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1、汽轮机汽轮机REXA执行器执行器DEH系统系统 （系统简介）（系统简介）1. 概述概述n汽轮机调节系统是电厂自动控制系统的重要组成部分，是机组自动化改造的基本内容之一。n目前汽轮机DEH系统有透平油DEH系统和抗燃油DEH系统。n电液转换装置是DEH系统的关键部件，对油质要求相对较高，易受油质污染，堵塞、卡涩故障较为突出，是影响DEH系统运行可靠性的薄弱环节。1. 概述概述n为进一步简化系统结构，提高电液转换装置和系统的抗污染能力，采用以自容式执行器（REXA执行器）为转换装置，组成汽轮机REXA执行器DEH系统。n该系统已成功的应用于新机组的设计和老机组改造，并在凝汽、背压、抽汽、再热机组，
2、以及驱动给水泵等工业汽轮机上得到了广泛应用。n该系统通过了原国家电力公司组织的技术鉴定，并取得了专利证书。 2. 系统功能系统功能 基本控制功能基本控制功能（1）机组转速控制； （2）机组功率控制；（3）可调整抽汽压力控制；（4）背压控制（背压机组）；（5）同期控制； （6）初始负荷控制；（7）一次调频功能； （8）电网自动发电控制（AGC）；（9）手动或自动快速减负荷功能（RB）；（10）机炉协调控制（CCS）；（11）远方挂闸和开主汽门。 2. 系统功能系统功能 限制功能限制功能 （1） 超速限制（OPC）； （2） 主蒸汽压力降低限制（TPL）； （3） 汽轮机真空降低负荷限制； （4）
3、 功率限制。2. 系统功能系统功能 保护功能保护功能（1）机械超速保护；（2）电超速保护（OPT）；（3）接受汽轮机紧急跳闸系统（ ETS）指令。2. 系统功能系统功能 试验功能试验功能 （1）超速保护试验； （2）超速限制（OPC）试验； （3）汽门活动试验： （4）汽门严密性试验； （5）假同期试验； （6）仿真试验。2. 系统功能系统功能 接口功能接口功能（1）自动同期接口（ASS）；（2）遥控接口（AGC）；（3）机炉协调控制接口（CCS）；（4）数据通讯接口：可与数据采集系统(DAS) 或分散控制系统(DCS)共享资源。2. 系统功能系统功能 数据处理功能功能数据处理功能功能（1）运
4、行参数的显示、记录、打印、诊断、报警和追忆；（2）运行系统画面、运行参数的趋势图和运行指导。2. 系统功能系统功能 操作方式操作方式（1）自动方式；（2）操作员自动方式；（3）手动远方操作方式（阀位控制）；（4）后备控制方式；（5）各种操作方式可实现无扰切换。3. 控制系统控制系统 标准配置标准配置 n标准控制柜、操作员站、工程师站、操作盘台。n冗余配置控制器，转速、功率、压力等重要信号采用三取二或二取一冗余处理。n图1为控制系统的网络结构图。图2为DEH系统典型操作画面。 3. 控制系统控制系统 标准配置标准配置， PCRIO分站I/OI /OI/ OI/ ORIO分站# 1RIO分站#n，
5、n最多扩展至32 终端匹配电阻50 RIO分支器 终端匹配电阻50 同轴电缆冗余控制器PC 用户终端(编程与监控)冗余管理控制网TCP IP 100 Mbi热备连接电缆 RIO分支器分站IO 模块，可扩展至32块 冗余RIO网 10Base 10Mbps同轴电缆I/OI /OI /OI/ ORIO分站I /OI /OI/ OI/ OI/OI /OI /OI/ O 图1 控制系统网络结构图3. 控制系统控制系统 标准配置标准配置 图2 DEH控制系统典型操作画面3. 控制系统控制系统 选配控制器选配控制器n 可采用与机组一致的分散控制系统组件的控制器；n 可采用独立、专用的DEH系统控制器；n
6、按电力行业标准，根据机组的具体要求，进行系统硬件配置和控制逻 辑组态；n 已采用的控制器有：国电智深EDPF；和利时MACS-、MACS-III、 MACS-、 FOCS；新华XDPS-400/M；龙源正合LYZH；康吉森；日立HIACS-3000、HIACS-5000/M；西屋OVATION；ABBINFI90；FOXBORO；WOODWARD；HONYWELL，以及我公司ITC小型控制器。4. 液压系统液压系统n采用无需外供控制油源、自容式执行器（REXA执行器） 作为转换装置；n杠杆反馈力驱动执行机构；n无液压控制工质的液压控制系统。 REXA执行器执行器 结构结构REXA执行器是将电信
7、号转换为力输出的转换装置，是无控制工质调节系统的关键设备，采用美国REXA公司生产的智能型机、电、液一体化执行器。由控制器和动力模块两部分组成。由智能可控电机独立的、封闭的、无阀液压控制系统组成。采用高度集成化、模块化、小型化设计，所有组件内部集成，一体化结构。图4 REXA执行器动力模块外形图图3 REXA执行器控制模块外型图REXA执行器执行器 工作原理工作原理智能可控电机接受控制模块的功能指令，控制动力模块，以线性位移大力矩输出，驱动被控对象，同时通过自身位移反馈，完成调节过程，实现各种功能控制。 图5 REXA执行器工作原理图电机液压系统位置反馈输出功能指令反馈信号控制模块控制输入信号
8、动力模块REXA执行器执行器 动力模块工作原理动力模块工作原理 n 图6-a为油泵停止工作，执行器处于保位状态；n 图6-b为液压缸活塞向左侧输出位移工作过程；n 图6-c为液压缸活塞向右侧输出位移工作过程。 图6 REXA执行器工作原理图双作用液压缸齿轮泵FMVIFMV2双作用液压缸齿轮泵FMVIFMV2双作用液压缸齿轮泵FMVIFMV2abcREXA执行器执行器 特点特点n 响应时间：0.04s/mm；n 输入信号：4mA-20mA模拟量信号或脉冲量信号；n 大力矩输出，最大输出力约为1000kgf； n 独立封闭液压系统，无须外供油源；n 由微处理器实现智能控制，可灵活、简便、准确整定工
9、作参数；n 具有失电情况下的各种安全机制（全开、全关、保位）；n可靠性高，可实现免维护。力驱动执行机构力驱动执行机构n 力驱动执行机构由REXA执行器、杠杆反馈机构、错油门和 油动机组成；n 根据基本结构形式工作原理的组合和扩展，可有不同的结构 类型，以适应不同类型的汽轮机调节系统。力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构n第一种结构：REXA执行器正向驱动力驱动执行机构（图7） 杠杆一端通过滑动铰链与油动机活塞杆联接，杠杆另一端与通过铰链与控制连杆联接，控制连杆作用在错油门滑阀上部，REXA执行器通过铰链作用在近于控制连杆侧的杠杆上。固定的高压油作用在错油门滑阀下部。适用于错油门滑阀与油动机活
10、塞动作方向相同的调节系统。 力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构 图7 REXA执行器正向驱动力驱动执行机构控制连杆杠杆油动机错油门REXA执行器DEH信号油动机活塞杆压力油OPC保护油回油力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构n第二种结构：REXA执行器反向驱动力驱动执行机构（图8） 杠杆一端通过铰链与REXA执行器联接，杠杆另一端通过滑动铰链与油动机活塞杆相连，在近于REXA执行器侧，杠杆通过铰链与错油门滑阀控制连杆联接，并通过控制连杆作用在错油门滑阀上部。固定的高压油作用在错油门滑阀下部。适用于错油门滑阀与油动机活塞动作方向相反的调节系统。力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构 图8
11、REXA执行器反向驱动力驱动执行机构OPC电磁阀控制连杆杠杆油动机错油门REXA执行器DEH信号油动机活塞杆压力油力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构n第三种结构：REXA执行器力驱动单侧作用油缸执行机构（图9） 根据系统工作原理和结构要求，可采用REXA执行器正向驱动或反向驱动力执行机构，与单侧作用油缸组成REXA执行器力驱动单侧作用油缸执行机构，其工作原理与第一、二种结构基本相同。力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构 控制连杆杠杆油动机错油门REXA执行器DEH信号油动机活塞杆 压力油OPC保护油回油 图9 REXA执行器正向驱动单侧作用油缸执行机构力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结
12、构n第四种结构：REXA执行器直接驱动力执行机构（图10） 杠杆一端通过铰链与REXA执行器联接，杠杆另一端通过铰链与汽门门杆及操纵座弹簧操纵杆相连，杠杆支点位于杠杆中间。利用REXA执行器线性大力矩输出的特点，直接驱动调节汽门，对汽轮机实施调节与控制。适用于调节汽门提升力约（200300）kg、各类小型汽轮机调节系统。力驱动执行机构力驱动执行机构 结构结构 图10 REXA执行器直接驱动力执行机构REXA执行器杠杆DEH信号OPC电磁阀汽门支点操纵座力驱动执行机构力驱动执行机构 工作原理工作原理（1）加负荷过程： REXA执行器接受DEH控制信号向下动作，杠杆以油动机活塞杆为支点，带动控制连
13、杆向下移动，使错油门滑阀偏离中间位置，油动机在压力油的作用下向开启方向位移，控制调速汽门，在油动机向上移动的过程中，杠杆以REXA执行器为支点，带动控制连杆上移，错油门滑阀在其下部高压油的作用下跟随上移回中，完成加负荷过程（见图7）。 力驱动执行机构力驱动执行机构 工作原理工作原理（2）减负荷过程： REXA执行器接受DEH控制信号向上动作，杠杆以油动机活塞杆为支点，带动控制连杆向上移动，错油门滑阀在其下部高压油的作用下，跟随上移偏离中间位置，使油动机在压力油的作用下向关闭方向位移，控制调速汽门，在油动机向下移动的过程中，杠杆以REXA执行器为支点，带动控制连杆下移，使错油门滑阀回中，完成减负
14、荷过程。 力驱动执行机构力驱动执行机构 特点特点n（1）力驱动执行机构为机械力传递控制的力平衡系统，无传统液压放大机构脉动油传递控制信号，为无液压控制工质的液压控制系统；n（2）图11为典型DDV阀电液放大执行机构方框图，图12为典型电液伺服阀电液放大执行机构方框图，图13为REXA执行器力驱动执行机构方框图。力驱动执行机构力驱动执行机构 特点特点 图12 电液伺服阀液压放大执行机构方框图DEH控制器LVDT伺服卡放大器油动机伺服阀 图11 DDV阀电液放大执行机构方框图DEH控制器LVDT伺服卡放大器错油门油动机DDV阀 图13 REXA执行器力驱动执行机构方框图DEH控制器杠杆REXA错油
15、门油动机力驱动执行机构力驱动执行机构 特点特点 如图11、12、 13所示，在DDV阀和电液伺服阀液压放大执行机构中，其电液转换装置均在油动机环节的环内，力驱动执行机构的转换装置在油动机环节的环外。 REXA执行器的位置输出仅受控于DEH控制器，与油动机环节环内的工作状态无关。因而，提高了系统工作的可靠性，并对转换装置响应速度的要求相对较低。由于力驱动执行机构采用杠杆反馈、大力矩平衡系统，力驱动执行机构似为刚性结构，因而REXA执行器力驱动执行机构具有较高的定位精度和稳定性，以及抗干扰能力等特点。力驱动执行机构力驱动执行机构 特点特点n（3）在原透平油调节系统中，当错油门滑阀处于中间位置时，滑
16、阀上部的油压作用力与滑阀自重之和与滑阀下部脉动油压作用力相平衡，在动态过程中若脉动油压变化0.1MPa，则作用在滑阀上的跟踪力约为16kgf40kgf。由于提高了错油门滑阀下部油压，并为固定油压，则无论在稳态或动态工况下，滑阀在其下部高压油的作用下，始终保持有约100kgf200kgf的向上作用力，因而，提高了错油门滑阀的跟踪力和抗油质污染能力；力驱动执行机构力驱动执行机构 特点特点n（4）REXA执行器输出力FR约1000kgf，向下作用在错油门滑阀上部。错油门滑阀在下部高压油的作用下，约有100kgf200kgf的向上作用力，因而，REXA执行器可视为错油门滑阀向上作用力的死点。作用在错油
17、门滑阀下部的油压作用力FCX约为滑阀上部的油压作用力FCS的2倍。因而其滑阀的静态平衡仅受控于REXA执行器的输出力FR，系统油压的波动对滑阀的静态平衡无任何影响，因而该力执行机构具有较高的工作稳定性和抗油压干扰能力。 图 14为错油门受力分析示意图。 力驱动执行机构力驱动执行机构 特点特点 图14 错油门受力分析REXA执行器输出力FRFR1000kgFRFCXFCS 错油门上部油压作用力FCS 错油门上部油压作用面积fCS FCS=PfCS 错油门下部油压作用力FCX 错油门下部油压作用面积fCX=2fCS FCX=POPCfCX（1.52）FCSREXA执行器输出力、位移压力油PFOPC
18、超速限制系统（超速限制系统（OPCOPC）第一种结构第一种结构 设置OPC超速限制阀组n由冗余OPC电磁阀和OPC过渡阀组成OPC超速限制阀组（图15）。nOPC电磁阀动作，泻放OPC控制油，开启OPC过渡阀，泻放OPC保护油，快速关闭调速汽门。n危急遮断滑阀动作，直接泻放OPC保护油快速关闭调速汽门。n对于多只油动机的机组，将各油动机错油门滑阀下OPC保护油相连，同时受控于OPC超速限制阀组和危急遮断滑阀。n适用于REXA执行器同向驱动力驱动执行机构。超速限制系统（超速限制系统（OPCOPC）第一种结构第一种结构 控制连杆杠杆油动机错油门REXA执行器DEH信号油动机活塞杆压力油OPC保护油
19、回油OPC过渡阀OPC控制油OPC电磁阀高压油或安全油至危急遮断器 图15 REXA执行器正向驱动力驱动执行机构OPC原理简图超速限制系统（超速限制系统（OPCOPC）第二种结构第二种结构 OPC电磁阀与REXA执行器为一体化结构nOPC电磁阀与REXA执行器为一体化结构，由OPC电磁阀和液压弹簧（或压缩弹簧）组成超速限制系统（图16） 。nOPC电磁阀接受机组甩负荷信号或安全油压力开关停机信号而动作，使REXA执行器油缸两侧油路相通而失效，同时联动REXA执行器置零，错油门滑阀在其下部高压油（或压缩弹簧）的作用下随动偏离中间位置，使油动机动作迅速关闭调速汽门。n适用于REXA执行器反向驱动力
20、驱动执行机构，以及REXA执行器直接驱动力执行机构。 超速限制系统（超速限制系统（OPCOPC）第二种结构第二种结构图 16 REXA执行器反向驱动结构OPC原理简图错油门反馈杠杆油动机（弹簧）REXA执行器 OPC电磁阀 油动机活塞杆 高压油（液压弹簧）保护系统（保护系统（OPT）第一种结构第一种结构 设置冗余OPT电磁阀组n设置冗余OPT电磁阀组，与手动和远方停机电磁阀并联工作（图17） 。nOPT电磁阀动作，通过危急遮断滑阀，关闭主汽门和调速汽门实施停机。n适用于REXA执行器同向驱动力驱动执行机构。保护系统（保护系统（OPT）第一种结构第一种结构挂闸电磁阀危急遮断器滑阀开主汽门电磁阀
21、OPT电磁阀手动遮断阀遮断电磁铁系统压力油安全油OPC保护油 图17 保护、挂闸系统原理图保护系统（保护系统（OPT） 第二种结构第二种结构 设置冗余安全油压力开关 n保留机组保安系统； n设置冗余安全油压力开关，在实施停机的过程中，安全油压力开关动作， 联动OPC电磁阀关闭调速汽门；n适用于REXA执行器反向驱动力驱动执行机构。 5.5.系统特点系统特点 （1）系统结构简单、改造工作量小，安装、维护、调试方便；（2）转换装置无需外供控制油源，无需油净化装置，简化了系 统结构；（3）系统抗油质污染能力、抗油源干扰能力强，具有较高的稳定性；（4）可适用于抗燃油、透平油DEH系统；（5）提高了油动
22、机错油门的跟踪力，利于防止滑阀卡涩，提高了工作 可靠性；（6）系统定位精度高，定位精度不受机械摩擦、电源波动、油压、油 温等条件的影响； 5.5.系统特点系统特点（7）保护系统结构简单，采用多重冗余设计，在各种运行工况下保 护不消失，使机组具有较高的运行安全性；（8）采用4mA20mA标准控制信号，无需功率放大环节，易于接受 任何控制系统的控制信号；（9）可实现REXA执行器的在线维修或更换；（10）当DEH控制器故障或控制系统失电时，具有自动保位功能， 保持阀位和负荷不变，因而在控制系统故障工况下，仍能保 证机组供热和发供电，减少机组非停事故。6.6.系统改造内容系统改造内容 保留的部套保留
23、的部套n 主汽门、调速汽门、旋转隔板；n 油动机及凸轮配汽机构；n 挂闸、开主汽门系统。n 油系统及部套； n 保安系统和部套。6.6.系统改造内容系统改造内容 取消的部套取消的部套n 调速器；n 压力变换器；n 同步器；n 可调整抽汽或背压调压器；n 油动机反馈油路。6.6.系统改造内容系统改造内容 增加的设备增加的设备n REXA执行器；n 杠杆机构；n OPC电磁阀；n 压力开关；n 压力变送器；n 功率变送器；n 磁阻变送器；n 位移变送器；n DEH控制柜。6.6.系统改造内容系统改造内容 现场工作内容现场工作内容n 封堵反馈油路，拆除取消的设备和封堵无用油路；n REXA执行器和杠
24、杆机构的安装； n 高压启动油泵出口与主油泵出口油路相接，以使机组在静 止状态 下和启动过程中向错油门滑阀下部 供油； n 功率变送器、磁阻变送器、位移变送器、压力变送器、压 力开关、DEH控制柜、REXA执行器控制箱等设备安装以 及相应电缆的铺设。7.7.应用业绩应用业绩n采用REXA执行器作为转换装置的透平油DEH系统，在新机组的设计和汽轮机调节系统的改造中被广泛应用。n应用机组的容量有：1MW、6MW、 9MW、 12MW、25MW、50MW、75MW、100MW、145MW、200MW、320MW、362MW；机组的类型有：凝汽式、背压式、一段可调整抽汽式、二段可调整抽汽式、三段可调整抽汽式、抽背式、后置式、再热式、超临界机组以及给水泵等工业驱动汽轮机，包括抗燃油DEH系统的改造。7.7.应用业绩应用业绩n基本上覆盖了哈汽、东汽、上汽、北重、武汽、南汽、杭汽、青汽，以及GEC、列宁格勒、乌拉尔、乌克兰等制造厂生产的各类型机组和各类型调节系统。n投运的系统均已通过了电网一次调频功能的入网试验。对典型机组进行了系统静态、动态的考核试验，以及具有特殊要求的孤网、带厂用电运行的考验。取得了成功的应用业绩。n详见应用业绩表。 谢谢各位领导和专家谢谢各位领导和专家
