老機組汽輪機控制系統(tǒng)改造淺析

　　摘要：介紹目前數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的幾種模式，分析其對老機組進行改造時的優(yōu)缺點；在對老機組汽輪機控制系統(tǒng)進行改造工作的幾個問題進行探討后，提出對老機組進行汽輪機控制系統(tǒng)改造應(yīng)注意的問題。
　　
　　200MW及100MW、125MW機組原來一直是電網(wǎng)的主力機組，在保證電力供給中發(fā)揮了重要作用。根據(jù)我國近來用電負荷特點，這些機組都要參與調(diào)峰運行，特別是在“廠網(wǎng)分離”、“競價上網(wǎng)”進程中，提高這些機組的自動化水平，實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制和AGC自動負荷調(diào)度，顯得更加必要。但原有這些機組汽輪機絕大多數(shù)為液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用手動同步器加減負荷，沒有與負荷指令的接口，很難實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制，更談不上實現(xiàn)AGC自動負荷控制。因此對這些老機組熱控設(shè)備必須進行改造，一般都采用DCS（分散控制系統(tǒng)）代替原來的控制設(shè)備，在這些機組的熱控設(shè)備改造工作中，必須考慮用計算機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)對汽輪機控制系統(tǒng)改造。
　　
　　1汽輪機控制系統(tǒng)的幾種模式
　　
　　原來的老機組基本都采用機械液壓調(diào)節(jié)方式，采用凸輪配汽方式，通過操作同步器控制機組轉(zhuǎn)速和負荷，部分機組配置了電液并存的控制方式。300MW機組上來后，大都采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)對汽輪機進行控制，為老機組汽輪機控制系統(tǒng)改造提供了借鑒。目前汽輪機控制系統(tǒng)大致有以下幾種模式。
　　
　　一是電液并存式。電液并存的DEH是指原有機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，選擇中間滑閥作為分界，在中間滑閥前增加電液切換閥和電液轉(zhuǎn)換器，中間滑閥后面的控制結(jié)構(gòu)*保留，依然使用原有的油動機和機械凸輪配汽機構(gòu)控制各調(diào)節(jié)閥門。系統(tǒng)通過電液切換閥的狀態(tài)決定系統(tǒng)是工作在電調(diào)方式還是液調(diào)方式。電調(diào)方式通過電液轉(zhuǎn)換器將電控信號轉(zhuǎn)換為液壓控制信號，并通過中間滑閥控制原系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。液調(diào)方式作為電調(diào)系統(tǒng)的手操后備，一旦電調(diào)系統(tǒng)檢修或不能正常使用，可隨時啟用原有的同步器控制方式。
　　
　　電液調(diào)并存切換方式：通過電液轉(zhuǎn)換器，DEH的控制信號變成液壓控制信號控制油動機，原液壓控制系統(tǒng)可作為備用。為使電調(diào)與液調(diào)間能互相無擾切換，DEH中要增加跟蹤控制回路，使2套系統(tǒng)互相跟蹤。此方案要求原液調(diào)系統(tǒng)要解決跟蹤信號問題，還要增加切換控制滑閥，對油動機反饋滑閥或中間滑閥進行更換。
　　
　　電液調(diào)并存聯(lián)合控制方案：DEH的控制信號，通過電液轉(zhuǎn)換器控制油口控制一個具有固定面積進油口的脈沖油路的排油，以形成一個電調(diào)脈沖油路，電調(diào)脈沖油路與液調(diào)脈沖油路連接，其間可設(shè)置一個可變的節(jié)流口，通過節(jié)流口的改變來改變電調(diào)控制油動機裕度。這樣可實現(xiàn)用電調(diào)控制動態(tài)變化部分，用液調(diào)控制穩(wěn)定不變部分。電液轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)態(tài)時，總是處于中間位置，為此，通過跟蹤回路控制同步器，使電調(diào)控制部分逐漸轉(zhuǎn)移到液調(diào)控制上。此方案能發(fā)揮電液調(diào)雙方的優(yōu)點，且對原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)不作任何改動。
　　
　　二是純電調(diào)方式。純電調(diào)的DEH是指汽輪機的控制方式只有計算機數(shù)字調(diào)節(jié)而沒有機械液壓調(diào)節(jié)方式，依據(jù)所采用的動力油和執(zhí)行部件的形式，純電調(diào)又有多種方式。
　　
　　用抗燃油作為動力油的純電調(diào)方式，取消機械液壓調(diào)節(jié)器，采用數(shù)字調(diào)節(jié)器；取消凸輪配汽結(jié)構(gòu)而采用“電子凸輪配汽”，取消原油動機，采用高壓單側(cè)油動機，每個閥門配置1個油動機，通過伺服閥接受控制信號對閥門進行控制達到對汽輪控制的目的。這種方式在300MW機組用得較多，200MW機組的改造中也有一些采用這種方式。
　　
　　用透平油作為動力油的純電調(diào)方式，其控制方式與用抗燃油作為動力油的控制方式基本相同，每個進汽閥門配有1個電液轉(zhuǎn)換器伺服閥，接受控制信號對汽輪機進行控制，只是其動力油采用透平油。這種方式在日立的DEH-G汽輪機控制系統(tǒng)中使用，湖北鄂州電廠、河南首陽山電廠的300MW機組的汽輪機控制系統(tǒng)就是這種方式。
　　
　　另一種用透平油的純電調(diào)方案是將DEH控制信號，由電液轉(zhuǎn)換器變換成液壓信號，取代二次脈沖油壓直接控制油動機，保留凸輪配汽機構(gòu)。另用一個轉(zhuǎn)換滑閥控制一路油壓將原中間滑閥頂死，使液調(diào)控制信號不起作用。由DEH控制的電液轉(zhuǎn)換器直接控制油動機，這種方案用到多油動機的機組上特別合適，例如對200MW汽輪機，左、右高壓缸油動機可作到嚴格的同步控制，機組在運行中，對油動機和調(diào)節(jié)閥可隨時作活動試驗。另外，此方案可要求設(shè)置一個切換滑閥，通過轉(zhuǎn)換滑閥將電調(diào)轉(zhuǎn)移到液調(diào)后，由切換滑閥將電調(diào)切除。
　　
　　也有將原來的液壓調(diào)節(jié)部件取消，由DEH對機組進行控制。DEH的輸出信號送到電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘枺ㄟ^中間滑閥放大再經(jīng)油動機推動凸輪配汽機構(gòu)，改變調(diào)門開度，達到控制汽輪機的目的。這是一種以凸輪配汽機構(gòu)作為執(zhí)行機構(gòu)的純電調(diào)方式。沙市電廠一臺50MW機組就是采用這種方式，在汽輪機制造過程中就將原來的液壓調(diào)節(jié)部件取消，并配上DEH電子控制部分，具有汽輪機轉(zhuǎn)速控制、負荷控制、接受同期裝置指令同步并網(wǎng)、OPC控制功能，在實際運行中效果很好。
　　
　　2各種控制方式對老機組進行改造的優(yōu)缺點
　　
　　原來的機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)明顯存在遲緩率大、控制特性差的缺點，且控制方式單一，在機組進行DCS改造后，汽輪機的這種控制方式無法實現(xiàn)與DCS進行通信，難以實現(xiàn)機組的協(xié)調(diào)控制，更談不上實現(xiàn)AGC自動負荷控制。
　　
　　電液并存DEH系統(tǒng)因為基本保存了原有控制系統(tǒng)設(shè)備和結(jié)構(gòu)，因而改造工作量較小，所以改造費用較低，日常維護費用也較低，用數(shù)字式調(diào)節(jié)器取代了原有的液壓機械式調(diào)節(jié)器，改善了系統(tǒng)控制特性。但由于在電調(diào)方式時，其執(zhí)行部件是通過電液轉(zhuǎn)換器控制油動機改變凸輪位置控制閥門開度，依然使用凸輪配汽方式，所以并未*改變機械傳動裝置控制特性差的缺點。另外，由于控制油和潤滑油使用同一油源，油質(zhì)難以保證，易發(fā)生由于油質(zhì)變差而導致滑閥卡澀影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的問題，因而對系統(tǒng)維護要求高。
　　
　　純電調(diào)式DEH系統(tǒng)由于根本改變了原有機械式控制模式，*用計算機實現(xiàn)對汽輪機的控制，取消了原來機械液壓式調(diào)節(jié)方式，并用計算機軟件實現(xiàn)電子凸輪配汽，取代了原來機械凸輪配汽機構(gòu)，因而比較*地克服了原來系統(tǒng)遲緩率大、控制特性差的缺點。同時每個調(diào)節(jié)閥配置了1個油動機，分別由各自的控制信號對每個調(diào)節(jié)閥進行控制，可實現(xiàn)各種組合方式，因而具有閥門管理和閥門試驗的功能，易實現(xiàn)單閥控制和多閥控制方式，針對汽輪機不同的運行工況按不同方式進行控制．具有一定的靈活性，純電調(diào)DEH系統(tǒng)使用獨立油源，油質(zhì)容易保證，系統(tǒng)維護簡單。采用這種方式的缺點是改造工作量大，設(shè)備成本高，維護成本增加。
　　
　　3相關(guān)問題討論
　　
　　3．1純電調(diào)方式
　　
　　只要機組的控制手段是采用數(shù)字電調(diào)方式而沒有其它方式的，就應(yīng)認為該機組是純電調(diào)控制方式。因此上面提到的幾種純電調(diào)方式，不管是用高壓抗燃油還是用透平油作動力油源，也不管是對每個閥門進行控制還是通過電液轉(zhuǎn)換器對凸輪配汽機構(gòu)進行控制，都可保證機組實現(xiàn)DEH純電調(diào)控制。湖北黃石電廠1臺200MW機組是1993年投產(chǎn)的東方汽輪機廠生產(chǎn)的機組，配置東方汽輪機研究所的DEH，采用電液并存控制方式。該機構(gòu)從開始運行就—直用電調(diào)方式對機組進行控制，沒有切換到液調(diào)方式運行的情況，運行人員已*習慣了用電調(diào)方式對汽輪機進行控制。因此，該機組實際上是長期處于純電調(diào)控制狀態(tài)。一般認為電液并存方式往往會退回到液調(diào)方式的顧慮雖有一定道理，但只要從管理和技術(shù)上提高認識，采取一定措施，是*可以實現(xiàn)電調(diào)方式對機組進行控制的。因為無論是純電調(diào)方式還是電液并存方式，其電調(diào)部分都應(yīng)同樣要求可靠，因此為保證機組正常運行，即使有液調(diào)的后備方式也不應(yīng)使電調(diào)輕易切換到液調(diào)。可見，有的機組根據(jù)自身實際情況采用電液并存方式進行改造也不是不行的。
　　
　　3．2控制系統(tǒng)改造后的機組效率
　　
　　對老機組實行數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造，對提高機組的控制精度，保證機組更可靠地運行，便于機組實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制等方面無疑起到了積極作用。特別是取消了原來機械凸輪配汽方式，采用單個伺服閥對每個進汽閥門進行控制，可實現(xiàn)單閥和多閥控制方式，并通過電子凸輪改變閥門的凸輪特性和重疊度，進而減少閥門節(jié)流損失，對提高機組效率有一定作用。但因此而提高機組的效率究竟有多大，應(yīng)通過嚴格的試驗才能得出正確評價。200MW機組的制造廠家在設(shè)計機械凸輪配汽機構(gòu)時，應(yīng)對閥門的凸輪特性和重疊度進行優(yōu)化考慮，在對200MW機組進行汽輪機控制系統(tǒng)改造時，在電子凸輪改進時也是在原來機械凸輪的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，且電子凸輪一旦確定后，在機組運行后很少再對電子凸輪進行修改。因此，對于200MW機組進行數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造后提高機組效率問題應(yīng)進一步研究探討。
　　
　　3．3老機組汽輪機控制系統(tǒng)改造的*性
　　
　　老機組原有機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)確實存在許多缺點，應(yīng)進行改造，采用計算機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)對機組進行控制。在改造過程中，應(yīng)看到無論采用那種方式，其控制部分都是計算機數(shù)字調(diào)節(jié)方式，不同的只是執(zhí)行部件和動力油源的區(qū)別，因此在進行各種方式比較時應(yīng)從系統(tǒng)的控制性和可控性進行比較，不能認為系統(tǒng)越復雜就越*。湖北省鄂州電廠300MW機組的DEH-G汽輪機控制系統(tǒng)采用透平油作動力油源，應(yīng)力計算也較簡潔實用，該系統(tǒng)各項功能都得到正常發(fā)揮，真正實現(xiàn)了ATC自啟動和中壓缸啟動方式，受到運行人員歡迎。
　　
　　3．4動力油種類的影響
　　
　　在DEH控制系統(tǒng)動力油源的選擇中有2種，一種是高壓抗燃油，一種是透平油。無論用那種油源，都應(yīng)保證動力油源清潔，才能有效地保障執(zhí)行機構(gòu)（伺服閥或電液轉(zhuǎn)換器）正常工作。采用獨立油源的系統(tǒng)有利于油質(zhì)凈化處理。在實際使用過程中，無論采用高壓抗燃油還是采用透平油的系統(tǒng)都有執(zhí)行機構(gòu)卡澀現(xiàn)象。因此，保證油質(zhì)清潔對各種動力油都是同等重要的。
　　
　　4應(yīng)注意的問題
　　
　　4．1DEH系統(tǒng)是在300MW機組上首先應(yīng)用的，在移植到對老機組改造應(yīng)用時，必須針對被改造的老機組特點，進行認真設(shè)計和組態(tài)，根據(jù)被改造機組是母管制還是單元制運行方式、是不是中間再熱機組、是單油動機還是多油動機等特點設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)具有的功能，不能全盤照搬300MW機組中DEH的系統(tǒng)功能。特別是在老機組改造中，由于不是全部設(shè)備進行更換，在改造部分與保留部分的接口問題予以充分考慮。改造后的控制系統(tǒng)與原有保護系統(tǒng)的接口和邏輯關(guān)系的設(shè)定更應(yīng)引起重視，避免出現(xiàn)影響機組安全運行問題。
　　
　　4．2在將原來的汽輪機控制系統(tǒng)由機械液調(diào)改造成對單個閥門進行控制時，由于汽輪機廠的技術(shù)資料與每臺機組的實際特性有區(qū)別，因此要注意先對原來的凸輪特性即閥門特性進行現(xiàn)場實際測試，特別要注意凸輪曲線斜率的影響，以便確定合適的電子凸輪特性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)，在進行電子凸輪特性優(yōu)化時，一定要注意根據(jù)機組特點進行適當處理，保證機組經(jīng)濟穩(wěn)定運行。
　　
　　4．3在對老機組進行汽輪機控制系統(tǒng)改造時，應(yīng)根據(jù)被改造機組的現(xiàn)狀，考慮機組原來的控制方式、機組容量、現(xiàn)場條件是否滿足新增加的設(shè)備布置要求，根據(jù)機組實際情況確定DEH應(yīng)具備的功能，同時也應(yīng)考慮改造經(jīng)費條件、投入產(chǎn)出比等，確定采用何種電調(diào)方式進行改造。
　　
　　4．4無論哪種方式的電調(diào)系統(tǒng)對老汽輪機進行改造，都會涉及到動力油。不管是采用高壓抗燃油還是透平油，都要保證油質(zhì)清潔，因為由于油質(zhì)問題引起伺服閥或電液轉(zhuǎn)換器卡澀，都會直接影響機組正常運行。
　　
　　4．5對于100MW以上的老機組進行汽輪機控制系統(tǒng)改造時，應(yīng)考慮機組控制系統(tǒng)全面改造問題，以便經(jīng)過改造的機組具有較高的自動化水平，滿足機組能實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，進而實現(xiàn)AGC自動負荷控制要求，真正達到機組改造的目的。