张家口发电厂（下称张电）1、2号机均为东方汽轮机厂（下称东汽）生产的亚临界、中间再热、抽汽式、分缸型汽轮机，汽轮机型号为N300－16．7（170）／537／537，1、2号机分别于1991年和1992年投产运行。该机纯液压调速系统，自投产以来一直不能稳定工作，机组启动时，由于调速汽门摆动，转速很难稳定；带负荷运行时调速汽门摆动问题也时有发生，有几次调速汽门摆动很大，负荷波动50 MW以上，严重影响机组安全稳定运行。为此，我厂对机组调速系统进行了多次的改造。
1 液调系统简介
汽轮机液压调节系统（下称液调系统）由测速元件、放大元件和执行机构三大部分组成。它与汽轮发电机组转子（调节对象）闭环后组成转速负反馈自动调节系统。无论是单机发电还是并网发电，均根据转子的转速变化自动调整调节阀的开度，以适应负荷变化（也称有差调节系统）。
1．1 测速元件
调速泵作为测速元件（调速泵为钻孔泵），与汽轮机转子刚性连接，其输出压头（进、出口油压之差）称为一次脉动油压，该油压与转速平方成正比（P压头＝K·n2），但在转速约为3 000 r／min时，油压与转速近似成正比（ΔP＝2K·nΔn）。该油压作为转速模拟信号，作用于调速器滑阀。
1．2 传动放大元件
我厂液调系统有两级传动放大元件。调速器滑阀是第一级放大元件，其作用是将一次脉动油压信号转换成滑阀的位移变化，然后通过滑阀控制套筒窗口开度来控制二次脉动油泄油口，从而改变二次脉动油压值；中间继动滑阀是调节系统中第二级放大元件，而且是透平油与抗燃油的转换部件，其作用是将二次脉动油压的变化转换为积分活塞的位移，通过杠杆传动使分配滑阀产生位移，控制三次脉动油泄油口，从而改变三次脉动油压值。
油动机是调节系统的功率放大元件和执行机构，其作用是通过三次脉动油压的变化来调整油动机的行程，控制调节阀开度。
2 改造原调速系统
张电1997年分别对2台机调速系统进行了改造，更换了调速器滑阀和中间继动滑阀。
2．1 调速器滑阀比较
两滑阀动作原理均为：一次脉动油压力与弹簧力平衡，当一次脉动油压变化时，滑阀移动，改变二次脉动油排油口。
原滑阀通过拉杆与弹簧连接，并用螺母锁固。安装时，弹簧轻微偏斜以造成滑阀偏斜，该滑阀间隙为0．10～0．14 mm，因此造成滑阀卡涩，当油质较差时，卡涩加剧。
改型滑阀通过滑阀顶部一圆球与弹簧托盘压紧，弹簧偏斜对滑阀偏斜影响不大。改型滑阀间隙为0．18～0．20 mm，其上下部分各有4个喷油小孔，使滑阀在套筒内保持中间位置，为防止卡涩，喷油孔来油处设有小滤网。
2．2 中间继动滑阀改型前后比较
中间继动滑阀是旋转滑阀、积分活塞和分配滑阀的总称。原中间继动滑阀与改型中间继电滑阀的区别在于旋转滑阀结构不同。
两滑阀均是通过滑阀旋转提高抗卡涩能力的。原滑阀靠压力油流过带有螺旋槽的滑阀边缘，冲动滑阀旋转；改型滑阀在滑阀上钻有4个斜孔，压力油从斜孔内喷出，使滑阀旋转。原滑阀由于旋转力较小运行中常发生卡涩现象，更换为改型滑阀后未发生过。
两滑阀更换后，调速系统调节性能有很大的改善，未再出现调门大幅度摆动问题，但调节品质未达到设计要求（调速系统出厂性能指标：迟缓率ε≯0．2％）。实际运行中，即使在机组大修以后，所有调速部套检修并清洗干净，油管吹洗干净，油质化验合格的情况下，启机后，3 000 r／min定速时，转速波动仍为12～18 r／min。按照迟缓率ε＝Δn／n0计算，迟缓率为0．4％～0．6％。该类型液调系统迟缓率很难达到0．2％。
3 迟缓率产生的原因
3．1 转速测取
本机液调系统通过测取调速泵出入口压差得到转速信号。转速3 000 r／min时对应调速泵压头（即一次脉动油压）为0．588 MPa，此时转速变化1 r／min，调速泵压头变化0．000 392 MPa。此微小压头变化对调速器滑阀作用力变化为1．1 N，数值极小，很难使滑阀动作。油质较差时，滑阀卡涩，对一次脉动油压信号变化更不敏感。
3．2 传动放大
液压系统感受转速信号变化后，要通过三级信号放大来控制调速汽门开度。三级信号放大原理是：上一级脉动油压变化使滑阀移动，改变套筒上下一级脉动油排油口，引起下一级脉动油压变化，依此类推，由于放大环节多造成动作迟缓。
3．3 滑阀
调速系统滑阀采用断流式和贯流式（节流式）两种。对于断流式滑阀，滑阀凸肩尺寸相对于套筒窗口尺寸有一定过封度，约为0．02 mm。造成套筒窗口开度迟缓于滑阀行程，进而造成脉动油压传递逐级迟缓。对于贯流式滑阀，套筒窗口对压力油流动有阻力作用，该阻力与窗口开度为非线性关系，下级脉动油压变化量略偏离线性。
3．4 油质
东汽厂生产的300 MW分缸型机组轴封漏汽问题一直不能彻底解决，透平油含水量超标，油质差，造成调速系统滑阀卡涩。
由以上分析可知，我厂液压调速系统，因设计原理和结构问题，调节品质无法从本质上得到提高，解决问题的出路只能是进行电调改造。
4 电调系统简介
电调系统全称功—频率电液调节系统。该系统采用电子元件作为测量、运算部件，采用液压机构——油动机作为执行机构，包括测速元件、功率测量元件、PID调节器、电液转换器和油动机。
4．1 测速
采用磁阻发讯器测量转速。磁阻发讯器由齿轮、磁铁、线圈和铁心组成。线圈中交流电势的频率f＝nz／60，取齿轮齿数z为60时，则f＝n，因此，通过测取交流电势频率可测量转速信号，发送到PID调节器。
4．2 功率测量
电子元件测量发电机实际功率，比较两功率的给定值，差值发送到PID调节器，用来控制调门开度，保持功率平衡。
4．3 PID调节器
该装置是比例调节、积分调节和微分调节的综合。对于各输入量采用设定的综合运算方式，发出输出量信号到电液转换器。
4．4 电液转换器
该装置将电气信号转变为液压信号，用以控制油动机活塞的行程。
4．5 执行机构
油动机是调节系统的功率放大元件和执行机构，其作用是通过电液转换器来调整油动机的行程，控制调节阀开度。
5 液调系统与电调系统设备及性能比较
电调系统最大的优点是迟缓率小。电调系统通过测速探头直接测取汽轮机转子转速，它较液调系统测速精确；它的中间传动放大系统为电子逻辑运算，几乎没有误差和迟缓；它通过伺服阀控制各调节汽门开度；油动机用油为高压抗燃油。电调系统调速部分不使用透平油，因此透平油油质较差时也不会影响调节品质。
电调系统不但调节品质好，而且还可实现很多自动功能。
另外，电调系统还有预暖、自动升负荷、疏水门管理等自动功能，向实现机组运行自动化管理迈进一步。
6 结束语
我厂汽轮机液调系统属80年代产品，由于设计原理和结构的原因，调节品质无法提高，采用电调系统是必然趋势。
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