tǒng)的改造列入改造范圍,全面提高自動(dòng)化水平。經(jīng)過(guò)這樣改造的機(jī)組,其功能配置和自動(dòng)化水平可以達(dá)到高壓抗燃油純電調(diào)的水平。
八、DEH控制器的基本功能
DEH控制器的主要功能是轉(zhuǎn)速控制的負(fù)荷控制,其中,負(fù)荷控制具有閥控、功控和壓控三種方式,分別適合于爐跟機(jī)、機(jī)爐協(xié)調(diào)和機(jī)跟爐三種運(yùn)行方式。
此DEH控制器由北京和利時(shí)公司MACS分散控制系統(tǒng)構(gòu)成,與DCS為一體化設(shè)計(jì),與液壓系統(tǒng)的改造通盤考慮,適用于200MW和125MW及以下機(jī)組低壓透平油純電調(diào)控制。
8.1轉(zhuǎn)速控制
轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為大范圍無(wú)差閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)方式,完成從沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速的控制過(guò)程。
自動(dòng)時(shí),按根據(jù)機(jī)組熱狀態(tài)預(yù)先設(shè)定的自動(dòng)升速曲線完成升速過(guò)程;手動(dòng)時(shí),由操作員設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速和升速率,控制機(jī)組升速。通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí),升速率自動(dòng)加到最大。
設(shè)有自動(dòng)同期接口,可接受自動(dòng)同期裝置控制,自動(dòng)完成并網(wǎng)操作;也可在自動(dòng)周期裝置指導(dǎo)下,由操作員控制并網(wǎng)。并網(wǎng)后自動(dòng)進(jìn)入閥控狀態(tài),并自動(dòng)帶3%初負(fù)荷。
8.2負(fù)荷控制
1) 閥控方式
機(jī)組并網(wǎng)后,自動(dòng)進(jìn)入閥控方式。本方式為負(fù)荷開(kāi)環(huán)控制方式,具有一次調(diào)頻能力,適合于爐跟機(jī)運(yùn)行方式。
2)功控方式
為負(fù)荷閉環(huán)控制方式,具有一次調(diào)頻能力,適合于機(jī)爐協(xié)調(diào)控制運(yùn)行方式。
3)壓控方式
由汽機(jī)調(diào)門控制機(jī)前壓力,由鍋爐控制機(jī)組負(fù)荷。機(jī)組負(fù)荷服從于調(diào)壓,不具備一次調(diào)頻能力。本方式適合于機(jī)跟爐運(yùn)行方式。該方式適用于配直流爐、并在大電網(wǎng)中并列運(yùn)行的機(jī)組。
8.3一次調(diào)頻功能
根據(jù)華北電力集團(tuán)公司“華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理辦法”的規(guī)定,并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組必須參與一次調(diào)頻。該項(xiàng)規(guī)定正在向全國(guó)推廣。根據(jù)上述文件的規(guī)定,和利時(shí)設(shè)計(jì)的DEH,在閥控、功控和壓控方式均具有一次調(diào)頻能力,不調(diào)頻死區(qū)設(shè)置在0-2r/min范圍內(nèi)。在任何情況下,機(jī)組均不能退出一次調(diào)頻。
8.4超速限制與附加超速保護(hù)
為確保甩負(fù)荷控制的快速性,超速限制和附加超速保護(hù)控制采用繼電器回路。
甩負(fù)荷判據(jù)為油開(kāi)關(guān)跳閘信號(hào)和103%n0信號(hào)。
當(dāng)發(fā)生甩負(fù)荷時(shí),油開(kāi)關(guān)跳閘信號(hào)通過(guò)繼電回路控制超速限制滑閥或OPC電磁閥,快關(guān)各調(diào)門以限制轉(zhuǎn)速飛升,同時(shí)總閥位信號(hào)置0。當(dāng)超速高峰過(guò)去后(約2秒),上述信號(hào)復(fù)位,系統(tǒng)進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制方式,使機(jī)組維持3000r/min的運(yùn)行。
當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)103%n0時(shí),給出快關(guān)信號(hào),通過(guò)超速限制滑閥或OPC電磁閥,快關(guān)各閥門,同時(shí)使總閥位信號(hào)置0。轉(zhuǎn)速低于103%n0時(shí),恢復(fù)轉(zhuǎn)速控制。
當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)110%n0時(shí),給出信號(hào)至ETS,使機(jī)組停機(jī)。當(dāng)機(jī)組進(jìn)行提升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)時(shí),該值自動(dòng)提高到113%n0,保護(hù)試驗(yàn)過(guò)程防止超速。
103%n0和110%n0信號(hào)來(lái)自測(cè)速板,響應(yīng)時(shí)間小于10ms。
8.5其他功能
包括新汽壓力降低自動(dòng)減負(fù)荷,真空降低自動(dòng)減負(fù)荷,閥門活動(dòng)試驗(yàn),提升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)和來(lái)自協(xié)調(diào)控制的減負(fù)荷控制等功能,這些功能可按需設(shè)置。
九、DEH控制的構(gòu)成
DEH控制器由和利時(shí)公司標(biāo)準(zhǔn)的MACS分散控制系統(tǒng)構(gòu)成,其中,除測(cè)速板和伺服板為DEH專用I/O板外,其余硬件和軟件與DCS通用,并與DCS一體化設(shè)計(jì)。一體化設(shè)計(jì)的含義,包括:
■ 硬件一體化 ■ 系統(tǒng)軟件一體化 ■ 控制策略一體化
DEH的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制站和一臺(tái)專用硬操盤,操作員站和工程師站與DCS共用。
硬件配置如圖3,其中
冗余主控板 1對(duì)
測(cè)速板 3(三選二)
伺服板 n(按電液伺服閥數(shù)量配置)
開(kāi)入板 4(共64路)
開(kāi)出板 2(共32路)
模入板 2(共16路)
模出板 1(共8路)
圖3 DEH控制器硬件配置
十、主要技術(shù)指標(biāo)
■ 轉(zhuǎn)速控制范圍 40-3600r/min
■ 轉(zhuǎn)速控制精度 ±1r/min
■ 負(fù)荷控制范圍 0-115%
■ 負(fù)荷控制精度 ±1MW
■ 不等率 3-6%在線連續(xù)可調(diào)
■ 不調(diào)頻死區(qū) 0-2r/min出廠時(shí)已設(shè)定
■ 遲緩率 <0.06%
■ 甩負(fù)荷最高轉(zhuǎn)速飛升 <7%n0
十一、可靠性設(shè)計(jì)
■ 測(cè)速板采用三選二冗余。
■ LVDT采用雙冗余高選。
■ DEH控制器的可靠性設(shè)計(jì)由MACS系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范保證。
■ 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)規(guī)定的安全設(shè)計(jì)原則,對(duì)可能發(fā)生的誤操作有防范措施,失去動(dòng)力源時(shí)能安全停機(jī)。
■ 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了防火的要求。
十二、油源清潔度問(wèn)題和油系統(tǒng)改造
油源清潔度問(wèn)題,直接影響到液壓系統(tǒng)的正常工作,是備受關(guān)注的安全性問(wèn)題。透平油的污染問(wèn)題,主要是油中帶水和顆粒污染,污染物來(lái)源與排煙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。
透平油潤(rùn)滑/液壓系統(tǒng),設(shè)有排煙風(fēng)機(jī)系統(tǒng),目的是將各軸承箱的油煙抽出,防止軸承箱內(nèi)部過(guò)熱。軸承箱內(nèi)部過(guò)熱會(huì)引起軸承標(biāo)高變化,改變軸系的揚(yáng)度曲線,嚴(yán)重時(shí),會(huì)發(fā)生動(dòng)靜部件摩擦,引發(fā)軸系振動(dòng)。因此,如何正確發(fā)揮排煙系統(tǒng)的冷卻作用,控制軸承箱溫度變化,對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。
排煙風(fēng)機(jī)設(shè)在主油箱上,通過(guò)回油管的空氣半管抽出各軸承箱的油煙。對(duì)各軸承箱而言,抽油煙的作用是通風(fēng)冷卻,必須有進(jìn)有出,形成一定的通風(fēng)量,才能發(fā)揮冷卻效果。目前的排煙系統(tǒng),沒(méi)有設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)口,進(jìn)風(fēng)量被迫從軸承箱上的各種孔隙進(jìn)入,特別是從油封間隙進(jìn)入,這樣便帶來(lái)一系列問(wèn)題:
■ 為獲得足夠的進(jìn)風(fēng)量,各軸承箱被抽到較高的負(fù)壓。
■ 軸承箱上的油封環(huán)正對(duì)著汽缸的汽封環(huán),大量空氣從油封環(huán)間隙進(jìn)入的同時(shí),將大量蒸汽帶入,進(jìn)入透平油中。
■ 蒸汽進(jìn)入回油管空氣半管,凝結(jié)在管壁上,形成銹蝕。鐵銹不斷落入油中,形成污染。
■ 從各種孔隙進(jìn)入軸承箱的空氣,將空氣中的粉塵同時(shí)帶入,久而久之便形成油泥。
這些問(wèn)題,都是由于排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理造成的。解決的辦法也很簡(jiǎn)單,只要在每個(gè)軸承上適當(dāng)位置增設(shè)一個(gè)進(jìn)風(fēng)口,讓冷卻空氣主要從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入,降低軸承箱內(nèi)負(fù)壓,這樣便可減少?gòu)挠头夂透鞣N孔隙等非正常通道進(jìn)入的風(fēng)量,相應(yīng)減少了水蒸汽和粉塵的進(jìn)入量,同時(shí)減少了回油半管銹蝕的產(chǎn)生。進(jìn)風(fēng)口的面積應(yīng)為可調(diào),以保證得到適當(dāng)?shù)睦鋮s風(fēng)量,進(jìn)風(fēng)口應(yīng)加空氣濾清器和空氣干燥劑,以防止空氣中的粉塵和濕氣進(jìn)入。僅此措施,便可大大減少透平油的污染來(lái)源。
在此基礎(chǔ)上,完善油凈化系統(tǒng),經(jīng)常性地清除油中的水份和顆粒,便可使透平油保持較好的清潔度水平。
北京承天倍達(dá)過(guò)濾技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的FC系列過(guò)濾脫水裝置,采用各種特殊濾芯,能有效清除油中顆粒和水份,清潔度達(dá)到NAS6級(jí),油中含水量可達(dá)到200PPM以下。
北京透平新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的TP系列離心式凈油機(jī),采用瑞典ALFA LAVAL高速離心分離機(jī),能有效地將油中水份和顆粒物分離出來(lái)。這種凈油機(jī)不需要濾芯,免除了更換濾芯和清洗芯等麻煩,運(yùn)行維護(hù)較簡(jiǎn)單,費(fèi)用也低。
上述產(chǎn)品可推薦作為油系統(tǒng)改造之用。
油系統(tǒng)改造的目的是提高油系統(tǒng)清潔度,改造的目標(biāo)是減少水份和顆粒物的進(jìn)入,和清除已進(jìn)入油中的水份和顆粒物,解決的辦法是:各軸承箱加裝合適的進(jìn)風(fēng)口,合理組織進(jìn)風(fēng),減少水份和粉塵進(jìn)入;增設(shè)高效凈油裝置,連續(xù)清除油中殘存的水份和顆粒物。
低壓透平油純電調(diào),清潔度適應(yīng)能力與常規(guī)液壓系統(tǒng)相當(dāng),若能對(duì)油系統(tǒng)進(jìn)行改造,提高清潔度水平,則效果更佳。
中小型機(jī)組DEH改造,低壓透平油純電調(diào)具有經(jīng)濟(jì)適用、可靠性好、環(huán)保性好的優(yōu)點(diǎn)。
十三.結(jié)論
1) 為適應(yīng)中小型機(jī)組DEH改造,開(kāi)發(fā)低壓透平油純電調(diào)具有重要意義。200MW及以下機(jī)組屬于中小機(jī)組范圍。
2) 由于純電調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略取決于計(jì)算機(jī)電子控制器,因此,除可變模式閥門管理外,低壓透平油純油調(diào)能實(shí)現(xiàn)高壓抗燃油純電調(diào)的全部功能。
3) 實(shí)踐中,閥門管理特性與凸輪配汽機(jī)相當(dāng),凸輪配汽機(jī)構(gòu)的作用完全可以代替軟件型可變模式閥門管理。
4) 和利時(shí)公司推出的低壓透平油純電調(diào),具有自動(dòng)化水平高、經(jīng)濟(jì)適用、可靠性好、環(huán)保性好的優(yōu)點(diǎn)。
5) 本文推薦的低壓透平油純電調(diào),清潔度適應(yīng)能力與常規(guī)液壓系統(tǒng)相當(dāng);若能對(duì)油系統(tǒng)進(jìn)行改造,提高清潔度水平,則效果更佳。