汽輪機純液壓調節(jié)系統(tǒng)與DEH的對比分析

周杰

摘 要：本文主要從對兩種典型汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的對比分析的角度出發(fā)，探討影響調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性和動態(tài)品質的一些因素。

關鍵詞：調速系統(tǒng)；速度變動率；遲緩率；功-頻調節(jié)；液壓調節(jié)；靜態(tài)特性；數(shù)字電液調節(jié)

我們知道汽輪機的調節(jié)系統(tǒng)總是由速度感應機構、傳動放大機構、配汽機構三個基本環(huán)節(jié)構成。典型液壓調節(jié)系統(tǒng)是一種以徑向鉆孔泵為調速器（感應機構）、采用帶兩級放大斷流式雙側進油油動機（傳動放大機構）、采用提板傳動式配汽機構的調節(jié)系統(tǒng)。

在液壓調速系統(tǒng)中，徑向鉆孔泵是常見的一種制造容易、結構簡單的調速器，徑向鉆孔泵出口油壓的變化量Δp1與汽輪機轉速的變化量Δω之間成正比例線性關系，由下式確定：Δp1=2bωΔω （式1-1），b - 一個由工作介質的重度和徑向泵的泵輪結構尺寸決定的常數(shù)。

液壓調速系統(tǒng)中常見的是一種由壓力變換器、錯油門、油動機組成的帶液壓反饋的兩級放大、斷流式雙側進油油動機傳動放大機構。

在穩(wěn)定狀態(tài)下，對該種傳動放大機構，有：bAΔzp=bBΔm （式1-2）；

bA-泄油口A的寬度，Δzp-壓力變換器活塞移動的距離，bB-泄油口B的寬度，Δm-油動機活塞移動的距離，式1-2即Δm= bAΔzp/bB （式1-3），由壓力變換器平衡關系可得：Δzp=ApΔp1/Kp （式1-4）；Ap - 壓力變換器活塞的有效截面積，Δp1- 一次油壓的變化量，Kp-壓力變換器彈簧的倔強系數(shù)；將Δzp代入式1-3得：Δm= （bA/ bB）*（ Ap/ Kp）*Δp1 （式1-5）；若以工作行程表示：Δmmax=（bA/ bB）*（ Ap/ Kp）*Δp1max （式1-6）；調節(jié)汽閥開方向油動機的行程：Δm=Δmmax-Δm=Δmmax-（bA/ bB）*（ Ap/ Kp）*Δp1 （式1-7）；根據(jù)式1-7，可作出這種系統(tǒng)傳動放大機構的靜特性線。

因Δmmax 與調節(jié)汽閥的最大行程相對應，為了保證機組能夠帶滿負荷，需保持Δmmax不變。這樣如果我們改變二次油壓泄油口A的寬度bA與反饋油壓泄油口B的寬度bB的比值bA/ bB或壓力變換器彈簧的剛度Kp，就改變了傳動放大機構靜特性線的斜率。而Δmmax是保持不變的，即改變了Δp1max。我們知道：Δp1max 對應于調速系統(tǒng)靜特性線上的空、滿載轉速變化Δnmax。從而使調速系統(tǒng)的速度變動率發(fā)生了變化。例如，bA/ bB增大，靜特性線斜率由k增大到k，要保持Δmmax大小不變，只有減小Δp1max， Δp1max減小為Δp1max。

相應，滿空載速度差Δnmax也減小。所以，速度變動率δ是減小的。如果，用較粗的彈簧（剛度KP較大）代替壓力變換器的原彈簧，由式1-7可知，即靜特性線的斜率k減小，同樣，要保持Δmmax不變，只有增大Δp1max，即增大了Δnmax，也就是使速度變動率增加了。

在液壓調速系統(tǒng)中，配汽機構通常采用提板式傳動機構。油動機通過三角杠桿及拉桿與裝有調節(jié)汽閥閥碟的提板相連接，提板上移帶動調節(jié)汽閥開啟。在汽輪機的正常運行中，我們可以認為功率僅由蒸汽流量決定的。而油動機的行程和調節(jié)汽閥的開度成正比關系。所以，配汽機構的靜特性線的形狀可以由調節(jié)汽閥的流量特性線的形狀決定。

由感應機構靜特性線、傳動放大機構靜特性線、配汽機構靜特性線，我們就可以得到液壓調速系統(tǒng)的靜特性線。因為，感應機構靜特

性線和傳動放大機構靜特性線的形狀都為直線。所以，調節(jié)系統(tǒng)的靜特性線的形狀與配汽機構靜特性線的形狀相似。因此，傳動放大機構的遲緩率就決定了該型調速系統(tǒng)的遲緩率。同步器起到了平移調速系統(tǒng)靜特性線的作用，在單機運行時，用它調整轉速，可使機組在任何負荷下保持額定轉速運行；并網(wǎng)運行時，它可以調整負荷分配與參與電網(wǎng)二次調頻。

DEH調節(jié)系統(tǒng)其實質也是一種功率-頻率調節(jié)系統(tǒng)，只不過其給定、綜合比較、PID運算功能部分都放在了電子計算機中進行，它是一種多回路多變量的調節(jié)系統(tǒng)，具有較強的適應外界負荷變化和抗內擾能力。而前面所說的液壓調節(jié)系統(tǒng)是一種單沖量的轉速調節(jié)或稱頻率調節(jié)；這種單沖量頻率調節(jié)的一個重要前提是：調節(jié)汽閥的開度與機組的功率成一恒定的比例關系，這個比例關系即前面所提到的液壓調節(jié)系統(tǒng)配汽機構的靜特性。

功率-頻率電液調節(jié)系統(tǒng)由三種基本回路組成：

1.轉速調節(jié)回路

轉速由磁阻轉速探頭測得，經(jīng)DAS系統(tǒng)離散化后，利用計算機強大的運算、邏輯判斷與處理能力完成：與給定值的比較、頻差放大、綜合放大、PID調節(jié)、生成指令信號等任務。然后，指令信號經(jīng)過功率放大器，送往電液伺服閥轉變?yōu)橐簤盒盘?，?jīng)錯油門和油動機去控制調節(jié)汽閥。

在DEH調節(jié)系統(tǒng)中，轉速信號取自于磁阻探頭發(fā)送的經(jīng)轉換后的電壓信號。與徑向泵調速器相比，不存在油壓波動的問題。此電壓信號只隨被側對象的變化而變化。因而能夠對轉速實施更精確的控制。

2.功率調節(jié)回路

機組不參與調頻時，頻差輸出始終為零。機組由功率回路進行控制。由霍爾測功器測出發(fā)電機功率電壓信號后，經(jīng)DAS系統(tǒng)數(shù)字量化以后，再與計算機中的操作員給定值比較，功差送入PID模塊，最后生成指令信號去控制調節(jié)汽閥。

3.功率—頻率調節(jié)回路

機組參與一次調頻時，構成功率—頻率調節(jié)回路，此時，功率調節(jié)回路和轉速調節(jié)回路均參加工作，是一種功率跟隨頻率的綜合調節(jié)系統(tǒng)。頻差信號和功差信號在積分放大模塊中比較。穩(wěn)態(tài)時，頻差輸出與功差輸出大小相等，符號相反。

DEH調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。在功頻電調系統(tǒng)中，機組機組負荷穩(wěn)定后，內回路保持調節(jié)級汽室壓力等于負荷給定值，發(fā)電機負荷信號也等于給定值，所以，電功率校正回路的PI1輸入信號為0，故得（λp+x）-PE=0，而：x=KΔn （存在不靈敏區(qū)時，|Δn|>不靈敏區(qū)）=K（n0-n），PE=-Kn+（Kn0+λp），n=（-1/K）PE+（n0+λp/K），PE-發(fā)電機功率，MW；K-頻率校正環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)，MW·min/r；n、n0—機組的實際轉速、額定轉速，n0=3000r/min；λp-設定值形成回路輸出的功率給定值，MW；x-經(jīng)頻率校正環(huán)節(jié)以后的轉速偏差，MW。

由于DEH系統(tǒng)采用了轉速和功率反饋信號，系統(tǒng)具有如圖1的功率-頻率的靜特性線，且有良好的線性關系。運行中變更功率給定值λP，

可使特性曲線平移（曲線2），從而實現(xiàn)二次調頻，保證頻率穩(wěn)定。轉速不靈敏區(qū)可根據(jù)需要確定，當Δn取得足夠大時，機組不參與一

次調頻，其出力只隨功率設定值而變化（曲線3），圖中為一垂直線。頻率校正環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)反映了系統(tǒng)的速度變動率，即δ=1/K，改變K可以改變特性曲線的斜率；同時改變K和Δn可以改變斜率和縱切距（曲線4），從而獲得不同的系統(tǒng)特性。

參考文獻：

[1]吳季蘭. 汽輪機設備及系統(tǒng).（第二分冊）. 1998.中國電力出版社