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        REXA执行器电液控制系统在俄罗斯145MW抽汽式汽轮机上的应用

        作者:范志强①,苗建平②,陈方毅②,段四春②,王 炎②,张文毅②,李建超②,马仁库①浏览次数: 日期:2012年7月9日 14:00

        [  ]  北京热电厂1号机组为俄罗斯乌拉尔汽轮机制造厂生产的145MW抽汽式汽轮机,采用电液并存调节系统,为提高机组的自动化水平,采用了以REXA执行器为转换装置、力驱动执行机构油动机的的技术方案对其进行了改造,取得了满意的改造效果,为同类型机组调节系统的改造提供了新途径。本文主要介绍液压系统的改造概况。

        [关键词REXA  执行器  电液控制系统   抽汽式汽轮机

        1 概况

        北京热电厂1号机组为俄罗斯乌拉尔汽轮机制造厂生产的ПТ—140/165130/52型、一段可调整工业抽汽、两段可调整采暖抽汽、两缸、单轴、单排汽120MW/167MW汽轮机,德国BABCOCK公司和武汉锅炉厂合作生产的WGZ830/13.7-1液态排渣塔式燃煤直流炉。汽机采用电液并存联合调节电液调节系统,控制系统俄罗斯提供的计算机、分离元件控制装置和继电器组成混合控制系统。锅炉岛采用SIEMENS-ME控制系统。电气控制采用俄罗斯提供的常规继电器和仪表。

        该机组于9712月投产以来,存在着机、炉、电控制设备不匹配,控制接口复杂,机组整体自动化水平低,运行可靠性差,尤其是汽机岛控制系统落后,液压控制系统结构复杂,维护工作量大、调整较为困难、故障率较高。为进一步提高机组整体自动化水平,简化液压系统结构,提高机组运行的可靠性,在机组DCS改造的同时,对汽轮机调节系统进行了改造。控制系统采用ABB公司INFI90散控制系统组件,与机组DCS一体化设计;液压控制系统采用以自容式执行器(REXA执行器)为转换装置、杠杆机构机械反馈、力驱动执行机构的无控制工质系统。改造后的系统于20041013日投入运行,机组一次起动成功,实现了自动升速、并网、带负荷全过程控制,以及机炉协调控制。投运至今一切正常,其控制指标均达到了设计和标准要求,取得了预期的改造效果。

         

        2 液压控制系统改造

         

        2.1 原系统结构及原理

        原机组采用径向钻孔泵、膜片式调速器、调速器滑阀组组成的机械液压调节系统,1.5MPa透平油。设有两只高压自动主汽门、一只高压油动机、一只中压油动机、一只低压上段旋转隔板油动机、一只低压下段旋转隔板油动机,以及危机遮断器,危机遮断器滑阀组和同步器功率限制器等部套。以电动执行机构为转换装置,实现电液控制。

        调速器滑阀组接受调速器一次脉冲油压信号,输出二次脉冲油压,分别控制高压、中压及下旋转隔板油动机,通过油动机自身液压反馈,完成调节过程。DEH控制信号通过调速器滑阀组电动执行机构,实现对高压、中压和下旋转隔板油动机的控制,在中压油动机和上、下旋转隔板油动机上又分别设有电动执行机构,控制各自油动机,实现牵连调节。液压调节系统和电液调节系统可并联工作,实现电液并存联合调节。

        2.2 液压系统改造

        保留机组保护系统和油系统,除油动机和调速汽门外,调速器及其他调节部套和相关油路全部拆除或封堵。以REXA执行器为转换机构,将油动机液压放大执行机构改造为力驱动执行机构,实现无控制工质调节系统。

        2.2.1 REXA执行器

        REXA执行器是将电信号转换为力输出的转换装置,是该系统改造的关键设备,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1REXA执行器结构示意图。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。

        2.2.2 油动机改造

        该机组设有高压、中压、低压上段旋转隔板和低压下段旋转隔板油动机,四只油动机有三种不同结构形式,高压、中压油动机结构相同。高压、中压、低压下段旋转隔板油动机为液压放大执行机构,其结构形式虽有差异,但改造的方式基本相同,均将液压放大执行机构改造为力驱动放大执行机构。上段旋转隔板油动机为力驱动放大执行机构,在原机构的基础稍作改造。

        2.2.2.1高压、中压、低压下段旋转隔板油动机改造

        高压、中压、低压下段旋转隔板油动机力驱动放大执行机构,由REXA执行器、杠杆机构组成。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,控制连杆直接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。封堵油动机液压反馈油口和脉冲油路,固定的高压油作用在错油门滑阀上部,主油压通过节流,作用在错油门滑阀下部。将三只油动机错油门滑阀下油压并联,形成OPC保护油。2为高压、中压油动机力驱动执行机构结构图,图3为低压下段旋转隔板油动机力驱动执行机构结构图。

        2.2.2.2上段旋转隔板油动机改造

        原上段旋转隔板油动机采用力驱动执行机构,无脉冲油压控制,固定的高压油分别作用在错油门滑阀中部环形面积和错油门滑阀上部,以电动执行机构为转换装置,通过杠杆机构反馈,实现调节与控制。用REXA执行器取代电动执行机构,将错油门滑阀上油压与另三只油动机错油门滑阀下OPC保护油相联,形成系统OPC保护油。图4为低压上段旋转隔板油动机力驱动执行机构结构图。

        2.2.3 力驱动执行机构油动机工作原理

        以高压油动机力驱动执行机构为例,简述工作原理。

        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。

        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。

        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OPC保护油压,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,抑制机组转速的过度飞升。

        3 超速限制、保护及挂闸开主汽门系统

         

        设置冗余OPC电磁阀和冗余OPC过渡阀组成OPC超速限制阀组。OPC电磁阀接受OPC控制信号动作,泻放OPC控制油,开启OPC过渡阀,泻放OPC保护油,使四只油动机同时快速动作,关闭调节汽门和开启旋转隔板,OPC电磁阀按要求延时恢复,使机组维持在3000r/min下稳定运行。图5为超速限制(OPC)和超速保护系统原理图。

        保留机组原保护系统、部套及功能。设置了挂闸、开主汽门电磁阀,实现机组远方挂闸和开启主汽门。图6为挂闸开主汽门系统原理图。

        4 系统功能

        4.1 控制功能:转速控制;功率控制;同期控制;初始负荷控制;一次调频功能;电网自动发电控制(AGC);协调控制(CCS);自动快速减负荷功能(RB);自动挂闸、开主汽门功能。

        4.2 限制功能:超速限制(OPC);主蒸汽压力降低限制(TPL);真空降低负荷限制;功率限制。

        4.3保护功能:机械超速保护;电超速保护(OPT);接受紧急跳闸系统(ETS)指令实施停机。

        4.4试验功能:超速保护试验;超速限制(OPC)试验;汽门活动试验;汽门严密性试验;假同期试验;仿真试验。

        4.5 操作方式:自动方式;操作员自动方式;手动远方操作方式。

         

        5 改造效果

        20041013日机组大修后一次启动成功,实现了远方挂闸开启主汽门、自动升速、并网、带负荷全过程控制,以及机炉协调控制及各种保护功能。在设定的升速率下,实际转速跟随给定平稳升速,在3000r/min工况下,转速波动±1r/min;负荷波动小于±0.5%2004101512时,机组在额定参数抽汽工况下运行,负荷约为80MW,由于电气故障,油开关跳闸,机组甩负荷,OPC电磁阀动作,机组最高转速为3092r/min,经推算机组甩100%负荷,最高转速约为3160r/min左右。

        机组起动、运行结果表明,系统功能、性能均达到了设计要求,提高了机组运行的安全性、稳定性、自动化水平、以及调峰能力,能满足机组运行要求,取得了明显的改造效果。


         

        5 结论

        北京热电厂1号机组采用了以REXA执行器为转换装置、力驱动执行机构的无控制工质电液调节系统,对该机组调节系统实施了改造,在设计、调试单位和电厂的共同努力下,一次起动成功。电液调节系统投入至今,运行稳定、设计功能均能实现,技术指标均达到了设计要求,能满足机组运行需要,取得了满意的、预期的改造效果,改造是成功的。实践表明:

        1)系统结构简单、改造工作量小,安装、维护、调试方便;

        2)该系统无脉冲油压传递控制信号,为无控制工质电液调节系统,提高了系统抗油源干扰能力和稳定性;

        3REXA执行器作为转换装置,无需外供控制油源,无需油净化装置,克服了通常电液转换器易受油质污染的缺陷,具有较高的运行可靠性;

        4)力驱动执行机构为刚性结构,使系统具有较高的动态响应;

        5该机组改造的成功,为该型机组汽轮机调节系统的改造提供了新的途径和手段,具有推广应用价值。

         

        备注:发表在《热力发电》2006年第12期)

        所属类别: 案例更新

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