电液调节系统原理及应用Word下载.docx
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第四章，介绍了DEH工程调试部分的内容及细节。
第一章DEH概述
一.1DEH的发展经历
汽机控制系统的发展经历了以下几个阶段
一.1.1MHC
机械液压调节系统（MECHANICAL-HYDRAULICCONTROL，简称MHC），实现转速的自动调节和负荷的手动调节。
如下图所示：
1—减速齿轮；
2—调速器；
3—错油门；
4—油动机；
5—调节汽门
一.1.2EHC
随着汽轮机单机容量的增大和中间再热机组的出现，单元制运行方式的普遍采用以及电网自动化水平的提高，MHC已不能适应汽轮机的控制要求，于是出现了电液调节系统ELECTRO-HYDRAULICCONTROL，简称EHC）。
EHC系统中执行机构仍采用液压伺服装置，运算部件则由电子元件组成，这种系统具有信号综合方便，运算精度高，能适应多种运行工况的特点。
早期的EHC系统采用模拟电子装置构成，由于电子器件的可靠性不高，故汽轮机控制系统多设计为EHC和MHC并存的工作方式，MHC作为EHC的后备调节手段。
正常控制由EHC完成，一旦EHC故障退出，MHC立即投入。
这种以模拟电路为主的EHC系统称为AEH（ANALOGELECTRO-HYDRAULICCONTROL）。
随着模拟电子器件质量的提高，汽轮机控制系统由电液并存工作方式过渡到采用AEH纯电调的工作方式。
典型的EHC系统原理方块图如下图所示：
EHC系统采用了功率和频率两个调节信号，有三种基本的调节回路。
（1）转速调节回路。
它用于单机运行工况，在机组启动时升速、并网和在停机（包括甩负荷过程）中控制转速。
（2）功率调节回路。
在机组并入电网运行时或机组在电网中不承担一次调频任务时，频差放大器（转速调节回路）均无输出信号，此时，机组由功率调节回路控制。
（3）功—频调节回路。
当汽轮机参与一次调频时，调节系统构成了功率—频率调节回路，此时，频率、功率调节回路均参与工作。
无论功率通道产生了不平衡，还是频率通道产生不平衡，都引起调节系统动作，直至系统趋于稳定。
一.1.3DEH
当计算机在工业控制领域得到广泛应用时，汽轮机功频电调装置进一步发展为以计算机为基础的数字式电液控制系统，这种系统称为DEH（DIGITAL-HYDRAULICCONTROL，简称DEH）。
目前，我国火电厂汽轮机大都采用数字式电液控制系统。
电液调节系统种类繁多，其工作原理和功能各异。
但大多数电调设置转速控制、负荷控制，阀门控制、阀门管理，应力计算，应力限制，负荷限制，保护跳闸等功能，能满足汽轮机安全运行和启停要求。
根据所使用的油质不同，DEH系统又分为低压透平油系统和高压抗燃油系统。
在中高压汽轮发电机组中，新建项目以及改造升级项目均以低压透平油电液调节系统为首选。
而200MW以上的发电机组均以高压抗燃油为主；
300MW以上的火力发电机组所配备的汽动给水泵也以高压抗燃油为主。
目前国内电液调节系统的主要供货商除和利时之外，还有上海新华，ABB，美国WOODWARD的505系统，浙大中控，南京科远等。
一.2DEH系统的组成
DEH系统由两大部分组成，即液压控制系统和电气控制系统。
电控部分实现各种控制功能，如转速控制、功率控制、手动/自动切换等，最终形成各个阀门的阀位指令。
液控系统作为调节系统的动力单元，用以驱动阀门，使阀门的开度按着阀位指令而改变。
1）.液压控制系统
1、液压控制系统的组成：
由供油系统、液压执行机构及危急遮断系统组成。
2、液压控制系统的功能：
·
向各阀门油动机提供符合标准的高压动力油。
驱动各阀门并使阀门能够停止在需要的位置。
当需要时能够快速遮断汽轮机进汽。
如下图所示为某25MW机组透平液压控制系统部分，包含DDV阀、挂闸及复位电磁阀、OPC电磁阀、AST电磁阀。
2）.电控系统
DEH电控系统是以微型计算机为核心的分散控制系统，可方便地完成数据采集、过程控制、操作与监控等功能。
工程师站能方便的对控制逻辑进行设计、调试、修改。
如下图为和利时FM系列DEH控制柜：
如下图为和利时T80控制柜：
一.3DEH的控制方案
1）.转速控制回路
转速控制回路包括转速目标值给定，转速变化率给定，升速曲线的生成及选择，转速PI调节器，转速测量及三取二逻辑，转速不等率和不调频死区设定，频率同期的自动或手动控制等。
本回路承担汽轮发电机组的转速控制任务。
2）.功率控制回路
功率控制回路包括目标功率值给定，功率变化率给定，一次调频对功率给定的修正，最大功率限制及限制值给定，功率测量及三取二逻辑，功率PI调节器，机炉协调控制的投入/切除等。
本回路构成了汽轮发电机组的功率闭环控制。
3）.防超速保护控制回路（OPC）
接受油开关跳闸辅助接点信号和转速103%n0信号，经逻辑运算发出快关调门控制信号，并通过硬接线使快关电磁阀带电，迅速关闭调节阀。
4）.阀控方式
司机通过设置目标阀位直接控制调门开度，DEH维持阀位不变。
这时机组负荷与蒸汽压力自动平衡。
5）.压控方式
司机通过设置目标压力来控制机前压力，DEH控制调门开度来维持主汽压力不变。
6）.CCS方式
在CCS方式下，DEH接受CCS主控器来的阀位给定信号，直接控制调门开度。
DEH与CCS主控器配合可完成机跟炉，炉跟机以及机炉协调的各种控制功能。
7）.一次调频
DEH具有一次调频功能，调频特性（不等率、死区）可在线修改。
一.4ETS
ETS（EMERGENCYTRIPSYSTEM）是汽轮机危急跳闸系统的简称，作为汽轮机紧急停机的执行系统，ETS监视汽轮机的某些参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀门，紧急停机，这些参数来源有三个：
DEH、TSI和就地仪表。
主要参数有：
1.超速跳闸
2.真空低跳闸
3.润滑油压低跳闸
4.EH油压低跳闸
5.轴向位移大跳闸
6.排汽温度高跳闸
7.汽机振动大跳闸
8.相对膨胀大跳闸
9.轴承金属温度高跳闸
ETS控制柜（如下图所示）内部由两个冗余PLC站、继电器、投切开关组成，
一.5TSI
TSI（TurbineSupervisoryInstrumentation）汽轮机安全监视系统该系统的监视参数有：
（1）机组的转速监视。
（2）触发自动盘车的机组零转速监视。
（3）转子的轴向位移监视：
用于监视转子推力盘相对于推力轴承的轴向位移。
（4）轴系偏心（弯曲）监视：
用于监视转子偏心度的峰--峰值和瞬时值。
（5）机组的膨胀监视：
用于监视汽缸的绝对膨胀和转子与汽缸间的轴向膨胀差（胀差）。
（6）机组的轴系振动监视。
下图所示为汽轮机转速探头，轴向位移探头等现场监测点。
第二章液压执行机构
二.1DEH的硬件组成各部分功能
1）.操作员站：
主要完成的是人机接口，运行人员通过操作员站完成能够利用DEH完成的正常操作。
任意一台操作员站可以定义成工程师站，工程师和DEH软件维护人员可以通过工程师站进行组态等修改算法和配置的功能。
2）.HUB：
网络集线器，实现上层网络的通讯物理接口。
3）.控制柜：
实现I/O模块的安装布置和接线端子的布置，I/O模块通过DP通讯线和主控单元连接构成底层的数据网络，I/O模块主要实现对所需要的控制信号的采集转换工作。
通过工程师站将DEH控制算法下装到控制柜，控制柜中的主控单元实现DEH控制算法的实现和运算。
4）.DEH专用的伺服模块FM146A：
主要实现的功能是该模
块和电液转换器（DDV阀）、油动机、LVDT（位移传感器）
共同组成一个伺服油动机，实现对汽轮机的控制。
5）.DEH专用的测速模块：
主要实现的功能是转速测量、加
速度测量、103％动作、110％打闸、加速度微分前馈。
6）.电液转换器：
是DEH最为重要的环节，主要完成的是
将电信号转换为可控制的液压信号，和利时公司采用的DDV阀
是直流力矩马达伺服阀，解决了困绕DEH多年的电液转换不稳定和卡涩的问题。
7）.油动机：
最终液压的执行机构。
通过机械杠杆、凸轮、弹簧等机械连接实现对汽轮机的进入蒸汽和抽汽等的流量控制。
从而实现对汽轮机的转速、功率、汽压等最终目标的控制。
8）.LVDT（位移传感器）：
是油动机行程的实时反馈系统，FM146A伺服模块通过它的反馈信号和主控单元的指令进行比较从而调整输出信号，实现对油动机的稳定快速控制。
二.1.1DEH常用的电液转换器
采用透平油为工质的调节系统称为低压透平油电液调节系统。
低压透平油电调的应用，关键在于电液转换难题的解决。
和利时公司成功地应用了MOOG公司新近推出的直接驱动式电液伺服阀，即DDV（DirectDrive．ServoValve）阀，圆满地解决了电液转换的难题，为低压透平油纯电调的开发和应用开辟了广阔的前景。
这种伺服阀的控制精度和动态响应特性均与MOOG阀相当，抗污染能力和可靠性远高于MOOG阀，能适应透平油系统的一般清洁度水平。
除DDV阀外，低压透平油系统的电液转换器也可采用MOOG阀、VOITH阀、CPC阀。
二.1.2LVDT
线性位移差动变送器（LVDT）,把油动机活塞的位移转换成电压信号，反馈到伺服放大器，与计算机来的信号进行比较。
LVDT由一铁芯和外壳组成，如下图，一个是一次侧绕组，在中心点的两侧各绕有一个二次侧绕组，这两个绕组反向连接，二次绕组的输出是两个绕组感应电动势之差。
二次侧绕组感应电动势经整形滤波后，转变为铁芯与绕组间相对位移的电信号输出。
输出的信号便可模拟电动机的位移，也即是阀门的开度。
第三章油系统
汽轮机配备DEH数字式控制器，驱动蒸汽阀门的执行机构采用高压抗燃油的（油压14MPa左右）作为动力的纯电调系统称为高压抗燃油纯电调系统；
执行机构采用低压透平油（油压1.0～2.0MPa）作为动力的纯电调系统称为低压纯电调系统。
抗燃油电液调节系统特点：
控制精度高、运行方式灵活、油动机动态响应较好、可软件实现阀门管理。
结构复杂，对油质要求高，有污染（西方国家按核污染等同）,投资高，运行费用高（3年换一次油，10万）。
适用200MW以上机组。
透平油液调节系统特点：
结构简单、功能与高压抗燃油电调完全相同！
投资少、运行费用低、维护方便。
适用200MW以下机组。
三.1低压透平油系统
低压透平油调节部分是DEH控制信号的执行者，这部分的机械和液压性能的好坏直接影响到控制的精度和灵敏度。
如下图所示，压力油在经过双通滤油器后，进入到电液转换器DDV阀的P油口，若DDV阀芯位置在50%以上，则从A油口产生脉动油；
若DDV阀芯位置在50%以下，则油口P和T油口导通，形成回油。
B口封闭不用。
从A油口产生的脉动油进入到错油门滑阀的下腔，与错油门反馈油口生成的脉动油汇和，脉动油在滑阀的下部产生一个向上的力，滑阀上顶部分有压力油作用，他们形成了一对平衡的力，使错油门滑阀的阀芯浮动在错油门内腔。
若阀位指令信号加大，那么A口开大，脉动油进油量增加，滑阀阀芯打破平衡力，向上移动，此时油动机下腔进入压力油，上腔回油，油动机滑杆向上运行，对液力弹簧式机组来说，调门开启。
1．零位调节塞。
2．插座。
3．阀芯。
4．阀套。
5．端罩盖。
6．对中弹簧。
7．直流马达。
8．阀芯位置传感器（LVDT）。
9．集成电子线路
在OPC指令送出，OPC电磁阀将动作，它会快速地泻掉脉动油管路中的脉动油，使得油动机迅速关闭。
保证了汽轮机的安全性。
三.2供油装置的主要部件
1）.油箱
油箱能保证设备运行所需的总油量,里面的磁棒用来吸附可能带有的导磁性杂质,要定期清洗。
油温控制在21-57℃，油温低时用加热器加热，油温高时，用冷却水降温。
油位要保持在正常范围，过高或过低，要遮断停机。
2）.高压油泵
EH油系统的压力抗燃油由交流电机驱动的高压叶片泵提供，两台油泵相互独立。
正常运行时，一台油泵的出油就能满足整个EH油系统的运行，两台互为备用，也可以同时运行。
3）.EH油再生装置
EH油再生装置是用来存储吸附剂使抗燃油再生的装置，主要由硅藻土滤油器和波纹纤维滤油器串联而成，硅藻土滤油器主要用来除去油中含有的酸，波纹纤维滤油器是用来防止泥沙等杂质进入油中。
4）.蓄能器
蓄能器可将系统中的能量存储起来，在需要的时候又重新放出，用以维持系统的油压和补充系统的用油量。
三.3自容式电液执行器
自容式电液执行器，将两种电液伺服系统统一起来，即可用于大型机组，也可用于中小型机组。
自容式电液执行器适用于对大机组现有的高压抗燃油DEH进行环保改造和优化，也可用于大机组新机配套。
同时，也可用于中、小机组的DEH控制。
尤其是那些陈旧的、调节系统损坏严重的机组，采用自容式电液执行器可以圆满解决此类机组电调改造的问题。
自容式电液执行器把油源站与电液执行器集成为一体。
油源、液压油、管路容纳于“自容式”中。
集成性：
将液压缸、操纵座、控制系统和油源系统集成在一起，并经过优化，省去油源站和外部油管路。
节能性：
根据系统的稳态耗油少，动态耗油时间短，可大量节省油系统内部循环能耗。
环保性：
采用抗磨液压油作为工作介质，避免磷酸酯抗燃油对环境的污染。
故障危险分散性：
若供油系统故障只影响其中一台油动机，可设法在线更换，机组其它油动机仍可以正常工作，避免停机检修。
1.电机泵组件2.溢流阀3.仪表组件4.蓄能器5.滤油器6.电磁换向阀7.插装阀8.电液伺服阀9.油动机10.位移传感器
供油系统由马达、高压蓄能器、操纵座、油路集成块、油源块、电机油泵等部件组成。
每个阀门执行机构上都装有两台齿轮泵，它们各由一台交流马达驱动。
正常运行期间，只有一台油泵处于工作状态。
执行机构工作用油的设计油压范围为12～16MPa。
当蓄能器内的油压达到设计油压上限时，油泵马达停止运转，靠蓄能器蓄存的高压油来维持执行机构的工作。
一旦蓄能器内的油压降到设计油压下限，油泵马达自动启动，向蓄能器补充高压油。
如此周而复始，马达就处于这种断续运行的工作状态。
当其中的一台油泵或马达出现故障时，可立即启动另一台备用油泵，此时可以对故障油泵或故障马达进行维护或更换。
三.4汽轮机的自动保护系统
在机组运行中，为防止部分设备失常造成机组严重损坏，系统装有自动停机危急遮断系统（ETS）。
机组设有自动停机危机遮断油路（AST油路）和超速保护控制油路（OPC油路）。
1）.AST电磁阀
正常通电励磁关闭，封闭遮断油泄油通道，使各油动机下腔油压建立，失电打开，泄遮断油，关闭各阀门。
四只组成串并联布置，组成两个通道，每个通道至少一只打开，才能导致停机。
任意一只损坏或拒动均不会引起停机，提高了可靠性。
2）.OPC电磁阀
正常不带电关闭，封闭OPC泻油通道，使调节汽门下腔油压建立。
通电打开，泄OPC油，关闭各调节汽门。
两只组成并联布置，任何一只打开，就能导致OPC泄油，提高了安全性。
第四章DEH调试
四.1LVDT
LVDT可看做是一个铁芯可动变压器；
它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。
初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。
当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；
当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。
LCDT两个次级线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁芯的位移量成线性关系。
LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。
四.1.1LVDT的安装调试
1）.准备工具：
尺子（尽可能在200mm以上，最小刻度不大于1mm）、万用表、记号笔、内六角扳手、小活动扳手。
2）.确认LVDT的量程、油动机的行程。
3）.确认汽轮机是拉缸式还是推缸式：
推缸：
压力油压建立，未挂闸时，油动机活塞杆在油动机内；
油动机开启，油动机活塞杆伸出；
拉缸：
压力油压建立，未挂闸时，油动机活塞杆伸出；
油动机开启，油动机活塞杆缩入油动机。
4）.LVDT阀芯的安装
以无锡和埒的3000TD型LVDT（量程150mm）、油动机行程为120mm为例进行操作说明。
下端刻蚀向上量出15mm作标记、上端刻蚀向下量出15mm作标记，两标记间的距离等于油动机行程。
如果为拉缸式油动机：
使芯杆下端所作标记与套筒边缘齐平，固定芯杆。
如果为推缸式油动机：
使芯杆上端所作标记与套筒边缘齐平，固定芯杆。
四.2拉阀试验
◆汽轮机挂闸
◆拔下DDV阀航空插头
◆调节所调试油动机集成块可调截留孔，观察油动机是否可以全开，全关，停在中间位，响应速度是否快速
◆如满足以上条件方可进行联调，如不满足，检查油系统。
◆满足条件进行联调时，插上DDV阀航空插头。
◆操作员站进入调门维修画面，设置油动机开度，油动机可开关，记录整定油
动机零值与幅值。
◆将记录的零值、幅值输入到CV手动输入
◆设置油动机开度为40%
◆调节可调截留阀，使相应DDV阀阀芯位置达到60%左右，闭锁可调截留
◆此时如油动机行程未达到40%位置，可调节PID-ZERO电位器，使油动机行程达到40%。
◆
设定油动机开度40%，调节可调节流阀，使DDV阀开度为60%，当油动机开度反馈为40%时错油门应回到中间位置，即油动机不进油也不卸油，此时DDV阀控制信号（伺服单元将主控单元通过模拟出来的阀位给定信号转换为0~5VDC给定电压；
此给定电压与油动机行程LVDT电压的差值经调节器（P、PI等）处理后，输出到伺服阀）应为0VDC，DDV阀芯应在50%，DDV阀不进油也不卸油。
调节可调节流阀，若为增大卸油量方向，错油门会下移，油动机会关小，为使油动机保持原来位置，DDV阀控制信号应增大，即增加进油。
调节可调节流阀，使DDV阀开度为60%，错油门在中间位置，进油卸油达到平衡，而DDV阀为进油方向。
这样做在停机时DDV阀在中间位置，即DDV阀不进油也不卸油，由于可调节流阀卸油量大，错油门下移，压力油使油动机关闭，确保DDV阀断电后调门可以全关以保护汽轮机。
四.3汽轮机冲转
拉阀实验做完后，在电调主控画面设置汽轮机各项参数：
暖机时间、临界转速、额定负荷等，准备冲转。
冲转参数曲线如下图所示：
总结
汽轮机应用最为广泛的拖动对象有发电机，鼓风机，给水泵、压缩机等。
它体积大﹑旋转快。
当它由常温常压的静止状态下转入高温高压高速运行时﹐操作或控制稍有不慎﹐就会酿成重大事故﹐因此汽轮机的自动控制具有重要的意义。
汽轮机控制系统包括自动起停﹑稳速或调速﹑参数检测和设备保护等系统。
控制系统的内容和复杂程度依机组的用途和容量大小而异。
DEH发展至今已经有了一套成熟的控制模板和实施方案，针对各个厂家的各种汽轮机也有相应的工程实例可以参考，使得DEH项目实施过程日趋模式化。
但是影响汽轮机运行的因素很多，诸如蒸汽质量、金属热应力、机械加工工艺和安装工艺、控制油的质量等，会使得同样两台汽轮机在相同环境下运行的各项参数差别巨大。
因此，汽轮机调试过程中，经验占相当大的比重。
（注：
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