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1   前言

2   液壓系統(tǒng)問題分析

        常州金壇電廠1臺C12MW供熱凝汽機(jī)組原系統(tǒng)為純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。存在抽汽投入困難，抽汽和功率調(diào)節(jié)相互干擾大，調(diào)門晃動，抽汽波動大，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，主油泵與高壓電動油泵切換時，油壓變化也會導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動等問題。

        數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）與傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)相比，純液壓系統(tǒng)主要存在問題：

        1. 采用手動同步器加減負(fù)荷難于實現(xiàn)CCS協(xié)調(diào)控制和AGC控制；

        2. 液壓調(diào)節(jié)器（滑閥或蝶閥放大器），不能滿足定功率的要求。易卡澀、遲緩率大、調(diào)節(jié)品質(zhì)差；

        3. 低壓油動機(jī)，體積大、關(guān)閉時間長、甩負(fù)荷易超速，不安全；

        4. 杠桿或凸輪配汽機(jī)械，不能實現(xiàn)單/多閥方式，閥門重疊度大，進(jìn)汽節(jié)流損失大，效率低；

        5. 保護(hù)系統(tǒng) 不完善，可性差；

        6. 監(jiān)測系統(tǒng)欠缺，自動化水平低，運行、維持不方便。

3   直動式伺服液壓系統(tǒng)方案

        液調(diào)改電調(diào)基本改造方案可歸納為三種

        1）從液壓控制器的某一中間環(huán)節(jié)引入電液放大器，以實現(xiàn)與算機(jī)控制器接口，實現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液放大器型純電調(diào)。其液壓系統(tǒng)可以完整保留，作為備用。

        2）將油動機(jī)改造為電液油動機(jī)，實現(xiàn)與計算機(jī)控制器接口，實現(xiàn)全電調(diào)控制。這種方案稱為電液油動機(jī)型純電調(diào)，油動機(jī)前各環(huán)節(jié)可以拆除，不再保留液壓備用。

        3）高壓抗燃油純電調(diào)，原有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)全部拆除，液壓執(zhí)行系統(tǒng)需重新設(shè)計。

        前兩種方案部分保留了原液壓系統(tǒng)，是原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造而成的全電調(diào)，都是低壓透平油純電調(diào)。第三種方案是一種全新設(shè)計，與原系統(tǒng)已無關(guān)系。

        改造效果與改造方案的設(shè)計關(guān)系很大。低壓透平油電液伺服系統(tǒng)控制精度和動態(tài)特性均比不上高壓抗燃油系統(tǒng)，且系統(tǒng)耗流量大。高壓抗燃油系統(tǒng)采用獨立油站，電液油動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，定位精確，動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)品質(zhì)好，抗燃油系統(tǒng)主要用于大型機(jī)組。

        抗燃油是一種化學(xué)合成的三芳基磷酸脂液體。具有輕微毒性，不會自行分解，對環(huán)境有危害，廢液不能簡單掩埋，必需送交生產(chǎn)廠集中處理。在使用過程中高溫環(huán)境會加速它的劣化，造成酸值升高和固體顆粒物的增多。酸值升高會對液壓部件產(chǎn)生腐蝕，顆粒污染會使液壓部件卡澀和磨損，因此抗燃油系統(tǒng)需要復(fù)雜的再生裝置，而且抗燃油平均兩年需更換，成本高。

        抗燃油系統(tǒng)一般采用噴嘴擋板的伺服閥，抗污染能力不及低壓透平油系統(tǒng)。

        由于抗燃油的以上缺點，特別是對環(huán)境造成的污染，所以國外汽輪機(jī)廠也提供采用透平油作為介質(zhì)的純電調(diào)系統(tǒng)，如日本日立600MW以下機(jī)組均采用透平油純電調(diào)控制方案。

3.2 直動式油動機(jī)方案介紹

        直動式伺服調(diào)節(jié)器系統(tǒng)主要包括供油裝置、伺服油動機(jī)、隔膜閥（可選配）以及管路附件等液壓部套組成。

        供油裝置設(shè)有蓄能器、在線試驗油泵聯(lián)鎖功能、冷卻、加熱、過濾作用，主、備泵冗余設(shè)計。為直動式伺服調(diào)節(jié)器提供動力源。供油裝置液壓原理圖，見下圖。

圖1直動式供油裝置原理圖

        伺服油動機(jī)采用46#抗磨液壓油為工作介質(zhì)，額定工作壓力為14MPa,采用兩種控制方式，即正常調(diào)節(jié)控制和快動作控制，兩者間相互并聯(lián)，實際工作時是互鎖的，可通過控制完成，同時伺服油動機(jī)配有快關(guān)電磁閥，直動式伺服調(diào)節(jié)器油動機(jī)原理圖，見下圖：

4.直動式伺服系統(tǒng)改造方案實現(xiàn)

4.1 液壓伺服系統(tǒng)實現(xiàn)

        直動式系統(tǒng)本身自成一體，直接去掉原高調(diào)門錯油門和油動機(jī)、低抽門錯油門和油動機(jī)，及相應(yīng)液壓機(jī)械反饋部件，代替以兩套集成化很高的直動式伺服油動機(jī)組件分別實現(xiàn)高、低壓調(diào)門的控制。配置獨立供油裝置及其附件，蓄能器組件等，保證控制油的清潔無污染，提供穩(wěn)定的控制油壓。油動機(jī)通過自身位移反饋完成調(diào)節(jié)過程。伺服原理框圖見如下所示。

圖6 伺服原理框圖

        開調(diào)門或加負(fù)荷：DEH給定一開調(diào)門或加負(fù)荷指令，VPC經(jīng)運算比較后輸出一負(fù)偏值電壓△X，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)行比較運算，直至其偏值電壓△X為零后，調(diào)門便停止移動，并停留在一個新的工作位置上。關(guān)調(diào)門或減負(fù)荷：作用過程與上相反。

4.2 保安系統(tǒng)實現(xiàn)

        4.2.1 保護(hù)回路：

        1）調(diào)門遠(yuǎn)方電氣保護(hù)回路。伺服油動機(jī)均配有快關(guān)電磁閥OPC。實現(xiàn)調(diào)門遠(yuǎn)方關(guān)閉功能。

        2）調(diào)門液壓、電氣雙回路聯(lián)鎖關(guān)閉功能。直動式系統(tǒng)配置隔膜閥安全組件，把低壓安全油接入至隔膜閥低壓油口，隔膜閥高壓油口接入兩油動機(jī)的OPC油口。在安全油泄掉時聯(lián)鎖迅速關(guān)閉調(diào)門。在本系統(tǒng)中作為一道和電氣保護(hù)系統(tǒng)并存的液壓聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

        3）機(jī)組遠(yuǎn)方停機(jī)功能。安全油路配置有冗余的遮斷電磁閥AST。

        4.2.2 保護(hù)功能

        1）轉(zhuǎn)速103%超速或甩負(fù)荷保護(hù)，通過快關(guān)電磁閥快關(guān)調(diào)門，維持機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3000rpm穩(wěn)定運行。

        2）ETS發(fā)出停機(jī)指令或電超速保護(hù)（轉(zhuǎn)速超過110%額定轉(zhuǎn)速）停機(jī)，AST電磁閥動作，關(guān)閉主汽門，同時聯(lián)動關(guān)調(diào)門，機(jī)組停機(jī)。

        3）機(jī)械超速，機(jī)組危急遮斷裝置動作，泄安全油，迅速關(guān)閉主汽門，機(jī)組停機(jī)。

        當(dāng)機(jī)組打閘或AST電磁閥動作時，轉(zhuǎn)速超過112%額定轉(zhuǎn)速，危機(jī)遮斷器動作，泄掉低壓安全油，迅速關(guān)閉主汽門，泄去OPC油壓，調(diào)門伺服油動機(jī)快關(guān)，機(jī)組停機(jī)。

5 系統(tǒng)安裝聯(lián)調(diào)測試情況

5.1 現(xiàn)場安裝、施工

5.2 性能試驗

       （1）改造后液壓系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)柜失電或電液轉(zhuǎn)換器斷電或電纜損壞或緊急停機(jī)時，伺服閥芯會自動回復(fù)到中位使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

        （2）節(jié)能設(shè)計

        使其穩(wěn)定靜態(tài)耗油量接近0，只有開啟過程所須的工作耗油，使油動機(jī)耗油量減到最小。系統(tǒng)平均油耗小于1L/min。因此油溫升高很少，采用蓄能器結(jié)構(gòu)減少了，快速調(diào)節(jié)和保護(hù)動作時油壓沖擊。

        （3）保護(hù)系統(tǒng)的安全性。

        機(jī)組改造后，一次啟動成功，所有功能均一次成功投入。投運至今，系統(tǒng)運行正常、穩(wěn)定。改造后的系統(tǒng)徹底解決了以前系統(tǒng)存在的問題。

        （1）轉(zhuǎn)速控制

        轉(zhuǎn)速控制范圍擴(kuò)大，原系統(tǒng)2800rpm以下通過旁路門就地手動控制升速，改造后轉(zhuǎn)速實現(xiàn)了0~3000rpm全范圍連續(xù)可調(diào)。轉(zhuǎn)速控制精度±1rpm；直動式液壓系統(tǒng)和原液壓系統(tǒng)完全獨立根本解決了主油泵與高壓電動油泵切換時，油壓波動，導(dǎo)致調(diào)門晃動，轉(zhuǎn)速波動問題。

        （2）更換直動式伺服油動機(jī)，客服了原液壓系統(tǒng)的缺陷，采用高壓設(shè)計的，油源壓力為14MPa，使控制系統(tǒng)的性能達(dá)到高壓抗燃油系統(tǒng)的水平，調(diào)門跟隨迅速、平穩(wěn)。閥門控制精度1‰。

6 結(jié)論

        直動式液壓系統(tǒng)為作為高壓系統(tǒng)，擁有和高壓抗燃油系統(tǒng)的相同的控制精度，具有環(huán)保、節(jié)能的特點，系統(tǒng)簡單，可靠性高，抗污染能力強(qiáng)，封閉的油源系統(tǒng)，保證可靠的清潔度，無環(huán)境污染問題。相對抗燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本很低、維護(hù)方便。改造周期短，不受原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性和缺陷的影響。可以作為中小機(jī)組改造很好的選擇。

［作者簡介］黃衛(wèi)東(1972-)，男(漢族)，江蘇金壇人，江蘇省金壇加怡熱電有限公司，大專，主要從事電廠電氣運行、檢修及熱控設(shè)備運行、檢修工作。

［作者簡介］程寶清(1980-)，男(漢族)，江蘇泰州人，南京科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)有限公司，碩士，主要從事熱工自動化方向的研究工作。

7 參考文獻(xiàn)

[1] 李寶玉，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)疑難問題解析，化學(xué)工業(yè)出版社。