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        采用REXA执行器取代电液伺服阀对抗燃油DEH系统的改造

        作者:马仁库、 张兴正、 郑学明、 葛春光浏览次数: 日期:2012年7月9日 11:32

        摘 要采用REXA执行器取代电液伺服阀岳阳发电有限责任公司2号机组GEC ALSTHOM362.5MW汽轮机、抗燃油DEH系统进行了改造。彻底解决了电液转换装置易受油质污染的缺陷,消除了影响机组安全运行的隐患,提高了DEH系统运行的稳定性、可靠性,改造的成功抗燃油DEH系统的设计、改造提供了新的途径。

        关键词:  DEH  电液伺服阀  REXA执行器

         

        1 概况

           岳阳发电有限责任公司2号机组为英国GEC ALSTHOM汽轮发电有限公司生产的亚临界中间再热、单轴、三缸、双排汽、凝汽冲动式362.5MW汽轮机。采用12MPa抗燃油DEH系统,分别设有两只高压主汽门油动机、两只高压调节汽门油动机、两只中压主汽门油动机和两只中压调节汽门油动机,除两只中压主汽门油动机外,油动机的结构和工作原理相同。图1为高压调节汽门油动机结构图,由电液伺服阀、定位阀和LVDT组成定位器,以及错油门、单侧进油活塞缸和杠杆反馈组成力驱动执行机构。控制、保护一体化设计,通过隔离阀提供系统动力油源,依靠电磁阀控制泄放阀、隔离阀实现保护功能。采用高压主汽门或调节汽门起动方式。    

                 

        该机组于19911228投入运行,曾多次发生因抗燃油油质污染造成电液伺服阀堵塞、卡涩,引起阀门自动关闭、机组甩负荷等事故,已对机组的安全运行构成了极大的威胁,另外,电子控制系统已无备件来源。为此,利用2005年机组B级检修的机会,采用REXA执行器取代原系统的定位器,实现无控制工质液压系统;采用ABBINFI90 OPEN分散控制系统组件的电子控制系统,对该机组抗燃油DEH系统进行了改造。改造后机组一次启动成功,各项指标均达到设计要求,取得了预期的满意的改造效果。

        2 液压系统改造

        2.1油动机改造

        为解决电液伺服阀易卡涩的缺陷,提高系统抗油质污染能力和运行的可靠性,根据该机组油动机的工作原理和特点,采用了以REXA执行器取代定位器的改造方案。保留了机组原保护系统、供油系统,仅对油动机进行改造。中压主汽门油动机为开关型,采用电磁阀控制,因而对该油动机未进行改造。高压主汽门、调节汽门和中压调节汽门油动机结构相同,均采用电液伺服阀作为转换装置,实现液压系统控制,因而,以该类油动机作为改造的主要对象。

        拆除电液伺服阀、定位阀和LVDT;封堵电液伺服阀原位进、排和控制油口;REXA执行器固定在定位阀原位处,其输出 端的控制杆,通过铰链与反馈杠杆连接。图2为改造后的调节汽门油动机结构图。

                           

        2.2 工作原理

        2.2.1  REXA执行器

        REXA执行器作为转换装置,是油动机改造的关键元件。采用了美国REXA公司生产的智能型机、电、液一体化执行器,为高度集成化、模块化、小型化设计,独立、封闭的无阀液压控制系统。REXA执行器接受控制指令,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,实现各种功能控制。具有:无需外供油源;最大输出力约为1000kgf;接受4~20mA标准模拟量信号或脉冲量信号;响应时间0.04s/mm;由微处理器实现智能控制;具有在失电情况下的各种安全机制等特点。

        因而,充分利用REXA执行器响应速度快、线性位移大力矩输出、无需外供油源和高可靠性等特点,取代电液伺服阀和定位阀,简化系统结构,使电液转换装置不存在被污染的可能,提高了系统运行的可靠性。

        2.2.2 动作原理

        加负荷过程:REXA执行器接受DEH控制信号向上移动,反馈杠杆以油动机活塞杆为支点,带动错油门向上移动,使错油门滑阀偏离中间位置,动力油通过隔离阀、错油门进入油动机活塞缸的下腔,控制阀门向加负荷方向动作;在油动机活塞杆移动的同时,反馈杠杆以REXA执行器为支点,带动错油门向下移动,使错油门滑阀回中,完成加负荷过程控制。

        减负荷过程:与加负荷过程相反。

        机组甩负荷或停机过程:机组甩负荷或紧急停机时,DEH输出控制信号,使保护电磁阀动作,迅速泄放泄放阀上部的保护油,隔离阀在其下部动力油及弹簧作用下,迅速向上移,切断动力油的供给,快速泄放油动机活塞下油压,油动机在弹簧力的作用下快速关闭,同时REXA执行器接受DEH置零信号、向减负荷方向快速动作,抑制机组转速的过渡飞升。

        3 电子控制系统改造

        该机组原电子控制装置采用MICROGOVERNOR微调节器、二级分散型的硬件结构,上位机是以PDP-11/83为核心的多处理器计算机系统;基本控制级是以M6809 CPU为核心的微机控制群(阀模件群)。该系统为GEC公司80年代的产品,计算机芯片性能较低,硬件和软件均不开放,无法进行修改和维护,并且目前已无备品来源。因而在机组DCS改造的同时,采用DCS系统相同的INFI90 OPEN分散控制系统硬件,实现了DCSDEH的一体化设计,对原系统进行了彻底改造。

        3.1硬件配置

        主要有INFI 90标准机柜、电源、模件、端子单元等四大部分:

        1INFI 90标准机柜:1个模件柜,1个端子柜。模件柜包括电源系统、风扇和控制主模件,子模件。端子柜安装有与I/O子模件配套的端子单元和接线端子。

        2)电源:电源系统采用ABB最新专用电源系统(MPS Ⅲ),其输入为两路冗余的

        240VAC UPS电源,可提供+25.5VDC+5VDC+15VDC-15VDC电压,冗余方式为2N冗余。

        3BRC主模件:采用2BRC300控制主模件,1对主模件实现汽机转速测量和超

        速保护功能;另外1对主模件实现机组负荷控制、阀门试验、AGC等其它控制功能。

          

        3.2 系统功能

        按照机组原系统显示、操作画面的风格,进行了人机界面的设置;根据机组无汽轮机旁路系统的特点,进行了机组起动逻辑设计;进一步丰富和完善了系统功能,实现机组自动挂闸、升速控制、同期控制、初负荷控制、负荷自动控制、阀位控制、AGC控制、压力控制、一次调频、阀门活动试验、超速试验、低汽压保护、低真空保护、速度限制等控制和保护功能,以及系统仿真功能。

        4 改造效果

        20054月机组大修后一次起动成功,系统投入至今,在AGC自动方式下,运行稳定,一切正常。机组升速和带负荷过程表明;在设定的升速率下,实际转速跟随给定平稳升速,在最大升速率下,转速超调量不大于6r/min;在各个暖机点和定速3000r/min工况下,转速波动±1r/min;负荷波动小于0.5MW。设计的功能均能实现,其控制指标均达到了设计和标准要求。3为改造后机组冷态起动升速曲线。图4为负荷自动控制曲线。

             

             

        5 结论

         

        1采用REXA执行器取代电液伺服阀和定位阀,对岳阳发电有限责任公司2号机组抗燃油DEH系统的改造是成功的;

        2)简化了液压系统结构,提高了系统抗油质污染能力,无需油净化装置。改造工作量小,安装、维护、调试方便;

        3REXA执行器无需外供控制油源,可实现无控制工质液压系统,不存在电液转换装置有被油质污染的可能,彻底解决了电液转换装置易受油质污染,发生堵塞卡涩等故障,提高了机组运行的安全性和可靠性;

        4)采用4mA~20mA标准控制信号,取消了专用伺服控制模板和功率放大环节,简化了系统结构。在DEH控制器故障或控制系统失电的工况下,系统具有自动保位功能,可保持阀位和负荷不变,进一步提高了机组运行的可靠性。

        5)电液伺服阀是抗燃油DEH系统的关键部件,易受油质污染发生故障,故障率较高,已是影响抗燃油DEH系统运行可靠性的薄弱环节。电液伺服阀对油质的要求相对较高,虽采取加强油务监督提高油质等措施,但隐患依然存在。因而,采用REXA执行器取代电液伺服阀、力驱动执行机构油动机,实现无控制工质液压系统,为提高抗燃油DEH系统的可靠性,提供了新的手段。

          

        (备注:发表在《汽轮机技术》2005年第6期)

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