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        A3-3汽轮机REXA执行器DEH系统

        浏览次数: 日期:2012年7月10日 15:05

        汽轮机REXA执行器DEH系统

         

        1. 概述

        汽轮机调节系统是电厂自动控制系统的重要组成部分,是机组自动化改造的基本内容之一。目前汽轮机DEH系统有:透平油DEH系统和抗燃油DEH系统。透平油DEH系统的结构相对简单,运行维护相对方便,对环境的污染小。电液转换装置是电液控制系统的关键部件,通常采用的电液转换装置对油质的要求相对较高,在油质管理不当的情况下,易受油质污染,已是DEH系统运行可靠性的薄弱环节。为此,针对汽轮机调节系统的结构特点,为提高机组自动化水平,提高系统的抗污染能力,进一步简化系统结构,采用以自容式执行器(REXA执行器)为转换装置、力驱动执行机构、无液压控制工质的DEH系统,为汽轮机调节系统的改造提供了新的技术方案,可广泛应用于蒸汽轮机、燃气轮机和各类工业透平。该系统已取得专利证书。

        2. 系统功能

        2.1  控制功能

        1)机组转速控制:机组起动和升降转速控制;

        2)机组功率控制:机组升降负荷和稳定负荷控制;

        3)可调整抽汽、背压压力控制:实现以热定电、以电定热和热电牵连调节;

        4)同期控制:接受同期信号,实现机组并网控制;

        5)初始负荷控制:机组并网瞬间设置初始负荷,以为避免逆功率运行;

        6)一次调频功能:参与电网一次调频;

        7)电网自动发电控制(AGC):接受电网控制指令,实现机组发电控制;

        8)协调控制(CCS):接受协调控制指令,实现机、炉协调控制;

        9)自动快速减负荷功能(RB):重要辅机故障,实现机组快速减负荷控制;

        10)远方操作自动挂闸、开启主汽门。

        2.2 限制功能

        1)超速限制(OPC);

        2)主蒸汽压力降低限制(TPL);

        3)汽轮机真空降低负荷限制;

        4)功率限制。

        2.3保护功能

        1)机械超速保护;

        2)电超速保护(OPT);

        3)接受汽轮机紧急跳闸系统(ETS)指令,关闭主汽门和调速汽门实施停机。

        2.4试验功能

        1)超速保护试验;

        2)超速限制(OPC)试验;

        3)汽门活动试验:

        4)汽门严密性试验;

        5)同期、并网试验;

        6)仿真试验。

        2.5接口功能

        1)自动同期接口(ASS);

        2)遥控接口(AGC);

        3)机炉协调控制接口(CCS);

        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。

        2.6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。

        2.7 操作方式

        1)自动方式:根据设定的机组起动曲线(冷态、半热态、热态),自动完成起动、升速、带负荷全过程。也可人工干预;

        2)操作员自动方式:按照运行人员设定的目标值和变化率,实现机组转速、负荷的闭环控制;

        3)手动远方操作方式:运行人员通过DEH操作键盘,对机组负荷实施开环控制;

        4)后备控制方式:在DEH控制系统出现故障必须退出运行等非常工况下,运行人员可通过后备操作键盘远方或就地控制REXA执行器,对机组负荷实施开环控制。

        5)各种操作方式均可实现无扰切换。

        3.性能指标

        转速调节范围:50 r/min ~3500r/min50 r/min ~4000r/min);

        转速控制精度:≯±0.1%

        负荷控制范围:0~110%额定负荷;

        负荷控制精度:≯±0.5%

        抽汽压力控制精度:≯±0.01MPa

        转速不等率:  3%~6%可调;

        甩负荷转速最大超调量:≯8%

         

        4. 系统组成

        汽轮机REXA执行器DEH系统由电子控制系统、液压控制系统和保护系统组成。

        4.1 电子控制系统

        4.1.1 选用原则

        1)采用与机组一致的分散控制系统组件的控制器;

        2)也可采用独立、专用的DEH系统控制器;

        3)根据机组的具体要求,进行系统硬件配置和控制逻辑组态;

        4)已采用的分散控制系统控制器有:国电智深EDPF;和利时MACS-MACS-IIIFOCS;新华XDPS-400/M;日立HIACS-3000HIACS-5000/M;西屋OVATIONABBINFI90FOXBORO

        4.1.2基本结构及配置

        控制机柜、操作员站、工程师站为系统基本结构配置。图1DEH控制系统硬件配置图,图2DEH控制系统典型操作画面。

                 

                 

        4.2 液压系统

        采用了无需外供控制油源、大力矩输出的REXA执行器作为转换装置、杠杆反馈、力驱动执行机构、无液压控制工质的液压系统。

        4.2.1 REXA执行器

        4.2.1.1 REXA执行器结构

         REXA执行器是将电信号转换为力输出的转换装置,是无液压控制工质DEH系统的关键设备,采用美国REXA公司生产的智能型机、电、液一体化执行器(简称REXA执行器),由控制器和动力模块两部分组成,图3为控制模块结构外形图,图4为动力模块结构外形图。由智能可控电机和独立的、封闭的、无阀液压控制系统组成。采用高度集成化、模块化、小型化设计,所有组件内部集成,一体化结构。智能可控电机接受控制模块的功能指令,控制动力模块,以线性位移大力矩输出驱动被控对象,同时通过自身位移反馈,完成调节过程,实现各种功能控制。

        4.2.1.2  REXA执行器特点

        1)响应时间:0.04s/mm

        2)输入信号:4mA~20mA模拟量信号或脉冲量信号;

        3)大力矩输出,最大输出力约为1000kgf

        4)独立封闭液压系统,无需外供油源;

        5)由微处理器实现智能控制,可灵活、简便、准确整定工作参数;

        6)具有失电情况下的各种安全机制(全开、全关、保位)。

        4.2.2 力驱动执行机构

        4.2.2.1结构

        力驱动执行机构由REXA执行器、杠杆反馈机构、错油门和油动机组成。根据基本结构的组合和扩展,可适用于各种不同类型的汽轮机调节系统。

        1REXA执行器反向驱动结构:如图5所示,杠杆一端通过铰链与REXA执行器联接,杠杆另一端通过滑动铰链与油动机活塞杆相连,在近于REXA执行器侧,杠杆通过铰链与错油门滑阀控制连杆联接,并通过控制连杆作用在错油门滑阀上部。固定的高压油作用在错油门滑阀下部。采用具有快速动作功能的REXA执行器,OPC电磁阀与REXA执行器一体结构。适用于错油门滑阀与油动机活塞动作方向相反的调节系统。

                          

        2REXA执行器正向驱动结构:如图6所示,杠杆一端通过滑动铰链与油动机活塞杆联接,杠杆另一端与通过铰链与控制连杆联接,控制连杆作用在错油门滑阀上部,REXA执行器通过铰链作用在近于控制连杆侧的杠杆上。固定的压力油分别作用在错油门滑阀上、下。错油门滑阀下油压称OPC保护油,受控于OPC电磁阀组。适用于错油门滑阀与油动机活塞动作方向相同的调节系统。

           

         

         

         

        4.2.2.2工作原理

        三种基本结构的力驱动执行机构,除实现OPC超速限制功能的介入方式有所不同外,其工作原理基本相同,以REXA执行器正向驱动力驱动执行机构为例,介绍其工作过程。

        1)加负荷过程:REXA执行器接受DEH控制信号向上动作,杠杆以油动机活塞杆为支点,带动控制连杆向上移动,错油门滑阀在其下部高压油的作用下跟随上移偏离中间位置,使油动机在压力油的作用下向开启方向位移,控制调速汽门,在油动机向上动作的过程中,杠杆以REXA执行器为支点,带动控制连杆下移,使错油门滑阀回中,完成加负荷过程。

        2)减负荷过程:REXA执行器接受DEH控制信号向下动作,杠杆以油动机活塞杆为支点,带动控制连杆向下移动,使错油门滑阀偏离中间位置,油动机在压力油的作用下向关闭方向位移,控制调速汽门,在油动机向下动作的过程中,杠杆以REXA执行器为支点,带动控制连杆上移,错油门滑阀在其下部高压油的作用下跟随上移回中,完成减负荷过程。

        3)机组甩负荷或停机过程:机组甩负荷或紧急停机,迅速泻放错油门滑阀下部油压,错油门滑阀在其上、下油压差的作用下,以及在REXA执行器置零、向减负荷方向快速动作的过程中,使其迅速偏离中间位置,关闭调速汽门,抑制机组转速的过渡飞升。

        4.2.2.3 特点

        1)力驱动执行机构为机械力传递控制的力平衡系统,无传统液压放大机构脉动油传递控制信号,为无液压控制工质液压系统;

        2)提高了错油门滑阀的跟踪力和抗油质污染的能力;

        3)采用大力矩平衡系统,杠杆反馈,执行机构似为刚性结构,使其具有高的定位精度、动态响应和抗干扰能力;

        4)油动机的静态平衡仅受控于REXA执行器的输出力,系统油压的波动对滑阀的静态平衡无任何影响,因而具有较高的工作稳定性和抗油压干扰能力。 

        4.3 超速限制、保护和挂闸系统

        4.3.1超速限制系统

        1REXA执行器反向驱动结构力驱动执行机构:OPC电磁阀与REXA执行器一体化结构,OPC电磁阀接受机组甩负荷或安全油压力开关停机信号,使REXA执行器快速置零动作,错油门滑阀在其下部高压油(或弹簧)的作用下偏离中间位置,迅速关闭调速汽门;

        2REXA执行器正向驱动力驱动执行机构:设置冗余OPC电磁阀和OPC过渡阀组成OPC超速限制阀组。OPC电磁阀动作,泻放OPC保护油,快速关闭调速汽门。对于再热机组或多只油动机的机组,将油动机错油门滑阀下OPC保护油相连,同时受控于OPC超速限制阀组和危急遮断滑阀。

        3)控制连杆与错油门滑阀硬联接力驱动执行机构:由OPC电磁阀和OPC过渡阀组成OPC超速限制阀组。OPC超速限制阀组受控于DEH输出的OPC控制信号和EH系统液压保护信号,构成冗余OPC系统。OPC电磁阀组接受控制信号或液压保护油压消失,开启OPC过渡阀,泻放油动机油压,迅速关闭调速汽门,实施OPC超速限制功能。

        4.3.2保护系统

        1REXA执行器反向驱动结构力驱动执行机构:保留原保护系统结构,并设置冗余安全油压力开关,在实施停机的过程中,联动OPC电磁阀关闭调速汽门;

        2REXA执行器正向驱动力驱动执行机构:设置冗余OPT电磁阀,与手动和远方停机电磁阀并联工作,OPT电磁阀动作,关闭主汽门和调速汽门实施停机。

        3)控制连杆与错油门滑阀硬联接力驱动执行机构,保留机组原系统及功能。

        4.3.3挂闸系统

        设置机组挂闸、开启主汽门电磁阀组,用以实现机组远方挂闸和开启主汽门。 

        5. 系统特点 

        1)系统结构简单、改造工作量小,安装、维护、调试方便;

        2)转换装置无需外供控制油源,无需油净化装置,简化了系统结构;

        3)系统抗油质污染能力、抗油源干扰能力强,具有较高的稳定性;

        4)提高了油动机错油门的跟踪力,利于防止滑阀卡涩,提高了工作可靠性;

        5)保护系统结构简单,采用多重冗余设计,使机组具有较高的运行安全性;

        6)采用4mA~20mA标准控制信号,易于接受任何控制系统的控制信号;

        7)可实现REXA执行器的在线维修或更换;

        8)当DEH控制器故障或控制系统失电时,具有自动保位功能,保持阀位和负荷不变,因而在控制系统故障工况下,仍能保证机组发供电。 

         

        6.应用业绩 

        采用REXA执行器作为转换装置的透平油DEH系统,已在新机组的设计和汽轮机调节系统的改造中被广泛采用。美国GE公司已经成功应用在400MW机组上,美国WH司已广泛应用在燃气轮机上。应用在我国的机组容量有:6MW12MW25MW50MW75MW100MW145MW200MW320MW362MW;机组的类型有:凝汽式、背压式、可调整抽汽式、再热式、超临界机组以及给水泵汽轮机等各类工业透平,基本上覆盖了各类型机组和各类型调节系统,包括抗燃油DEH系统的改造。

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