自容式油动机DEH电液调节系统在孤网运行机组上的成功应用

自容式油动机作为新-代的电液执行机构.具有系统优化、集成度高、应用简便、可靠性高、节能、环保、耐污染等特点。它具有高定位精度、极大驱动力、无极调速及快速关闭保护等功能，可以达到高压抗燃油收稿日期：2012-06-01作者简介：侯林鹏(1980-)，男，河北秦皇岛人 ，工程师，学士，主要研究方向：DEH电液伺服传动与控制。

主要应用透平机械调节汽阀油动机和旁路调节控制阀，适应于各类型的透平机组。特别适用于孤网运行的运行特点。正因其优秀的调节品质 。在全国孤网运行机组上正得以广泛的应用。

孤网是孤立电网的简称。-般泛指脱离大电网的小容量电网。电力建设规程有规定。电网中单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当该机发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。

孤网运行的关键因素如下：Hydraulics Pneumatics＆ Seals/NO.01.2013(1)孤网运行的关键是如何维持网频稳定；(2)维持网频稳定的关键是调速系统的-次调频能力；(3)DEH-次调频的关键是如何解决离散控制系统的采样失真和运算延迟问题，即稳定性和动态响应问题 ：(4)DEH电液伺服系统作为执行机构部分的稳定性、高刚度、高速响应性显得尤为重要。

1 项 目概况大连西咀热力有限公司坐落在大连开发区北 良港内，公司成立于 2004年 4月，主要为大连北良园区内的中外临港粮油加工企业供热供电。两台机组全部不并大网。都采用孤网运行方式。

#l机采用杭州和利时自动化有限公司的SmartPro系统，2005年至今运行很好。#2机原为哈尔滨汽轮机厂的纯液调系统，2011初年决定进行电调改造。西咀公司于 2011年 2月 1日#2机停机 。由和利时公司改造为 DEH电调系统。电子部分硬件采用 FM系列，软件采用 MACSV1.1.0SP4版本，液压执行机构采用自容式油动机。

低压透平油 DEH系统由于油动机迟缓率大，油动机波动 ，输出刚度小，油泵压力波动 ，提升力不足等诸多问题，不适用于高精度、高响应的孤网运行调节要求 ；而高压抗燃油机组由于设备价格价格昂贵、同时维护成本高昂，有严重环境污染等问题也不适合应用Ⅲ；自容式油动机系统全部解决了上述的难题 ，成为性价比最高方案。

2 电网调频特性[ 、3]研究孤网运行特性必须先研究电网调频特性。孤网运行最突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性 ，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。这就是通常所说的-次调频功能。

2.1 电网的调频特性电网的调频特性，是指电网负荷变化所引起的电网频率变化的传递关系，包括动态调频特性和静态调频特性。

电网调频特性 ，用电网负荷-频率传递函数来描述。假定：(1)忽略负荷变化的电磁过程和电网中各机组间功率变化过程；(2)将电网中所有机组的转子和负载的旋转惯量看作是刚性地联系在-起，构成-个等效大转子。各原动机主动力矩和负载阻力矩，同时作用在电网等效转子上 。

假定所研究的电网，由n台机组并列组成 ，编号为1，2，，n，每台机组主动功率分别为 Ⅳ ，Ⅳ，， ，Ⅳn，负载功率为L，作用在等效大转子 L 上，1awS共同维持网频 的平衡。每台机组额定功率占电网额定容量的比例分别为 C。，C ，，C ，各机组调速系统的不等率分别为 、62、，6 ，调速系统给定信号(同步器)分别为 、 、， 。

根据上述假定 ，电网调频特性数学模型 。如图 1所示 。

由图1推知，当g。， ，， 不变(为O)时，电网传递函数为：- 丁1 (1)s( ∑L)oJ。

1 C1 Ia2c2 -anc IaIJ (2)寻詈-. n c3， 6。。龟。 。式中 --电网等效转子的转子时间常数，代表了电网的自然调频能力：- - 电网自平衡系数，代表了电网频率稳态平0w衡能力或称自平衡能力：- - 电网等效不等率，它代表了电网静态调频特性，即-次调频特性。

55液 压 气动 与密'f/2013年第 0l期22 电网的动态调频特性电网动态调频特性，即电网自然调频特性。

根据图 1，当网中各机组调速系统不动作时，便得到电网自然调频特性。

L( 。 ∑ )鲁誓 (4)式(4)说明，电网负荷变化量按转动惯量分配到网中各机组转子上，负载旋转惯量也承担了-部分负荷变化。所有转子转速按同-加速度变化。

2.3 电网的静态调频特性电网静态调频特性，是电网中所有机组调速系统- 次调频的综合结果，由式(1)推知，稳态时： (5) -式(5)便是电网静态调频特性，也称电网静特性 ，是电网的重要特性。电网运行人员正是根据电网静特性，计算出当时网频下的功率余缺 ，指示调频机组调整出力，实现二次调频。

根据式(3)和式(5)，推知电网频率变化和负荷分配： ( ) (6)0 l 02 o式(6)说明，不等率小的机组将承迪多的负荷分配。通常，网中各机组按容量相对值承担相同的-次调频量，所以各机组调速不等率具有大致相同的数值 ，-般为 0.0450.05。

2.4 电网的二次调频电网频率的准确性，靠电网二次调频来保证。所谓频率准确性，就是使电网频率保持等于额定值。实践中，电网频率的允许偏差为±O.2Hz。

二次调频是-个人工干预的过程，通常由指定的部分机组来完成，这些机组称为调频机组。

如图 1所示.二次调频过程是根据电网频率偏差，通过改变调频机组调速系统的给定值 ，改变调频机组的负荷分配，将电网负荷变化转移到由调频机组来承担，使电网频率回到额定值。二次调频通常是由网调调度来实施。电网调度人员通过人工或自动手段，控制调频机组调速系统的给定值，完成二次调频过程。

负荷扰动前，工作点分别为 口点和 6点，所带负荷分别为 Ⅳ 和 Ⅳ2，具有共同的频率. ，假定电网用户负荷发生变化为 △Ⅳ，电网频率相应变化为△厂，两台机组功率按各自的静特性发生变化，变化量分别为△Ⅳ 和△Ⅳ，且△Ⅳ1△ AN。两台机组的工作点变化分别为 016和6-61，这个过程为-次调频。由图2还可见，a机不等率比b机小，所以a机所分配的负荷变化量 △Ⅳ 较 b机的△Ⅳ2为大。

f厂0二AN2fb1图 2 二次调频与-次调频 的关 系假定 a机为调频机组，通过手动或自动改变a机调速系统的给定值，使静特性平移到的 位置。a机的工作点由口1- ，所带负荷为 Ⅳ △Ⅳ，△、r ， ，电网频率回复到额定值. 。同时，b机工作点由b1回到b，所带负荷由 △ 回到扰动前的 。这个过程称为二次调频。由图2可见，二次调频是-个负荷再分配的过程。

2.5 电网的调频过程电网频率的稳定性 ，撒于电网的调频特性 ，包括 ：(1)自然调频。这是电网的动态调频特性，其特点是利用电网中旋转惯量的蓄能，首先承担电网负荷变化：(2)-次调频。这是电网的静态调频特性，其特点是通过电网中各机组调速系统的静特性 ，利用锅炉的蓄能，最终承担电网负荷变化 ，使电网频率变化稳定在静特性规定的偏差范围内。DEH的-次调频修正功能，实际上是机组的调速系统：(3)自然调频过程是自然完成的，不需任何调整手段；-次调频则是依靠原动机调速系统自动完成的，不需要人为干预。自然调频和-次调频，构成电网调频特性；(4)二次调频是-个人工干预的过程，通过手动或自动方式，改变调速系统的给定值，使电网频率回到额定值。

2.6 孤网运行机组对调速系统的要求为适应孤网运行要求，汽轮机的调速系统应具有下列特性。

(1)控制系统运算周期小于 50ms；(2)电液伺服执行机构的快速性和稳定性是最关键的指标；(3)调速系统应采用有差调节 ，以实现-次调频 ；在小网中各机组调速系统应有相同的不等率。通常取l茸Hydraulics Pneumatics＆ Seals/NO.01.2013为4.5%～5%，以适应负荷分配的需要；(4)对于单机带负荷机组 ，可增加无差二次调频 ，实现 自动二次调频 ，其他情况下，二次调频应按调度要求。手动或自动实现；(5)-次调频的实施范围应涵盖油动机全行程；(6)调速系统的迟缓率应符合 IEC规定 ，-般不应另设调频死区：(7)调速系统包括控制系统和液压执行机构部分应具有良好的稳定性和动态响应特性。

3 自容式油动机的控制原理和特点f413.1 自容式油动机的控制原理如图3所示 ，自容式油动机液压系统采用双电机泵组冗余配置，柱塞泵启动后 ，经吸油滤油器，从油箱中吸入抗磨油。从柱塞泵出来后的压力油.经过油站出口组件(截止阀、单向阀、滤油器、溢流阀)-路进入蓄能器 ，即向蓄能器充油；-路进入和该蓄能器相连的执行机构中。系统中有-个冲油电磁阀，为了让油泵间歇工作所设置的。当油泵旋转将油液从油箱吸出之后，系统将检测这个系统管路中压力管路的压力 ，如果未达到使用的压力，电磁阀失电，切断回油 ，电磁阀失电时切断回油，将压力油打人蓄能器中。

口PT器图 3 自容式油动机j匣压原理 图当压力达到设定的高限，电磁阀带电将油压卸荷。

系统中的油液通过这个单向阀的保持，-直会保持在这个蓄能器中，它会有-个间歇工作的循环。电磁阀设计成失电充油这也为了-旦电磁阀出现问题之后，不会影响机组正常运行。电磁阀失电之后，油泵可以通过溢流阀来维持系统的正常压力。设置了两个电机泵组，这是为了进行油泵的-备-用，同时可以进行在线切换。

伺服机构主要由标准油缸 ，伺服阀，液控单向阀，电磁阀，插装阀等几项组成。油源过来的压力油进入集成块直接作用在油动机的上腔，这形成-个固定的油压和-个作用面积。活塞的下腔通过伺服阀进行控制，这样们形成-个差动回路。液控单向阀在这里面起的作用就是当 OPC(超速保护)电磁阀带电-动作，控制油卸掉，将压力油通过插装阀引入到活塞的下腔。同时液控单向阀因为控制油的失去，在这段时间是封闭状态，这样就降低了因伺服阀本身泄露导致的油源损耗 ，这样压力能够迅速地冲进活塞下腔。通过差动控制原理。

油动机可以快速地关闭。这样的设计还有-个优点，差动回路用了伺服阀的单边控制。由于伺服阀本身两面控制流量是不-样的，将伺服阀的A、B口直接作用于油动机的上下腔 ，如果系统相对泄好-点，如果油缸尺寸很大的话 ，会产生非对称缸压力跃变问题。

32 自容式油动机的特点节能设计主要有下面几个特点：(1)对于汽轮机组，油动机只是动态开关时间的时候需要油量非常大，平时动作的时候油量与它的动态耗能来相比，相差非常大，大概有十几倍的关系。故采用蓄能器作为直接油源即可满足油动机动态耗的需求，又可以降低驱动的功率。替代现有的大功率电机泵组；(2)用 DDV(Direct Drive Valve直驱式电液伺服阀)阀或者是-些进 口的电液伺服阀，它的静态耗油几乎可以忽略；(3)双侧油动机采用差动控制，这样只单方向耗油；(4)油动机内部采用零泄漏密封结构 ，即软密封，减小了内部泄漏量：(5)电机泵组按静态耗油量进行选型，电机功率比抗燃油的功率小十倍。

集成化的设计主要有三个方面：电液集成、结构优化、设备集成。电液集成就是将伺服阀、驱动器、执行机构 、LVDT (Linear Variable Diferential Transformer线性差动变压器)、电磁阀等控制部件按照油路系统要求集成在-起♂构优化上面，因为结构简单，设备小巧，油源和油动机结构的尺寸可以优化。因不用抗燃油，无污染，所以具备环保的特点。

3.3 自容式油动机的性能特征油动机的性能特征主要有下面几项，总结三个方面的特点：高定位精度，低迟缓率，快速的响应时间。

伺服阀的控制信号-般是IOV或10mA，也可以用 4～20mA。定位精度-般小于 0.3%，重复率误差小(下转第 60页)57液压 气动 与密 封/2013年 第 0l期将是很严重的：填装器快速下降导致箱体 1或填装器 5损害、填装器快速下降过程扎伤下面的操作工。

1-阀体 2-单向阀阀芯 3-单 向阀阀座图 5 插式电磁止回阀结构新型压缩式垃圾车升降回路中的插式电磁止回阀4是直接插装在升降油缸 3的活塞杆上，这样插式止回阀到油缸之间无管路连接。避免了上述危险情况的发生。

3 结论通过优点解析及实际应用。新型压缩式垃圾车升降回路各项参数均优于传统压缩式垃圾车升降回路。我们设计人员在设计液压系统时应注意以下几点：①尽量优化液压系统；②减少控制元件；③分析控制元件结构。