汽轮机调节系统发展史

徐建业

摘 要：本文从机械液压式调节系统MHC、电气液压式调节系统 EHC、纯电调节系统 模拟式电液调节系统 AEH、数字式电液调节系统DEH几个方面分析了汽轮机调节系统发展史。

关键词：汽轮机；调节系统；发展史

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.253

1 汽轮机调节系统发展

1.1 机械液压式调节系统MHC

20世纪初开始使用，属于早期的汽轮机调节系统，也称液调，全称机械液压式调节系统（Mechanical Hydraulic-Control，MHC）。主要由转速感应机构，传动放大机构，执行机构，反馈装置等部件组成。当用户用电量减少时，转速上升，调速飞锤离心力增大，带动滑环向上移动，滑环通过杠杆使调节气门向下关小，从而减小汽轮机进汽量，机组功率减小。

直接调节系统力矩较过小，无法满足调节汽门的正常开关，配汽机构在配汽机构中加入液压元件，便很好的解决了这一难题。转速上升，滑阀通过杠杆带动错油门阀芯向上移动，压力油通过阀芯油口进入油动机活塞的上部，同时油动机的下油室与泄油口接通，油动机活塞向下移动，关小汽机调节汽阀，同时杠杆以滑阀为中心带动错油门阀芯下移回中，切断油动机上下腔室油口，压力油停止流通，调速系统达到一个新的平衡状态。这也形成了最初的机械液压调节系统——离心式液压调节系统。液压执行机构因响应快，力矩大，传动平稳，调节范围广至今仍在使用。

此时的调速系统按调节系统感应机构分类，有机械离心式调速器和液压式调速器。机械离心式调速器有两种，一种如上介绍的低速重锤式离心调速器；另一种为高速弹簧片式离心调速器。而液压式离心调速器，以转速为输入信号，油压为输出信号。常见的有径向钻孔泵调速器和旋转阻尼调速器。

这种带同步器的液压式调节系统结构复杂，反应慢，由于机械间隙引起的迟缓率较大， 且静态特性只能平移不可以按要求进行改变，不能满足现代机组需求，慢慢的退出历史舞台。但该调节系统能够满足机组的日常运行要求，所以很多厂至今仍在使用。

1.2 电气液压式调节系统 EHC

随着汽轮发电机组单机容量的不断增大和电网自动化水平的提高，以及电器元件的发展和利用，产生了电气液压控制系统（Electro-Hydraulic Control， EHC），简称电液控制装置。

其特点是电、液调速系统并存，多用于机械液压式调节系统的改造。两个控制器，一个控制器由电气元件组成，控制人员通过电气元件发送信号经电液转换器改变成液压控制信号，代替原来液压感受系统中的油压信号来控制油动机。第二个控制器仍由机械液压式备用。执行机构仍保留液压式。电液控制装置信号处理能力强，控制精度高而且操作简单易于调整。

由于此时的电气元件还不成熟，经常发生故障，无法达到汽轮机调节系统的要求。在国内配置的电液并存式机组，只有一小部分试用过电调系统，能够较长时间投运电调系统的极为罕见。

1.3 纯电调节系统 模拟式电液调节系统 AEH

20世纪50年代，随着电子元件可靠性的提高，开始采用模拟式纯电调系统（Analog Electric-Hydraulic Control，AEH）。

模拟电调的电子部分可以对传送来的信号进行综合处理，精确度高，对不同运行工况适应性强，操作方便。其代表是505/505E调节系统。根据调节对象的不同可分为转速调节，功率调节，功率——频率调节。

虽然在功能上和可靠性上比前两代系统都有了很大程度的提高，但是由于其大量使用模拟仪表元件，存在温漂、时漂，复杂非线性矫正和控制算法难以实现，元件故障率高等问题。

1.4 数字式电液调节系统 DEH

20世纪80年代随着计算机技术的发展和其在自动化控制领域的应用，用计算机的数字模拟运算程序代替电气元件的模拟电调，形成计算机电气液压控制系统（Digital Electric-Hydraulic Control，DEH），简称数字电液控制装置。包括计算机系统和高压抗燃油系统，属于离散控制。考虑压力、功率、频率等多种信号，实现较强的综合、判断和逻辑处理是较为完善的调节系统。

采用DEH控制提高了调速系统的控制精度，通过逻辑运算实现自动开机、冲转、带负荷，自动化程度高，为实现数字化电厂打下基础。

2 扩展：汽轮机DEH改造

江苏益州热力有限公司一期采用青岛捷能CN6-4.9/0.785汽轮机，调速系统由厂家将液压调节系统改造为DEH调节系统。2015年10月调试时，拉阀试验不成线性，CV给定20%行程，实际開度5mm（高调行程80mm，此时应为16mm）；给定90%时高调门开度满行程。高压油泵切换为主油泵运行一次脉冲油压由0.4Mpa掉到0.3Mpa，二次脉冲油压由0.55Mpa掉至0.45Mpa。因为孤网运行，有差调节。电负荷波正常波动30KW，转速波动50r/min，无法保证发电质量，较大的频率波动对电气设备损害很大；电负荷下降时转速很容易达3090Rpm，OPC超速保护动作，无法保证汽轮发电机组安全生产。经公司领导与厂家协商，由南京科远提供技术支持将1#机组由DEH调节控制系统更改为汽轮机DCS控制系统。

汽轮机DCS控制系统采用独立的油路系统，出口油压12MPa。其工作原理是，由操作人员通过计算机发出调节指令的逻辑信号通过DCS计算由控制柜转换为电信号，控制电磁阀对油动机的液压缸进行充油或卸油，油动机带动调门随之开大或关小，以达到相关调节的目的。反馈装置将检测到的目标信号转变成4——20mA的电信号，由I/O卡件更改成数字信号发送回计算机进行对比，当负荷达到目标值时，DCS发出终止调节的命令。

此调节系统在原油路系统保留润滑、保安油路，取消启动阀，将调节部分独立出来，以转速为目标值，简化了启动方式，改造后的转速波动为12Rpm。因为没有二次调频，有差调节对测速装置，PID积分、微分计算要求很高。将初压、初温——功率曲线，背压——功率曲线用数字逻辑做入程序之中，对负荷进行预判，提前做出微调也可以改善频率波动。

参考文献：

[1]沈士一等.汽轮机原理[M].中国电力出版社，1992（06）.

[2]李建刚.汽轮机设备及运行（第二版）[J].2010（01）.endprint