北京和利时系统工程有限公司

　　罗作桢

　　男，研究员级高工，国务院享受政府特殊津贴专家，现任北京和利时系统工程有限公司副总工程师，主要研究方向为汽轮机DEH控制系统高压、低压系统的控制策略设计、系统方案设计及工程实施。

　　摘要：本文提出了一种新的防火保护方案，用于解决大型汽轮机组高压抗燃油电液控制系统环保问题。在此基础上，对原系统进行优化改造，推出一种环保、节能、性能优良、结构简化的新型高压电液控制系统。

　　关键词：汽轮机；控制系统；防火保护方案；优化设计

　　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

　　现代大型汽轮机组普遍采用数字式电液控制系统，简称DEH。DEH的执行系统通常采用高压抗燃油电液控制系统，（包括伺服控制系统、保护系统和供油系统）。其中，液压工质采用磷酸酯型抗燃油。

　　高压抗燃油电液控制系统具有驱动力强大、定位精度高、稳定性好、动态响应快、防火性能好等特点，是一种综合性能优良的控制系统。

　　但是，抗燃油有毒，上述系统存在环保问题。磷酸酯型抗燃油为微毒物质，对人体健康有害；抗燃油流失到自然环境中，会造成环境污染；由于抗燃油在自然环境中很难降解，这种污染会长期存在，逐渐积累，污染范围逐渐扩大，以致达到难以治理的地步。随着我国电力工业的快速发展，新增装机几乎全是300MW以上的大机组，几乎毫无例外地采用高压抗燃油电液控制系统。如果没有有效的控制措施，抗燃油的污染问题将会迅速变得严重。

　　采用抗燃油的目的原是为了预防火灾。引起火灾的主要原因是高压管路破裂，油液喷射到高温部件上，便会引发火灾。磷酸酯型抗燃油的燃点在600℃左右，即使喷出也不会燃烧，自然不会发生火灾。

　　但是，如果能在高压管道破裂时立即切断高压油源，阻断油液喷出，也可达到防火的目的。
　
　　根据上述理念，本文推出了一种新的防火保护系统，不需采用抗燃油，在解决防火问题的同时，也解决了抗燃油的环保问题。

　　控制系统的简化和优化，为防火保护系统的实施创造了良好的条件。

　　2 大机组的防火问题

　　大型汽轮发电机组的控制系统，结构复杂，含有复杂的外部油管路系统，其中的高压油管路一旦发生破裂，便有引发火灾的危险。所以，防火问题是大机组控制系统设计必须要解决的重要问题。

　　常用的防火办法有：

    （1）采用抗燃油，即使油液喷出也不会着火。

　　（2）采用套装油管路，将高压油管路套装在回油管内，即使破裂，也不会有油液喷出。

　　（3）采用防火保护系统，一旦出现火灾危险，立即切断高压供油。

　　采用抗燃油防火，简单可靠，已广泛应用在高压系统中。即使油液喷射到高温部件上，也不会着火；但是会产生大量的毒性气体，危害运行人员的健康，污染环境。

　　套装油管路主要用于透平油系统，对于复杂的油管路，结构设计较困难。

　　防火保护系统结构简单，防火有效，曾广泛用于透平油控制系统中，我国上世纪60、70年代设计的125MW、200MW中间再热机组采用的防火滑阀，就属于防火保护系统，一旦发生火灾，打闸停机后，延迟数秒切断外部油管路高压供油，保证油动机可靠关闭后切断油源，防止火灾蔓延。

　　本文将防火滑阀的思路应用到高压电液伺服系统中，根据高压油管路破裂、油压突然大幅度降低为信号，迅速切断高压供油，防止火灾的发生和蔓延。由于本系统结构简单，防火效果会更好。

　　高压系统的油动机和自动关闭器，通常采用液压开启、弹簧关闭式，切断油源后，油动机和自动关闭器便会自动关闭，为防火保护争取了时间。

　　优化后的高压系统，结构简单，使防火保护系统的结构更简单，保护功能更加可靠。

　　由于管路系统简化，不容易发生液压机激振，使管路破裂的几率减少，使火灾发生的几率也减小。

　　3 控制系统的优化设计

　　3.1 优化设计的依据

　　（1）高压抗燃油系统多年实践的经验；

　　（2）自容式液执行器开发设计的新经验。

　　3.2 环保设计

　　（1）本系统采用抗磨液压油作工质，不用抗燃油，彻底解决了抗燃油的环保问题。

　　（2）抗磨 液压油的液压性能远优于抗燃油，可提高液压系统的灵敏度，防止卡涩，减少零件磨损，延长液压系统寿命，减少运行维护的工作量。

　　（3）可以省去再生系统，使供油系统简化。

　　（4）防火保护系统由液控单向阀和复位电磁阀组成，安装在油源站高压出口，一旦高压管路破裂，液控单向阀立即动作，自动切断高压供油。

　　3.3 节能设计

　　（1）改进各油动机和自动关闭器油路设计，使其静态耗油量接近0；只有开启过程所须的工作耗油，使油动机耗油量减到最小。

　　（2）改进各油动机和自动关闭器油路设计，消除快关或遮断动作产生的非正常耗油。

　　（3）遮断和快关系统实现电控化，由安全电压替代二次安全油压，用AST继电器组替代AST电磁阀组，用OPC继电器组替代OPC电磁阀组，省去二次安全油路耗油，特别是遮断状态下的大量耗油。

　　（4）油源系统采用电控开关调压，可节省调压耗油。

　　（5）上述节能设计，使油源系统耗能大大减少，油温升高很少，可以省去冷油器和油温调节系统。

　　3.4 性能优化

　　（1）采用高压设计，油源压力为14MPa，使控制系统的性能达到高压抗燃油系统的水平。

　　（2）抗磨液压油的应用，使上述性能更有所提高。

　　（3）各油动机和自动关闭器有效实现快关和遮断优先，提高了保护系统的可靠性。

　　（4）蓄能器供油，可提高油动机的动态响应能力，防止液压激振发生，同时防止了油管破裂的发生。

　　3.5 系统简化

　　（1）环保设计和节能设计，为系统设计简化创造了条件。

　　（2）油源采用定量齿轮泵，电控开关调压，蓄能器稳压供油，使油源系统大为简化，并且避免了变量柱塞泵调压器卡涩的问题。

　　3.6  节能效果

　　以125MW、200MW系统为例

　　（1）油泵容量可减少至2×3KW ，而原系统为2×30KW，节省能耗约90%。

　　（2）油箱容积可减小至100L， 约为原来的10%。

　　4 可靠性分析

　　4.1 火灾安全性比较

　　（1）由于控制系统的简化，防火保护系统变得十分简单，一旦高压管道发生破裂，可迅速有效地切断油源，并且自动关闭所有的油动机和自动关闭器。

　　（2）由于管路系统简化，发生管道破裂的几率减小。

　　（3）可以设两个油源站，分别布置在汽机两侧安装蓄能器的位置，分别向两侧的油动机和自动关闭器供油，一旦发生高压管路破裂，只须切断一侧油源，另一侧油源仍在继续工作，进一步提高防火安全性。

　　（4）抗燃油系统也存在管道破裂问题，虽然不会着火，但抗燃油遇到高温部件会产生大量有毒气体，危害运行人员健康和污染环境。

    因此，本系统的防火安全性至少与高压抗燃油系统相当。

　　4.2 保护系统的安全性

　　（1）安全电压系统与二次安全油系统结构原理相同，应具有相同的安全性。

　　（2）AST、OPC继电器组的可靠性与相应的电磁阀组相当，但信号延迟和动作响应均比原系统快，准确性和可靠性均优于原系统。

　　（3）冗余压力开关的可靠性，优于隔膜阀。

　　4.3 油源的可靠性

　　（1）高压齿轮泵的可靠性和油清洁度适应性，优于变量柱塞泵。

　　（2）采用开关调压和蓄能器稳压，可靠性和响应速度优于变量柱塞泵。

　　5 结论

　　本文推出的优化高压液控制系统，具有环保、节能的特点，系统简单，可靠性高，控制功能和性能与高压抗燃油系统相同,可以作为高压抗燃油电液控制系统的换代产品，解决该系统的环保问题。