火电机组调节系统改造及可靠性研究.pdf

第 2 9卷 第 l l 期 2 0 0 7年 1 1 月 水 利 电力机 械 WATE R C 0NS ERVANCY EI 正 C TRI C P O R MAC HI NE RY V0 1 ． 2 9 No。 l 1 No v． 2 0 0 7 火 电机组调节系统改造及可靠性研 究 Re t r o fit g o v e r n i n g s y s t e m o f s t e a m t u r b i n e a n d i t s r e l i a b i l i t y ana l y s i s 曹乃卓 内蒙古华电卓资发电有限公司 设备技术部， 内蒙古 乌兰察布0 1 2 3 0 0 摘要 针对目前机组的现状， 采用数字电液调节系统 D E H 对原有液压调节系统进行改造 ， 实现 了汽轮机 纯电调控制， 改善了汽轮机调节手段， 提高了机组自动化控制水平。 关键词 汽轮机； 调节系统； 改造 中图分类号 T K 2 6 3 ． 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 6 4 4 6 { 2 0 0 7 1 1 0 0 3 2 0 2 0 引言 汽轮机调节系统的改造工作在全 国范 围内已开 展了多年 ， 基本上都是随着热控 D C S系统的改造工 程开展的。对于 2 0 0 M W 以上 容量 的机组 多采用高 压抗燃油的纯电调控制系统 ， 对于 2 0 0M W 以下容量 的机组多采用低压透平油系统和电液并存 系统。无 论采用何种系统， 电子控制部分都采用了以计算机 为核心的分散控制系统 ， 且与 D C S 系统实现通讯 ， 达 到信息共享的 目的。 采用低压透平油的电调系统改造工程保 留了原 液调系统的大部分设备 ， 最明显 的特点是保 留了凸 轮配汽机构和油动机 ， 工程造价低 、 工期短且易于实 现。采用高压抗燃油的电调系统改造基本上取消了 原液调系统的大部分设备， 新增加一套抗燃油系统 设备 ， 工程造价高 、 工期长且难 于实现。但是 ， 从改 造效果看 ， 2种系统都 可以实现机组 冲车 、 升速 、 定 速 、 并网及带负荷的全过程控制 ， 均可实现机炉协调 控制和 A G C功能 ， 且高压抗燃油 系统明显优于低压 透平油系统。 i 汽轮机调节系统改造方案 将液压调节系统改为电液调节系统的方案有 3 种， 分别为低压透平油系统电调方案、 电液并存的电 调方案和高压抗燃油系统的纯电调方案。 1 ． 1 高压抗燃油系统的纯电调方案 该方案中， 汽轮机 的润滑油系统仍然是低压透 平油系统， 动力油采用高压抗燃油， 新增加 1 套高压 抗燃油站及若干高压油管道 ， 原 同步器 、 液压调速 器 、 凸轮配汽机构及油动机全部取消。对于 2 0 0M W 机组来说 ， 可增加 8 套电液转换器油动机 ， 增加 1 套 电子控制系统 ， 实现转速 、 负荷调节及其他功能。在 保安系统 中， 增加 O P C超速限制保护功能和 A S T跳 闸保护功能。 随着汽轮机组容量的增大 、 蒸汽参数的提高 ， 汽 轮机转子的时间常数变小。一方面为了使甩负荷时 转速超调量控制在允许范 围内， 减小油动机关闭时 间； 另一方面， 机组容量大、 参数高 ， 作用在调节 阀上 的力就大 ， 应增加油动机 的提升力。为 了满足提升 力和关闭时间的要求 ， 油动机 的尺寸又不能过大 ， 这 就要求提高动力油 的压力。鉴于油压提高后， 易引 起漏油 ， 漏油喷到高温部件上易引起火灾 ， 因而大容 量机组 的电调系统一般采用高压抗燃油。但是 ， 抗 燃油是一种化学合成的三芳基磷酸脂液体， 具有轻 微毒性 ， 不会 自行 分解 ， 对环境有危害。所 以， 在使 用过程中， 选用高压抗燃油纯电调方案时， 必须设计 相应 的油质处理系统 ， 并采取防油系统着火的措施。 对于高压抗燃油纯电调方案， 由于工作油压力 较高， 油动机的提升力得到了保证， 提高了调节品 质。另外， 由于取消了凸轮配汽机构， 使得阀门管理 收稿 日期 2 0 0 7 0 8 1 6 作者简介 曹乃卓 1 9 一 ， 男 ， 山西大同人， 内蒙古华电卓姿发电有限公司设备技术部副部长 ， 工程师 ， 主要从事热控调试、 维护及基建方面的工作。 维普资讯 第 2 9卷第 1 1 期 曹乃卓 火电机组调节 系统改造及可靠性研究 3 3 更加容易， 保证了机组运行的安全性 、 经济性和稳定 性 。因此 ， 在大容量机组 的改造和基建工程 中都采 用高压抗燃油纯 电调方案。 1 ． 2 电液并存的电调方案 该方案中， 采用低压透平油作为动力 ， 原液压调 节系统的设备、 部件全部保 留， 另外增加 1 套电液切 换装置 和电调系统 ， 2套系统 并存 而且可 以相互 切换 。 将 电液切换装置上的切换手柄置向“ 电调” 方式 时， 电调控制系统输 出的调门开度指令经过电液转 换器后将 电信号转换为调节油压信号 ， 通过油动机 驱动凸轮配汽机构实现调 门的开闭， 完成汽轮机 的 转速调节和负荷调节任务。在将电液切换装置上切 换手柄置 向“ 液调” 方式时 ， 调节系统仍然由同步器 实现汽轮机的冲转和定速任务 ， 离心式调速器承担 着转速调节功能 ， 由调节油压驱动油动机通过 凸轮 配汽机构实现调门的开闭。如需增减机组负荷， 可 由运行人员远程操作同步器马达来实现。 电液并存控制改造方案的优点主要体现在 系统 的油系统统一， 便于管理 ， 具有电调和液调相互跟踪 的功能， 可以适当降低电子设备的冗余配置要求 ， 甚 至可以单 C P U、 单 I ／ O配置， 从而减少系统投资。 1 ． 3 低压透平油系统的电调方案 目前 ， 在国内有许多 D C S厂家及汽轮机厂家都 有生产低压透平油 电调系统的能力 ， 系统名称多种 多样 ， 但各种系统的组成、 原理和功能大同小异。低 压透平油电调系统由电子控制部分 D E H 和液压控 制部分 E H 组成 ， 该系统归纳起来具有如下特点 1 阀门管理部分因为保留了凸轮配汽机构 ， 所 以不存在单阀方式， 只有原来的顺序阀运行方式。 2 油动机采用低压透平油驱动的油动机 ， 油动 机与调门之间的配汽机构保持原来机组结构 ， 如杠 杆配汽或凸轮配汽。 3 控制器和被控对象与高压纯电调系统基本 相同， 电液转换器采用低压透平油电液转换器 ， 采用 低压透平油驱动执行机构 ， 一般为 1 ． 2 M P a 或 2 ． 0 M P a 。由汽轮 机 的主油 泵 供油 ， 不设 专 门 的供 油 装 置 。 低压透平油的电调方案和电液并存方案， 由于 原凸轮配汽机构仍然保 留， 对调节系统的整体效果 仍会有一定的影响。另外， 由于工作油压力低 ， 油动 机的提升力受到限制， 对调节精度有很 大的影响。 但这种方案造价低 、 工期短， 对 中小容量的机组仍然 具有一定的参考价值。 2 汽轮机调节 系统改造实例分析 在汽轮机调节系统 的改造 中， 电液调节系统的 选型重点 ， 己不再是控制系统和控制功能的差别 ， 而 是确定液压系统和执行机构的改造方案。在实现相 同功能的条件下， 应以投资少 、 改造工作量小、 系统 简单 、 实用且可靠为确定改造方案的基本原则。 2 ． 1 1 0 0 M W 汽轮机 D E H改造方案设计 1 0 0 M W 汽轮机组传统的液压执行机构有 良好 的性能 ， 以电液执行器构成 的纯 电液调节系统是在 基于保留机组的执行机构 、 凸轮配汽机构 、 油系统及 保安系统的前提下进行的。下面以哈尔滨汽轮机厂 生产的 1 0 0 M W 汽轮机为例对该方案予以介绍。 电液执行器是纯电液调节系统的关键元件， 它 由控制器和动力模块 2 部分组成。改造后油动机的 反馈滑阀将电液执行器通过杠杆直接作用在油动机 滑阀上部， 电液执行器接受 D E H系统控制信号 ， 转 换成大力矩输出的位移信号， 控制油动机滑阀， 通过 杠杆反馈完成调节过程。 改造后 ， 取消 了机组原有的调速器、 同步器 、 调 速器滑阀组 、 综合滑阀及功率限制器等液压部套 ， 同 时增加了相应的电磁阀实现远方挂 闸、 开主汽门等 功能， 系统更加简单。 改造后构成 的纯电液调节系统主要有 以下几个 特点 1 由于具有大力矩输出， 直接驱动油动机错油 门， 提高了油动机错油门抗油质污染的能力 ， 减小了 系统的迟缓并提高了错油门的跟踪力 ， 这是其他改 造方式所不能实现的。 2 电液执行器具有失电保位功能 ， 当系统失 电 时， 可保持当前 阀位不变 ， 提高了机组运行可靠性。 3 系统结构简单 ， 安装 、 维护、 调试 方便 ， 改造 工作量小。 4 系统为无控制工质调节系统 ， 具有 国内先进 水平， 是调节系统发展的必然趋势 。 2 ． 2 应 用效 果分析 该改造方案在某发 电厂 1 0 0 M W汽轮机 D E H改 造中获得了成功应用。机组改造后采用 D E H系统 一 次启动成 功， 实现 了机组 自动升速控制 、 超速试 验 、 初负荷 控制 、 机 组负荷控 制 、 机 炉协调控 制及 A G C等控制功能 ， 转速控制精度小于 2 r ／ re _ i n ， 负荷 控制精度小于 0 ， 5 ％， 取得了满意 下转第 3 7页 维普资讯 第 2 9卷 第 1 1 期 林世 袍 钢 管杆横担 结 构设计 3 7 e 一 xc 4 1， 式 中 E钢材的弹性模量 ； 折算惯性矩。 5 挂线点验算 由于联接金具尺寸 的限制 ， 横担的挂线板挂线 孑 L 的最小端距 、 边距往往不能满足文献[ 2 ] 关于螺栓 最小容许距离的要求 ， 此 时须验算孑 L 边处最大拉应 力 考虑应力集中 、 孑 L 边切 向最大应力及孑 L 壁承压 应力 详见 电力工程高压送 电线路设计手册 第二 版 第六章第八节 。另外， 线路在长期运行 中， 挂线 点连接处经常摩擦 ， 镀锌层容易被破坏而导致腐蚀 ， 因此在设计时， 在正常计算值确定挂线板厚度 的基 础上加厚 2 i n l n ， 主要是提高防腐性能。 6 结束语 为合理经济高效利用钢材 ， 横担结构设计须验 算各种工况下的荷载组合 ， 而且 同一种工况须验算 多个截面强度。验算过程是非常繁杂 的重 复性劳 动 ， 利用计算机编制相应的程序非常必要 。 参考文献 [ 1 ]D I _ ／ T 5 1 3 02 0 0 1 ， 架空送电线路钢管杆设计技术规定 [ S ] ． [ 2 ]G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ， 钢结构设计规范[ S ] ． [ 3 ]王燮 山， 顾煜炯 ， 送 电线路拢 梢钢管杆挠 度 的解 析法及 简捷法[ J ] ． 现代电力， 2 0 0 2 ， 1 9 3 3 5 ～4 0 ． 编 辑 白银 雷 ● ● ● ● ●‘ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●， ● ● ● ， ●C ．● ● ● ● ● ● ● ● ，● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 上接第 3 3页 的改造效果。 3 调节 系统改造后可靠性分析 通过对原有系统的改造 ， 机组 的安全性得到大 幅提高 ， 具体表现在以下几方面 1 系统改造中通过改造制油系统， 增加滤油装 置 ， 使控制系统的动态特性指标得到提高 ， 减少了因 控制油油质不合格引起的调速系统卡涩等现象。若 采用单独的油源可避免润滑油系统给调速系统带来 的干扰。选用抗燃油可使得火灾发生的可能降到最 低 ； 投入高、 中压缸 限制功能， 可 以使整个机炉之间 的负荷不匹配得到限制 ， 即可以防止机炉能量的进 一 步失衡， 又可防止 由于锅炉控制不当而给汽机造 成损害。 2 电调设计 了多种 、 多路转速测量回路供控制 系统和保安系统， 并通过信号监视汽机的正反转， 大 大降低了转速测量带来 的安全隐患 ； 同时， O P C保护 回路 的采用更大大降低 了机组转速飞升的可能 ， 提 高了机组超速保护的可靠性； 电调系统设计 的保安 系统的定期试验功能， 可对汽机保护功能在运行工 况下进行检查， 不仅可以检查保安 电磁阀动作 的可 靠性 ， 也可以对润滑油压 、 凝汽器真空等直接关系机 组安全的检测开关进行可靠性检查 ， 及时发现系统 隐患 ， 提高整个系统的安全性。 3 电调控制系统本身设计采用冗余配制， 并设 计有后备手操盘 ， 操作途径多 ， 可以提供多种控制手 段。电调系统一般均设计 自身的 U P S电源 ， 不会 因 电源问题造成 系统不工作 ， 导致事故的发生。电调 控制系统改造后 各阀门采用各 自的电液转换机构 ， 当一个机构故障时不会影 响其他阀门的动作 ， 电调 系统增强了一 、 二次调频能力 ， 也提高了电网的稳定 性和安全性。 4 结束语 实践证 明， 改造后机组系统控制可靠 ， 在线试验 和维护能力强， 维护方便。设备的运行情况 和控制 精度完全达到了预期 目的， 汽机运行人员只需通过 操作员站进行键盘操作对机组进行控制 ， 减少 了运 行人员 的劳动强度 ， 实现 了机组的 A G C功能， 加 强 了快速调峰能力。 电调控制系统的采用可以提高机组整体的安全 性 、 有效性和经济性 ， 解决 了中间再热机组汽机控制 的问题 ， 提供了负荷 、 转速的控制品质 ， 并使机炉协 调控制系统和 A G C控制功能真正投入运行 ， 使机组 的一 、 二次调频能力和调频品质得以提高 ， 改善了电 网的稳定性 ， 提高了电网供电品质。 参考文献 [ 1 ]吕继奎． 国产 3 0 0 M W机组 D E H油站升级改造[ J ] ． 新华 简报 ， 2 0 0 1 ， 4 9 1 2 2 8 ～3 0 ． [ 2 ]黄保海， 白玉， 牛卫东 ． 汽轮机原理与构造[ M] ． 北京 中 国电力 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ]于达仁， 刘强． 汽轮机调节系统卡涩故障的鲁棒诊断方 法[ J ] ． 中国电机工程学报 ， 2 0 0 3 ， 3 1 7 9 1 8 2 ． 实 习编辑 涂毅 维普资讯