第七章第七章第七章第七章 汽轮机调节系统汽轮机调节系统汽轮机调节系统汽轮机调节系统 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院 陈立军陈立军陈立军陈立军 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第一节 概述概述一、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 2、汽轮发电机组的转速变化规律、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。第二节第二节 液压调节系统的特性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）（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（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%；电液调节系统的迟缓率%。（四）同步器（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 1、同步器的工作原理、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 2、同步器的用途、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 3、同步器的动作范围、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、调节系统的动态特性（二）影响动态特性的主要因素（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，把油压从过去的提高到达十倍之多，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功率反调现象 当外界负荷突变突变时,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，取决于活塞的移动速度，即活塞两侧进、排油速度； 对甩全负荷的影响最为重要，要求迅速关闭调节汽阀，防止超速过大。 大功率汽机的时间常数通常。油口宽度、最大位移、油压以及适当减小活塞面积。（2）单侧进油式油动机 活塞的同一侧实现进、排油。 1、双侧进油 移动需要两侧油压差，油管破裂失压时，活塞无法动作，致使调节汽阀无法关闭。解决方法是装设压缩弹簧，失压情况下依靠弹簧力关闭调节汽阀；正常情况下，协助加速调节阀的关闭但是在开启过程中却起反作用；（2）单侧进油式油动机活塞的同一侧实现进、排油。 同样条件下，单侧进油的提升力比双侧进油的小。但单侧进油靠弹簧力关闭，不需要用压力油，保证在失油情况下仍能可靠地关闭调节汽阀。 其最大优点：失油情况下仍能可靠地关闭调节汽阀，且可大大减少用油量。 相同条件下，双侧进油式时间常数小于单侧进油式。双侧进油式难以进一步减小，而单侧式设计合理也可达到较小。大功率汽轮机通常设计成一只油动机驱动一只调节汽阀，这样每只油动机所需要的提升力可减小。由于其耗油量少，所以主油泵的设计容量可明显减小。目前，在大功率汽轮机上应用单侧进油式油动机越来越重视。 第四节、危急遮断系统第四节、危急遮断系统 保证汽机安全，防止出现损坏事故，还应该装配必要的危急遮断保护系统。 一、危急遮断保护系统的原理两种情况1、自动停机危急遮断系统（AST） 部分设备失常造成机组严重损坏，关闭所有进汽阀立即停机；2、超速保护控制系统（OPC）暂时关闭高压调节汽阀及再热调节汽阀。减少进汽量及功率，但不能停机。 因此机组相应的设有AST油路和OPC油路。 OPC 油路仅控制高压调节汽阀和再热调节汽阀。当OPC油路跌落时，单向阀被AST油路油压顶住，防止了AST油路的油泄油，维持了AST油路的油压，使高压主汽阀和再热主汽阀全开，反之当AST油压下跌，高压主汽阀和再热主汽阀关闭，同时两个单向阀被顶开，OPC油路通过两个单向阀，油压也下跌高、中压调节汽阀关闭。所有的进汽阀与抽气阀关闭，实现了紧急停机。 是DEH控制器的OPC控制部分 危急跳闸控制装置(ETS)的跳闸信号，可便AST电磁阀动作，从而使AST油路泄压，关闭各进汽阀。还有机械超速和手动停机部分，当其动作时，机械超速和手动遮断总油管的脱扣油泄压并可通过隔膜阀使AST油路泄压，关闭所有进汽阀，机组停机。 两个层次：一是危急跳闸控制装置(ETS)的跳闸电信号可使AST电磁阀动作，所有进汽阀关闭，机组停机；二是机械超速及手动停机部分，当其动作时，可通过隔膜阀，所有进汽阀关闭，机组停机，起到危急保护作用。二、电磁阀 正常时得电关闭，建立油压；危急情况下，失电打开油路排油，各卸荷阀快速打开，使各汽门快速关闭。串并联布置，可防止拒动或误动。紧急跳闸装置检测参数超速110%推力轴承磨损EH液压低凝汽器真空低DEH失电MFT机组振动大ETSAST关阀三、机械超速与手动停机1、隔膜阀 连接低压透平油与高压抗燃油转速飞升EST 隔膜阀AST 停机2、机械超速和手动停机超速108%-110% 110%-112% 飞锤飞出错油门动作停机复位四、轴向位移保护装置1、作用 轴向位移允许值保护装置动作汽门关闭2、工作原理及结构 电磁式位移测量元件（差动电感位移传感器） 第五节、汽轮机的供油系统第五节、汽轮机的供油系统主要任务 1 1、润滑油（轴承）润滑油（轴承）2 2、动力油（保护系统）动力油（保护系统）盘车时还向盘车装置和顶轴装置供油。 系统的正常工作对于保证汽轮机的安全运行具有重要作用，如果润滑系统突然中断油流，即使只是很短时间的中断，也将引起轴承烧瓦，从而可能发生严重事故。 在液压调节系统中润滑系统和调节系统均由统一的透平油系统供给， 在电液调节系统中，采用了透平油供轴承润滑系统，高压抗燃油供调节、保安系统的供油方式。 一、采用透平油的供油系统 油系统的主要设备一般有主油泵、注油器、辅助油泵、油箱及冷油器等；二、采用抗燃油的供油系统（EH） 主要由油箱、油泵电机组件、控制块、滤油器、磁性过滤器、溢流阀、蓄能器、自循环冷却系统、抗燃油再生过滤系统、EH油箱加热器及一些对油压、油温、油位进行报警、指示和控制的标准设备所组成。 组成了重复的两套系统（冗余），当一套系统投入运行时，另一套系统即可作为备用。 当汽轮机正常运行时，一台油泵足以满足系统所需的用油量，必要的情况下，第二台油泵即可投入。 油泵供出的油经过滤网、溢流阀等进入高压母管和高压蓄能器，以建立14. 0t0. 5MPa的压力。回到油箱的抗燃油经滤网、冷油器返回油箱。