REXA執行器與DDV閥在DEH系統中應用的比較
汽輪機純電液調節系統是電廠(chǎng)自動(dòng)控制系統的重要組成部 分，是機組自動(dòng)化的基本內容之一。目前汽輪機電液控制系統有，透平油DEH系統和高壓抗燃油DEH系統。電液轉換裝置是DEH系統的關(guān)鍵部件，目前透平油DEH系統主要采用的電液轉換裝置有DDV閥和REXA執行器，DDV閥易受油質(zhì)污染，對油質(zhì)的要求相對較高，已是DEH系統運行可靠性的薄弱環(huán)節。為提高機組自動(dòng)化水平、進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統結構，提高電液轉換裝置和系統的抗污染能力，根據各類(lèi)汽輪機調節系統的結構特點(diǎn)，采用以自容式執行器(REXA執行器)為轉換裝置，組成無(wú)液壓控制工質(zhì)的汽輪機REXA執行器DEH系統。
1、概況
DDV閥為MOOG公司生產(chǎn)的直接驅動(dòng)式伺服閥，這種閥用集成電路實(shí)現閥芯位置的閉環(huán)控制。由于其結構相對簡(jiǎn)單，響應速度快，價(jià)格相對較低，在低壓透平油DEH系統發(fā)展中曾得到較為廣泛的應用。REXA執行器作為電液轉換器的引進(jìn)，在DEH系統發(fā)展中起到了革新的作用，REXA執行器無(wú)需外供控制油源，由于提高了油動(dòng)機錯油門(mén)的跟蹤力，利于防止滑閥卡澀，提高了系統抗油質(zhì)污染能力。因而對透平油供油系統的油質(zhì)清潔度無(wú)特殊要求，與機組常規油質(zhì)清潔度標準相同。REXA執行器大大簡(jiǎn)化了DEH系統的結構，提高了系統的可靠性和穩定性，得到用戶(hù)的廣泛認可，并得到廣泛的應用。
2、兩種液壓系統的工作原理
2.1、DDV閥電液放大機構的結構及原理
DDV閥電液伺服放大機構由DDV閥、精密濾油器、可調節流閥等液壓設備組成。如圖1所示，壓力油經(jīng)過(guò)精密雙筒濾油器進(jìn)入DDV閥，雙冗余的LVDT作為油動(dòng)機行程反饋信號，與DEH閥位指令比較運算，經(jīng)過(guò)伺服卡將信號放大，作用于DDV閥。DDV閥將電信號轉變?yōu)橐簤盒盘�，改變油�?dòng)機脈動(dòng)油壓(P)，從而改變錯油門(mén)的位置使油動(dòng)機動(dòng)作，通過(guò)LVDT反饋形成閉環(huán)，實(shí)現閥門(mén)開(kāi)度的控制。OPC電磁閥動(dòng)作時(shí)，快速泄放脈動(dòng)油，油動(dòng)機實(shí)現快速關(guān)閉功能。同時(shí)，脈動(dòng)油與危急遮斷滑閥連接，機組跳閘時(shí)同時(shí)泄放脈動(dòng)油，快速關(guān)閉調門(mén)，實(shí)現停機。
2.2、REXA執行器力驅動(dòng)機構系統結構及原理
圖1 DDV閥電液伺服放大機構原理圖
2.2.1、REXA執行器
REXA執行器是將電信號轉換為力輸出的轉換裝置，是該系統改造的關(guān)鍵設備，REXA執行器是美國REXA公司生產(chǎn)的智能型機、電、液一體化執行器(簡(jiǎn)稱(chēng)REXA執行器)，由控制器和動(dòng)力模塊兩部分組成，圖2為REXA執行器結構示意圖。由智能可控電機和獨立的、封閉的、無(wú)閥液壓控制系統組成。采用高度集成化、模塊化、小型化設計，所有組件內部集成，一體化結構。智能可控電機接受控制模塊的功能指令，控制動(dòng)力模塊，以線(xiàn)性位移大力矩輸出驅動(dòng)被控對象，同時(shí)通過(guò)自身位移反饋，完成調節過(guò)程，實(shí)現各種功能控制。
2.2.2、REXA執行器驅動(dòng)機構的結構
圖2 REXA執行器示意圖
1-DEH控制信號;2-可編程鍵盤(pán);3-控制箱;4-電源;5-反饋傳感器;6-伺服電機;7-動(dòng)力組件;8-油缸;9-輸出端
REXA執行器力驅動(dòng)機構由REXA執行器、杠桿反饋機構、錯油門(mén)和油動(dòng)機組成。如圖3所示，杠桿一端通過(guò)滑動(dòng)鉸鏈與油動(dòng)機活塞桿聯(lián)接，杠桿另一端與通過(guò)鉸鏈與錯油門(mén)滑閥控制連桿聯(lián)接，控制連桿作用在錯油門(mén)滑閥上部，REXA執行器通過(guò)鉸鏈作用在近于控制連桿側的杠桿上。固定的壓力油作用在錯油門(mén)滑閥下部。
2.2.3、REXA執行器力驅動(dòng)機構工作原理
圖3 REXA執行器力驅動(dòng)機構原理圖
機組加負荷時(shí)，REXA執行器接受DEH控制信號向上動(dòng)作，杠桿以油動(dòng)機活塞桿為支點(diǎn)，帶動(dòng)控制連桿向上移動(dòng)，錯油門(mén)滑閥在其下部高壓油的作用下跟隨上移偏離中間位置，使油動(dòng)機在壓力油的作用下向開(kāi)啟方向位移，控制調速汽門(mén)，在油動(dòng)機向上動(dòng)作的過(guò)程中，杠桿以REXA執行器為支點(diǎn)，帶動(dòng)控制連桿下移，使錯油門(mén)滑閥回中，完成加負荷過(guò)程。減負荷過(guò)程相反。機組甩負荷或緊急停機時(shí)，通過(guò)OPC電磁閥及過(guò)渡閥迅速泄放錯油門(mén)滑閥下部油壓，錯油門(mén)滑閥在其上、下油壓差的作用下，以及在REXA執行器置零、向減負荷方向快速動(dòng)作的過(guò)程中，使其迅速偏離中間位置，關(guān)閉調速汽門(mén)，抑制機組轉速的過(guò)渡飛升。
3、 兩種液壓驅動(dòng)系統的比較
3.1、系統結構比較
REXA執行器為自容式、閉式循環(huán)執行機構，無(wú)需外供控制油源，無(wú)需油凈化裝置等，通過(guò)杠桿形成剛性反饋結構，系統結構簡(jiǎn)單。REXA執行器接受4-20mA標準信號，不需要伺服放大板卡，與任何控制系統都能兼容。
從系統結構原理圖看，DDV閥液壓系統明顯要繁雜，系統附有濾油裝置、冗余LVDT、可調節流閥、伺服卡等設備，系統結構相對復雜。
3.2、抗油質(zhì)污染能力比較
REXA執行器無(wú)需外供控制油源，由于提高了油動(dòng)機錯油門(mén)的跟蹤力，利于防止滑閥卡澀，提高了系統抗油質(zhì)污染能力。因而對透平油供油系統的油質(zhì)清潔度無(wú)特殊要求，與機組常規油質(zhì)清潔度標準相同。
采用DDV閥作為電液轉換器的電液放大執行機構，需外供控制油源，由于DDV閥受內部結構的制約，對油質(zhì)要求相對較高，易受油質(zhì)污染，發(fā)生卡澀、拒動(dòng)，并可致使執行機構擺動(dòng)、突關(guān)、突開(kāi)或拒動(dòng)等故障，因而，系統抗油質(zhì)污染能力相對較弱。
3.3、抗油源波動(dòng)干擾能力比較
REXA執行器液壓系統為機械力傳遞控制信號的力平衡系統，無(wú)傳統液壓放大機構脈動(dòng)油傳遞控制信號，為無(wú)液壓控制工質(zhì)調節系統。在錯油門(mén)滑閥下部設置固定的高壓油，作用在錯油門(mén)滑閥下部的油壓作用力，遠大于作用在滑閥上部的油壓作用力，滑閥的靜態(tài)平衡僅受控于REXA執行器的輸出力，系統油壓的波動(dòng)對滑閥的靜態(tài)平衡無(wú)任何影響。因而具有較高的抗油壓干擾能力和工作穩定性。
DDV閥電液放大執行機構，采用脈動(dòng)油傳遞控制信號，LVDT彈性反饋系統，要求系統具有穩定的工作油源，因而，抗油壓干擾能力相對較差。
3.4、定位精度與系統穩定性比較
圖4為DDV閥液壓執行機構方框圖，圖5為REXA執行器力驅動(dòng)執行機構方框圖。
圖4 DDV閥液壓放大執行機構方框圖
圖5 REXA執行器力驅動(dòng)執行機構方框圖
如圖所示，在DDV閥電液伺服閥液壓放大執行機構中，其電液轉換裝置在油動(dòng)機環(huán)節的環(huán)內，而REXA力驅動(dòng)執行機構的電液轉換裝置在油動(dòng)機環(huán)節的環(huán)外，REXA執行器的位置輸出僅受控于DEH控制器，與油動(dòng)機環(huán)節環(huán)內的工作狀態(tài)無(wú)關(guān)，因而，對轉換裝置響應速度的要求相對較低，所以REXA執行器的響應速度遠能夠滿(mǎn)足DEH的各種控制功能，并且在實(shí)際應用中已經(jīng)驗證，該系統完全可以滿(mǎn)足機組一次調頻和孤網(wǎng)運行等特殊工況的要求。由于力驅動(dòng)執行機構采用杠桿反饋、大力矩平衡系統，力驅動(dòng)執行機構似為剛性結構，定位精度不受機械摩擦、電源、油壓及油溫等條件的影響。另外，REXA執行器出現任何故障，油動(dòng)機環(huán)節均不受影響，仍能穩定維持閥位。因而，REXA執行器力驅動(dòng)執行機構具有高定位精度高、穩定性好、抗干擾能力強以及系統運行可靠性高等特點(diǎn)。
DDV閥液壓執行機構定位精度易受機械摩擦、電源、油壓、油溫等條件的影響，其必須具有高的響應速度，才能與油動(dòng)機的速度相匹配，滿(mǎn)足油動(dòng)機的正常工作。DDV閥就響應速度而言，完全滿(mǎn)足系統要求，這也是DDV閥的基本特點(diǎn)。
從圖4方框圖可以看出，DDV閥一旦發(fā)生故障，會(huì )使油動(dòng)機全關(guān)而甩負荷，特殊情況還會(huì )導致油動(dòng)機全開(kāi)而超負荷。對發(fā)生故障的DDV閥進(jìn)行處理和調整時(shí)，會(huì )對油動(dòng)機造成擾動(dòng)，所以需要拆下來(lái)檢修，而一旦拆除DDV閥，油動(dòng)機就會(huì )全關(guān)，所以，必須要停機處理。
3.5、系統調試、維護工作的比較
REXA執行器DEH液壓系統調試時(shí)間約0.5個(gè)工作日，日常免維護。而DDV閥液壓系統在調試階段需要反復調整和校正油壓，所以，調試時(shí)間至少需要3個(gè)工作日，而且需要經(jīng)常更換濾芯等繁雜的日常維護。
REXA執行器可以實(shí)現在線(xiàn)維修或更換，DDV閥電液伺服液壓放大執行機構尚不能實(shí)現DDV閥的在線(xiàn)維修或更換。
3.6、自動(dòng)保位功能
當DEH控制器故障、控制系統失電或REXA執行器故障時(shí)，REXA執行器具有自動(dòng)保位功能，保持閥位不變，并具有在就地通過(guò)旋轉REXA執行器本體上的手輪，手動(dòng)調整REXA執行器的閥位，進(jìn)而調整調門(mén)的開(kāi)度，滿(mǎn)足運行工況的要求。因而，在控制系統故障工況下，仍能保證機組正常發(fā)供電。而且，在故障保位期間，當停機或甩負荷指令到達時(shí)，仍然可以正常執行調門(mén)快關(guān)保護。
DDV閥電液伺服液壓放大執行機構尚不具有保位功能和就地操作功能，任何故障均需要停機處理，增加發(fā)電廠(chǎng)非計劃停機的概率。
4、實(shí)際應用比較
采用REXA執行器作為電液轉換裝置的DEH系統，在新機組的設計和汽輪機調節系統的改造中已被廣泛應用。目前，已經(jīng)有上百套成功應用業(yè)績(jì)。而且REXA執行器在高壓抗燃油系統改造中也得到很好的應用，取得良好的效果。以下為電廠(chǎng)實(shí)際應用案例介紹：
某熱電廠(chǎng)5、6、7號機組為哈爾濱汽輪機廠(chǎng)生產(chǎn)的100MW凝汽式汽輪機，5、6號機組采用REXA執行器力驅動(dòng)機構、FOXBORO分散控制系統組件控制器、透平油DEH系統，7號機組采用以DDV閥為電液轉換裝置、FOXBORO分散控制系統組件控制器、透平油DEH系統。該廠(chǎng)對兩種類(lèi)型的系統進(jìn)行了對比，認為：5、6號機組DEH系統運行穩定、可靠性高;對油質(zhì)無(wú)要求，維護工作量小;REXA執行器力驅動(dòng)機構安裝完畢即可投入運行，調整工作量小;7號機組調整、維護工作量大，在機爐協(xié)調運行方式下DEH系統擺動(dòng)，限制了機爐協(xié)調運行方式的正常投入。通過(guò)比較分析，7號機組于2007年采用REXA執行器力驅動(dòng)機構取代了DDV閥，對DDV閥DEH系統進(jìn)行了改造。取得了預期的改造效果。
5、結論
DDV閥DEH液壓系統，在油質(zhì)維護良好及系統油壓平穩的情況下，可以保證機組的良好運行，實(shí)現DEH的各項功能。但是，一旦出現油質(zhì)下降、油壓波動(dòng)以及電信號干擾的情況，系統就會(huì )不穩定，甚至導致事故發(fā)生，而且其系統復雜、維護量大、抗污染能力差以及無(wú)法實(shí)現保位及在線(xiàn)更換等，這些因素制約了它的進(jìn)一步發(fā)展。
相反，REXA執行器作為一種新型的電液轉換器，有其獨特的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中不斷得到驗證，它的應用提高了DEH系統的各項品質(zhì)，為DEH系統的發(fā)展注入了新的活力。
