背压式的抽汽背压式汽轮机电液调节系统

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1、1。背压式汽轮机调节11.1 背压式汽轮机工作过程 11。2背压式汽轮机液压调节系统21.3背压式汽轮机电液调节系统（DEH） 41。3.1背压式汽轮机电液调节系统构成51。3.2背压式汽轮机电液调节系统的基本原理81。3。3 背压式汽轮机电液调节系统的主要功能101。3.4背压式汽轮机电液调节系统的性能指标141。3。5 DEH控制系统设计要求141。3。6 调节保安系统152. 抽背式汽轮机调节172。1抽背式汽轮机工作过程172.2 抽背式汽轮机电液调节系统182。2。1 工作原理182。2。2 基本功能202.2.3 性能指标202。2.4 DEH控制系统要求202。2.5调节保安系统

2、 （见图11）211。背压式汽轮机调节1.1背压式汽轮机工作过程背压式汽轮机是一种既供电又供热的电热联供的汽轮机,背压式汽轮机工作原理示意图如图 1 所示器TVXGVV2去热用户图 1从锅炉来的新蒸汽经过主汽门TV和调节阀门GV谜 入背压式汽轮机中膨胀做功。从背压式汽轮机排出的具有 一定压力的蒸汽通过阀门 V2 进入热用户的热网。这种以 电热联供的背压式汽轮机，可以提高循环效率，降低煤耗， 达到充分利用能源的目的.由于热用户对所需蒸汽的质量有一定的要求 ,即要求 背压保持一定，而流量是变化的。但因背压式汽轮机排汽的压力是基本保持不变的，所以蒸汽流量的改变必将引起发电量的变化。因此，电用户和热用

3、户之间如何协调工作是背压式汽轮机调节系统的任务背压式汽轮机通常有两种运行方式，一种是按电负荷进行工作,另一种是按热负荷进行工作，根据不同的运行方式，对调节系统的要求也不尽相同。按电负荷工作的背压式汽轮机通常与其它热源共同向热用户供汽。热用户所需要的蒸汽量除了由背压式汽轮机提供外，还应有其它汽源。例如：抽汽式汽轮机，低压锅炉或锅炉的高压蒸汽经减温减压器等方案。汽轮机供给热用户的蒸汽量取决于电负荷的 要求，供汽量的变化由其它汽源加以补偿.在这种情况下，背压式汽轮机按照满足电用户 需要的运行方式工作，其调节系统和凝汽式汽轮机没有差别，即转速或负荷调节。调速 器的作用是调节背压式汽轮机的转速。热用户所

4、需的一定蒸汽压力的蒸汽是通过调节其 他汽源供汽量来保证。这时背压式汽轮机的调压器实际上是不起作用的。大多数情况下，背压式汽轮机是按热负荷特性进行工作的,这时通过汽轮机的蒸汽 量随热负荷变化而变化,汽轮机的功率由热负荷决定,电能的需要由并列运行的其他机组 来承担。按热负荷运行的机组，所需的蒸汽量由调压器进行调节.当热用户所需用蒸汽量增 加时,蒸汽管道中流出的蒸汽流量增加，因此流量平衡破坏，蒸汽压力降低，调压器测量 到压力变化信号，经放大器传给执行元件,由执行元件开大调节阀门，增加进汽量，达到 新的蒸汽流量平衡,保持背压基本不变。当用户所需的蒸汽量减少时，各元件作用原理相 同，但方向相反，同样可达

5、到背压基本不变的目的。在热负荷变化时，背压式汽轮机的电负荷也将引起相应的变化。因此，必定引起 电网的平衡状态被破坏，导致电网周波的变化,这时电网中所有的机组根据各自调节系统 的静态特性进行负荷分配，即一次调频，改变各台机组的输出功率，建立起电网新的平 衡关系。背压式汽轮机中装有调速器，它的作用是在机组并网时使机组与电网同步 ,在机组 并网后，按调节系统的静态特性曲线参加电网的一次调频，在机组甩负荷时进行转速调 节，避免机组超速.1.2 背压式汽轮机液压调节系统GV去热用户背压式汽轮机液压调节系统示意图见图 2，在该系统中有两个敏感元件，即转速调节丨 器1和压力调节器2,当汽轮机按热负荷工| 作

6、时，汽轮机并入电网，转速保持不变，因此| 调速器滑环的位置也不变。|热负荷的增大将引起排汽管道中的压力下降，由于压力调节器2的作用，通过杠杆使错油门4下移高压油P。经错油门4进入图2到油动机5活塞下油室，使调节阀门开大，增加汽轮机的进汽量，从而使背压升高，建 立新的平衡状态，当油动机活塞上移时，错油门4滑阀也上移,堵住了高压油P。到油动 机的通路，油动机维持当前开度。当热负荷减少时，调压器的动作方向与上述相反.图3从图 2 所示的背压式汽轮机调节系统原理 可见，当调速器滑环不动时，不同的调节阀位 置，对应不同的调压器活塞的位移 ,因而压力 调节系统是有差调节系统.根据各元件的静态 特性，可以做

7、出调压系统的静态特性曲线 ,见 图 3.它的绘制方法与转速调节系统的静态特 性曲线相似，图中第 II 象限的曲线表示压力 调节器的位移以与汽轮机背压P之间的关系. 第皿象限的曲线表示压力调节器的位移以与油动机位移辽之间的关系。第IV象限的曲 线表示蒸汽流量与油动机位移AZ之间的关系。由这三条曲线可用作图法求出第I象限 中压力调节系统的静特性曲线。调压系统的不等率的定义和调速系统相似，它定义为最高压力 PMAX 与最低压力Pmin之差与平均压力Pa之比。在实际应用中,为方便起见通常用额定压力P。带替平均 压力Pa。因此压力不等率可表示为：S p二卩吶卩罰 AP maxPaPO改变调压器弹簧的预紧

8、力，可以平移调压器静态特性曲线,使压力调节系统的静态特 性平移.改变调压器弹簧的刚度，可以改变调压器静态特性曲线的斜率,使压力调节系统 的不等率值改变。当几台背压式汽轮机并列运行时,压力不等率决定各机组之间的热负荷分配 .压力不 等率除了影响压力调节系统的静态特性以外，还与调压系统的动态过程有密切联系，它 将影响系统的稳定性及过渡过程的品质。由于热负荷对调压系统的静态精度要求较低，压力不等率6 p取的较大，通常为 10% 20%,有利于压力调节系统的稳定性.1。3背压式汽轮机电液调节系统（DEH）通常背压式汽轮机容量较小，一般在25MW、50MW,因此在系统油源的选择上基 本上都选择低压透平油

9、系统，这里只以透平油系统为例，介绍背压式汽轮机 DEH 控制 系统。1.3。1 背压式汽轮机电液调节系统构成背压式汽轮机DEH控制系统的结构如图4所示。图 4闸打动手机2A iL ,JSI图中:1、自动关闭器 2、危急遮断错油门3、启动滑阀4、调节阀油动机 5、电液转换器背压式汽轮机DEH系统可分为调节和保安两部分。保安部分由自动关闭器 1，危急遮断器 2,启动滑阀3,跳闸电磁阀 S1 等部件组成，其 核心部件是危急遮断器，它接受机械超速，手动打闸,跳闸电磁阀的跳闸指令和启动滑阀 的挂闸指令，完成机组快速打闸停机以及挂闸开主汽门等任务。调节部分由电液转换器 5，油动机 4 组成，用于机组的调节

10、控制.根据所选设备的不 同，可以构成伺服型，也可以构成比例型执行机构，对伺服型执行机构，油动机,电液转 换器和控制装置中的伺服卡一起构成阀门伺服控制系统，实现阀门的定位控制，而对比例型执行机构,电液转换器接受控制装置的电信号并按比例确定阀门开度。 背压式汽轮机 DEH 的核心是电控装置，各过程信号的测量、监视、操作、控制、 逻辑运算等都在电控装置中完成。系统还有超速保护电磁阀S2,当机组甩负荷时，通过S2电磁阀快速泄掉油动机错油门下脉动油，使调节阀门迅速关闭，防止汽轮机超速。 背压式汽轮机的控制特性由计算机软件实现。DEH控制装置DEH 控制装置包括机柜，工程师站，操作员站。控制机柜装有计算机

11、，模拟量，开关量和脉冲量的输入/输出组件，通讯接口组件和电源等，完成数字运算和逻辑运算，输出控制与保护指令。工程师站：建立和管理数据库，用于 DEH 系统开发，调试和维护,当该站处于在线 状态时，可监视操作员站全部功能等，有 时与操作员站合二为一。操作员站：可选择 DEH 系统控制方 式,修改设定值和控制参数，操作控制系 统，显示和确认报警等。电液伺服机构透平油电液调节系统的供油是由汽 轮机主油泵提供,压力是20kg/c（ 1。图 596Mpa）它为液压系统提供压力油，调节 油和保安油，电液伺服机构主要是指电液转换器和油动机，在小容量机组中，电液转换器多采用进口的TM25和DDV型，TM25

12、(TA10)是美国WOODWARD公司生产，它是一个输出位移型的电液转换器，双线 圈，输入电流20200mA,输出位移是25。4mm,这种类型电液转换器在实际应用中需要 加装转换阀，并需配置专门的油源。TM25 电液转换器与油动机组成伺服控制回路如图5 所示。由图5可知，电液转换器，即TM25，它加了一个转换阀，控制油动机错油门下的 脉动油，错油门下的恒定油压由油动机反馈滑阀的排油来维持，油动机压力油由主油泵 供给。TM25 的供油是由专用的供油系统供给，以使其不易卡涩，能可靠的工作。目前用的最多的电液转换器 是DDV它是MOOG公司的产品， 它与油动机组成的电液伺服控制回 路见图 6图 6油

13、动机的压力油是由主油泵 输出的P。直接供给,而电液转换器 用油，为了防止卡涩，提高可靠性， 需将P。经过精密滤油器，当然也可以采用独立油源,只是价格昂贵。油动机反馈滑阀取消了，取而代之的是测量油动机活塞杆的位移，用线性差动位 移传感器(LVDT)，作为伺服控制回路的位移反馈信号。图中可调节流孔D用来调整初 始位置及满足从全关到全开的关系。1.3。2背压式汽轮机电液调节系统的基本原理背压式汽轮机DEH控制系统原理图如图7所示：图 7该系统设有转速控制回路,功率控制回路，背压控制回路及OPC控制和超速保护等 基本控制以及同期,调频限制，信号选择，判断等逻辑。DEH控制系统通过控制调节阀门GV，实现

14、对机组的转速（或负荷）和排汽压力的 控制。转速控制回路转速控制回路完成机组启动升速，快速通过临界转速，同期以及O PC超速控制和 正常停机及危急停机控制。该回路的核心部分是“转速设定值它受转速给定,转速变化率，超速试验和同期给 定等控制，它与机组的实际转速（经3取2）反馈进行比较，其差值经PID调节器，控 制调节阀门，实现转速闭环控制，同时将机组实际转速送到 OPC 超速控制和机组超速 保护回路。功率控制回路功率控制回路完成机组并网后，带初始负荷及正常运行时的功率控制，它的“负 荷设定值”受负荷给定，负荷变化率及功率限制的控制。“负荷设定值”经一次调频信 号修正后与机组的实际功率反馈信号进行比

15、较，其差值经PID调节器，它与机组背压控 制回路输出流量信号切换选择工作，被选中的信号经电液转换器油动机去控制调节阀门 GV。背压控制回路在背压式汽轮机中，背压调节回路是基本工作回路，“排汽压力设定值”受背压限 制及背压调整控制,它与实际背压进行比较，其差值经 PID 校正器,变为流量信号，它与 功率控制回路输出信号进行切换选择,然后通过电液转换器，油动机去控制调节阀门 GV. 启动运行方式通常,背压式汽轮机为母管制运行，在额定参数情况下启动,当由 DEH 系统控制启动 时，与冷凝机组一样,主汽门全开，控制调节阀门 GV 启动,进行冲转，升速，暖机,快速 过临界,定速，同期，并网带初始负荷，直

16、至带全负荷 .当汽轮机的排汽量或排汽压力达 到热网要求时，DEH控制系统切到背压控制回路运行。一般来说，背压汽轮机先并入热网后，再并入电网，即先带热负荷，后带电负荷。1。3.3 背压式汽轮机电液调节系统的主要功能汽机复位(挂闸及开主汽门)摩擦检查机组启动时,尤其是大修后首次启动，经常需要进行摩擦检查，为此，在 DEH 控制 系统中，设置有摩检功能，当机组控制高调门启动时，可选择摩检功能，此时， DEH 控制系统将目标转速设置在500rpm (可修改)，当机组转速升至该转速时，瞬间关闭 调速汽门，切断汽机进汽，机组惰走，由运行人员进行听音，检查机组是否有摩擦，完 成摩擦检查.升速DEH 控制系统

17、中有自动升速和手动升速的功能，通过控制调节阀门的开度,实现转速 闭环控制.小功率机组通常采用管制运行,而且冷态启动采用额定参数。 而冷态启动时,往往采用调节阀门全开，手动控制主汽门前的电动主闸门的旁通门， 对机组转速进行开环控制。因此，DEH设有几种升速方式，介绍如下：(1) 自动升速DEH 根据运行人员选定的升速率，暖机转速，暖机时间自动完成冲转，暖机,过临 界，3000rpm定速全部过程。在升速过程中，运行人员可根据实际情况，通过保持命令使机组进入恒速运行或 切换到手动运行方式.(2) 手动升速DEH 按照运行人员给出的升速率，由运行人员手操转速“加“减”控制机组升速, 但在临界转速区，将

18、自动越过，以保证机组安全.（3）电动主闸门旁通阀手动升速在 DEH 中，将转速控制设于“手动 方式，通过“转速加”命令将转速设定在 2850rpm/min（可调参数）,使各调门全开，由运行人员手动开启电动主闸门旁通阀冲动 转子进行升速。当机组达到上述定值后，调门逐渐回关，转速控制自动转为由DEH通过控制调节 阀门实现闭环控制,电动主闸门逐渐全开，转速由DEH维持在2850r/min，后续操作与 手动升速相同。DEH具有超速保护功能，当机组与电网解列并出现超速时，DEH首先按一定比例 关小调门，抑制转速飞升 ,当转速达到 103%时，调门全关。如转速继续飞升达到 110%时，DEH将输出停机指令

19、使机组跳闸以保证安全。DEH 还具有控制机组完成超速试验功能,当机组定速后，需要做超速试验时，运 行人员可通过操作命令“超速试验”来启动该功能，此时 DEH 控制机组均匀升速 至超速保护动作。作机械超速试验时，DEH将屏蔽电超速保护输出。超速试 验的升速上限为 3360rpm/min 时， 如超速 保护未动而 转速达到 3360rpm/min时DEH将退出超速试验逻辑，并控制转速在3000rpm/min维持运 行。DEH 具有相应控制逻辑完成主汽门严密性试验同期与并网当机组完成启动升速后，达到同步转速范围（2950 3050rpm ）即可进行同期 操作。由运行人员选择“手同期”或“自同期”。（

20、1）手同期在手同期方式下，DEH接受运行人员的转速“增”“减”命令调整机组转速直至 并网。（2）自同期在自同期方式下,DEH接受自动准同期装置发出的转速“增”“减”命令调整机 组转速直至并网。初负荷机组并网后，DEH立即自动使机组带上一定初始负荷（35%,用户根据需要进 行调整）以防止逆功率运行。电功率闭环控制该控制回路可以用来对机组进行各种变工况调节， DEH 根据运行人员给定的负荷 变化率与负荷目标值控制机组负荷的增加或减少，该回路可与其它回路进行无扰切换。 一次调频限制功能由于电网运行的需要，机组需具备一次调频功能 ,即要满足一定的功频特性,但有时 又不希望参与调频运行，为此，在 DEH

21、 中设有调频限制逻辑，当系统运行于功率闭环 时，运行人员根据需要进行“频限投/切操作，即可决定机组是否参加一次调频运行。 背压闭环控制背压闭环控制是 DEH 基本控制回路，它通过控制调节阀门的开度维持背压不变， 满足排汽量的要求。手动控制机组负荷该控制方式下,由运行人员手操“增”“减操作来改变调门的开度,从而达到调整机 组负荷和排汽压力的目的，它赋予运行人员最大限度的权力与灵活性，同时,它又是各闭 环控制回路的后备，当这些回路出现故障（如测量信号失效）时， DEH 自动切换到手 动控制方式.通讯在 DEH 中设有标准通讯接口，用以实现与 DCS 等其它系统的数据交换，以便实现 事故追忆，报表打

22、印，生产管理等功能。完善的自诊断及自保护DEH 具有较完善的自诊功能,可检测出模板级，通道级的故障点，同时还有相应逻 辑对运行人员的操作命令进行检查以防止误操作.同时,当诊断出某种故障时,系统自动将 其输出锁定在当前值或退出到某一安全状态。参数监视及画面显示在 DEH 操作站设有下列显示画面，供运行人员了解机组及系统的当前状态。工艺流程趋势曲线 运行参数 系统状态 HPU 状态（如果有的话） 报警信息 操作信息 过程变量及内部相关参数 其它历史记录及报表打印在 DEH 操作站中设有历史记录报表打印功能。1。3。4背压式汽轮机电液调节系统的性能指标 转速控制范围:03500rpm，精度：1rpm

23、负荷控制范围：0105%, 精度：0。5% 转速不等率：36连续可调 系统迟缓率:0。1%机组甩额定负荷时，维持空负荷稳定运行，转速超调量7%背压不等率：0 20%连续可调。1. 3。5 DEH控制系统设计要求 DEH 系统采用冗余设计 电子硬件是由以微处理器为基础的控制器 ,操作员站和工程师站组成，互相联 系以网络形式实现。 DEH 与 DCS 通讯符合国际标准控制系统控制周期50ms 主要测量参数采用三取二逻辑 系统供电电源冗余 系统具有可靠的屏蔽接地和抗干扰措施 输入输出采用有效的隔离措施 在工程师站，用户可以方便地在线编辑 ,修改和下载系统参数，并能够对操作 画面进行调用和修改，能够对

24、运行人员的操作进行监视和记录。DEH 的软件系统由系统软件，应用软件组成,系统程序主要有多任务处理，中断处理,事故处理等功能。1.3.6 调节保安系统调节保安系统（见图8）是指背压式汽轮机DEH控制系统中的液压部分，其中由电液转换器和油动机组成的伺服机构，它接受 DEH 控制系统输出的控制信号，调节阀门的开度。而保安系统包括,启动滑阀，自动关闭器，危急遮断器，危急遮断器杠杆 ,危急 遮断器错油门，及由电磁解脱器,喷油试验滑阀，操作滑阀，超速试验滑阀和超速限制滑阀组成的保安操纵箱等。图8i -i s*I 1M1YJ危急遮断器设有两套飞锤式撞击子，分别控制两个危急遮断错油门，当机组转速超过1111

25、12的额定转速时，撞击子飞出，打到危急遮断器的杠杆上 ,使危急遮断器滑阀 下移，泄掉自动关闭器及油动机错油门下的脉动油压,致使主汽门和调门全部关闭，机组 停机。在机组带负荷正常运行期间,利用喷油试验装置，可左右移动危急遮断器杠杆，进 行撞击子压出试验.为防止主汽门长期不动卡涩，自动关闭器设有活动滑阀，能在机组运行时，进行 自动关闭器活塞活动试验.DEH系统中，还设有超速限制滑阀，当DEH控制系统输出OPC超速控制信号时，OPC 电磁阀动作，控制超速限制滑阀，使调节阀油动机错油门下脉动油泄掉，迅速关 闭调速汽门，防止超速.2.抽背式汽轮机调节2。1抽背式汽轮机工作过程热电联供机组，除了有抽汽式，

26、背压式,还有抽汽背压式汽轮机，这种汽轮机工作过程见图 9。D1由锅炉来的新蒸汽 D1， 经过高压调节阀门V1进入高 压缸膨胀做功N1,高压缸排 汽分为两路,一路是抽汽，抽汽 量为De，去热用户，另一路 是流量D2，经低压调节阀门V2 去低压缸继续膨胀做功图 9N2 ，最后从低压缸末级排出的具有一定压力的蒸汽供给另一热网.抽背式汽轮机即具有抽汽式汽轮机的特点，同时也具有背压式汽轮机特点，因此 它的运行方式，要么按电负荷运行，要么按热负荷运行，通常这种小容量的热电联供机 组大都是以热定电。若按电负荷工作时,抽汽控制和背压控制切除，其热负荷将取决于电负荷的的要求， 供汽量的变化将由其它汽源加以补偿，

27、若按热负荷工作时,电负荷控制将切除，机组的电 功率将取决于热负荷的要求，电网负荷的变化将由其它机组补偿,这时抽汽量与排汽量在稳态时，关系如下：De=D1-D2 (1)DbD2 (不计非调整抽汽量)(2)当抽汽量要求增加时，即ADe,抽汽压力降低，若抽汽调节回路能使高压调节阀V1开大,低压调节阀 V2 稍关小或不变，抽汽量可能增加为：ADe=AD1+AD2 (AD2-0)(3)从而得：ADbD2=0(4 )当抽汽量要求减少时，工作原理相同，只是高低压调节阀门动作相反.由式(3 )和( 4)可得结论，抽汽调节回路和背压调节回路可按牵联调节设计.当抽汽 量要求增加时,而背压可以保持不变。当汽机排汽量

28、要求增加时，背压降低，若背压调节回路能设计成使高压调节阀门V1 和低压调节阀门V2同时开大，排汽量增加值为：ADb=AD2同时由于V1和V2是同一方向开度，可得AD1二AD2即ADe=AD1AD2=0由此得知：抽背式汽轮机电液调节系统应设计成:转速调节，功率调节和抽汽与背压调节。 并且，抽汽与背压调节设计成牵联调节特性。2.2抽背式汽轮机电液调节系统2。2。1工作原理抽背式汽轮机电液调节系统原理框图如图10所示。转速调节回路转速调节回路完成机组的启动，升速，快速通过临界转速，同期以及OPC超速控 制，和机组正常停机或危急停机控制，该回路的核心部分是“转速设定值”它受转速给 定，转速变化率,超速

29、试验，同期给定和暖机时间给定的控制,它与机组的实际转速（经 3 取 2）反馈，进行比较,其差值，经 PID 调节器校正输出，经电液转换器,油动机，去控 制高压调门V1,实现转速闭环控制，同时机组的转速还送到OPC超速控制和机组超速 保护回路，该回路与功率控制回路进行选择切换。图 10功率调节回路功率控制回路完成机组并网后的带负荷及正常运行时的功率调节，该回路的“功率 设定值受功率给定，功率变化率，功率限制的控制。“功率设定值经一次调频信号修 正后，与机组的实际功率反馈进行比较，其差值经PID调节器校正输出与热负荷控制回 路选择切换后,经电液转换器油动机，去控制高压调门，实现功率闭环控制。 热负

30、荷控制回路热负荷控制回路包括，抽汽调节回路和背压调节回路，两个回路设计成牵联调节,其输出可同时控制，高压调节阀的1和低压调节阀门v2实现静态自整，解藕方程式如下：V1=C11Pb+C12Pe（5）v2=C13Pb+C14P4（6）通常也有把抽汽调节回路和背压调节回路设计成非牵联调节，式（5）和式（6）中, 取 C11=1，C13=0，C12=0，C14=1 即可。2。2。2基本功能与背压式汽轮机相比，抽背式汽轮机控制系统中 ,除了抽汽控制与牵联调节外,其它 功能完全相同，故不再详述。2.2。3性能指标同背压式汽轮机2。2。4 DEH控制系统要求同背压式汽轮机2。2。5调节保安系统 （见图11）其保安部分与背压式汽轮机完全相同。