1. 单元改造前的 Governor 结构
1. 12兆瓦抽汽背压式汽轮机电液系统改造
原系统运行概况
该发电厂采用全液压或半液压水轮机调节系统。在运行过程中，经常出现各种调节缺陷：转速（负荷）响应迟缓、油动机振荡过大、转速控制不稳定、负荷波动、对工况变化的响应速度慢，或出现超调现象。这些现象与调节系统本身的响应特性直接相关。
该涡轮调节系统采用全液压或电液混合系统，体现了市场控制系统所处的过渡阶段。尽管信号处理采用了电液控制器，但伺服放大器和执行机构系统仍依赖于相对传统的机械部件。这些机械元件的精度与灵敏度难以与控制器实现有效匹配，从而制约了整个系统达到精确控制的效果。
考虑到现代电网对发电厂自动化和智能化控制的需求，现有系统存在以下不足：
1）转速测量依赖于脉冲泵，该泵产生一个与转速平方成正比的脉冲油压信号。在低转速下，脉冲油压变得微不足道，这使得闭环转速控制在技术上颇具挑战性；
2）在流量平衡系统中，降低脉冲油压Px会打开蒸汽阀，而升高Px则会关闭阀门。这意味着，如果油管破裂或垫片泄漏导致Px下降，阀门反而会进一步打开——这与安全设计原则背道而驰。
3）原油发动机的机械弹簧刚度较低，导致阀门响应延迟明显，无法满足快速调节的要求。
4）在某些负载条件下，该系统出现打滑现象，表明液压马达的输出刚度较差。
5）抽汽与动力（背压）无法实现自调节控制。
原系统缺陷总结：
首先，调节安全系统与润滑系统共用一个油箱，无法确保调节油的清洁度。这大大增加了调速系统卡滞和反应迟钝的可能性。
其次，整个液压调速系统由电液转换器、调节滑阀、差动阀、液压马达、机械反馈杠杆和启动阀等传动放大元件组成。该系统的控制电路复杂且相互关联，要求每个环节都具备高度稳定性。然而，其固有的自调节能力不足，导致存在多个潜在故障点，从而增加了维护难度。
设备改造方案
随着工业领域自动化与智能化技术的不断进步，高压切断式电反馈伺服系统已成为中小型涡轮机械最自动化、最精确的控制系统。
DEH基于电气与液压系统的协同运行而构建。这不仅需要对电子控制系统进行改造，还需要对液压控制系统进行关键性大修，具体而言：
DEH电子控制系统： 采用最新的DEH电子控制器。
DEH液压控制系统： 将高压调节阀液压马达和抽汽液压马达改造为带有独立高压油源的电液伺服系统。
升级后的自成一体液压马达系统（图1）采用独立的控制油站。该直动式液压马达直接驱动调节汽阀，以控制蒸汽流量。它利用电信号进行位置反馈，省去了中间放大环节（如压力变送器和差压油阀），从而减少了响应延迟和累积误差。与传统的液压及过渡型调节系统相比，这一系统在调节精度、线性度以及操作便捷性等方面均具有显著优势。
自成一体的油动伺服系统具有以下特点：
(1) 精度高、速度快，配备高液压电机刚度及冗余纯电信号反馈用于行程反馈，确保卓越的控制精度与品质。
(2) 调节系统的供油与原汽轮机供油系统完全分开且相互独立，既能确保调节油的清洁度，又不受其他油系统波动的影响。
(3) 现场调试便捷，故障检测与排除轻松简单。
针对每台机组的独特特点及丰富的现场应用经验，我们提出了量身定制的优化与升级方案。这些方案能够有效解决全液压或半液压调速系统中的控制缺陷，提升运行稳定性，提高效率，降低系统故障率，并减少专用维护需求。
计划的实施：
DEH控制系统解决方案：
DEH系统建立在电子控制系统与液压控制系统协同工作的基础之上。它不仅需要对电子控制系统进行改造，还需要对液压控制系统进行关键升级，尤其是后者。
DEH电子控制系统：
采用最新的DEH电子控制器。
DEH液压控制系统：
将高压调节阀液压马达和抽汽液压马达改造为带独立高压供油的电液伺服系统。
改造安装：
高度可调的性能可全面修改原机组的调节特性，有效解决液压系统中诸多问题，例如负载打滑和卡滞。确保调节品质具有快速响应能力和精准控制。
简单便捷的改造安装：现场只需拆除原有的液压电机及控制系统部件，将自成一体的液压电机安装至原电机位置，并连接至独立的供油管路，从而最大限度地减少现场作业量。控制精度高：采用完整的自成一体液压电机系统，可提升输出刚性，确保DEH控制系统的稳定运行。
新系统的特点
● 液压马达可提供高输出刚度，确保卓越的控制精度和品质：
该装置配备了伺服液压马达，以取代原有的调速器液压马达和引出液压马达。液压马达系统的工作压力高达14兆帕，彻底消除了原液压系统的限制。通过蒸汽分配机构直接连接阀门，实现了高精度与高稳定性控制。采用全闭环位置控制，定位精度可达0.01毫米。液压马达的动态响应及关闭速度达到0.2秒，其控制性能与高压防火液压系统相当。
● 调节系统的供油与原汽轮机润滑油供应系统分开。
该控制系统需要一种高精度的电液伺服系统，对油液清洁度要求极高。通过采用独立的供油系统，并配合多重精密过滤器，可充分确保所需的过滤精度。
● 独立加油站
油液供应系统已升级为模块化配置，采用单一油液供应单元。采用这一液压执行器系统的首要优势在于其高达14兆帕的工作油压，这使得在保持相同阀门提升力的前提下，能够缩小控制阀门的伺服液压执行器的尺寸。
● 润滑油供应系统的冗余配置
油液供应系统采用冗余配置，配备两套油泵互为备用，以确保油液输送的可靠性。油源使用一用一备两台泵，可实现在线切换，并具备低压联锁和高压报警等功能。
● 简单的现场调试，便于故障检查与排除
所有液压设备均经过工厂测试与调试，以确保现场安装完成后，仅需进行简单的静态调整即可满足启动条件。此外，液压电机上增设了多个监测点，可实现对每台设备的实时现场数据监控，从而大大简化了故障诊断流程。
● 减少维护需求
与低压涡轮油系统相比，每年的小型检修无需拆卸液压马达；只需更换泵站和液压马达中液压元件的密封件。
DEH电子控制系统的特点：
升级后的DEH控制器配备中文人机界面，以提升系统的操作便捷性。它支持独立运行、热电耦合调节、蒸汽喷射调节、抽汽调节、滑压运行、自动升速与转速控制、功率控制、主蒸汽压力控制、一次调频、汽轮机在线试验、仿真功能、历史趋势查询与打印等各项功能。这不仅提高了机组的自动化水平和保护措施，还延长了机组的使用寿命。
(1) 自动调节控制功能
● 速度提升
操作员设定目标转速后，机组将根据当前热态对应的经验曲线自动控制调节阀，从而完成升速、暖机及跨越临界转速的全过程，直至达到3000转/分钟的稳态控制。（在跨越临界转速时，升速速率会自动调整。）在升速过程中，操作员还可通过调整目标转速、升速速率、转速保持时间及其他参数，对机组的升速过程进行手动控制。
● 自动同步
当汽轮机达到稳定转速后，DEH接收自动同期装置的指令，自动控制机组达到同步转速。
● 带初始负载的并网
发电机并网后，DEH会自动提高设定值，向发电机施加初始负荷（6兆瓦，可调），以防止功率反向流动。
● 负载斜坡
并网后，操作员可根据需要采用阀门控制模式、功率控制模式、压力控制模式或CCS模式来控制机组。
● 阀门控制模式
操作员通过设定目标阀门位置直接控制阀门开度，DEH则维持该阀门位置。此时，机组负荷与蒸汽压力会自动达到平衡。
● 电源控制模式
操作员通过设定目标功率来控制机组负荷。DEH以实际汽轮机出力作为反馈，实施功率闭环控制，从而保持机组负荷恒定。
● 压力控制模式
操作员通过设定目标压力来控制汽轮机前的压力。DEH控制系统调节阀门开度，以维持主蒸汽压力恒定。
(2) 限制控制功能
● 负载与阀门位置限制
限制值由人工设定。DEH会自动将负荷限制在上下限范围内，并将阀门位置限制在指定值以下。
● 功率反馈限制
当实际功率与功率设定值之间的差异过大时，功率反馈回路会自动断开，切换至开环控制模式，同时降低功率设定值。
● 主蒸汽压力低限限制
当主蒸汽压力降至设定限值以下时，DEH会自动减小阀门开度以限制负荷，从而使主蒸汽压力恢复。
● 快速减载
DEH具有三种快速减负荷速率（快速、中速、慢速），以应对不同辅助设备的故障。当CCS发出快速减负荷信号时，DEH会按照指定速率将负荷降至相应值。
● OPC 控制（超速保护）
速度测量模块接收高加速信号，以激活OPC电磁阀并输出加速校正电压信号。它会迅速关闭调节汽门，从而减少过渡过程中的超调量。经过一段延时后，或当转速降至低于103% n（或105% n0，可调）时，该模块将自动重新开启调节汽门，并将机组转速稳定在3000转/分钟。
(3) 测试控制功能
● 模拟并网测试
在接收到模拟并网试验隔离开关已断开的信号后，DEH可自动与电气系统协调，以完成模拟并网试验。
● 超速测试
驾驶员可通过液晶显示屏操作，以提高转速，从而触发超速保护功能，验证撞击销及电气超速保护的启动速度。在机械超速测试期间，DEH的电气超速保护设定值会自动从3300转/分钟调整至3390转/分钟，作为备用超速保护措施。
● 阀门密封性试验
操作人员可使用液晶显示屏界面，对节气门和流量阀进行密封性测试，并自动记录滑行时间。
(4) 保护与控制功能
● 系统状态监控
通过系统网络数据通信，汽轮机的所有参数和状态均以直观的方式显示在液晶显示屏上。该系统具备超限报警、故障报警功能，并可便捷地访问各类报警信息。对于跳闸、快速停机等关键信号，系统配备了SOE功能，事件分辨率高达1毫秒。
历史数据库包含超过500条记录，存储数据时间超过一年。可随时访问历史趋势屏幕。
● 超速保护
机组解列时，当转速超过额定转速的110%时，DEH会发出信号，中断系统运行，迅速关闭主汽阀和调节汽阀。
(5) 提升自动化能力
● 自动日志簿生成
驾驶员可以设置时间表或事件触发的每日/每小时日志，以实现自动记录。
● 历史数据记录与SOE记录
● 仿真功能
(6) 关键技术指标
● 调速范围：200~3600转/分钟
● 速度控制精度：≤+1 转/分钟
● 速度偏差率：可在3%~6%范围内在线调节
● 负载控制范围：0~120%
● 负载控制精度：≤额定值的+0.2%
● 主蒸汽压力控制精度：+0.1MPa
● 斜坡速率控制精度：+0.1%
● 控制系统灵敏度：<0.06%
● 负载切除时的转速超调：<7%，保持3000转/分钟
● DEH装置平均无故障时间：≥20,000小时
● 系统可用性：≥99.9%
● 全负荷切除时的最大超调速度＜8%h
● 速度控制周期 <50毫秒
订单提前期与现场施工进度：
设备定制设计与生产周期：约/天；
现场修改与施工进度：约/天；
3. 改进型自含式液压马达的安装
4. 改造后的液压马达管路连接
5. 改造后独立加油站的管道连接
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