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第七章 汽轮机调节系统 自动化工程学院 陈立军 主要内容 概述 液压调解系统的特性 数字式电液调解系统 紧急遮断系统 汽轮机供油系统第一节 概述一、汽轮机调节系统的任务1、供电数量和质量要求(1)量的要求:(2)质的要求:电压(励磁电流调整);频率(机组转速)。2、汽轮发电机组的转速变化规律Mt:汽轮机的主力距;Me:电磁反力矩;Mf:转子的摩擦阻力矩;Ip:转子的转动惯量;d/d:转子的角加速度;=2n/603、汽轮机调解的任务及时调解内功率,满足外界负荷变化,保证转速 ,分为喷嘴调节、节流调节、滑压调节;二、调速系统的工作原理1、直接调节(直接带动调节阀,如飞锤调解);2、间接调节(通过放大系统,带动调节阀);包括:转速感受机构、传动放大结构、配汽执 行机构、调节对象三、典型液压调节系统转速感受机构的不同,可以分为1、具有高速弹性调速器的液压调节系统(转速 挡板位移);2、径向泵液压调节系统(径向泵);3、旋转阻尼液压调节系统(旋转阻尼)。一、静态特性(一)静态特性曲线静态特性 在稳定运行工况下,转速和功率之间 的关系;调解系统的转速有差调解特性,通过部分实验或 计算间接求得;取决于各组成部分的静态特性。第二节 液压调节系统的特性特性曲线获取方法由获取的各组成部 分的静态特性曲线, 用合成法作图,合成 为第一象限内的汽轮 机功率与转速关系曲 线dd,即为整个调节 系统的静态特性曲线 。(二)速度变动率(转速不等率) 1、速度变动率 机组孤立运行时,最大转速(零 负荷)与最小转速(额定负荷)之差,与额定转速 之比。2、速度变动率对一次调频的影响一次调频 根据外界负荷变化的需要,汽轮机调 节系统按器静态特性自动调整功率,以减少供电频 率的变化的调节过程。速度变动率对一次调频的影响 并列机组的负荷分配(小的机组,相对变化大) ; 速度变动率不可过小,否则引起负荷晃动;3% 6%; 速度变动率不可过大,否则引起甩负荷超速。电网的经济调度原则(负荷变动适应性)选择功率大、效率高的机组带基本负荷,在电 网频率变化时,尽量使之功率变动小,保证较高 的经济性和安全性,他们速度变动率选择大些, 取4-6%;另一类主要承担尖峰负荷,一般选择效率较低 、负荷变动适应性强的中小机组,他们选择变动 率小些,取3-4%。1、单调递减函数; 2、连续、圆滑,无突变、无 接近水平的部分,避免负荷 飘动; 3、在空载处应陡一些,以便 控制机组的转速与电网同步 ,顺利并网,并网后所造成 的负荷冲击也较小; 4、带基本负荷的机组,在额 定负荷处静态特性线也应该 陡一些,稳定在经济工况, 低频不超载。3、局部速度变动率(三)迟缓率1、迟缓现象(回差) 调节部分的摩擦力、间隙、 滑阀油口的盖度、油的粘滞力;2、迟缓率的定义 机组在同一功率下,因迟缓而出 现的最大转速变动量 (最高转速与最低转 速之差),与额定转速之比,称为迟缓率;3、迟缓率对机组运行的影响 转速晃动(单机运行): 负荷晃动量(并网运行):越小越好!但制造困难。一般要求液压调节系统的迟 缓率0.3%0.5%;电液调节系统的迟缓率 0.1%。(四)同步器汽机功率和转速(电网频率)单值对应,某一个 电网频率下,汽轮机只能发出一个固定的功率;而 在单机运行时,汽轮机功率由外界负荷决定,一个 功率对应一个固定的转速,且不能改变。显然,这 是不能满足机组运行要求的。如果将静态特性曲线上下移动,改变转速与功率 的对应关系,就能在电网频率不变的情况下,改变 并网机组的功率,从而在功率不变情况下,改变单 机运行机组的转速。同步器就是用来上下移动静态特性曲线的装置,同 步器能够连续地平移静态特性曲线,使其成为一簇线 ,或者说成为一个工作区带。 1、同步器的工作原理一次调频二次调 频频率合格 ,总负荷 不变二次调频:通过同步器来调整供电频率的方法;2、同步器的用途1)机组在单机运行时,调整机组转速;2)机组在并网运行时,在各机组间进行功率负荷 分配,保持转速不变;3、同步器的动作范围(1)高限余量的作用:保证电网频率升高时(一次 调频),以额定功率并网,取(1%2%)n0,不宜 过大,防止空载超速;(2)低限余量的作用:保证空载顺利并网,电网频 率较低时正常停机,取(4%6%)n0,不宜太大, 对机构设计不利。同步器范围高限余量低限余量频率升高、带不满负 荷,太大,有超速危 险频率较低时,无法 同步并网;无法甩 负荷,停机困难一次调频与二次调频一次调频 各机组并网运行时,外界负荷变动, 电网频率变化。各机组的调节系统参与调节,改变 各机组所带的负荷,使之与外界负荷相平衡。同时 尽力减少电网频率的变化,此过程即为一次调频。二次调频 一次调频是有差调节,不能维持电网 频率不变,只能缓和改变程度。所以还需要利用同 步器改变某些机组的转速与功率对应关系,以恢复 电网频率,此过程称为二次调频。只有经过二次调频后,电网频率才能精确地保持 恒定值。二次调频目前有两种方法: 1、由调总下令各厂调整负荷; 2,机组采用AGC方式,实现机组负荷自动调度简单的说,一次调频是汽轮机调速系统要据电网 频率的变化,自发的进行调整机组负荷以恢复电网 频率,二次调频是人为根据电网频率高低来调整机 组负荷 (一)动态特性指标1、稳定性(振荡收敛);稳定过程 非周期过程,微振过渡过程、振荡过渡 过程,振荡次数要少于35次;避免非稳定过程( 等幅振荡、发散振荡);2、精确性(转速动态偏差),减小最大动态转速, (107109%)n0;3、快速性(过渡时间),小于510s。二、调节系统的动态特性(二)影响动态特性的主要因素 1、转子飞升时间常数Ta(零转速额定转速所需时 间),Ta飞升转速; 2、中间容积时间常数Tv (额定流量充满整个中间 容积所需时间),Tv飞升转速; 3、转速不等率(速度变动率), 动态稳定 性但动静态偏差;4、油动机时间常数Tm (油动机走完整个行程所 需时间), Tm关闭时间动态偏差过渡时 间但可削弱油压波动的影响;5、迟缓率 由于迟缓的存在,甩负荷时不能及 时使调节阀动作,动态偏差加大。三、中间再热式汽轮机调节特点国产125MW以上机组均采用了中间再热式汽轮机, 其调节系统有以下特点:(1)中低压缸功率滞后 (庞大的蒸汽容积,功率滞 后);(2) 甩负荷时动态超速 中间容积引起超速,除高 压缸调节汽阀外,还须增设中压缸调节阀,以便在 机组甩负荷时,将两种汽阀同时关闭;(3)低、空负荷时机炉工况不匹配 汽机、锅炉的 动态特性不同,必然造成机炉协调配合问题,需增 设旁路系统。随着容量 、参数,对安全性、经济性、自动化水平的要求。传统的机械型调节系统(MHC)已不能完全适应,电液调节系统(EHC)得到发展。我国始于20世纪60年代初,20世纪70年代用在125 、200MW机组上,受电子器件可靠性的制约,限制了 广泛应用。20世纪80年代引进美国WH技术并国产化,20世纪90年代初用在300MW机组。目前EHC系统在我国被广泛应用。第三节 数字式电液调节系统数字电调 是一种功率一频率调节系统,与模拟 相比,大都在计算机内进行的。两者的控制方式完 全不同,模拟属于连续控制,而数字则属于离散控 制,也称采样控制,是一种更为完善的调节系统。 一、电液调节系统的工作原理目前都还没有电气元件取代推力大、动作迅速的 液压执行机构,因而都有把电信号转换成液压信号 的电液转换装置,所不同的是对液压机构进行了许 多重大的改进,例如采用高压抗燃油的液压伺服机 构,把油压从过去的0.98-1.96MPa提高到12.42- 14.49MPa达十倍之多,使结构紧凑,推力大,动作 更加迅速。二、电调中的主要部件由电子调节装置、阀位控制装置、配汽机构、调 节对象四部分组成。用数字量传送信号,接口采用 D/A、A/D 转换。与液压调节系统相比,电调主要是用电子调节装 置替代转速调节机构,其次是用电液伺服装置替代 了液压伺服装置。(一)电子调节装置 1、转速测量元件主要由磁阻发信器与频率(转速) 变送器组成,转变为直流电压信号后 发送 DEH。感应的交变电势的频率f与齿数z、 汽轮机转速n 的关系为。经fu转化为直流电压。2、功率测量元件利用霍尔效应,用于测量发电机功率时将发电 机出线电压经电压互感器、电流经电流互感器后, 接至励磁绕组上,产生磁场B。霍尔电势的幅值正比 于电流和磁场强度的乘积,也就是正比于发电机电 流和电压的乘积,即信号较弱,经过放大后再输出。三相功率要用三 个霍尔元件来分别测量,其值相加。3、功率反调校正元件 功率反调现象 当外界负荷突变时,例如,当电网故 障造成发电机功率突然大幅度减小时(功率转速 汽门),由于转子存在惯性等原因,造成转 速信号瞬时变化很小,即转速变化信号落后于功率 变化信号。这时,一次调频回路输出的功率静态偏差请求值 大于0,所以相继通过功率校正器与调节级压力校正 器的校正作用后驱使调节汽阀开大,引起汽轮机功 率增大,与希望的方向相反。 接下来,转子进一步加速,转速反馈信号加强, 一次调频产生主导作用,使汽阀关小,反调现象逐 渐消失。反调现象只发生在调节过程的初期。通常设置动态校正元件,加以预防。(1)转速一次微分器 补偿功率的不平衡量,但微 分信号会使系统的高频干扰信号放大,影响系统的 正常工作;(2)带惯性延迟的测功器 削弱测功信号的功率反 调作用,将功率信号延迟一段时间,增加一个功率 信号延迟环节;(3)功率负微分器 将功率负微分器并接在测功器的 两端,在电功率突变的初期,功率负微分信号与功 率信号同时突然改变,两信号变化方向相反,相加 后的净输出值大大减小。在微分器的输入端加上一 个死区,这样功率的微小波动以及干扰信号就被这 个死区过滤掉,提高了电液调节系统的稳定性。4、频差校正器频差是指电网实际频率与 额定频率之差,变换成转速 后,采用比例调节规律。可调的死区一线性一限幅 死区用途:一是当死区较小 时,可以过滤转速小扰动信 号,使机组功率稳定;二是 当死区较大时,使机组不参 与电网一次调频,只带基本 负荷。5、功率校正器采用了比例积分调节规律。在功率校正回路投入的情况下,一次调频回路信 号,一方面进入乘法器,另一方面进入比较器,与 送入的电功率反馈信号进行比较后生成MR,再与 额定功率P0相除后变成功率相对偏差量,再经PI校 正及上下限幅处理后成为功率校正系数。该系数在 乘法器中与 REFI相乘后,生成功率校正请求值信 号REF26、调节级压力校正器采用了比例一积分调节规律功率校正回路输出的REF2在参数变换器中进行 功率一调节级压力参数信号变换,生成IPS,送往 调节级压力校正回路,调节级压力校正回路投入时 ,经比较产生调节级压力偏差信号 IMR,经PI校 正及限幅处理后生成Vsp。(二)阀位控制装置 也被称作电液伺服装置,主要由阀位控制器、电 液转换器、油动机及阀位反馈测量元件等组成;电液转换装置是将电信号液压控制信号的转换 放大元件,是电液调节系统的关键部件;要求响应快、线性好、零漂小、驱动力大、抗油 质污染能力强、运行稳定、维护方便。1、喷嘴挡板式电液侍 服阀(电液转换器)结 构和工作原理电磁力控制衔铁偏转 挡板位置 滑阀两 侧进油 滑阀移动。 在反馈杠杆作用下,挡 板恢复到中间位置。2、油动机用作调节信号的最后一 级放大,油动机活塞位移 控制调节汽阀的开度,要求:输出功率大;动 作快。分为双侧进油式和单侧 进油式两个重要指标:一是提 升力,二是时间常数。(1)双侧进油式油动机 1) 进油控制方式 上进油下排油,稳定时既不进也 不出。须配用断流式滑阀; 2) 提升力 取决于活塞两侧的压差与活塞的面积。 主油泵出口压力、流动压力损失、活塞面积 都可以增大提升力; 3) 时间常数 开启/关闭调节汽阀的速度,取决于活 塞的
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