探析汽轮机数字式电液调速系统关键技术

孙怀彬 阮玲辉 陈龙明 刘建刚

摘 要：汽轮机数字电液调节系统主要是在计算机的基础上建立的一种调速系统，汽轮机采用这种系统可以有效地提升对中压阀门的精准控制能力，使得汽轮机在运行的过程中更加的高效，进而有效地降低一些安全事故发生的概率。基于此，本文首先分析了汽轮机调节系统的发展理财和工作原理以及特征，最后对汽轮机数字式电液调速系统关键技术进行了分析，希望对相关人员有一定的帮助。

关键词：汽轮机;数字式电液调速系统;技术

近年来，随着我国工业水平的提升，汽轮机作为工业部门进行生产的动力，在工业生产中的地位也越来越重要，但是当前我国工业中运用的汽轮机主要是以机械调节或纯液压调节系统为主，但是调节精度和自动化程度却不是很高，很难和DCS等控制系统进行通信，而使用数字式电液调速系统可以使得汽轮机的性能更加的优良性价比更高。

一、汽轮机控制系统的发展历程

为了更好地保证机组的安全运行，所使用的汽轮机一定要具备优良且可靠的调节系统，以此来更好地进行工作，当汽轮机组发生故障或是因为一些外界的因素而停止运行的时候汽轮机的控制系统能够采取一定的措施来保证机组的安全。要知道对于不同功能的汽轮机，所采用的调控系统也是不同的。随着时代的发展汽轮机的控制系统也经历了一下几个阶段的变化：

最早的汽轮机所使用的控制系统大都是机械液压式系统，这种系统的工作原理主要就是利用灵敏度较高的弹性调速器和旋转阻尼以及调速泵作为感应汽轮机转速的机构，压力变换器和错油门为进行转换，最后由油动机进行执行构。但是由于受到机械中各个零部件的摩擦等一些因素的影响，这种系统在对汽轮机进行调节的时候反应的速度比较的慢，在很大程度上降低了控制的精度。在上世纪六十年代初期，就开始出现了模拟式的电液调节系统，由晶体管式电子元件信号来完成信息的采集运算以及处理工作，电气控制信号由电液转换器转换成液压控制信号，再由油动机进行。但是由于电子元器件性能比较的差，使得调节系统不是很可靠。之后随着计算机技术的发展，人们逐渐研发出了以计算机为基础的数字式电液调节系统。这种系统的自动化程度高，控制精度也比较的准确，所以数字式电液调速系统得到了迅速发展，当前我国火力发电厂最新安装的机组大都采用数字式电液调速系统。

二、汽轮机数字式电液调速系统的基本原理

汽轮发电机组应用数字式电液调速系统主要是对汽轮发电机组输出功率进行控制，以此来应对因为负荷变化或是电力系统中的一些突发事件况，数字式电液调速系统还可以根据负荷变化或是实际工作的需求来控制汽轮机抽汽或背压处供热蒸汽的压力或流量。从控制学的方面来讲，数字式电液调速系统和串联的比例积分控制调节系统比较的类似，计算机根据对传感器中所反馈信息进行计算和分析的结果，来对执行元件发送命令。所以数字式电液调速系统的工作原理为：在汽轮机组启动和运行的过程中，对汽轮机组的输出功率和蒸汽调节阀的位置进行实时的反馈，并把所接收到的信息以电信号的方式传递给比较元件，在数字式电液调速系统的比较元件接收信号之后后，再通过计算机进行分析和处理，之后再把结果电信号的形式传递给电液伺服阀，相关的工作人员就可以通过调节阀的开度来保证汽轮机组的安全运行。数字式电液调速系统主要是以两种方式来进行运行的，一种是调频方式，另一种是基本负荷方式。当数字式电液调速系统通过调频方式进行运行的时候，如果这是电网的负荷突然减少，就会使得发电机输出频率增加，那么汽轮机发电机组的转速也会加快，测速传感器测的转速后就会以数字信号的方式反馈给比较元件，进而产生负偏差信号，之后再通过比例积分调节器进行校正，此时计算机就会根据反馈的信息来对调节气阀进行控制，进而减少汽轮机组的功率输出。

三、數字式电液调速系统的特点

数字式电液调速系统主要是通过功率和频率的信号来共同对汽轮机组进行调节的，所以和以前的那种的液压调节系统相比数字式电液调速系统具有以下特点，因为数字式电液调速系统是在计算机为主要的控制装置，所以在对信息进行综合处理的时候就比较的高效，还能实现多参量的调节和控制，在很大程度上提升了汽轮机组的自动化水平，使得数字式电液调速系统调节精度更高，使得汽轮机组在运行的时候更加的安全、可靠。

四、汽轮机数字式电液调速系统关键技术

（一）伺服放大技术

在数字式电液调速系统中，要对一些电液伺服阀进行控制，就需要专门设置一个伺服放大的模块，专门来输出、等一些驱动性的信号来控制电液伺服阀，进而更好的和油动机以及线性可变差接变压器构成闭环伺服回路。之前的伺服放大模块大都是采用模拟放大回路，在进行调节的时候不是很方便。随着科学技术的提高，数字伺服放大器逐渐代替了模拟伺服进行控制，油动机行程传感器的信号经过转换之后，在现场可编程逻辑门阵列中和阀位给的定信号进行比较并放大后，在经过转换后输出伺服控制信号到伺服阀，进而达到控制油动机行程的目的。

（二）转速调节系统的超速限制技术

针对当前汽轮机的运行中一些功率负荷不平衡的情况，如果单从转速反馈控制回路来进行处理，那么系统响应和控制品质也会受到相应的影响，所以就需要检测转速微分信号在运行之前进行前馈控制，如加速度大触发超速限制电磁阀。超速限制对象链接与嵌入的过程控制逻辑，可以取消超速限制功能，进而避免因超速限制功能而引起的系统反复震荡问题，另外还降低了因负荷不平衡而导致的安全问题。

（三）基于安全级的数字式电液调速系统关键技术

根据较大功率的核电和火电机组以及石化行业对安全级数字式电液调速系统的高端需求，在进行开发的时候要在安全级的数字式电液调速系统，主要包括基本控制系统和保护系统，并确保数据同步和实时性，实现机组转速回路、负荷控制回路及辅机控制。

（四）快速反馈调节技术

汽轮机作为一种大型是高速大型旋转机械，时间常数小，除对伺服执行机构快速响应要求之外，对控制系统的输入端到输出端的时间响应要求快速，但是一般情况下调节周期小于五十毫秒比较理想，而目前的集散控制系统，由于总线扩展的原因，调节周期普遍在三百毫秒以上，所以针对转速及伺服控制需要开发快速调节的回路。

结论

综上所述，汽轮机使用数字式电液调速系统不但可以使得系统更加的简单，而且还能提升控制的精度，进而使得汽轮机可以实现协调控制和远程调度，极大地降低了汽轮机发生故障的效率，更好地满足了机组控制高度自动化的要求，当前数字式电液调速系统已经成为了汽轮机组的关键系统，使得汽轮的运行效率更加的高效。

参考文献

[1]明仁雄，刘永健.新型数字式电液调速系统[J].液压与气动，2001，1（4）： 25-26.

[2]权少宁.汽轮机数字式电液调速系统关键技术研究[J].微型电脑应用， 2020，36（6）：157-160.

[3]韩建军，陶富利.水轮机调速器新型数字式电液随动系统的应用[J].河北水利水电技术，2004（1）：46-47.