徐濟(jì)哲

摘要：DCS 控制系統(tǒng)在火電機(jī)組中的發(fā)展及其應(yīng)用的成熟，提供了廣闊的空間利于熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。熱工自動(dòng)化發(fā)展的方向始終是如何改進(jìn)火電機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定安全性的基礎(chǔ)上，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)可靠性，增強(qiáng)發(fā)電企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：分散控制系統(tǒng)；系統(tǒng)改造；自動(dòng)控制

0引言

汽輪機(jī)是以蒸汽為工質(zhì)的原動(dòng)機(jī)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、高爐鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、船舶及各種泵等。除了作為原動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力外，汽輪機(jī)還可為其他工業(yè)過(guò)程提供工業(yè)用蒸汽，如化工、紡織、鍛壓、電解等，以及為居民提供生活采暖用蒸汽。特別是在電力工業(yè)中，汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠的三大主機(jī)之一，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。汽輪機(jī)是用來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電的，為了保證電力生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)及供電質(zhì)量，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的各個(gè)階段進(jìn)行控制至關(guān)重要。

1數(shù)字電液控制系統(tǒng)

汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）是在模擬電液控制系統(tǒng)上的進(jìn)一步發(fā)展，它集成了兩大最新科技成果：固體電子學(xué)新技術(shù)—數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和液壓新技術(shù)—高壓抗燃油系統(tǒng)。由于采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行處理，所以通過(guò)軟件可以實(shí)現(xiàn)更多的控制功能，使得組態(tài)靈活方便。在硬件上它采用了積木式結(jié)構(gòu)，使得功能擴(kuò)展很方便，它的各種冗余技術(shù)使得控制更為準(zhǔn)確。這些都是前三代控制系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。圖 1 國(guó)產(chǎn)新華公司生產(chǎn)的 DEH 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2電液轉(zhuǎn)換器模型的建立

電液轉(zhuǎn)換器（也稱電液伺服閥）分為動(dòng)鐵式和動(dòng)圈式兩種，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)采用的是動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器，所以本文主要推導(dǎo)動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)。動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器如圖 2 所示，主要由電磁、液壓兩部分組成。電磁部分是永磁式力矩馬達(dá)，由永久磁鐵、導(dǎo)磁體、銜鐵、控制線圈和彈簧管組成。液壓部分是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的二級(jí)液壓放大器，前置級(jí)是雙噴嘴擋板閥，功率級(jí)是四通滑閥，滑閥通過(guò)反饋桿與銜鐵擋板組件相連。DEH 系統(tǒng)送來(lái)的電氣信號(hào)輸入控制線圈，在永久磁鋼磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)扭矩，使可動(dòng)銜鐵帶動(dòng)彈簧管及擋板偏轉(zhuǎn)，改變了噴嘴與擋板之間的間隙。間隙減小的一側(cè)油壓升高，間隙增大的一側(cè)油壓降低。在此壓差作用下斷流滑閥移動(dòng)，打開了油動(dòng)機(jī)通高壓油和回油的兩個(gè)控制窗口，使油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開度當(dāng)可動(dòng)銜鐵、彈簧管及擋板偏轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧管發(fā)生彈性變形反饋桿發(fā)生撓曲。待斷流滑閥在兩端油壓差作用下產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)，就使反饋桿產(chǎn)生反作用力矩，它與彈簧管、可動(dòng)銜鐵吸動(dòng)力等的反力矩一起與輸入電流產(chǎn)生的主動(dòng)力矩相比較，直到總力矩的代數(shù)和等于即斷流滑閥到達(dá)一個(gè)新的位置，這一位置與輸入電流量成正比。當(dāng)輸入信號(hào)極性相反時(shí)滑閥位移方向也隨之相反。

4結(jié)論

數(shù)字電液控制系統(tǒng)的研究，對(duì)于保持汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。本文工作包括 DEH 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建以及某電廠機(jī)組 DEH 系統(tǒng)改造后的試驗(yàn)研究，現(xiàn)歸納如下：

（1）根據(jù)汽輪機(jī) DEH 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在模擬的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)包括轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、供熱控制、單閥/順序閥切換、超速保護(hù)、在線試驗(yàn)等功能的獨(dú)立完整的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以控制抗燃油的溫度、壓力和流量，還可以通過(guò)過(guò)濾裝置和冷油系統(tǒng)控制油溫過(guò)高或油的清潔度。

（2）分析、討論了DEH系統(tǒng)中電液轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型，在分析其不同故障機(jī)理的基礎(chǔ)上用計(jì)算機(jī)仿真的方法給出了電液轉(zhuǎn)換器幾種典型故障的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，仿真表明在DEH系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性研究中，可將其視為慣性環(huán)節(jié)，可以通過(guò)電液轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)特征識(shí)別不同的故障，對(duì)于通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法識(shí)別電液轉(zhuǎn)換器故障具有一定的指導(dǎo)意義。

（3）分別進(jìn)行了單閥與順序閥控制方式下閥門流量特性試驗(yàn)，得到了單閥和順序閥控制下的流量特性曲線，通過(guò)閥門流量特性曲線和汽輪機(jī)自身特性確定順序閥控制下各個(gè)需要整定的參數(shù)及閥門重疊度，為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中閥門管理參數(shù)整定提供了試驗(yàn)指導(dǎo)。

（4）根據(jù)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)的原始資料，計(jì)算出調(diào)節(jié)級(jí)的特性數(shù)據(jù)，繪制出特性曲線，擬合出調(diào)節(jié)級(jí)特性曲線公式，并依此計(jì)算了單閥與順序閥控制下的調(diào)節(jié)級(jí)效率，分析了順序閥控制時(shí)閥門重疊度對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)效率和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響。

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