低压透平油纯电调与高压抗燃油纯电调比较

一、概 述

　　汽轮机数字电液控制系统（DEH），分高压抗燃油纯电调和低压透平油纯电调两大类。

　　高压抗燃油纯电调是随着引进西屋汽轮机制造技术而进入我国，因而广为人知。高压抗燃油纯电调DEH，克服了传统液压调节系统存在的缺陷，能采用灵活的控制策略以适应多种运行工况自动化控制的要求，为适应机炉协调控制（CCS）和自动发电控制（AGC）打下基础。由于高压抗燃油纯电调具有上述特点，因而被广泛应用于300MW以上大型机组的控制系统。近年来，高压抗燃油纯电调技术又被推广到200MW机组的调节系统改造，收到较好效果。 

　　但是，高压抗燃油纯电调也存在一些先天不足，影响到它的进一步推广。主要不足之处如下：

■ 系统结构复杂，制造成本高。
■ 对油质清洁度要求很高，油品需要不断再生，运行维护费用高。
■ 电液伺服阀容易卡涩，需要常备备件，增加了运行成本。
■ 需配备外置式液压油源，不但增加了设备费用和运行维护费用，而且安全性不如透平油液压油源。透平油液压系统与润滑系统共用油源，主油泵由主轴驱动，只要汽轮机在转，就不会有失压问题。
■ 抗燃油有毒性，长期大量使用抗燃油将为环境保护所不容。

　　上述不足之处，在125MW、100MW等中小容量机组的自动化改造上反映尤为突出。随着电网容量的增大，这些机组逐渐进入调峰运行，协调控制和AGC控制的要求提到日程，而昂贵的高压抗燃油纯电调是这些机组用户难以接受的，因此，有必要开发经济适用的低压透平油纯电调，以适应用户的需求。其实，电调功能的发挥，并不在于采用高压或低压，只要设计得当，两类系统都能达到同样的自动化水平。

    我国曾经引进过多台日立机组，例如首阳山300MW机组，其控制系统就是采用低压透平油纯电调，用比较经济可靠的办法，完全达到了高压抗燃油纯电调的控制水平，用户反映十分满意。低压透平油纯电调技术的应用，可使制造成本和运行维护费用大大降低。用于老机组改造时，所保留的油动机和液压油源是汽轮机原有的液压调节系统中故障率最低的部分，因此，改为纯电调后，控制系统的可靠性大大提高，并取得了可观的经济效益。

　　低压透平油纯电调的应用，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。迄今为止，和利时应用的DDV阀已超过200套，装备了超过100套DEH；其中60%用于低压透平油系统，40%用于高压抗燃油系统，卡涩的例子一套也没再发生过。
DDV阀的应用，不但解决了低压透平油纯电调电液转换问题，同时解决了高压抗燃油纯电调伺服阀卡涩问题，为DEH事业的发展作出了重要贡献。

二、纯电调的基本概念

　　一般而言，DEH控制系统由两大部分组成，即控制器部分和执行器部分。控制器部分实现控制系统的控制策略；执行器部分执行控制器的控制结果，定位调节机构。
汽轮机的液压调节系统的控制器，包括调速器、同步器、中间放大滑阀等部件，实现转速测量，偏差放大等控制策略，为液压控制器。油动机为执行器，接受控制器来的液压信号，定位调节阀位。
汽轮机电液调节系统的控制器，为数字式DEH控制器，实现转速调节、负荷控制、新汽压力控制及机炉协调控制等多种控制策略，其输出的总阀位信号为电气量信号，该信号经过电液放大，驱动液压执行器，即油动机；也可直接驱动电液执行器，即电液伺服油动机，简称电液油动机，以定位相应的调节阀位。

DEH控制器与电液油动机配合，组成纯电调。

　　或者，DEH控制器通过电液放大器控制油动机，组成纯电调。

　　作为执行器，油动机应能接受三种信号的控制，即正常控制、快关控制和遮断控制。 

    对液压油动机而言，正常控制时，由调节器来的液压信号通过中间放大滑阀，控制油动机，定位调节阀；当发生甩负荷时，OPC系统控制超速限制滑阀或微分器，通过中间放大滑阀暂时快关各调门油动机，以限制机组转速动态飞升；当发生遮断时，保安系统通过危急遮断器滑阀、中间放大滑阀，永久性地关闭各油动机，使机组停机。由此可见，液压调节系统的油动机具有正常控制，快关控制和遮断控制三个接口。不过，液压油动机的三个接口是通过中间放大滑阀联系在一起的，这使调节系统中各油动机只能按固定的关系协调动作，如果调节系统中只有一个油动机，便不存在多个油动机协调动作问题。 

　　电液调节系统中的油动机，也存在上述三个接口，当采用一个电液伺服阀控制多个油动机时，各油动机之间的关系就像液调系统一样，是固定的；当采用每个油动机由一个电液伺服阀控制时，三个接口便被赋予每个油动机，使每个油动机都能独立完成正常控制，快关和遮断三种任务，各个油动机的运行关系由阀门管理软件（软凸轮）进行协调，可按固定模式和可变模式控制汽轮机进汽。在后一种方式，油动机与电液伺服阀，快关电磁阀和遮断转换阀为一体化设计，称为电液伺服油动机，简称电液油动机。

　　高压抗燃油纯电调采用的油动机，是典型的电液油动机，每个油动机可单独执行正常控制，快关和遮断动作；可接受阀门管理软件控制，实现固定模式和可变模式的配汽管理。本文推荐的低压透平油电液油动机，参照高压抗燃油电液油动机的控制模式进行设计，使低压透平油纯电调能执行与高压抗燃油纯电调相同的功能。低压透平油纯电调也可参照液调系统的设计模式，采用一个电液伺服阀控制多个油动机，构成简易纯电调。简易纯电调能实现纯电调的基本控制功能，具有很好的实用价值。

三、关于阀门管理

　　这里，要专门讨论一下阀门管理的实用价值。阀门管理是西屋公司推出的一种控制功能，是一种用于高压抗燃油纯电调的软件配汽方式，通常是指高压进汽节流调节和喷咀调节两种方式的相互无扰转换，可以兼顾启动快速性和部分负荷经济性的要求。要实现这种功能，要求每个调节阀采用一个油动机驱动，由阀门管理软件协调各油动机的工作。下面将通过机组常见的几种运行方式，探讨阀门管理的实用价值。

1） 定压运行，带基本负荷
在这种运行方式下，调节阀接近全开，节流调节和喷咀调节区别不大。
2） 滑压运行，调峰
在这种运行方式下，调节阀也接近全开，节流调节和喷咀调节也区别不大。
3） 定压运行，调峰

　　在这种运行方式下，靠改变阀门开度来调整负荷，喷咀调节比节流调节经济性好，采用阀门管理是有意义的。但是，这是一种不常用的运行方式。按混合调节方式设计的凸轮配汽机构能适应这种运行方式。
汽轮机常用的凸轮配汽机构，既不是纯粹的节流调节，也不是纯粹的喷咀调节，而是一种混合调节方式，通常是这样设计的：在低负荷阶段，1#、2#调门同时开启；1#、2#调门为对称布置，可以保证高压缸进汽部份受热均匀，保证启动过程的快速性；1#、2#调门接近开足时，开3#调门；3#调门接近开足时，开4#调门。这种设计可以看作低负荷时为节流调节，高负荷时为喷咀调节，因而兼顾了启动快速性和部分负荷经济性的要求。因此，凸轮配汽机构的特性已是一种较好的阀门管理模式，当机组调峰运行时，通常是3#和4#调门参与调节，已是处于高效的喷咀调节区。并且可以采用变压运行方式，使调门定位在节流损失最少的位置，例如1#、2#调门全开，3#调门全开或4#调门全开等位置。采用这种运行方式，便可在不用阀门管理的前提下达到最好的部分负荷经济性，使阀门管理变得不必要。这样，在中小型机组的DEH改造中，便可不必为追求阀门管理而采用每阀一个油动机的控制模式，不必取消凸轮配汽机构和原有的油动机，更不必采用高压抗燃油纯电调。这将使中小型机组的DEH改造大为简化，节约大量的改造资金。在中小型机组DEH改造中，阀门管理功能是不必要的。

低压透平油纯电调，具有如下特点：
■ 系统简洁，制造工艺符合汽轮机厂的设备条件，制造成本低。 
■ 老机组改造时，可以利用机组原有的油动机和液压油源。
■ 液压系统易损件少，寿命长，运行维护费用低。
■ 采用常规的透平油液压油源，不需另配外置式油源站。常规透平油油源主油泵由汽轮机主轴驱动，其可靠性高于外置式油源站。
■ 采用MOOG公司新近推出的DDV型电液伺服阀，控制精度高，抗污染能力强。
■ 由DDV阀构成的电液放大器和电液油动机，定位精确、灵敏度高，可靠性好，抗污染能力优于高压抗燃油电液油动机。
■ 不用抗燃油，环保特性好。

结论：

1) 为适应中小型机组DEH改造，开发低压透平油纯电调具有重要意义。200MW及以下机组属于中小机组范围。
2) 由于纯电调控制系统的控制策略取决于计算机电子控制器，因此，除可变模式阀门管理外，低压透平油纯油调能实现高压抗燃油纯电调的全部功能。 
3) 实践中，阀门管理特性与凸轮配汽机相当，凸轮配汽机构的作用完全可以代替软件型可变模式阀门管理。
4) 和利时公司推出的低压透平油纯电调，具有自动化水平高、经济适用、可靠性好、环保性好的优点。
5) 本文推荐的低压透平油纯电调，清洁度适应能力与常规液压系统相当；若能对油系统进行改造，提高清洁度水平，则效果更佳。