老机组汽轮机控制系统改造浅析

　　摘要：介绍目前数字电液调节系统的几种模式，分析其对老机组进行改造时的优缺点；在对老机组汽轮机控制系统进行改造工作的几个问题进行探讨后，提出对老机组进行汽轮机控制系统改造应注意的问题。
　　
　　200MW及100MW、125MW机组原来一直是电网的主力机组，在保证电力供给中发挥了重要作用。根据我国近来用电负荷特点，这些机组都要参与调峰运行，特别是在“厂网分离”、“竞价上网”进程中，提高这些机组的自动化水平，实现机组协调控制和AGC自动负荷调度，显得更加必要。但原有这些机组汽轮机绝大多数为液压调节系统，采用手动同步器加减负荷，没有与负荷指令的接口，很难实现机组协调控制，更谈不上实现AGC自动负荷控制。因此对这些老机组热控设备必须进行改造，一般都采用DCS（分散控制系统）代替原来的控制设备，在这些机组的热控设备改造工作中，必须考虑用计算机数字电液调节系统对汽轮机控制系统改造。
　　
　　1汽轮机控制系统的几种模式
　　
　　原来的老机组基本都采用机械液压调节方式，采用凸轮配汽方式，通过操作同步器控制机组转速和负荷，部分机组配置了电液并存的控制方式。300MW机组上来后，大都采用数字电液调节系统对汽轮机进行控制，为老机组汽轮机控制系统改造提供了借鉴。目前汽轮机控制系统大致有以下几种模式。
　　
　　一是电液并存式。电液并存的DEH是指原有机械液压调节系统结构基本不变，选择中间滑阀作为分界，在中间滑阀前增加电液切换阀和电液转换器，中间滑阀后面的控制结构*保留，依然使用原有的油动机和机械凸轮配汽机构控制各调节阀门。系统通过电液切换阀的状态决定系统是工作在电调方式还是液调方式。电调方式通过电液转换器将电控信号转换为液压控制信号，并通过中间滑阀控制原系统的执行机构。液调方式作为电调系统的手操后备，一旦电调系统检修或不能正常使用，可随时启用原有的同步器控制方式。
　　
　　电液调并存切换方式：通过电液转换器，DEH的控制信号变成液压控制信号控制油动机，原液压控制系统可作为备用。为使电调与液调间能互相无扰切换，DEH中要增加跟踪控制回路，使2套系统互相跟踪。此方案要求原液调系统要解决跟踪信号问题，还要增加切换控制滑阀，对油动机反馈滑阀或中间滑阀进行更换。
　　
　　电液调并存联合控制方案：DEH的控制信号，通过电液转换器控制油口控制一个具有固定面积进油口的脉冲油路的排油，以形成一个电调脉冲油路，电调脉冲油路与液调脉冲油路连接，其间可设置一个可变的节流口，通过节流口的改变来改变电调控制油动机裕度。这样可实现用电调控制动态变化部分，用液调控制稳定不变部分。电液转换器在稳态时，总是处于中间位置，为此，通过跟踪回路控制同步器，使电调控制部分逐渐转移到液调控制上。此方案能发挥电液调双方的优点，且对原液压调节系统不作任何改动。
　　
　　二是纯电调方式。纯电调的DEH是指汽轮机的控制方式只有计算机数字调节而没有机械液压调节方式，依据所采用的动力油和执行部件的形式，纯电调又有多种方式。
　　
　　用抗燃油作为动力油的纯电调方式，取消机械液压调节器，采用数字调节器；取消凸轮配汽结构而采用“电子凸轮配汽”，取消原油动机，采用高压单侧油动机，每个阀门配置1个油动机，通过伺服阀接受控制信号对阀门进行控制达到对汽轮控制的目的。这种方式在300MW机组用得较多，200MW机组的改造中也有一些采用这种方式。
　　
　　用透平油作为动力油的纯电调方式，其控制方式与用抗燃油作为动力油的控制方式基本相同，每个进汽阀门配有1个电液转换器伺服阀，接受控制信号对汽轮机进行控制，只是其动力油采用透平油。这种方式在日立的DEH-G汽轮机控制系统中使用，湖北鄂州电厂、河南首阳山电厂的300MW机组的汽轮机控制系统就是这种方式。
　　
　　另一种用透平油的纯电调方案是将DEH控制信号，由电液转换器变换成液压信号，取代二次脉冲油压直接控制油动机，保留凸轮配汽机构。另用一个转换滑阀控制一路油压将原中间滑阀顶死，使液调控制信号不起作用。由DEH控制的电液转换器直接控制油动机，这种方案用到多油动机的机组上特别合适，例如对200MW汽轮机，左、右高压缸油动机可作到严格的同步控制，机组在运行中，对油动机和调节阀可随时作活动试验。另外，此方案可要求设置一个切换滑阀，通过转换滑阀将电调转移到液调后，由切换滑阀将电调切除。
　　
　　也有将原来的液压调节部件取消，由DEH对机组进行控制。DEH的输出信号送到电液转换器转变为液压控制信号，通过中间滑阀放大再经油动机推动凸轮配汽机构，改变调门开度，达到控制汽轮机的目的。这是一种以凸轮配汽机构作为执行机构的纯电调方式。沙市电厂一台50MW机组就是采用这种方式，在汽轮机制造过程中就将原来的液压调节部件取消，并配上DEH电子控制部分，具有汽轮机转速控制、负荷控制、接受同期装置指令同步并网、OPC控制功能，在实际运行中效果很好。
　　
　　2各种控制方式对老机组进行改造的优缺点
　　
　　原来的机械液压式调节系统明显存在迟缓率大、控制特性差的缺点，且控制方式单一，在机组进行DCS改造后，汽轮机的这种控制方式无法实现与DCS进行通信，难以实现机组的协调控制，更谈不上实现AGC自动负荷控制。
　　
　　电液并存DEH系统因为基本保存了原有控制系统设备和结构，因而改造工作量较小，所以改造费用较低，日常维护费用也较低，用数字式调节器取代了原有的液压机械式调节器，改善了系统控制特性。但由于在电调方式时，其执行部件是通过电液转换器控制油动机改变凸轮位置控制阀门开度，依然使用凸轮配汽方式，所以并未*改变机械传动装置控制特性差的缺点。另外，由于控制油和润滑油使用同一油源，油质难以保证，易发生由于油质变差而导致滑阀卡涩影响系统调节品质的问题，因而对系统维护要求高。
　　
　　纯电调式DEH系统由于根本改变了原有机械式控制模式，*用计算机实现对汽轮机的控制，取消了原来机械液压式调节方式，并用计算机软件实现电子凸轮配汽，取代了原来机械凸轮配汽机构，因而比较*地克服了原来系统迟缓率大、控制特性差的缺点。同时每个调节阀配置了1个油动机，分别由各自的控制信号对每个调节阀进行控制，可实现各种组合方式，因而具有阀门管理和阀门试验的功能，易实现单阀控制和多阀控制方式，针对汽轮机不同的运行工况按不同方式进行控制．具有一定的灵活性，纯电调DEH系统使用独立油源，油质容易保证，系统维护简单。采用这种方式的缺点是改造工作量大，设备成本高，维护成本增加。
　　
　　3相关问题讨论
　　
　　3．1纯电调方式
　　
　　只要机组的控制手段是采用数字电调方式而没有其它方式的，就应认为该机组是纯电调控制方式。因此上面提到的几种纯电调方式，不管是用高压抗燃油还是用透平油作动力油源，也不管是对每个阀门进行控制还是通过电液转换器对凸轮配汽机构进行控制，都可保证机组实现DEH纯电调控制。湖北黄石电厂1台200MW机组是1993年投产的东方汽轮机厂生产的机组，配置东方汽轮机研究所的DEH，采用电液并存控制方式。该机构从开始运行就—直用电调方式对机组进行控制，没有切换到液调方式运行的情况，运行人员已*习惯了用电调方式对汽轮机进行控制。因此，该机组实际上是长期处于纯电调控制状态。一般认为电液并存方式往往会退回到液调方式的顾虑虽有一定道理，但只要从管理和技术上提高认识，采取一定措施，是*可以实现电调方式对机组进行控制的。因为无论是纯电调方式还是电液并存方式，其电调部分都应同样要求可靠，因此为保证机组正常运行，即使有液调的后备方式也不应使电调轻易切换到液调。可见，有的机组根据自身实际情况采用电液并存方式进行改造也不是不行的。
　　
　　3．2控制系统改造后的机组效率
　　
　　对老机组实行数字电液调节系统改造，对提高机组的控制精度，保证机组更可靠地运行，便于机组实现协调控制等方面无疑起到了积极作用。特别是取消了原来机械凸轮配汽方式，采用单个伺服阀对每个进汽阀门进行控制，可实现单阀和多阀控制方式，并通过电子凸轮改变阀门的凸轮特性和重叠度，进而减少阀门节流损失，对提高机组效率有一定作用。但因此而提高机组的效率究竟有多大，应通过严格的试验才能得出正确评价。200MW机组的制造厂家在设计机械凸轮配汽机构时，应对阀门的凸轮特性和重叠度进行优化考虑，在对200MW机组进行汽轮机控制系统改造时，在电子凸轮改进时也是在原来机械凸轮的基础上进行优化，且电子凸轮一旦确定后，在机组运行后很少再对电子凸轮进行修改。因此，对于200MW机组进行数字电液调节系统改造后提高机组效率问题应进一步研究探讨。
　　
　　3．3老机组汽轮机控制系统改造的*性
　　
　　老机组原有机械液压调节系统确实存在许多缺点，应进行改造，采用计算机数字电液调节系统对机组进行控制。在改造过程中，应看到无论采用那种方式，其控制部分都是计算机数字调节方式，不同的只是执行部件和动力油源的区别，因此在进行各种方式比较时应从系统的控制性和可控性进行比较，不能认为系统越复杂就越*。湖北省鄂州电厂300MW机组的DEH-G汽轮机控制系统采用透平油作动力油源，应力计算也较简洁实用，该系统各项功能都得到正常发挥，真正实现了ATC自启动和中压缸启动方式，受到运行人员欢迎。
　　
　　3．4动力油种类的影响
　　
　　在DEH控制系统动力油源的选择中有2种，一种是高压抗燃油，一种是透平油。无论用那种油源，都应保证动力油源清洁，才能有效地保障执行机构（伺服阀或电液转换器）正常工作。采用独立油源的系统有利于油质净化处理。在实际使用过程中，无论采用高压抗燃油还是采用透平油的系统都有执行机构卡涩现象。因此，保证油质清洁对各种动力油都是同等重要的。
　　
　　4应注意的问题
　　
　　4．1DEH系统是在300MW机组上首先应用的，在移植到对老机组改造应用时，必须针对被改造的老机组特点，进行认真设计和组态，根据被改造机组是母管制还是单元制运行方式、是不是中间再热机组、是单油动机还是多油动机等特点设计系统应具有的功能，不能全盘照搬300MW机组中DEH的系统功能。特别是在老机组改造中，由于不是全部设备进行更换，在改造部分与保留部分的接口问题予以充分考虑。改造后的控制系统与原有保护系统的接口和逻辑关系的设定更应引起重视，避免出现影响机组安全运行问题。
　　
　　4．2在将原来的汽轮机控制系统由机械液调改造成对单个阀门进行控制时，由于汽轮机厂的技术资料与每台机组的实际特性有区别，因此要注意先对原来的凸轮特性即阀门特性进行现场实际测试，特别要注意凸轮曲线斜率的影响，以便确定合适的电子凸轮特性和系统调节参数，在进行电子凸轮特性优化时，一定要注意根据机组特点进行适当处理，保证机组经济稳定运行。
　　
　　4．3在对老机组进行汽轮机控制系统改造时，应根据被改造机组的现状，考虑机组原来的控制方式、机组容量、现场条件是否满足新增加的设备布置要求，根据机组实际情况确定DEH应具备的功能，同时也应考虑改造经费条件、投入产出比等，确定采用何种电调方式进行改造。
　　
　　4．4无论哪种方式的电调系统对老汽轮机进行改造，都会涉及到动力油。不管是采用高压抗燃油还是透平油，都要保证油质清洁，因为由于油质问题引起伺服阀或电液转换器卡涩，都会直接影响机组正常运行。
　　
　　4．5对于100MW以上的老机组进行汽轮机控制系统改造时，应考虑机组控制系统全面改造问题，以便经过改造的机组具有较高的自动化水平，满足机组能实现协调控制，进而实现AGC自动负荷控制要求，真正达到机组改造的目的。