數(shù)字電液控制系統(tǒng)(Digital Electric-Hydraulic Control System，DEH)是保證汽輪機經(jīng)濟運行必不可少的條件。汽輪機DEH的任務是根據(jù)控制指令(目標轉速、負荷及其變化率)，控制運行方式、閥門試驗方式、機組狀態(tài)參數(shù)和轉速、發(fā)電機功率等被控量，通過數(shù)字控制器輸出控制信號，經(jīng)與反饋信號比較后，其偏差經(jīng)過伺服放大后，送到電液轉換器，自動控制進汽量，以改變蒸汽轉矩，在轉速改變不大的情況下，達到新的平衡，以適應外界負荷或蒸汽狀態(tài)的變化。
1、汽輪機DEH系統(tǒng)組成
一個完善的汽輪機DEH系統(tǒng)由監(jiān)視系統(tǒng)、調節(jié)系統(tǒng)、應力控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、汽輪機自啟停控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。
圖1 DEH系統(tǒng)結構圖監(jiān)視系統(tǒng)可以保證汽輪機安全運行，連續(xù)監(jiān)視汽輪機運行中各參數(shù)的變化。調節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)大范圍的轉速控制、負荷控制、異常工況下的負荷限制、主汽壓力控制以及閥門位置控制等。應力控制系統(tǒng)主要對高壓缸調節(jié)級和中壓缸第一級處轉子和汽缸的熱應力進行監(jiān)視、溫度裕量計算和應力限制。保護系統(tǒng)是當汽輪機出現(xiàn)危險情況時，迅速關閉所有進汽閥，防止發(fā)生重大事故，保護汽輪機設備安全，同時提供閥門試驗功能。汽輪機DEH保護系統(tǒng)的基本思想是“寧可誤動，不可拒動”。液壓伺服系統(tǒng)包括供油系統(tǒng)和電液執(zhí)行系統(tǒng)兩部分。供油系統(tǒng)為獨立高壓抗燃油系統(tǒng)，為電液執(zhí)行機構提供12-16MPa的壓力穩(wěn)定的壓力油電液執(zhí)行機構由油動機、閥位檢測器、試驗電磁閥和電液轉換器組成，實現(xiàn)對閥門的控制。
汽輪機的參數(shù)監(jiān)視通常由DAS和TSI(Turbine Supervision Instrument，汽輪機監(jiān)視儀表)系統(tǒng)來實現(xiàn)。測量結果同時送往調節(jié)系統(tǒng)作限制條件，送往保護系統(tǒng)作保護條件，送往順序控制系統(tǒng)作控制條件。機械方面的參數(shù)主要有汽輪機轉速、軸振動、軸承振動、轉子軸向位移、轉子與汽缸的相對膨脹、汽缸的熱膨脹、主軸偏心度、油動機行程等。熱工方面的參數(shù)有主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、凝汽器真空、高壓缸速度級后壓力、再熱蒸汽壓力和溫度、汽缸溫度、潤滑油壓、調節(jié)油壓、軸承溫度等。
轉速控制可以實現(xiàn)大范圍的轉速自動調節(jié)，使汽輪機從盤車轉速逐漸升到并網(wǎng)前轉速，調速范圍為50-3300r/min，調節(jié)精度為±(1-2)r/min，大多數(shù)電調系統(tǒng)是以實際轉速作為測量信號與轉速定值比較，將轉速偏差送入轉速控制回路運算，通過負荷控制回路輸出閥位控制指令，閥位指令作用于閥門控制回路去操作蒸汽閥門的啟閉，達到轉速控制目的。汽輪機升速過程中，轉速定值已預先給定的升速率連續(xù)變化、是一條隨時問增長的直線。升速率的值由汽輪機制造廠提供函數(shù)數(shù)據(jù)，運行操作人員可以根據(jù)汽輪機熱狀態(tài)進行選擇，也可以由控制系統(tǒng)自動選擇。
還有的電調系統(tǒng)采用升速率作為被調量來實現(xiàn)汽輪機升速過程的轉速控制。測取的實際轉速經(jīng)微分后得到實際升速率信號，該信號與給定的升速率相比后得到升速率信號，此信號送至低選環(huán)節(jié)，低選環(huán)節(jié)同時接受轉速偏差信號，取兩偏差值的低值作轉速控制信號。機組升速過程中，由于轉速偏差值很大，故汽輪機按給定升速率控制轉速的上升。升速率可以由運行人員來選擇，也可以由電調系統(tǒng)根據(jù)機組的熱狀態(tài)自動選擇。當汽輪機轉速接近目標轉速時，轉速偏差小于升速率偏差，低選環(huán)節(jié)選擇轉速偏差為控制信號，這時汽輪機轉速很快穩(wěn)定于目標轉速。
對于以上兩種情況，轉速控制還要采取一定技術措施保證汽輪機的安全，一是當升速過程中汽輪機出現(xiàn)工況異常，如振動過大等，應采取閉鎖升速，工況正常后繼續(xù)升速是當汽輪機過臨界轉速的，電調系統(tǒng)應能自動提高升速率，使汽輪機快速通過臨界轉速。
負荷控制是在汽輪機啟動升速過程結束、機組已完成并網(wǎng)任務后開始工作的。負荷控制的功能是通過開環(huán)或閉環(huán)工作方式去控制汽輪機發(fā)電機的負荷。閉環(huán)工作時，以發(fā)電機實發(fā)功率值為測量信號與功率定值相比較，得到功率偏差值經(jīng)負荷控制回路運算后去控制調節(jié)閥的開度，達到調節(jié)功率的目的。開環(huán)工作時，根據(jù)功率定值及頻差信號由負荷控制回路直接給出閥門開度指令。無論應用哪種方式，最終都要使汽輪機實發(fā)功率達到功率給定值。功率給定值回路與轉速定值回路相似，也是根據(jù)目標負荷和變負荷速率給出連續(xù)變化的升負荷指令。變負荷速率通常由運行人員在(0.5%-10%)/min范圍內(nèi)選擇。具有熱應力限制功能的電調系統(tǒng)可根據(jù)熱應力在線計算值限制變負荷速率的大小。
當機組并網(wǎng)發(fā)電后，轉速控制回路的轉速偏差實際上反映的是電網(wǎng)實際頻率與額定頻率之差。當出現(xiàn)頻差信號后，為了調節(jié)電網(wǎng)頻率使之維持在額定頻率(50Hz)值上，可將轉速偏差根據(jù)汽輪機靜態(tài)特性曲線轉換為功率偏差，然后通過負荷回路去調節(jié)機組的實發(fā)功率，使機組參加一次調頻。
2、汽輪機的啟動曲線
汽輪機的啟動過程分為升速-暖機-升速-暖機-升速-沖臨-升速-暖機升速一定速這樣幾個過程。可以看出汽輪機的啟動有點像爬山，當盤車帶動汽輪機啟動以后、打開主汽門，由高溫高壓蒸汽作為源動力推動汽輪機運作，到達一定速度后，汽輪機通過脫扣裝置與盤車脫開，沖轉開始，這個過程中需要監(jiān)視汽輪機是否有異音，到500r/min后，汽輪機保持這個速度運行一段時間，稱為暖機。
圖2 汽輪機啟動曲線
①暖機
暖機主要的目的是使汽輪機內(nèi)部機械強度、各方向應力、部件的熱膨脹、熱變形等指標緩慢上升。然后重新設定升速率和目標轉速，向下一個轉速1500r/min前進，同樣，到了目標轉速后，恒速運行一段時間，設定下一目標轉速2500r/min，到達這個速度之前會經(jīng)歷一個臨界轉速，系統(tǒng)程序會自動設定更高的速率來沖過這個區(qū)域，這個過程稱為沖臨。
②什么是臨界轉速呢?
轉子在運轉中都會發(fā)生振動，轉子的振幅隨轉速的増大而增大，到某一轉速時振幅達到最大值(也就是平常所說的共振)，超過這一轉速后振幅隨轉速增大逐漸減少，且穩(wěn)定于某一范圍內(nèi)，這一轉子振幅最大的轉速稱為轉子的臨界轉速。到2500r/min的時候，還需要暖機一段時間，然后按曲線達到3000r/min，此過程稱為定速。
根據(jù)汽輪機所處的狀態(tài)不同，比如冷態(tài)、暖態(tài)和熱態(tài)，每個過程的升速率和暖機時間會有不同設定值，這樣既保證了設備的安全運行，又節(jié)省了啟機時間。汽輪機從冷態(tài)啟動到正常運行需要的時間跟機組大小有很大關系，大概為3-6h不等。在并網(wǎng)要求下達以后，汽輪機DEH系統(tǒng)接收自動準同期裝置命令，把轉速控制交與自動準同期裝置，實現(xiàn)并網(wǎng)以后，DEH繼續(xù)根據(jù)負荷要求來調節(jié)汽輪機的轉速，實現(xiàn)汽輪機運行速度(3000±2)r/min的要求。
此處僅僅描述了汽輪機啟動的大概過程，實際運用中需要注意很多參數(shù)及系統(tǒng)工況等，因此需要非常仔細。
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