汽轮机EHC油系统及电液伺服阀东北电校.docx
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汽轮机EHC油系统及电液伺服阀东北电校
美国GE公司在70年代就不再使用机械液压式调节系统。
美国WH公司从59年到67年就生产了100多台汽轮机电液调节系统。
法国阿尔斯通公司从63年开始试制电液调节系统。
电液调节系统的基本控制功能：
机组转速控制：
机组启动、升速控制
机组功率控制：
机组升降负荷和稳定负荷控制
可调整抽汽压力控制：
实现热电牵连调节，以热定电运行控制，以电定热运行控制；
电液调节系统的必要控制功能：
自动同期控制（AUTOMATICSYNCHRONIZEDCONTROL）：
在汽轮机控制系统的支持下，由同期装置控制汽轮机转速给定，实现发电机手动或自动同期并网的控制系统；
初始负荷控制：
机组并网后自动接带初始负荷；
一次调频功能：
承担电网一次调频；
负荷控制（ADS或AGC）（AUTOMATICDISPATCHSYSTEM或AUTOMATICGENERATIONCONTROL）：
根据电网负荷，按被控机组微增率和线损，实现经济调度的自动控制系统（ADS），或根据电网负荷指令控制发电机功率（AGC）；
协调控制（CCS）（COORDINATEDCONTROLSYSTEM）：
实施锅炉与汽轮发电机组之间负荷自动平衡控制的系统，提高机组负荷适应性、调峰和调频能力。
功率控制（NC）（POWERCONTROL）：
发电机有功功率为被调量，自动控制发电机功率等于给定值，简称功控方式。
用于机炉协调控制炉跟机运行方式；
主蒸汽压力控制（TPC）（TURBINEMAINSTEAMPRESSURECONTROL）：
汽轮机主汽门前的主蒸汽压力为被调量，自动控制主蒸汽压力等于给定值，简称压控方式。
用于机炉控制机跟炉运行方式；
阀位控制（VC）（VALVECONTROL）：
汽轮机调节汽门为被调量，自动控制调节汽门开度等于给定值，简称阀控方式。
用于机炉协调控制机炉联合调节运行方式；
电液调节系统的可选控制功能：
汽轮机自动控制（ATC）（AUTOMATICTURBINESTARTUPCONTROL）：
根据汽轮机转子热应力和运行参数，自动设置升速率和负荷率，实现寿命管理，优化机组由盘车至满负荷，自动完成启动全过程；
阀门管理（VM）（VALVEMANAGEMENT）：
可修正阀门非线性，任意设置阀门的开启顺序，实现汽轮机全周进汽节流调节和部分进汽喷嘴调节的启动、运行控制方式；
机组甩负荷快速保持（FCB）（FASTCUTBACK）：
当汽轮机或发电机甩负荷时，使锅炉不停炉的一种措施。
根据机组的运行要求，有带厂用电运行和停机不停炉运行等方式；
汽门快控（FVA）（FASTVALVING）：
在电网瞬时故障的情况下，调节汽门快速动作，是提高电网暂态稳定性的一种措施。
当汽轮机功率（一般以中压缸进汽压力表征汽轮机功率）大于发电机有功功率预设值时，迅速关闭中压调节汽门，延时一段时间后，中压调节汽门按要求速率逐渐开启。
限制功能
超速限制功能（OPC）（OVERSPEEDPROTECTIONCONTROL）：
具有机组甩负荷预测、转速超过预设值自动关闭调节汽门，延时若干秒后开启调节汽门，由转速控制回路保持机组在额定转速下运行，或称不使机组跳闸的超速控制系统；
主蒸汽压力降低限制（TPL）（TURBINEMAINSTEAMPRESSURELIMIT）：
主蒸汽压力下降到设定值时，自动关小汽轮机调节汽门开度，使主蒸汽压力维持在允许的最低值。
汽轮机真空降低负荷限制；
功率、主蒸汽流量和可调整抽汽流量限制；
接口功能
基本接口功能：
1．自动同期接口
2．遥控接口
3．机炉协调控制接口
4．数据通讯接口，可与数据采集系统（DAS）或分散控制系统（DCS）共享资源。
可选接口功能：
1．旁路系统接口（BPC）（BYPASSCONTROLSYSTEM）：
汽轮机旁路系统的自动投入和蒸汽压力、温度自动控制系统的总称实现机组启动、运行过程与旁路系统的协调控制；
2．机组快速减负荷接口（RB）（RUNBACK）：
当主要辅机（如给水泵、送风机、引风机）发生故障情况下，按预设的速率分级快速减负荷，在特定工况下改善系统的平衡。
保护功能
1．接受汽轮机紧急跳闸系统（ETS）（EMERGENCYTRIPSYSTEM）指令，实现对机组的保护。
2．超速保护
2．1机械超速保护：
机械式危急保安器
2．2电气超速保护（OPT）（OVERSPEEDPROTECTION）：
机组甩负荷转速超过预设值，自动关闭调节汽门和自动主汽门，使机组跳闸的保护系统；
试验功能
1．主汽门、调节汽门在线活动试验功能；
2．重要保护在线试验功能；
3．超速保护试验功能；
4．汽门严密性试验；
5．系统离线仿真试验；
人机接口和数据处理功能
1．运行参数的显示、记录、打印、诊断、报警和追忆。
2．运行系统画面、运行参数的趋势图和运行指导；
调节系统的迟缓率
机组额定功率MW
迟缓率
≤100
＜0.15%
100～200（包括200）
＜0.10%
＞200
＜0.06%
为保证电网运行的可靠性和电能质量，EHC系统应有一次调频能力。
一次调频的不灵敏区设置范围不应大于0.2Hz（12r/min）.
转速调节范围一般为50～3600r/min,并连续可调。
功率给定应能连续可调，分辨率不大于额定功率的0.5%.
汽轮发电机组甩负荷后，汽轮机在调节系统控制下，瞬时最高转速不应使危急遮断器动作。
其瞬时最高飞升转速最高不得超过额定转速的18%。
电气超速保护动作机组跳闸（OPT），动作转速可等于或低于机械危急遮断器动作转速1%～2%，当作为超速后备保护时，其动作转速应比危急遮断器动作转速高1%～2%额定转速。
局部转速（负荷）不等率
机组功率范围
局部转速（负荷）不等率
0%～90%
3%～8%
90%～100%
不大于12%
90%～100%
不大于10%（平均局部转速不等率）
稳定性：
调节系统通过其控制作用，来衰减转速或负荷振荡到在可接受范围内的能力称为系统稳定性；
在额定参数下，转速波动不应大于额定转速的0.1%
在额定参数下，功率波动不应大于额定功率的0.5%
按技术条件规定的最大升速率下，其转速的超调量应小于额定转速的0.2%.
调节系统动态过程应能迅速稳定，理想状态为非周期过程，实际多为衰减震荡过程，震荡次数不应超过2～3次。
环境条件在规定的范围内，设定值、参数和转速不变，在任何30分钟的时间间隔内，以额定负荷的百分率表示的负荷变化称为系统短期稳定性；设定值、参数和转速不变的情况下，在12个月中的两次30分钟间隔内，以额定负荷百分率表示的平均负荷变化（在这两次试验间隔中环境条件应在要求范围内，但并不一定要求精确）称为长期稳定性。
控制装置在规定的环境和动力源条件下运行时，转速——负荷曲线与相应于总不等率直线相比的负荷最大偏差，以额定负荷的百分率表示称为系统非线性。
系统非线性、短期和长期稳定性的参考值列于下表；
机组额定功率（MW）
非线性
短期稳定性
长期稳定性
≤100
＜2.5%
＜10%
100～200（包括200）
＜1.5%
＜10%
＞200
在0～100%MCR范围内不大于3%
＜1.0%
＜10%
环境级别
级别
环境温度0C
环境相对湿度%
典型条件
1
0～+40
45～75
控制室和设备室
2
-25～+55
45～100
室外和机组现场
3
-10～+70
45～100
特殊条件
油动机动作过程时间：
高、中压调节汽门和高、中压主汽门油动机动作过程时间t为动作延迟时间t1和关闭时间t2之和，动作过程时间建议值列于下表：
机组额定功率MW
调节汽门油动机
主汽门油动机
＜100（包括100）
＜0.6s
＜0.5s
100～200（包括200）
＜0.5s
＜0.4s
200～600（包括600）
＜0.4s
＜0.3s
＞600
＜0.3s
＜0.3s
电液调节系统要求
1纯电调调节系统：
系统应具有容错结构：
采用计算机的控制系统，控制器应具有冗余配置/重要参数的检测元件和通道应采用冗余配置。
应有可靠的供电电源。
至少配备两套独立的供电电源，在任何情况下必须保证EHC系统电源不中断。
在电源切换过程中，应保证中间数据不丢失，控制系统应能正常工作。
系统应具有故障在线自诊断、报警、硬件自恢复、模拟卡件自保持功能。
系统局部故障，应不影响或有限影响系统的可用性，但决不能丧失保护系统的作用。
控制系统卡件可以在线插拔，应具有故障在线处理功能，进行控制组件的简单维修和更换。
应具有在线检查和试验用的测点，以及为调整、试验和维修用的系统仿真卡件或仿真器。
应能实现EHC系统全部功能（也可根据机组的具体情况及需要，设置可选控制功能和可选接口功能）
液体工质可采用抗燃油或透平油。
阀门管理
阀门管理的目的是为了提高机组的经济性和负荷适应性，通过节流调节（单阀控制）和喷嘴调节（顺序阀控制）的无扰切换，实现机组在变负荷过程中改善转子、汽缸热应力和部分负荷时的经济性。
阀门管理功能并不是各类机组的必要功能，其必要性与机组的运行方式有关。
对于定压运行带基本负荷的机组，调节汽门近于全开状态；对于滑压运行调峰机组，调节汽门也近于全开状态；对于定压运行调峰机组，在变负荷过程中希望采用全周进汽节流调节，以改善转子和汽缸热应力，在部分负荷时希望采用部分进汽以改善机组运行的经济性。
国产大中型机组，主要采用前两种运行。
汽轮机通常的凸轮或杠杆配汽机构为混合调节方式，在低负荷工况下两只调节汽门同步，对称开启，近似于节流调节，在高负荷工况下，当两只调节汽门近于全部开启时，其他调节汽门按照设计规律依次开启，为喷嘴调节。
两种调节方式随负荷变化自然转换，通过合理安排各调节汽门的升程以求得连续、线性、稳定的升程流量特性。
因而凸轮或杠杆配汽机构也具有固定的阀门管理。
目前国产大中型机组，大部分为定压运行带基本负荷机组或滑压运行调峰机组，其配汽机构，能满足机组启动、运行要求，因而，对于老机组尤其是中小型机组调节系统的改造，在基础层控制系统中设置阀门管理功能的必要性不大。
在进口机组中，如日立公司的透平油纯电调调节系统，采用一只电液转换器控制四只高压调节汽门，通过凸轮配汽机构实现定——滑——定运行方式。
由此可知，纯电调调节系统必须具有阀门管理功能的概念是不全面的，没有必要为追求阀门管理功能而采用价格昂贵复杂的系统。
大中型机组调节系统如改造为高压抗燃油纯电调调节系统，尤其是高、中、低压缸通流部分经改造的机组，其调节汽门的重叠度仍是按照原配汽机构进行设计的，并多以调节汽门升程重叠度为设计依据。
由于机组效率的提高，在改造前后相同的负荷下，调节汽门的开度相对减少，200MW机组油动机转角约减少20余度，调节系统局部速度变动率相对变小，在顺序阀运行工况下，某负荷点易产生摆动，甚至滑负荷，次类故障已在数台机组上相继发生。
故建议对于通流改造的机组，应注意阀门重叠度的调整，并以压力重叠度作为阀门顺序开启点的设计依据，求得连续、线性、稳定的升程流量特性，使系统稳定运行。
调节系统改造后的故障率：
高压抗燃油纯电调调节系统相对于透平油纯电调系统多。
除电液伺服阀故障较频繁发生外，还表现在各种阀的泄漏严重，并时而发生卸荷阀、OPC和AST电磁阀卡涩、拒动或误动；机组挂不上闸等异常现象，致使油泵工作点漂移、油压波动、油压降低，并导致系统运行不稳定，并威胁机组的安全运行。
问题的原因是多方面，有产品质量问题、有设计安装问题，但大多数是油质问题。
因而在液压系统进行改造的同时，应配置性能号的油净化装置和油再生装置
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