電液調節系統原理及應用第PAGE２７頁，共28頁電液調節系統原理及應用電液調節系統原理及應用葸國隆

摘要本文就汽輪機數字電液控制系統的組成、控制功能及其實現做了說明，并介紹常見項目實施過程出現的部分故障及處理方法；同時對EH油系統、電液伺服閥、ETS系統也做了介紹。關鍵詞：數字電液汽輪機轉速電液伺服閥汽輪機保護AbstractThistextdidtheintroductiontotheDigitalElectricHydraulicsteamturbineControlSystem,controlfunctionandimplementation,andintroducedtheerrorandfaultappearsinthecommonitemimplementationprocessandthemethod;AlsodidintroductiontotheEHoilsystem,theelectricityliquidservovalveandETSsystematthesametime.Keywords:DEHSTEAMTURBINESPEEDSERVOVALVEETS

目錄前言 ３第一章 DEH概述 ４1.1 DEH的發展經歷 ４1.1.1 MHC ４1.1.2 EHC ４1.1.3 DEH ５1.2 DEH系統的組成 ６1.3 DEH的控制方案 ８1.4 ETS ９1.5 TSI １２第二章 液壓執行機構 １３2.1 DEH的硬件組成各部分功能 １３2.1.1 DEH常用的電液轉換器 １４2.1.2 LVDT １５第三章 油系統 １６3.1 低壓透平油系統 １６3.2 供油裝置的主要部件 １７3.3 自容式電液執行器 １８3.4 汽輪機的自動保護系統 １９第四章 DEH調試 ２０4.1 LVDT ２０4.1.1 LVDT的安裝調試 ２０4.2 拉閥試驗 ２２4.3 汽輪機沖轉 ２４總結 ２６

前言汽輪機是電廠中的重要設備，其作用是在高溫高壓蒸汽的推動下穩定在一定轉速下旋轉,完成熱能到機械能的轉換。汽輪機將蒸汽的熱能轉換為機械能，驅動發電機轉動；發電機再將機械能轉換為電能并輸送到電網；電網再將電能輸送到各個用戶。為了保證供電質量，就必須保證電力系統的電壓、頻率的穩定；同時在電網出現故障時，又要能保證機組自身的安全。也就是確保外界負荷突增時機組不過載；甩負荷時汽輪機不超速。電壓的調節另有專門設備承擔（發電機勵磁系統等裝置），不屬于汽輪機調節系統的范圍，而頻率則直接取決于汽輪發電機的轉速，一般要求汽輪發電機的轉速穩定在額定轉速附近很小的一個范圍內，通常此范圍為±1.5～3.0rpm。為了達到以上要求，汽輪機必須配備可靠的自動控制裝置——DEH。全論文分四章,各章的主要內容說明如下。第一章，對DEH控制系統的發展狀況及其系統組成進行了闡述。第二章，簡單概述了液壓執行機構的結構功能等基礎內容。第三章，對油系統做了系統的介紹。第四章，介紹了DEH工程調試部分的內容及細節。DEH概述DEH的發展經歷汽機控制系統的發展經歷了以下幾個階段MHC機械液壓調節系統(MECHANICAL-HYDRAULICCONTROL，簡稱MHC)，實現轉速的自動調節和負荷的手動調節。如下圖所示：

1—減速齒輪；2—調速器；3—錯油門；4—油動機；5—調節汽門EHC隨著汽輪機單機容量的增大和中間再熱機組的出現，單元制運行方式的普遍采用以及電網自動化水平的提高，MHC已不能適應汽輪機的控制要求，于是出現了電液調節系統ELECTRO-HYDRAULICCONTROL，簡稱EHC)。EHC系統中執行機構仍采用液壓伺服裝置，運算部件則由電子元件組成，這種系統具有信號綜合方便，運算精度高，能適應多種運行工況的特點。早期的EHC系統采用模擬電子裝置構成，由于電子器件的可靠性不高，故汽輪機控制系統多設計為EHC和MHC并存的工作方式，MHC作為EHC的后備調節手段。正常控制由EHC完成，一旦EHC故障退出，MHC立即投入。這種以模擬電路為主的EHC系統稱為AEH(ANALOGELECTRO-HYDRAULICCONTROL)。隨著模擬電子器件質量的提高，汽輪機控制系統由電液并存工作方式過渡到采用AEH純電調的工作方式。典型的EHC系統原理方塊圖如下圖所示：

EHC系統采用了功率和頻率兩個調節信號，有三種基本的調節回路。

(1)轉速調節回路。它用于單機運行工況，在機組啟動時升速、并網和在停機(包括甩負荷過程)中控制轉速。

(2)功率調節回路。在機組并入電網運行時或機組在電網中不承擔一次調頻任務時，頻差放大器(轉速調節回路)均無輸出信號，此時，機組由功率調節回路控制。

(3)功—頻調節回路。當汽輪機參與一次調頻時，調節系統構成了功率—頻率調節回路，此時，頻率、功率調節回路均參與工作。無論功率通道產生了不平衡，還是頻率通道產生不平衡，都引起調節系統動作，直至系統趨于穩定。

DEH當計算機在工業控制領域得到廣泛應用時，汽輪機功頻電調裝置進一步發展為以計算機為基礎的數字式電液控制系統，這種系統稱為DEH(DIGITAL-HYDRAULICCONTROL，簡稱DEH)。目前，我國火電廠汽輪機大都采用數字式電液控制系統。電液調節系統種類繁多，其工作原理和功能各異。但大多數電調設置轉速控制、負荷控制，閥門控制、閥門管理，應力計算，應力限制，負荷限制，保護跳閘等功能，能滿足汽輪機安全運行和啟停要求。根據所使用的油質不同，DEH系統又分為低壓透平油系統和高壓抗燃油系統。在中高壓汽輪發電機組中，新建項目以及改造升級項目均以低壓透平油電液調節系統為首選。而200MW以上的發電機組均以高壓抗燃油為主；300MW以上的火力發電機組所配備的汽動給水泵也以高壓抗燃油為主。目前國內電液調節系統的主要供貨商除和利時之外，還有上海新華，ABB，美國WOODWARD的505系統，浙大中控，南京科遠等。DEH系統的組成DEH系統由兩大部分組成，即液壓控制系統和電氣控制系統。電控部分實現各種控制功能，如轉速控制、功率控制、手動/自動切換等，最終形成各個閥門的閥位指令。液控系統作為調節系統的動力單元，用以驅動閥門，使閥門的開度按著閥位指令而改變。1).液壓控制系統

1、液壓控制系統的組成：

由供油系統、液壓執行機構及危急遮斷系統組成。

2、液壓控制系統的功能：

·向各閥門油動機提供符合標準的高壓動力油。

·驅動各閥門并使閥門能夠停止在需要的位置。

·當需要時能夠快速遮斷汽輪機進汽。

如下圖所示為某25MW機組透平液壓控制系統部分，包含DDV閥、掛閘及復位電磁閥、OPC電磁閥、AST電磁閥。2).電控系統

DEH電控系統是以微型計算機為核心的分散控制系統，可方便地完成數據采集、過程控制、操作與監控等功能。工程師站能方便的對控制邏輯進行設計、調試、修改。

如下圖為和利時FM系列DEH控制柜：

如下圖為和利時T80控制柜：DEH的控制方案1).轉速控制回路

轉速控制回路包括轉速目標值給定，轉速變化率給定，升速曲線的生成及選擇，轉速PI調節器，轉速測量及三取二邏輯，轉速不等率和不調頻死區設定，頻率同期的自動或手動控制等。本回路承擔汽輪發電機組的轉速控制任務。

2).功率控制回路

功率控制回路包括目標功率值給定，功率變化率給定，一次調頻對功率給定的修正，最大功率限制及限制值給定，功率測量及三取二邏輯，功率PI調節器，機爐協調控制的投入/切除等。本回路構成了汽輪發電機組的功率閉環控制。

3).防超速保護控制回路（OPC）

接受油開關跳閘輔助接點信號和轉速103%n0信號，經邏輯運算發出快關調門控制信號，并通過硬接線使快關電磁閥帶電，迅速關閉調節閥。

4).閥控方式

司機通過設置目標閥位直接控制調門開度，DEH維持閥位不變。這時機組負荷與蒸汽壓力自動平衡。

5).壓控方式

司機通過設置目標壓力來控制機前壓力，DEH控制調門開度來維持主汽壓力不變。

6).CCS方式

在CCS方式下，DEH接受CCS主控器來的閥位給定信號，直接控制調門開度。DEH與CCS主控器配合可完成機跟爐，爐跟機以及機爐協調的各種控制功能。

7).一次調頻

DEH具有一次調頻功能，調頻特性(不等率、死區)可在線修改。ETSETS（EMERGENCYTRIPSYSTEM）是汽輪機危急跳閘系統的簡稱，作為汽輪機緊急停機的執行系統，ETS監視汽輪機的某些參數，當這些參數超過其運行限制值時，該系統就關閉全部汽輪機蒸汽進汽閥門，緊急停機，這些參數來源有三個：DEH、TSI和就地儀表。主要參數有：

1.超速跳閘

2.真空低跳閘

3.潤滑油壓低跳閘

4.EH油壓低跳閘

5.軸向位移大跳閘

6.排汽溫度高跳閘

7.汽機振動大跳閘

8.相對膨脹大跳閘

9.軸承金屬溫度高跳閘ETS控制柜（如下圖所示）內部由兩個冗余PLC站、繼電器、投切開關組成，TSITSI(TurbineSupervisoryInstrumentation)汽輪機安全監視系統該系統的監視參數有：

(1)機組的轉速監視。

(2)觸發自動盤車的機組零轉速監視。

(3)轉子的軸向位移監視：用于監視轉子推力盤相對于推力軸承的軸向位移。

(4)軸系偏心(彎曲)監視：用于監視轉子偏心度的峰--峰值和瞬時值。

(5)機組的膨脹監視：用于監視汽缸的絕對膨脹和轉子與汽缸間的軸向膨脹差(脹差)。

(6)機組的軸系振動監視。下圖所示為汽輪機轉速探頭，軸向位移探頭等現場監測點。液壓執行機構DEH的硬件組成各部分功能1).操作員站：主要完成的是人機接口，運行人員通過操作員站完成能夠利用DEH完成的正常操作。任意一臺操作員站可以定義成工程師站，工程師和DEH軟件維護人員可以通過工程師站進行組態等修改算法和配置的功能。

2).HUB：網絡集線器，實現上層網絡的通訊物理接口。

3).控制柜：實現I/O模塊的安裝布置和接線端子的布置，I/O模塊通過DP通訊線和主控單元連接構成底層的數據網絡，I/O模塊主要實現對所需要的控制信號的采集轉換工作。通過工程師站將DEH控制算法下裝到控制柜，控制柜中的主控單元實現DEH控制算法的實現和運算。

4).DEH專用的伺服模塊FM146A：主要實現的功能是該模塊和電液轉換器（DDV閥）、油動機、LVDT（位移傳感器）共同組成一個伺服油動機，實現對汽輪機的控制。5).DEH專用的測速模塊：主要實現的功能是轉速測量、加速度測量、103％動作、110％打閘、加速度微分前饋。6).電液轉換器：是DEH最為重要的環節，主要完成的是將電信號轉換為可控制的液壓信號，和利時公司采用的DDV閥是直流力矩馬達伺服閥，解決了困繞DEH多年的電液轉換不穩定和卡澀的問題。

7).油動機：最終液壓的執行機構。通過機械杠桿、凸輪、彈簧等機械連接實現對汽輪機的進入蒸汽和抽汽等的流量控制。從而實現對汽輪機的轉速、功率、汽壓等最終目標的控制。

8).LVDT（位移傳感器）：是油動機行程的實時反饋系統，FM146A伺服模塊通過它的反饋信號和主控單元的指令進行比較從而調整輸出信號，實現對油動機的穩定快速控制。DEH常用的電液轉換器采用透平油為工質的調節系統稱為低壓透平油電液調節系統。低壓透平油電調的應用，關鍵在于電液轉換難題的解決。和利時公司成功地應用了MOOG公司新近推出的直接驅動式電液伺服閥，即DDV(DirectDrive．ServoValve)閥，圓滿地解決了電液轉換的難題，為低壓透平油純電調的開發和應用開辟了廣闊的前景。這種伺服閥的控制精度和動態響應特性均與MOOG閥相當，抗污染能力和可靠性遠高于MOOG閥，能適應透平油系統的一般清潔度水平。

除DDV閥外，低壓透平油系統的電液轉換器也可采用MOOG閥、VOITH閥、CPC閥。LVDT線性位移差動變送器(LVDT),把油動機活塞的位移轉換成電壓信號，反饋到伺服放大器，與計算機來的信號進行比較。

LVDT由一鐵芯和外殼組成，如下圖，一個是一次側繞組，在中心點的兩側各繞有一個二次側繞組，這兩個繞組反向連接，二次繞組的輸出是兩個繞組感應電動勢之差。二次側繞組感應電動勢經整形濾波后，轉變為鐵芯與繞組間相對位移的電信號輸出。輸出的信號便可模擬電動機的位移，也即是閥門的開度。

油系統汽輪機配備DEH數字式控制器，驅動蒸汽閥門的執行機構采用高壓抗燃油的（油壓14MPa左右）作為動力的純電調系統稱為高壓抗燃油純電調系統；執行機構采用低壓透平油（油壓1.0～2.0MPa）作為動力的純電調系統稱為低壓純電調系統?？谷加碗娨赫{節系統特點：控制精度高、運行方式靈活、油動機動態響應較好、可軟件實現閥門管理。結構復雜，對油質要求高，有污染(西方國家按核污染等同),投資高，運行費用高（3年換一次油，10萬）。適用200MW以上機組。

透平油液調節系統特點：結構簡單、功能與高壓抗燃油電調完全相同！投資少、運行費用低、維護方便。適用200MW以下機組。低壓透平油系統低壓透平油調節部分是DEH控制信號的執行者，這部分的機械和液壓性能的好壞直接影響到控制的精度和靈敏度。如下圖所示，壓力油在經過雙通濾油器后，進入到電液轉換器DDV閥的P油口，若DDV閥芯位置在50%以上，則從A油口產生脈動油；若DDV閥芯位置在50%以下，則油口P和T油口導通，形成回油。B口封閉不用。從A油口產生的脈動油進入到錯油門滑閥的下腔，與錯油門反饋油口生成的脈動油匯和，脈動油在滑閥的下部產生一個向上的力，滑閥上頂部分有壓力油作用，他們形成了一對平衡的力，使錯油門滑閥的閥芯浮動在錯油門內腔。若閥位指令信號加大，那么A口開大，脈動油進油量增加，滑閥閥芯打破平衡力，向上移動，此時油動機下腔進入壓力油，上腔回油，油動機滑桿向上運行，對液力彈簧式機組來說，調門開啟。

1．零位調節塞。2．插座。3．閥芯。4．閥套。5．端罩蓋。6．對中彈簧。7．直流馬達。8．閥芯位置傳感器（LVDT）。9．集成電子線路在OPC指令送出，OPC電磁閥將動作，它會快速地瀉掉脈動油管路中的脈動油，使得油動機迅速關閉。保證了汽輪機的安全性。供油裝置的主要部件1).油箱

油箱能保證設備運行所需的總油量,里面的磁棒用來吸附可能帶有的導磁性雜質,要定期清洗。油溫控制在21-57℃，油溫低時用加熱器加熱，油溫高時，用冷卻水降溫。油位要保持在正常范圍，過高或過低，要遮斷停機。

2).高壓油泵

EH油系統的壓力抗燃油由交流電機驅動的高壓葉片泵提供，兩臺油泵相互獨立。正常運行時，一臺油泵的出油就能滿足整個EH油系統的運行，兩臺互為備用，也可以同時運行。

3).EH油再生裝置

EH油再生裝置是用來存儲吸附劑使抗燃油再生的裝置，主要由硅藻土濾油器和波紋纖維濾油器串聯而成，硅藻土濾油器主要用來除去油中含有的酸，波紋纖維濾油器是用來防止泥沙等雜質進入油中。

4).蓄能器

自容式電液執行器自容式電液執行器，將兩種電液伺服系統統一起來，即可用于大型機組，也可用于中小型機組。自容式電液執行器適用于對大機組現有的高壓抗燃油DEH進行環保改造和優化，也可用于大機組新機配套。同時，也可用于中、小機組的DEH控制。尤其是那些陳舊的、調節系統損壞嚴重的機組，采用自容式電液執行器可以圓滿解決此類機組電調改造的問題。自容式電液執行器把油源站與電液執行器集成為一體。油源、液壓油、管路容納于“自容式”中。集成性：將液壓缸、操縱座、控制系統和油源系統集成在一起，并經過優化，省去油源站和外部油管路。節能性：根據系統的穩態耗油少，動態耗油時間短，可大量節省油系統內部循環能耗。環保性：采用抗磨液壓油作為工作介質，避免磷酸酯抗燃油對環境的污染。故障危險分散性：若供油系統故障只影響其中一臺油動機，可設法在線更換，機組其它油動機仍可以正常工作，避免停機檢修。1.電機泵組件2.溢流閥3.儀表組件4.蓄能器5.濾油器6.電磁換向閥7.插裝閥8.電液伺服閥9.油動機10.位移傳感器供油系統由馬達、高壓蓄能器、操縱座、油路集成塊、油源塊、電機油泵等部件組成。每個閥門執行機構上都裝有兩臺齒輪泵，它們各由一臺交流馬達驅動。正常運行期間，只有一臺油泵處于工作狀態。執行機構工作用油的設計油壓范圍為12～16MPa。當蓄能器內的油壓達到設計油壓上限時，油泵馬達停止運轉，靠蓄能器蓄存的高壓油來維持執行機構的工作。一旦蓄能器內的油壓降到設計油壓下限，油泵馬達自動啟動，向蓄能器補充高壓油。如此周而復始，馬達就處于這種斷續運行的工作狀態。當其中的一臺油泵或馬達出現故障時，可立即啟動另一臺備用油泵，此時可以對故障油泵或故障馬達進行維護或更換。汽輪機的自動保護系統在機組運行中，為防止部分設備失常造成機組嚴重損壞，系統裝有自動停機危急遮斷系統（ETS）。機組設有自動停機危機遮斷油路（AST油路）和超速保護控制油路（OPC油路）。1).AST電磁閥

正常通電勵磁關閉，封閉遮斷油泄油通道，使各油動機下腔油壓建立，失電打開，泄遮斷油，關閉各閥門。四只組成串并聯布置，組成兩個通道，每個通道至少一只打開，才能導致停機。任意一只損壞或拒動均不會引起停機，提高了可靠性。2).OPC電磁閥

正常不帶電關閉，封閉OPC瀉油通道，使調節汽門下腔油壓建立。通電打開，泄OPC油，關閉各調節汽門。兩只組成并聯布置，任何一只打開，就能導致OPC泄油，提高了安全性。DEH調試LVDTLVDT可看做是一個鐵芯可動變壓器；它由一個初級線圈，兩個次級線圈，鐵芯，線圈骨架，外殼等部件組成。

初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內部有一個可自由移動的桿狀鐵芯。當鐵芯處于中間位置時，兩個次級線圈產生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為零；當鐵芯在線圈內部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。

LCDT兩個次級線圈反串相接、兩個次級線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓是兩個次級線圈的電壓之差，這個輸出的電壓值與鐵芯的位移量成線性關系。

LVDT工作過程中，鐵心的運動不能超出線圈的線性范圍，否則將產生非線性值，因此所有的LVDT均有一個線性范圍。

LVDT的安裝調試1).準備工具：尺子（盡可能在200mm以上，最小刻度不大于1mm）、萬用表、記號筆、內六角扳手、小活動扳手。2).確認LVDT的量程、油動機的行程。3).確認汽輪機是拉缸式還是推缸式：

推缸：壓力油壓建立，未掛閘時，油動機活塞桿在油動機內；油動機開啟，油動機活塞桿伸出；

拉缸：壓力油壓建立，未掛閘時，油動機活塞桿伸出；油動機開啟，油動機活塞桿縮入油動機。4).LVDT閥芯的安裝

以無錫和埒的3000TD型LVDT（量程150mm）、油動機行程為120mm為例進行操作說明。

下端刻蝕向上量出15mm作標記、上端刻蝕向下量出15mm作標記，兩標記間的距離等于油動機行程。如果為拉缸式油動機：使芯桿下端所作標記與套筒邊緣齊平，固定芯桿。如果為推缸式油動機：使芯桿上端所作標記與套筒邊