1、第五篇 汽机和小汽机电液控制系统第一章 概述编写：杨培成第一节 汽轮机调节系统的发展过程十八世纪欧洲出现工业革命后，英国人瓦特于 1784 年发明了蒸汽机，之后发明了离心摆调速器。它便是最早的调节器。离心调节器的诞生，不断为其他调节器的诞生创造了良好的开端，而且也为自动调节理论的诞生奠定了物质基础。到目前为止，汽机自动调节器的发展已大致经历了四个阶段：最初是以弹簧离心调速器为代表的机构式调速器；在此基础上从提高转速和增大负载能力出发，到本世纪二、三十年代出现了以旋转阻尼和离心泵为代表的机械液压调速器；五十年代后随着控制理论的形成和电子技术的产生和广泛应用，将固态电子技术和高压油动机系统相结合形
2、成了模拟式电液调节系统（AEH） ；七十年代至今，控制理论和计算机相结合形成了数字式电液控制系统（DEH） 。第二节 DEH 的几种常见形式由于汽轮机电液控制系统在设计上要与机组的液压系统组成一个有机体，其形式和功能上必然受液压系统的制约，同时二者相辅相成，不断发展。按液压系统的形式 DEH 系统可分为以下几种类型：电动液压调节系统：一般是在传统的电动机械液压调节系统的基础上改造的，增设转速、功率等调节控制装置，通过相应的电动机与液压调节系统接口，改变液压系统的工作点，以实现转速、功率等参数的闭环调节。此时，液压系统固有的调节特性仍起作用。DEH 控制信号通过电液转换器和同步器电动机与液压系统
3、接口，实现对机组的闭环控制。其中，电液转换器与二次脉动油路构成电液放大器，取代液压放大器，接受 DEH 控制信号，完成对油动机的控制。在原液压系统的脉动油路上并联引出一个油路，连接到电液转换器，使 DEH 通过电液转换器控制脉动油的排油量（或进油量）来控制机组。电调、液调并存切换（或转换）的调节系统：该系统是在传统的液压调节系统的基础上增设电液转换器和切换（或转换）机构，DEH 控制信号通过电液转换器和同步器电动机与液压系统接口，实现对机组的闭环控制。同步器通过模拟脉动油路实现电液跟踪，DEH 可控制切换阀实现无扰切换。在电调位置时，由 DEH 控制的电液转换器的节流控制排油口，取代调速器滑阀
4、控制的油口，从而实现机组的控制。液调工作时，同机械液压调节系统。电调和液调需要自动跟踪和无扰切换，为了使电调、液调之间能够相互跟踪，实现无扰切换，增设了模拟脉动油路和跟踪、切换阀控制回路。纯电调系统：完全取消了液压调节系统的有关转速调节器及放大器，直接用 DEH的控制输出信号经电液伺服阀控制汽轮机的主汽门及调节汽门，能够实现单个阀门的位置闭环控制。一般可分为透平油纯电调控制系统及高压抗燃油纯电调控制系统。图 5-1-1 汽轮机控制系统的几种型式第三节 汽机控制系统包括的内容一、自动检测随着机组容量的不断增大，新蒸汽温度和压力越来越高，需要检测的项目也越来越多，如发电机功率、汽机转速、主蒸汽温度
5、和压力、凝汽器真空、调节级温度和压力、监视段抽汽压力、润滑油压力和温度、汽机转子轴向位移、相对膨胀、轴振动及轴承振动、转子偏心率、汽缸温度、汽电液调节系统(模拟电调或数字电调)液压式调节系统汽轮机控制系统电液并存型 纯电调电液切换型 电液并联型 低压透平油纯电调调压抗燃油纯电调缸及转子热应力、轴承温度、油箱油位、氢气压力等参数。目前均采用以计算机为核心的数据采集系统，自动完成参数的巡回检测、越限报警、报表打印、CRT 显示、趋势判断及事故追忆等功能。二、自动保护汽机控制系统中必须有一套功能完善、动作迅速可靠的保护系统，严密监视反映机组安全的的重要参数，当锅炉、汽机或电气系统出现部分故障后，自动
6、保护系统一方面及时发出报警信息，另一方面能遮断汽轮发电机组，以避免事故的进一步扩大。三、自动调节汽机控制系统除应具有良好的静特性和动特性外，还应具有灵活多样的控制方式。对于单元制大型中间再热机组，不仅要求能受控于操作员的操作，同时还能接受机炉协调控制系统的指令，接受电网自动调度系统的远方调度命令，参与电网调频与调峰。其被调量，主要是汽轮机转速、功率、机前压力。有些机组也将汽机热应力作为被控量。四、自动启停目前，大功率机组的汽轮机控制系统均设计有寿命管理功能，机组根据转子热应力确定升速率、升负荷率，由计算机实现自动启停。充分利用计算机的数据处理能力计算转子的应力，利用计算机的逻辑处理能力，识别机
7、组的状态，根据进程选择控制策略，保证启停过程的安全性。第四节 汽机电液控制系统的功能一、汽机电液调节系统的基本功能主要有： 自动升速及转速控制功能； 自动临界转速处理功能； 自动升负荷及电功率闭环、开环控制功能； 一次调频功能； 超速试验功能； 与电气同期系统接口实现自动并网功能； 与机炉协调控制系统接口参与协调控制功能。二、根据 DEH 系统的规模和具体机组整体自动化水平的要求，某些汽轮机组数字电液控制系统还分别具有以下功能： 超速保护功能； 快关保护功能； RUNBACK 功能； 主汽压力低保护功能； 阀门管理功能； 高中压缸联合启动及中压缸启动功能； 节流调节和喷嘴调节切换功能； 汽机主
8、汽门冲转功能； 与旁路系统接口功能； 汽机疏水门自动控制功能； 阀门活动试验功能； 将汽机保护和调节系统一体化； 转子热应力计算及应力控制功能； 将机组自启动程序和调节系统一体化设计，实现机组自启停控制； 与电网自动调度系统接口功能； 汽机侧主要参数采集处理及 CRT 图象显示、报警打印、事故追忆功能； 与机组 DCS 系统通讯，实现数据共享功能； 控制系统的自诊断功能。第五节 汽机电液控制系统的若干特点一、控制装置广泛采用以分散控制系统为基础的控制设备，重要处理单元冗余设置，系统分级布置，提高了系统的可靠性和灵活性。二、在老厂机组改造方面，以全电液调节或电液并存调节方式代替传统的液压调节系统
9、，新增 DEH 系统一般只设计基本控制功能，以便于实现汽机转速、负荷的远方手动/自动控制，实现与机炉协调接口，提高机组的自动化水平。三、现代大型汽轮机电液控制系统具有以下特点： 机组应力计算及其控制的投入，提高了机组的运行寿命的管理水平。 运行方式的多样性，如节流调节和喷嘴调节的切换、中压缸启动及高中压缸联合启动方式选择的实现等，使机组更加灵活，提高了机组启停及正常运行的安全性和经济性。 机组自动保护系统、自动检测系统、自动调节系统、自动启动系统日趋完善（有些机组采用了一体化设计） ，简化了运行操作，提高了系统安全可靠性。参考文献书籍1 西安交通大学、浙江大学合编大型汽轮机起停及试验调整北京：电力工业出版社，1981 年，186202 页2 徐基豫等锅炉汽轮机自动调节机械工业出版社1998 年，273324，379390 页3 中国动力工程学会火力发电设备技术手册第二卷机械工业出版社1999 年，11-111-21 页4 华东六省一市电机工程学会600MW 火力发电机组培训教材热工自动化卷中国电力出版社2000 年，23115 页5 高伟 300MW 火力发电机组丛书 第四分册计算机控制系统中国电力出版社2000 年，343435 页
