羅作楨

　　男，研究員級高工，國務院享受政府特殊津貼專家，現任北京和利時系統工程有限公司副總工程師，主要研究方向為汽輪機DEH控制系統高壓、低壓系統的控制策略設計、系統方案設計及工程實施。

　　摘要：本文提出了一種新的防火保護方案，用于解決大型汽輪機組高壓抗燃油電液控制系統環保問題。在此基礎上，對原系統進行優化改造，推出一種環保、節能、性能優良、結構簡化的新型高壓電液控制系統。

　　關鍵詞：汽輪機；控制系統；防火保護方案；優化設計

　　Abstract: A kind of new protection project to fireproof has been offered in this paper for solving the environment protection problem in high pressure antifire electro-hydraulic control system of large turbine. Based on this scheme, a new type anti-wear oil electro-hydraulic control system will come forth. The new system has many advantages, such as environment protection, saving energy, good performance and simplified structure. By using the new system, the originally control system can be reformed.

　　Key words: turbine; control system; protection project to fireproof; optimizing design

　　1 概述

　　現代大型汽輪機組普遍采用數字式電液控制系統，簡稱DEH。DEH的執行系統通常采用高壓抗燃油電液控制系統，（包括伺服控制系統、保護系統和供油系統）。其中，液壓工質采用磷酸酯型抗燃油。

　　高壓抗燃油電液控制系統具有驅動力強大、定位精度高、穩定性好、動態響應快、防火性能好等特點，是一種綜合性能優良的控制系統。

　　但是，抗燃油有毒，上述系統存在環保問題。磷酸酯型抗燃油為微毒物質，對人體健康有害；抗燃油流失到自然環境中，會造成環境污染；由于抗燃油在自然環境中很難降解，這種污染會長期存在，逐漸積累，污染范圍逐漸擴大，以致達到難以治理的地步。隨著我國電力工業的快速發展，新增裝機幾乎全是300MW以上的大機組，幾乎毫無例外地采用高壓抗燃油電液控制系統。如果沒有有效的控制措施，抗燃油的污染問題將會迅速變得嚴重。

　　采用抗燃油的目的原是為了預防火災。引起火災的主要原因是高壓管路破裂，油液噴射到高溫部件上，便會引發火災。磷酸酯型抗燃油的燃點在600℃左右，即使噴出也不會燃燒，自然不會發生火災。

　　但是，如果能在高壓管道破裂時立即切斷高壓油源，阻斷油液噴出，也可達到防火的目的。
　
　　根據上述理念，本文推出了一種新的防火保護系統，不需采用抗燃油，在解決防火問題的同時，也解決了抗燃油的環保問題。

　　控制系統的簡化和優化，為防火保護系統的實施創造了良好的條件。

　　2 大機組的防火問題

　　大型汽輪發電機組的控制系統，結構復雜，含有復雜的外部油管路系統，其中的高壓油管路一旦發生破裂，便有引發火災的危險。所以，防火問題是大機組控制系統設計必須要解決的重要問題。

　　常用的防火辦法有：

    （1）采用抗燃油，即使油液噴出也不會著火。

　　（2）采用套裝油管路，將高壓油管路套裝在回油管內，即使破裂，也不會有油液噴出。

　　（3）采用防火保護系統，一旦出現火災危險，立即切斷高壓供油。

　　采用抗燃油防火，簡單可靠，已廣泛應用在高壓系統中。即使油液噴射到高溫部件上，也不會著火；但是會產生大量的毒性氣體，危害運行人員的健康，污染環境。

　　套裝油管路主要用于透平油系統，對于復雜的油管路，結構設計較困難。

　　防火保護系統結構簡單，防火有效，曾廣泛用于透平油控制系統中，我國上世紀60、70年代設計的125MW、200MW中間再熱機組采用的防火滑閥，就屬于防火保護系統，一旦發生火災，打閘停機后，延遲數秒切斷外部油管路高壓供油，保證油動機可靠關閉后切斷油源，防止火災蔓延。

　　本文將防火滑閥的思路應用到高壓電液伺服系統中，根據高壓油管路破裂、油壓突然大幅度降低為信號，迅速切斷高壓供油，防止火災的發生和蔓延。由于本系統結構簡單，防火效果會更好。

　　高壓系統的油動機和自動關閉器，通常采用液壓開啟、彈簧關閉式，切斷油源后，油動機和自動關閉器便會自動關閉，為防火保護爭取了時間。

　　優化后的高壓系統，結構簡單，使防火保護系統的結構更簡單，保護功能更加可靠。

　　由于管路系統簡化，不容易發生液壓機激振，使管路破裂的幾率減少，使火災發生的幾率也減小。

　　3 控制系統的優化設計

　　3.1 優化設計的依據

　　（1）高壓抗燃油系統多年實踐的經驗；

　　（2）自容式液執行器開發設計的新經驗。

　　3.2 環保設計

　　（1）本系統采用抗磨液壓油作工質，不用抗燃油，徹底解決了抗燃油的環保問題。

　　（2）抗磨 液壓油的液壓性能遠優于抗燃油，可提高液壓系統的靈敏度，防止卡澀，減少零件磨損，延長液壓系統壽命，減少運行維護的工作量。

　　（3）可以省去再生系統，使供油系統簡化。

　　（4）防火保護系統由液控單向閥和復位電磁閥組成，安裝在油源站高壓出口，一旦高壓管路破裂，液控單向閥立即動作，自動切斷高壓供油。

　　3.3 節能設計

　　（1）改進各油動機和自動關閉器油路設計，使其靜態耗油量接近0；只有開啟過程所須的工作耗油，使油動機耗油量減到最小。

　　（2）改進各油動機和自動關閉器油路設計，消除快關或遮斷動作產生的非正常耗油。

　　（3）遮斷和快關系統實現電控化，由安全電壓替代二次安全油壓，用AST繼電器組替代AST電磁閥組，用OPC繼電器組替代OPC電磁閥組，省去二次安全油路耗油，特別是遮斷狀態下的大量耗油。

　　（4）油源系統采用電控開關調壓，可節省調壓耗油。

　　（5）上述節能設計，使油源系統耗能大大減少，油溫升高很少，可以省去冷油器和油溫調節系統。

　　3.4 性能優化

　　（1）采用高壓設計，油源壓力為14MPa，使控制系統的性能達到高壓抗燃油系統的水平。

　　（2）抗磨液壓油的應用，使上述性能更有所提高。

　　（3）各油動機和自動關閉器有效實現快關和遮斷優先，提高了保護系統的可靠性。

　　（4）蓄能器供油，可提高油動機的動態響應能力，防止液壓激振發生，同時防止了油管破裂的發生。

　　3.5 系統簡化

　　（1）環保設計和節能設計，為系統設計簡化創造了條件。

　　（2）油源采用定量齒輪泵，電控開關調壓，蓄能器穩壓供油，使油源系統大為簡化，并且避免了變量柱塞泵調壓器卡澀的問題。

　　3.6  節能效果

　　以125MW、200MW系統為例

　　（1）油泵容量可減少至2×3KW ，而原系統為2×30KW，節省能耗約90%。

　　（2）油箱容積可減小至100L， 約為原來的10%。

　　4 可靠性分析

　　4.1 火災安全性比較

　　（1）由于控制系統的簡化，防火保護系統變得十分簡單，一旦高壓管道發生破裂，可迅速有效地切斷油源，并且自動關閉所有的油動機和自動關閉器。

　　（2）由于管路系統簡化，發生管道破裂的幾率減小。

　　（3）可以設兩個油源站，分別布置在汽機兩側安裝蓄能器的位置，分別向兩側的油動機和自動關閉器供油，一旦發生高壓管路破裂，只須切斷一側油源，另一側油源仍在繼續工作，進一步提高防火安全性。

　　（4）抗燃油系統也存在管道破裂問題，雖然不會著火，但抗燃油遇到高溫部件會產生大量有毒氣體，危害運行人員健康和污染環境。

    因此，本系統的防火安全性至少與高壓抗燃油系統相當。

　　4.2 保護系統的安全性

　　（1）安全電壓系統與二次安全油系統結構原理相同，應具有相同的安全性。

　　（2）AST、OPC繼電器組的可靠性與相應的電磁閥組相當，但信號延遲和動作響應均比原系統快，準確性和可靠性均優于原系統。

　　（3）冗余壓力開關的可靠性，優于隔膜閥。

　　4.3 油源的可靠性

　　（1）高壓齒輪泵的可靠性和油清潔度適應性，優于變量柱塞泵。

　　（2）采用開關調壓和蓄能器穩壓，可靠性和響應速度優于變量柱塞泵。

　　5 結論

　　本文推出的優化高壓液控制系統，具有環保、節能的特點，系統簡單，可靠性高，控制功能和性能與高壓抗燃油系統相同,可以作為高壓抗燃油電液控制系統的換代產品，解決該系統的環保問題。