汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)日趨成熟，已有較完善的控制邏輯軟件和可靠的硬件，各類型電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制水平雖有差異，但其控制系統(tǒng)的硬件配置、控制功能基本相同，主要區(qū)別在于液壓執(zhí)行機構(gòu)和動力油源系統(tǒng)。

      傳統(tǒng)的汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，均采用電液轉(zhuǎn)換裝置組成液壓放大機構(gòu)，以透平油或抗燃油為工質(zhì)進行控制信號的傳遞，將電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號，輸出脈沖油壓控制油動機，驅(qū)動配汽機構(gòu)，是典型的、成熟的液壓放大執(zhí)行機構(gòu)，在汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

      由于電液轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)所限，存在易受液體工質(zhì)污染的影響，出現(xiàn)卡澀、拒動或失效等故障，其故障率較高，已是電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行安全的薄弱環(huán)節(jié)；另外對于老機組，需要對液壓部件、液壓系統(tǒng)和油系統(tǒng)進行改造，改造的工作量相對較大。對于老機組尤其是小機組，在實現(xiàn)機爐控制（CCS）、電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）和轉(zhuǎn)速功率調(diào)節(jié)等相同功能的前題下，以實用、可靠、改造工作量*小為實施電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造的基本原則。為此，為實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本控制功能，提高傳統(tǒng)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性，增強電液轉(zhuǎn)換裝置的抗工質(zhì)污染能力，遵循調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造的基本原則，進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本文以北票發(fā)電廠12MW機組為對象，采用了無控制油源、大力矩輸出執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置的力放大執(zhí)行機構(gòu)，直接驅(qū)動油動機錯油門的控制方式，進行集成型執(zhí)行器電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用研究。

      1 北票發(fā)電廠3號機組概況

      北票發(fā)電廠3號機組為武漢汽輪發(fā)電機廠生產(chǎn)的C12-5/0.3一段可調(diào)整抽汽式汽輪機，采用全液壓型調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由鉆孔泵、壓力變換器、調(diào)壓器、斷流式錯油門、帶油口反饋雙側(cè)進油油動機和凸輪配汽機構(gòu)組成；采用主汽門起動方式。機組自投產(chǎn)以來，調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在滑負荷，（6~8）MW之間負荷穩(wěn)定性差，加減負荷困難、不能實現(xiàn)電熱牽連調(diào)節(jié)、以及不能滿足甩負荷工況要求等缺陷。雖經(jīng)多次處理，但未能徹底解決，嚴重威脅著機組的安全運行。為提高機組的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，以及自動化水平，將全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造成為電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

      2 集成型執(zhí)行器電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    

      2.1 集成型執(zhí)行器

      REXA執(zhí)行器為集成化、模塊化、小型化設(shè)計的終端控制設(shè)備，綜合了液壓驅(qū)動和電子控制的優(yōu)點，具有：獨立封閉的無閥油系統(tǒng)，無需外部油源，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；大力矩輸出，為10t；靜摩擦或滑動摩擦對操作均不產(chǎn)生影響；標準（4~20）mA模擬量或脈沖量輸入信號；由微處理器實現(xiàn)智能控制；在電源消失情況下可實現(xiàn)各種安全機制等特點。
為避免工質(zhì)污染，提高電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)REXA執(zhí)行器固有的特點，通過仿真計算，基地模擬試驗、現(xiàn)場中間試驗等，對改造方案的可行性進行了充分論證，成功地采用了COSO美國公司REXA執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置，將電信號轉(zhuǎn)換為力輸出，與錯油門油動機組成力放大執(zhí)行機構(gòu)，是集成型執(zhí)行器電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件。

      REXA執(zhí)行器根據(jù)不同的用途，有不同的性能參數(shù)。為確定REXA執(zhí)行器應(yīng)用在電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的性能參數(shù)，進行了在各種運行工況下的仿真計算和試驗研究，按*佳性能價格比，選用了工作行程50mm、響應(yīng)時間0.04s/mm的REXA執(zhí)行器。

      2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

      改造后的系統(tǒng)，仍保留了原調(diào)節(jié)系統(tǒng)的液壓部套、保安系統(tǒng)和油系統(tǒng)，均未做任何變動，僅將 REXA執(zhí)行器直接安裝在油動機錯油門上部，完成液壓系統(tǒng)的改造，構(gòu)成集成型執(zhí)行器電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖1）。

圖1  REXA執(zhí)行器在機組上實際安裝圖

      圖2為集成型執(zhí)行器電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖。DEH控制REXA電液執(zhí)行器，其輸出力使錯油門偏離中間位置，油動機動作控制調(diào)速汽門，同時通過液壓反饋，使錯油門受力平衡而回中，完成調(diào)節(jié)過程�？烧{(diào)整抽汽調(diào)節(jié)也采用了相同的控制方式，通過控制邏輯實現(xiàn)電、熱負荷自整調(diào)節(jié)。

      根據(jù)機組的具體情況和電廠運行習(xí)慣的要求，該系統(tǒng)設(shè)計為電液并存聯(lián)合調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。機組仍采用手動操作主汽門旁路門全周進汽起動方式，2850r/min電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入工作，控制機組定速、并網(wǎng)和帶負荷，實施電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種功能控制。原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)同步器處于負荷位置時，為純電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行方式，當原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)同步器處于任意負荷位置時，為電液并存聯(lián)合調(diào)節(jié)運行方式，在任何工況下，原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)同步器均可進行無擾干預(yù)。

      3  DEH系統(tǒng)功能

      DEH控制系統(tǒng)設(shè)有操作員站和工程師站，軟操作面板和硬操作鍵盤，運行人員通過操作員站軟手操完成正常運行控制，硬操作鍵盤可完成應(yīng)急控制。具有如下功能：

      3.1 基本操作控制方式

      （1）操作員自動控制
      （2）手動遠方操作控制
      （3）閥位控制

      3.2 控制功能

      （1）機組轉(zhuǎn)速控制
      （2）機組功率控制
      （3）自動同期控制
      （4）一次調(diào)頻功能
      （5）初始負荷控制
      （6）主蒸汽壓力控制（TPC）
      （7）快速減負荷（RB）
      （8）可調(diào)整抽汽壓力控制：實現(xiàn)熱電牽連調(diào)節(jié)、以熱定電運行控制、以電定熱運行控制。

      3.3 限制功能

      （1）超速限制控制（OPC）：具有機組甩負荷預(yù)測、轉(zhuǎn)速超過預(yù)設(shè)值自動關(guān)閉調(diào)節(jié)汽門，延時若干秒后開啟調(diào)節(jié)汽門，由轉(zhuǎn)速控制回路保持機組在額定轉(zhuǎn)速下運行。
      （2）主蒸汽壓力降低控制（TPL）
      （3）汽輪機真空降低負荷控制
      （4）功率限制。

      3.4 接口功能

      （1）自動同期接口（ASS）：
      （2）遙控接口（AGC）；
      （3）機爐協(xié)調(diào)控制接口（CCS）；

      3.5 保護功能

      （1）機械液壓式保安裝置

      保留機組原危急遮斷系統(tǒng)，當機組轉(zhuǎn)速超過允許的轉(zhuǎn)速后，危急遮斷器動作，迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)速汽門，同時REXA執(zhí)行器快速動作，加速關(guān)閉調(diào)速汽門。

      （2）熱工保護

      當軸向位移、汽缸膨脹、軸承振動、潤滑油壓、真空以及支撐軸承和推力軸承回油溫度達到一定值時，都將使磁力斷路油門動作，迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)速汽門，同時REXA執(zhí)行器快速動作，加速關(guān)閉調(diào)速汽門。

      3.6 基本DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）功能

      4 系統(tǒng)特點

      （1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、改造工作量小，液壓部件的改造僅用2小時即可完成；
      （2）由于REXA執(zhí)行器的模塊化結(jié)構(gòu)，自帶封閉油源，無須外供控制油源，克服了常規(guī)電液轉(zhuǎn)換器易受油質(zhì)污染影響的缺陷；
      （3）由于具有大力矩輸出，可直接驅(qū)動油動機錯油門，提高了油動機錯油門的跟蹤力、抗油質(zhì)污染的能力和工作的可靠性；
      （4）當DEH控制器故障或控制系統(tǒng)失電時，REXA執(zhí)行器具有自動保位功能，保持閥位和負荷不變。在異常工況或必要的情況下，還可手動操作REXA執(zhí)行器機械手輪，直接控制閥門開度。
      （5）可實現(xiàn)汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的所有功能，由于采用電液并存聯(lián)合調(diào)節(jié)，使其具有靈活的運行方式，并提高了機組運行的可靠性。

      5 應(yīng)用實踐效果

      2000年9月，北票發(fā)電廠3號機組，集成型執(zhí)行器電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運行，一次起動成功，至今已連續(xù)運行15個月。經(jīng)過升速、并網(wǎng)、帶負荷、甩負荷及超速試驗，其性能指標均滿足設(shè)計要求，能適應(yīng)機組各種運行工況的需要，安全可靠，達到了預(yù)期效果。并已通過了部級鑒定。

      2001年4月，對系統(tǒng)功能和性能指標進行了綜合測試。轉(zhuǎn)速控制精度為±1r/min，負荷控制精度小于±0.1MW。2000年10月，進行了凝汽工況甩負荷試驗，甩50%額定負荷，瞬時轉(zhuǎn)速為3070r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3000r/min；甩100%額定負荷，瞬時轉(zhuǎn)速為3155r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3000r/min，超調(diào)量為5.17%。
通過應(yīng)用實踐表明，消除了機組滑負荷、加減負荷困難、調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩大等缺陷，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制品質(zhì)及甩負荷性能，提高了機組的安全性、穩(wěn)定性、自動化水平、以及調(diào)峰能力。提高了運行管理水平，減輕了運行人員的勞動強度。能嚴格控制上網(wǎng)電量，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

      6 結(jié)論

      （1）以REXA電液執(zhí)行器作為汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換裝置，克服了目前電液轉(zhuǎn)換器、電液伺服閥等普遍存在的抗油質(zhì)污染能力差、泄漏和卡澀等問題。并以其獨特的功能提高了系統(tǒng)運行的可靠性、靈活性，能滿足汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度的要求；

      （2）集成型執(zhí)行器作為轉(zhuǎn)換裝置，可實現(xiàn)電液并存、純電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能實現(xiàn)汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)所應(yīng)具有的各種功能；電液并存聯(lián)合調(diào)節(jié)方式，運行靈活、可靠性高、改造改造工作量小，有其廣泛應(yīng)用的前景，給中小型機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造提供了新的途徑和手段。

      （3）在汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)領(lǐng)域中，無論國內(nèi)外，均在探索、研究無控制油和無液體工質(zhì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如GE公司、西門子公司等，已將執(zhí)行器應(yīng)用在大中型汽輪機的改造中，并在燃氣輪機上被廣泛應(yīng)用。在我國將REXA執(zhí)行器置于油動機錯油門上部，直接驅(qū)動錯油門的控制方式，是無控制油源調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用研究的嘗試，在國內(nèi)屬于首例，其應(yīng)用的成功，對汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展起到了積極作用。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司