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汽機和小汽機電液控制系統

  • 來源: 大唐華東電力試驗研究院
  • 作者: 李達
  • 發布時間: 2018-04-16

一、汽輪機調節系統的發展過程

十八世紀歐洲出現工業革命后,英國人瓦特于1784年發明了蒸汽機,之后發明了離心擺調速器。它便是最早的調節器。離心調節器的誕生,不斷為其他調節器的誕生創造了良好的開端,而且也為自動調節理論的誕生奠定了物質基礎。到目前為止,汽機自動調節器的發展已大致經歷了四個階段:最初是以彈簧離心調速器為代表的機構式調速器;在此基礎上從提高轉速和增大負載能力出發,到本世紀二、三十年代出現了以旋轉阻尼和離心泵為代表的機械液壓調速器;五十年代后隨著控制理論的形成和電子技術的產生和廣泛應用,將固態電子技術和高壓油動機系統相結合形成了模擬式電液調節系統(AEH);七十年代至今,控制理論和計算機相結合形成了數字式電液控制系統(DEH)。

二、DEH的幾種常見形式

由于汽輪機電液控制系統在設計上要與機組的液壓系統組成一個有機體,其形式和功能上必然受液壓系統的制約,同時二者相輔相成,不斷發展。按液壓系統的形式DEH系統可分為以下幾種類型:

電動液壓調節系統:一般是在傳統的電動機械液壓調節系統的基礎上改造的,增設轉速、功率等調節控制裝置,通過相應的電動機與液壓調節系統接口,改變液壓系統的工作點,以實現轉速、功率等參數的閉環調節。此時,液壓系統固有的調節特性仍起作用。

DEH控制信號通過電液轉換器和同步器電動機與液壓系統接口,實現對機組的閉環控制。其中,電液轉換器與二次脈動油路構成電液放大器,取代液壓放大器,接受DEH控制信號,完成對油動機的控制。在原液壓系統的脈動油路上并聯引出一個油路,連接到電液轉換器,使DEH通過電液轉換器控制脈動油的排油量(或進油量)來控制機組。

電調、液調并存切換(或轉換)的調節系統:該系統是在傳統的液壓調節系統的基礎上增設電液轉換器和切換(或轉換)機構,DEH控制信號通過電液轉換器和同步器電動機與液壓系統接口,實現對機組的閉環控制。同步器通過模擬脈動油路實現電液跟蹤,DEH可控制切換閥實現無擾切換。在電調位置時,由DEH控制的電液轉換器的節流控制排油口,取代調速器滑閥控制的油口,從而實現機組的控制。液調工作時,同機械液壓調節系統。電調和液調需要自動跟蹤和無擾切換,為了使電調、液調之間能夠相互跟蹤,實現無擾切換,增設了模擬脈動油路和跟蹤、切換閥控制回路。

     純電調系統:完全取消了液壓調節系統的有關轉速調節器及放大器,直接用DEH的控制輸出信號經電液伺服閥控制汽輪機的主汽門及調節汽門,能夠實現單個閥門的位置閉環控制。一般可分為透平油純電調控制系統及高壓抗燃油純電調控制系統。

三、汽機控制系統包括的內容

1、自動檢測

隨著機組容量的不斷增大,新蒸汽溫度和壓力越來越高,需要檢測的項目也越來越多,如發電機功率、汽機轉速、主蒸汽溫度和壓力、凝汽器真空、調節級溫度和壓力、監視段抽汽壓力、潤滑油壓力和溫度、汽機轉子軸向位移、相對膨脹、軸振動及軸承振動、轉子偏心率、汽缸溫度、汽缸及轉子熱應力、軸承溫度、油箱油位、氫氣壓力等參數。目前均采用以計算機為核心的數據采集系統,自動完成參數的巡回檢測、越限報警、報表打印、CRT顯示、趨勢判斷及事故追憶等功能。

2、自動保護

汽機控制系統中必須有一套功能完善、動作迅速可靠的保護系統,嚴密監視反映機組安全的重要參數,當鍋爐、汽機或電氣系統出現部分故障后,自動保護系統一方面及時發出報警信息,另一方面能遮斷汽輪發電機組,以避免事故的進一步擴大。

3、自動調節

汽機控制系統除應具有良好的靜特性和動特性外,還應具有靈活多樣的控制方式。對于單元制大型中間再熱機組,不僅要求能受控于操作員的操作,同時還能接受機爐協調控制系統的指令,接受電網自動調度系統的遠方調度命令,參與電網調頻與調峰。

其被調量,主要是汽輪機轉速、功率、機前壓力。有些機組也將汽機熱應力作為被控量。

4、自動啟停

      目前,大功率機組的汽輪機控制系統均設計有壽命管理功能,機組根據轉子熱應力確定升速率、升負荷率,由計算機實現自動啟停。充分利用計算機的數據處理能力計算轉子的應力,利用計算機的邏輯處理能力,識別機組的狀態,根據進程選擇控制策略,保證啟停過程的安全性。

 、汽機電液控制系統的功能

1、汽機電液調節系統的基本功能主要有:

1)自動升速及轉速控制功能;

2)自動臨界轉速處理功能;

3)自動升負荷及電功率閉環、開環控制功能;

(4)一次調頻功能;

(5)超速試驗功能;

(6)與電氣同期系統接口實現自動并網功能;

(7)與機爐協調控制系統接口參與協調控制功能。

2、根據DEH系統的規模和具體機組整體自動化水平的要求,某些汽輪機組數字電液控制系統還分別具有以下功能:

(1)超速保護功能;

(2)快關保護功能;

(3)RUNBACK功能;

(4)主汽壓力低保護功能;

(5)閥門管理功能;

(6)高中壓缸聯合啟動及中壓缸啟動功能;

(7)節流調節和噴嘴調節切換功能;

(8)汽機主汽門沖轉功能;

(9)與旁路系統接口功能;

(10)汽機疏水門自動控制功能;

(11)閥門活動試驗功能;

(12)將汽機保護和調節系統一體化;

(13)轉子熱應力計算及應力控制功能;

(14)將機組自啟動程序和調節系統一體化設計,實現機組自啟停控制;

(15)與電網自動調度系統接口功能;

(16)汽機側主要參數采集處理及CRT圖象顯示、報警打印、事故追憶功能;

(17)與機組DCS系統通訊,實現數據共享功能;

(18)控制系統的自診斷功能。

 、汽機電液控制系統的若干特點

1、控制裝置廣泛采用以分散控制系統為基礎的控制設備,重要處理單元冗余設置,系統分級布置,提高了系統的可靠性和靈活性。

2、在老廠機組改造方面,以全電液調節或電液并存調節方式代替傳統的液壓調節系統,新增DEH系統一般只設計基本控制功能,以便于實現汽機轉速、負荷的遠方手動/自動控制,實現與機爐協調接口,提高機組的自動化水平。

3、現代大型汽輪機電液控制系統具有以下特點:

(1)機組應力計算及其控制的投入,提高了機組的運行壽命的管理水平。

(2)運行方式的多樣性,如節流調節和噴嘴調節的切換、中壓缸啟動及高中壓缸聯合啟動方式選擇的實現等,使機組更加靈活,提高了機組啟停及正常運行的安全性和經濟性。

(3)機組自動保護系統、自動檢測系統、自動調節系統、自動啟動系統日趨完善(有些機組采用了一體化設計),簡化了運行操作,提高了系統安全可靠性。


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