张利民
（黑龙江省双鸭山市友谊县友谊镇国电友谊生物质发电有限公司）
摘要：在火力发电厂中，应用最广泛的原动机就是汽轮机，其具有很多优势，如有很大的单机功率、较长的使用寿命及效率比较高等。随着科技的快速发展，汽轮机的热工控制系统日趋成熟，但其有很强的功能性，涵盖汽轮机组运行的各程序，就难免出现故障问题。本文对汽轮机控制系统存在的故障进行分析，并提出相应的改进措施。
关键词：汽轮机控制系统；分析；改进
一、概述
随着发电厂容量的增加和参数的提高，设备的投资越来越大，对机组运行状况要求越来越高，控制系统所涉及的内容很广，对安全性和经济性的要求提高新高度。在保证安全的基础上，怎样确保火力发电厂输出电力的品质，降低发电成本，是火力发电厂的主要目标。锅炉、汽轮机和发电机是火电厂三大设备，而汽轮机及其控制系统在火力发电厂中对保证电力品质和整套设备的经济运行有重要的作用。
在火电厂的装机容量增大的同时，机组的运行参数也高，控制系统分散，技术更先进、功能更强大和完善，向智能化和现场总线控制方向发展，对汽轮机控制系统，随着机组的运行参数的提高，以往的机械液压式调节系统已无法满足生存的要求。现在在大型汽轮发电机组中，DEH（数字式电液控制系统）系统的应用已经很普及。
二、汽轮机性能分析
1.对汽轮机的给水回热系统分析
该系统是把一部分蒸汽从汽轮机中抽出，并通过输汽管道送达加热器中，来对锅炉给水进行加热，和之相对应的热力循环与热力系统称为回热循环和回热系统。另外，在火电厂的汽轮机采用的回热系统最初主要是为增大机组的热循环效率，避免冷源的过多损失，而实际运行中，采用给水回热加热，由于提高了给水温度，削弱了锅炉受热面和锅炉换热的热量损失，这样就很好地提高了设备运行的可靠性与经济性。
2.给水加热系统――高压加热器
高压加热器的工作主要是依据热力学第二定律，高压加热器都是表面式的加热器，通过管子来作为传导面，再通过汽轮机的抽汽进入加热器壳体，在汽轮机的管子中通过蒸汽凝结进而来释放热量，蒸汽的放热量通过传热面金属管壁传递给管内给水，进而有效地增加了给水温度。由于目前火电厂中大多采用了给水高压加热器，使得电厂的热经济性得到了很大的提高，高压加热器的运用能够快速提高给水温度，一方面能够大幅减少难以逆转的热温差损失，另一方面还能够减少工质在锅炉中所吸收的热量，这对燃料的节省，热经济性的提升等都大有裨益。根据相关数据显示，正常使用中若不使用高压加热器，电厂所发出的的电力往往要减少十分之一左右。
三、汽轮机的控制
1.汽轮机控制的操作性
汽轮机的启动是汽轮机控制的关键环节，对于启动过程，经过一系列的控制设计后，共振区内，基本已经实现自动速率提升的目标，当运行过程中，转速超过临界转速区后，会以设定速度冲过共振区，最大程度上减小了人为操作过慢所带来的弊端。
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2.汽轮机控制系统自动化
汽轮机运行过程中，其控制系统自动化水平的高低会对机组的经济性和安全性产生影响，为了提高这一方面的效益，现今的火电厂大都采用了协调控制系统，合理地将汽轮机与锅炉燃烧连到了一起，有效缩减了汽轮机控制的中间环节，形成了单一的执行机构，大大增强了机组运行的稳定性，也节省了大量的人力。
3.汽轮机的经济运行
汽轮机火电机组的运行有2种方式，第一，传统的滑压运行，在任何负荷的情况下，全开所有的调节阀门，使部分负荷下节流损失最小，换言之，即通过调节主汽压力来调节负荷。第二，一部分调节阀门全关，一部分则全开，这种滑压运行方式既能维持一定的主汽压力，也能满足进汽量的要求。这两种运行方式中，第二种运行方式的经济性较高且节流损失小，第一种运行方式带来节流损失，经济性低，现今机组很少采用。
4.基于热经济学理论的热力性能分析
热力系统随着电厂汽轮机组单机容量的不断增大而变得越来越复杂，不论是电厂的设计还是运行，掌握热力系统性能的分析方法是至关重要的。现在比较普遍的电厂热力系统分析方法主要是依据热力学第一定律、第二定律为核心的分析方法，即上文介绍的能量分析法――热耗率法，这种方法简单易行，因而通常的热经济分析主要采用此方法。但是热耗率法的分析通常只着眼于能量的数量而不能反映能量的质量因素，其分析结果不能全面反映能量的实质。因此热经济学分析方法将热力学与经济学结合起来，结合热耗率分析方法，解决了传统分析方法中的不足。
四、汽轮机的超速保护控制系统（OPC）
1.机组超速保护控制系统工作原理
OPC超速保护由中压调节汽阀快关作用（CIV）负荷下跌预测功能（LDA）和超速控制功能三部分组成。OPC压力信号取自再热蒸汽压力，也代表汽轮机的机械功率，该压力在机组甩负荷时会大幅度变化；为机组转速信号，需经过“三选二”处理，从中挑选正确的信号。
（1）负荷部分下跌、快关中压调节汽阀功能（CIV）
当发电机负荷下跌，汽轮机机械功率超过发电机功率的某一预定值而引起超速时，控制保护逻辑使CIV的触发器置位，在0.15s内迅速关闭中压调节汽阀。如果此时发电机的励磁电路是闭合的，表明机组只是甩去一部分负荷，关中压调节汽阀使机械功率减小，用以适应外部负荷的下降，避免继续超速。在一定时间内，若机组转速不再升高，再重新打开中压调节汽阀。该功能适用于电网的短期故障，保证发电机仍可在线继续运行，从而保证电网的稳定。
（2）负荷下跌预测功能（LDA）
该功能是基于负荷大幅度下跌、励磁电路断开、机械功率仍保持在30%额定功率以上或再热器压力出现低限故障情况下的一种保护措施，目的是为了避免机组超速过大，引起危急遮断器系统动作。此时，由LDA置位并发出请求，关闭高压和中压缸调节汽阀，机组自动转入速度控制方式。当励磁断开一段时间后（1～10s），转速小于103% 时LDA复位，OPC电磁阀断电，EH系统重新建立总管油压，中压调节汽阀重新被打开，高压调节汽阀仍受DEH的控制，在转速达到额定转速后，再行重新并网，缩短机组重新启动的时间。
（3）机组超速功能
不论机组是转速控制还是负荷控制，只要转速超过103%，而且信号可靠时，超速控制器的逻辑系统都要输出控制信号，快速关闭高压和中压调节汽阀。如果此时的超速是由于负荷下跌引起的，其保护系统还可以加速关闭中压调节汽阀。
2.OPC电磁阀的连接及其工作原理
OPC控制模块由两只并联布置的超速保护电磁阀及两个逆止阀和一个控制块及相关表记组成超速保护（OPC）电磁阀组件。它们是由DEH控制器的OPC部分所控制，正常运行时两个OPC电磁阀是常闭的，封闭了OPC母管的泄油通道，使高、中压调节汽阀执行机构活塞杆的下部建立起油压；当汽轮机运行转速超过103额定转速时，DEH控制系统OPC控制器发出动作信号，这两个电磁阀就被励磁打开，使OPC母管油液经无压回油管路排至EH油箱。这样相应的调节阀伺服执行机构上的卸荷阀就快速开启，使各高、中压调节阀迅速关闭。
在OPC电磁阀组件上有一节流孔，该节流孔的作用是将压力油经此节流孔后补进OPC控制油母管，并通过AST电磁阀组件上与OPC控制油路隔绝的两个逆止阀补进AST控制油母管，这样在机组启动时迅速建立OPC控制油母管及AST控制油母管的压力，缩短OPC控制油及AST控制油母管的充油时间，使机组能够快速启动。
结语
汽轮机运行中，热工控制系统是十分重要的组成部分，所以应将故障防范和故障检修有机结合起来，通过前期的检测将问题及时发现，并采取一系列的措施来进行整改，保证机组运行的安全性和可靠性。
参考文献：
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[2]卢广盛，覃小光，黄连辉，韦耀福，韦新喻.330MW汽轮机低压缸汽封改造[J].广西电力，2011（2）.
[3]尹小尧.汽轮机DEH控制系统的设计与应用[D].东北大学，2012.
论文作者:张利民
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/23
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