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