電液調(diào)理系統(tǒng)在小機(jī)組中運(yùn)用的特點(diǎn)和穩(wěn)定性分析

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電液調(diào)速系統(tǒng)在小機(jī)組中運(yùn)用的特點(diǎn)及穩(wěn)定性分析

[摘要]本文對(duì)數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)在小容量機(jī)組中的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式進(jìn)行了闡述，并對(duì)其在機(jī)組運(yùn)行中易出現(xiàn)并影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的因素進(jìn)行了分析，可作為同類機(jī)組的調(diào)試及長(zhǎng)期運(yùn)行的參考。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)電液伺服閥小容量機(jī)組

隨著工業(yè)控制自動(dòng)化水平越來越高，目前國(guó)內(nèi)廣泛于冶金、化工、造紙行業(yè)的小容量自備機(jī)組也普遍采用數(shù)字電液調(diào)理系統(tǒng)（DEH系統(tǒng)）對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行控制。近幾年來，我國(guó)對(duì)中、小發(fā)展中國(guó)家出口的小容量汽輪發(fā)電機(jī)組也開始采用DEH電液調(diào)理系統(tǒng)以提高機(jī)組安全性、穩(wěn)定性和可控性?，F(xiàn)根據(jù)我國(guó)出口也門AL-HISWA電站的60WM（東汽N60-8.83-1型）汽輪發(fā)機(jī)所采用的DEH系統(tǒng)來重點(diǎn)介紹、分析DEH調(diào)理系統(tǒng)在小容量機(jī)組運(yùn)行中的特點(diǎn)和本卷須知。

一、小容量汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

汽輪機(jī)調(diào)理系統(tǒng)是由測(cè)速元件、放大元件、執(zhí)行元件和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（調(diào)理對(duì)象）四部分組成的帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)理系統(tǒng)，不管是單機(jī)運(yùn)行還是并網(wǎng)運(yùn)行，它都是根據(jù)外界負(fù)荷的變化引起的機(jī)組轉(zhuǎn)速變化來自動(dòng)調(diào)整汽閥開度以適應(yīng)外界負(fù)荷的變化。

一般大型汽輪機(jī)組的DEH系統(tǒng)采用高壓抗燃油作為調(diào)速系統(tǒng)的工作介質(zhì)，即EH油系統(tǒng)。這是個(gè)獨(dú)立于潤(rùn)滑油外的單獨(dú)油系統(tǒng)，提供給調(diào)速系統(tǒng)高達(dá)14Mpa左右的抗燃油，并采用高、低壓蓄能器對(duì)EH油壓進(jìn)行調(diào)控，保障該系統(tǒng)油壓的穩(wěn)定性。對(duì)于每個(gè)調(diào)速汽門和主汽門，大型機(jī)組的DEH系統(tǒng)都配置單獨(dú)的控制、放大和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)調(diào)門、主汽門可以單獨(dú)調(diào)理或者在線試驗(yàn)，運(yùn)行的靈活性和適應(yīng)性十分高。

對(duì)于小容量機(jī)組而言，由于整體結(jié)構(gòu)、造價(jià)和建造方面的原因，其采用的數(shù)字－電液調(diào)理系統(tǒng)和傳統(tǒng)意義上的DEH調(diào)理系統(tǒng)是有區(qū)別的。

以東汽N60-8.83-1型60WM汽輪機(jī)為例，該機(jī)組放棄了傳統(tǒng)的高速?gòu)椈善降囊赫{(diào)系統(tǒng)，靈活的將數(shù)字控制和液調(diào)相結(jié)合，大大簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了汽輪機(jī)調(diào)理、保安的可靠性和確鑿性。

其調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍舊采用傳統(tǒng)的油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大齒板連桿從而控制依靠調(diào)速汽門橫桿上的4個(gè)凸輪來控制4個(gè)調(diào)速汽門的開度從而控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。其保安機(jī)構(gòu)仍舊采用機(jī)械的危急保安器作為建立保安油壓和緊急遮斷的首要裝置。

該機(jī)通過測(cè)速傳感器獲取轉(zhuǎn)速電氣信號(hào)，通過DEH控制系統(tǒng)加以綜合處理，給出對(duì)調(diào)理系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，該信號(hào)傳送到DDV（即電液伺服閥）閥集成塊中的DDV閥的閥芯位置控制器集成塊上，電子線路在直線馬達(dá)產(chǎn)生一個(gè)脈沖調(diào)制電流，震蕩器就使閥芯位置傳感器勵(lì)磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號(hào)和指令位置信號(hào)進(jìn)行比較，閥芯位置控制器產(chǎn)生一個(gè)電流輸給力馬達(dá)，力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)，DDV閥的閥芯運(yùn)動(dòng)，使調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)中的脈動(dòng)油壓動(dòng)態(tài)發(fā)生變化，于是調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)的斷流滑閥產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，斷流滑閥的運(yùn)動(dòng)直接控制著調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)的活塞上、下的進(jìn)油或者排油，從而通過配汽杠桿開、關(guān)調(diào)理閥門，調(diào)整機(jī)組進(jìn)汽量，使汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

在正常穩(wěn)定工況時(shí)，調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)的斷流滑閥和DDV閥集成塊中的DDV閥均處于中位。為了增加調(diào)理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與油動(dòng)機(jī)活塞直接連接的LVDT（閥位傳感器），將油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)的位置信號(hào)，即閥門的移動(dòng)信號(hào)，

反饋到DEH控制系統(tǒng)的輸入端，直接與閥位指令相平衡，然后活塞中止運(yùn)動(dòng)，閥門開到了所需開度，完成了電信號(hào)—液壓力—機(jī)械位移的轉(zhuǎn)換過程。本系統(tǒng)還設(shè)有超速限制電磁閥，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)超速限制電磁閥帶電，泄掉調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)斷流滑閥下的脈動(dòng)油，開關(guān)調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)，此時(shí)汽輪機(jī)并未遮斷，經(jīng)過復(fù)位期后，調(diào)理閥油動(dòng)機(jī)重新開啟維持汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)。機(jī)組的復(fù)位、掛閘、噴油試驗(yàn)、電超速和機(jī)械超速保護(hù)試驗(yàn)、主汽門活動(dòng)試驗(yàn)、機(jī)組快速遮斷試驗(yàn)、閥位校正試驗(yàn)和主汽門、調(diào)速汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)均由相應(yīng)的電磁閥控制，并且由DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理后可通過操作員站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和遠(yuǎn)方操作，這和傳統(tǒng)的液調(diào)機(jī)組的單一儀表遠(yuǎn)方操作有很大區(qū)別。

二、運(yùn)行中該系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析

1、電液調(diào)速系統(tǒng)的工作油品質(zhì)對(duì)該系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與措施東汽的這種小容量汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中使用的電液轉(zhuǎn)換器與目前大機(jī)組普遍采用的高壓抗燃油為介質(zhì)的電液轉(zhuǎn)換器一樣，不同的是由于造價(jià)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，該機(jī)組電液系統(tǒng)采用的是汽機(jī)潤(rùn)滑油而不是單獨(dú)的高壓抗燃油（EH油）為工作介質(zhì)的，其油壓僅為2MPa左右，所以該系統(tǒng)的供油油源和汽機(jī)各軸承、盤車供油系統(tǒng)均為同一個(gè)供油油源，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，屬于低壓調(diào)理系統(tǒng)。

相比傳統(tǒng)的低壓調(diào)理系統(tǒng)而言，這種改造后的低壓調(diào)理系統(tǒng)由于采用了電液轉(zhuǎn)換器，直接將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為油動(dòng)機(jī)油缸的進(jìn)出油控制，從而控制油動(dòng)機(jī)的行程，這使系統(tǒng)的遲鈍率大大降低，對(duì)油壓波動(dòng)敏感度降低，系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。

由于這種小機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)采用了電液轉(zhuǎn)換器，而且與汽機(jī)潤(rùn)滑油同源，故對(duì)油質(zhì)的要求十分高。

首先，汽機(jī)在運(yùn)行過程中，由于軸承摩擦生熱使一部分潤(rùn)滑油分解或者細(xì)小的金屬、非金屬顆粒帶入主油箱。由于伺服閥的閥芯、閥套協(xié)同間隙最小處只有2μm，一旦卡死，4個(gè)調(diào)速汽門就都無法控制，故油質(zhì)的顆粒要求至少達(dá)到NAS5級(jí)，這對(duì)于潤(rùn)滑油而非專業(yè)高壓抗燃油來說，要長(zhǎng)期達(dá)到這一用油標(biāo)準(zhǔn)難度特別大，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并采取有效的凈油措施。

其次，汽機(jī)軸承汽封漏汽使部分蒸汽、水分帶入回油管路進(jìn)入主油箱，易使整個(gè)汽機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)變差，部分潤(rùn)滑油老化后的分解、水解會(huì)導(dǎo)致油酸性增加，酸性增加使導(dǎo)電度增加，這會(huì)引起電液轉(zhuǎn)換器的腐蝕。從以往工作實(shí)踐來看，大部分電液轉(zhuǎn)換器在長(zhǎng)期運(yùn)行后均受到不同程度的腐蝕，在滑閥凸肩、噴嘴及節(jié)流空處腐蝕尤為嚴(yán)重。這種與潤(rùn)滑油同源的電液調(diào)速系統(tǒng)對(duì)油質(zhì)的監(jiān)護(hù)要求比采用單獨(dú)EH油的DEH系統(tǒng)要求要更高。

因此，在該機(jī)連續(xù)30天大負(fù)荷運(yùn)行的試驗(yàn)過程中，我方一直投入潤(rùn)滑油凈油裝置和自動(dòng)離心式濾水機(jī)運(yùn)行并且同時(shí)投入半自動(dòng)壓差濾油機(jī)運(yùn)行，對(duì)整個(gè)潤(rùn)滑油進(jìn)行過濾除水，改善汽機(jī)潤(rùn)滑油的整體質(zhì)量。新建機(jī)組試運(yùn)時(shí)對(duì)新油油質(zhì)的先期處理的好壞往往影響到機(jī)組后期商運(yùn)的整體性能，所以這方面的工作應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

針對(duì)該機(jī)伺服閥裝置油路，調(diào)試人員投入伺服閥組入口油精濾網(wǎng)及硅藻土除酸裝置運(yùn)行，再次凈化伺服閥用潤(rùn)滑油，并時(shí)刻監(jiān)視濾網(wǎng)壓差，一旦發(fā)現(xiàn)壓差超標(biāo)就立刻切換備用濾網(wǎng)運(yùn)行，退出臟濾網(wǎng)清洗并及時(shí)投入備用。

對(duì)于主油箱油位也需加強(qiáng)監(jiān)視。油位的異常升高能反映出油質(zhì)進(jìn)水乳化的程度；油位的異常降低則反映出油系統(tǒng)的泄漏狀況；主油箱大濾網(wǎng)前后油位差反映濾網(wǎng)堵塞程度；冷油器后油溫高反映出冷油器冷卻介質(zhì)工況或者換熱面工況；軸承回油油溫高反映軸承進(jìn)油工況或者軸承運(yùn)行工況。以上所述現(xiàn)象都必需在運(yùn)行中實(shí)時(shí)監(jiān)視，以保證整個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的良好的大環(huán)境從而確保伺服閥工作用油的品質(zhì)。其間定時(shí)對(duì)主油箱排水、排污油以及補(bǔ)油也是運(yùn)行維護(hù)中巡回監(jiān)測(cè)的重要環(huán)節(jié)。2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)該機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的分析

由于這類仍舊采用傳統(tǒng)的凸輪連桿配汽執(zhí)行機(jī)構(gòu)的小容量汽輪機(jī)，不可能像大機(jī)組那樣采取每個(gè)調(diào)速汽門單獨(dú)安裝控制裝置。整個(gè)配汽閥組件僅由一個(gè)DDV閥控制著與其凸輪裝置相作用的大齒板油動(dòng)機(jī)的行程，從而控制調(diào)速汽門的開度，因此作為起確切調(diào)理配汽量的4個(gè)配汽閥（CV閥）在機(jī)組啟動(dòng)前必需完成DDV閥（即伺服閥）與油動(dòng)機(jī)的靜態(tài)關(guān)系整定，以保證伺服機(jī)構(gòu)的控制精度及線性度，以滿足機(jī)組對(duì)該伺服系統(tǒng)靜態(tài)關(guān)系的要求及修正各種漂移影響，而且4個(gè)調(diào)速汽門的重疊度也必需按汽輪機(jī)制造廠家的設(shè)計(jì)要求完成調(diào)試和整定，這對(duì)穩(wěn)定汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、定速以及負(fù)荷調(diào)整起著至關(guān)重要的作用。

DDV閥在該機(jī)DDV閥組中主要控制脈動(dòng)油，脈動(dòng)油管聯(lián)通于大齒板油動(dòng)機(jī)的活塞下腔室，因此脈動(dòng)油的多少?zèng)Q定大齒板的行程進(jìn)而控制各個(gè)配汽閥的開度。在各個(gè)調(diào)速汽門重疊度合格的狀況下，油動(dòng)機(jī)行程位置可以反映出各調(diào)速汽門的開度狀況，所以整定DDV閥與油動(dòng)機(jī)的靜態(tài)關(guān)系是開機(jī)前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

首先，油動(dòng)機(jī)零位的整定即各個(gè)配汽閥關(guān)閉位的整定是整個(gè)配汽機(jī)構(gòu)整定的基礎(chǔ)。

潤(rùn)滑油通過伺服閥后形成脈動(dòng)油，脈動(dòng)油一路連接油動(dòng)機(jī)活塞下腔室；一路于排油口相連。通過調(diào)整排油口的大小可以控制油動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)油壓并整定各個(gè)配汽閥的關(guān)閉零位。因此假使排油口過大，當(dāng)伺服閥動(dòng)作控制調(diào)速汽門開啟時(shí)，油動(dòng)機(jī)下腔室脈動(dòng)油壓低，無法頂起油動(dòng)機(jī)，配汽閥無法開啟；假使排油口過小，當(dāng)伺服閥動(dòng)作控制配汽閥開啟用來控制汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，汽輪機(jī)的低轉(zhuǎn)速不易控制，簡(jiǎn)單造成轉(zhuǎn)速躍升。特別是在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組在低速定速暖機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)速無法控制，往往造成進(jìn)汽量過大，轉(zhuǎn)速超過低速暖機(jī)的要求進(jìn)而造成機(jī)內(nèi)受熱不均勻，上下缸缸溫溫差超限甚至引起汽機(jī)振動(dòng)。

因此針對(duì)這類調(diào)速配汽機(jī)構(gòu)的汽機(jī)，整定時(shí)應(yīng)當(dāng)首先依照廠家要求調(diào)整排油口大小，再遠(yuǎn)方控制全程開啟和關(guān)閉調(diào)速汽門。遠(yuǎn)方控制命令應(yīng)當(dāng)從小幅度開度指令開始檢測(cè)，然后再發(fā)大幅度快速開啟指令復(fù)測(cè)。無論發(fā)出什么開度指令或者任何開啟速率，大齒板油動(dòng)機(jī)應(yīng)當(dāng)勻速動(dòng)作，不應(yīng)出現(xiàn)動(dòng)作明顯滯后油壓的現(xiàn)象或者出現(xiàn)開啟時(shí)瞬間躍動(dòng)，一旦出現(xiàn)這些現(xiàn)象除了分析其他因素之外，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注排油口的調(diào)理。

其次，對(duì)整個(gè)調(diào)速汽門開度的整定采取采樣整定，曲線對(duì)比的方法。對(duì)油動(dòng)機(jī)控制的大齒板連桿進(jìn)行0位、30％開度、60％開度以及90％或者全開位的至少4個(gè)點(diǎn)的整定。在靜態(tài)整定過程中如出現(xiàn)整定位偏差，應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置調(diào)整排油口大小，嚴(yán)格對(duì)照整定曲線整定油動(dòng)機(jī)的行程和操作員開度指令相匹配，此時(shí)廠家給定的曲線參數(shù)應(yīng)作為整體趨勢(shì)曲

線來參考。假使由于制造和安裝等多種因素，造成整定過程中無法整定現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)關(guān)系曲線與廠家提供的靜態(tài)設(shè)計(jì)曲線完全一致，則至少滿足從0－80％油動(dòng)機(jī)行程的靜態(tài)整定位符合廠家要求（該系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)油動(dòng)機(jī)行程大于總行程的70％時(shí)發(fā)出“閥位高限報(bào)警〞，一般狀況下，正常閥門工作位置小于油動(dòng)機(jī)行程總行程的70％）。這樣各個(gè)調(diào)速汽門在大齒板控制的凸輪連桿作用下仍舊可以正常的依照設(shè)計(jì)要求和運(yùn)行要求控制進(jìn)汽量從而控制汽機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。

這種“一拖四〞的數(shù)字電液調(diào)速配汽結(jié)構(gòu)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上比傳統(tǒng)意義的DEH調(diào)理系統(tǒng)要繁雜，各個(gè)調(diào)速汽門和凸輪的協(xié)同、大齒板和凸輪桿的協(xié)同還