9 汽轮机原理第9章.ppt

1、1,汽轮机原理 Principle of Steam Turbine,重庆大学本科课程,2014.11,授课教师：陈艳容,第九章 汽轮机控制系统,2,一、发电厂汽轮机控制系统的任务 1，汽轮机为什么必需具备自动调节系统？ 电能不能大量储存，火电厂发出的电力必须随时满足用户要求，即在数量、质量要求同时满足用户要求。 （1）数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电力负荷根据用户要求来调整发电大小，以满足用户要求。 （2）供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中，电压可以通过变压器解决。电网频率则直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率高，转速低则频率低。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,

2、3,（3）火电厂自身安全的需要：汽轮发电机组工作时， 转子、叶轮、叶片等承受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比。转速增加，离心力将迅速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏，出大事故。 发电厂的电压由发电机的励磁系统调节，电力系统的频率（或称周波）主要决定于有功功率（即原动机的驱动功率），由汽轮机的功率控制系统调节。由于汽轮机调节系统以机组转速为调节对象，习惯上称为调速系统。 2、调速系统的任务： （1）满足用户足够的电力（数量、质量）； （2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行。 * * 除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速保护、轴向位移保护等）。,第一节 汽轮机

3、控制系统的任务及系统组成,4,3、汽轮发电机组转子运动方程式： 机组在工作时，作用在转子上的力矩有三个：蒸汽主力矩、发电机反力矩、摩擦力矩。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,5,3、汽轮发电机组转子运动方程式： 机组在工作时，作用在转子上的力矩有三个：蒸汽主力矩、发电机反力矩、摩擦力矩。在稳定状态下，三者的代数和为零： 通常，摩擦力矩很小，这样一来，上式可写成： 转子旋转的动态方程： 机组运行时，只要蒸汽主力矩和发电机反力矩不平衡，就会产生角加速度。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,6,4、调速系统的功能： 蒸汽主力矩和发电机反力矩随转速的变化如图9-1所示：曲线2为蒸汽主力矩

4、，曲线1为发电机反力矩，当转速n增加时，蒸汽主力矩减小，发电机反力矩增加；当转速n减小时，蒸汽主力矩增加，发电机反力矩减小。A点是两力矩平衡状态点：曲线1、2之交点。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,图 9-1 机组力矩与转速关系,7,自调节特性：当不考虑调速系统的功能作用下，负荷变动时，机组能自动保持平衡状态的能力.,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,8,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,为此，必须设置调节系统，在电力系统的负荷增大，频率降低时，根据转速偏差的大小改变调节汽阀的开度，调节汽轮机的进汽量和比焓降，改变发电机的有功功率输出，由于汽轮机调节系统以机组的转速为调节

5、对象，故习惯上称为调速系统。,9,5、电网有功负荷变动类型 第一类变化变化周期短（数秒到数十秒），变动幅度很小（平均值的35%），具有随机性。 第二类变化变化周期较长（数十秒到数十分钟），变动幅度较第一类大，有一定可预测性。 第三类变化变化缓慢，幅度很大。由生产、生活和气象等节律引起的。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,10,5、电网有功负荷变动类型 （1）第一类负荷变化：变化周期短（数秒到数十秒），变动幅度很小（平均值的35%）。 （2）第二类负荷变化：变化周期较长（数十秒到数十分钟），变动幅度较第一类大。 （3）第三类负荷变化：变化缓慢，幅度很大。 不同类型的负荷变动，采用不同的调

6、整方式，与上述三类负荷变动对应的调整分别为一、二、三类调整 。 一次调频：当电网周波发生小幅、高频率波动时，并网运行的汽轮发电机组根据各自的n-Pel静态特性曲线，自动改变调门开度，调节负荷以稳定电网周波的有差调节。 二次调频：当预知电网负荷大幅、低频变化或需人为增减负荷时，通过电力系统自动频率控制（AFC）或自动发电控制 （AGC）改变机组功率给定值，从而平移n-Pel静态特性曲线，以无差方式调节负荷以以稳定电网周波的调节。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,11,二、功率频率调节 纯粹的调速系统难以满足优良供电品质的要求存在“内扰” 锅炉燃烧工况波动汽轮机进汽参数和功率输出变化频率变

7、化供电品质下降。 机组内部因素造成机组有功功率及电力系统频率波动的扰动称之为“内扰”。 即：同样的转速变化得不到相应的功率变化，不能适应外界负荷变化的要求。这样，机组转速仍将继续变化，易引起电网频率和调节系统的不稳定。 引入功率反馈，即功率偏差信号，对机组功率和转速（频率）的调节 功率频率调节（功频调节）,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,12,三、运行对调速系统的要求,1，调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利地并网和解列； 2，当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全地过度到另一稳定工况，而不发生较大

8、的长期的负荷摆动； 3，为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内； 4，当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值小于超速保护装置 动作转速。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,13,四、汽轮机调速系统的基本原理,（一）简单的汽轮机自动调速系统,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,14,三、汽轮机调速系统的基本原理,（2）间接调节系统 1、主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。 2、油路：Po-高压油，Pn-排油。 3、工作原理： 当外界负荷N减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压

9、油Po通过滑阀油口进入油动机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小。 同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。 * 当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而动作方向相反。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,15,图 9-2,1、主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。,2、油路：Po-高压油，Pn-排油。,16,当外界负荷减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移， 高压油Po通过滑阀油口进入油动

10、机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小。,三、汽轮机调速系统的基本原理,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,17,当外界负荷减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移， 高压油Po通过滑阀油口进入油动机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小。,三、汽轮机调速系统的基本原理,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,18,当外界负荷减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油Po通过滑阀油口进入油

11、动机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小。,三、汽轮机调速系统的基本原理,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,油动机活塞向下移动（C点向下移动），带动A、B移动，是错油门滑阀向下移动，直至回复到油口被完全遮断的居中位置，调节过程结束。,19,三、汽轮机调速系统的基本原理,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,油动机活塞的运动由错油门滑阀偏离居中位置引起，而由油动机活塞运动通过杠杆又反作用于错油门滑阀，减小错油门滑阀的偏移量，这种作用称为反馈。,反馈,20,（二）调速系统的静态特性曲线,1，有差调节：从图9-2可知，杠杆C有不同位置，则A就有

12、不同位置，而B点在任何一平衡状态其位置不变。这就是说，对应不同的功率，就有不同的转速。 2，静态特性曲线： 稳定工况下，汽轮发电机组转速与功率的关系曲线称为调速系统的静态特性曲线。如图9-3所示。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,21,3、静态特性曲线的平移-同步器 同步器是调速系统的部件之一。操作同步器，可使汽轮机 在同一转速下有不同的功率，或者是在同一功率下有不同的转速。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,（二）调速系统的静态特性曲线,22,（三）调速系统的组成部分,( 1）转速感受元件： 转速感受元件的作用是测量机组转速的变化，并把转速变化信号转化为其他物理量而输送给下一调

13、节环节。 （2）中间传动放大机构： 传动放大机构是接受、放大转速感受元件输送的信号，并输送给下一机构。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,23,（三）调速系统的组成部分,（3）油动机系统是将油动机的行程转变为各调节阀开度的装置，并达到预定开度的位置。 （4）配汽机构： 配汽机构是接受放大后的信号，调节汽轮机的进汽量，改变机组功率。 （5）同步器用于中间传动放大器，产生油动机行程的控制信号。,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,24,（四）汽轮机调节系统的型式 汽轮机调节系统按其结构特点可划分为两种型式即机械液压调节系统和电液调节系统。 （1）机械液压调节系统 （2）电液调节系统 1模

14、拟电液调节系统 2数字电液调节系统,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,25,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,（四）汽轮机调节系统的型式,汽轮机的转速和功率由传感器或变送器转变为电信号，经电子线路放大、运算，产生液压伺服执行机构的控制信号，输到PID调节回路，然后经功率放大作用于电液转换器，产生控制油动机行程的液压信号。系统中设置有转速反馈调节回路、功率反馈调节回路和调节级后压力反馈回路。,26,（五）各种调节系统的比较 模拟电液调节系统与机械液压调节系统的比较： （1）模拟电调系统的电气部分，具有快速、准确和灵敏度高的特点 （2）模拟电调为多回路多变量调节系统，PID的综合运算能

15、力强，具有较强的适应外界负荷变化和抗内扰能力， （3）模拟电调的静态特性和动态特性好 （4）模拟电调可提供调频、带基本负荷和单向调频等不同的运行方式。 （5）模拟电调有利于机组的自动化,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,27,数字电液调节系统和模拟电液调节系统的比较： （1）用计算机取代模拟电调中的电子硬件，特别是采用微处理机和使功能分散到各处理单元后，显著提高了可靠性。 （2）计算机的运算、逻辑判断与处理功能特别强，除控制手段外，在数据处理、系统监控、可靠性分析、性能诊断和运行管理(参数与指标显示、制表打印、报警、事故追忆和人机对话)等方面，都可以得到充分的发挥。 （3）调节品质高，系

16、统的静态和动态特性良好 （4）利用计算机有利于实现机组协调控制、厂级控制以至优化控制,（五）各种调节系统的比较,第一节 汽轮机控制系统的任务及系统组成,28,第三节 汽轮机控制系统的工作特性,一、控制系统的静态特性曲线 汽轮机调节系统的静态特性曲线是由转速感受机构、中间放大机构和执行机构的静态特性曲线所组成，如图9-30、 图9-31所示。其中，将调速器、中间放大机构和执行机构的静态特性曲线分别画在直角坐标系的第二、三、四象限，将调节系统的静态特性曲线画在直角坐标系的第一象限，组成四象限图。,图9-30,图9-31,29,（一）四方图 描述调节系统转速感受特性、中间放大特性、配汽特性和功率转速

17、静态特性的四象限图。四方图对机械液压、模拟电液、数字电液调节系统均适用，但表述方式有所不同。 II象限 转速感受特性转速与一次控制信号 III象限 中间放大特性一次控制信号与油动机行程关系 IV象限 配汽特性油动机行程与机组功率关系 I象限 调节系统静态特性功率与转速关系 有了转速感受特性、中间放大特性和配汽机构特性三条曲线，便可唯一地确定出第I象限中机组电功率输出P与转速n对应关系的调节系统静态特性，,第三节 汽轮机控制系统的工作特性,一、控制系统的静态特性曲线,30,（二） 速度变动率（不等率）,1、定义：在稳定工况下，汽轮机的功率由满负荷减到零负荷时，其转速 的改变量n与额定转速no之

18、比的百分数称为速度变动率（图9-38 ），用表示： 描述了单位转速变化所引起的汽轮机出力的增减。 * 单机运行的机组，由一台机组向用户供电，机组负荷等于用户 消耗量，这样，当功率变化时，转速也要变化（图9-39 ）。 * 并列运行的机组，网内所有机组同时向电网送电，再由电网向 用户供电。,图9-38,图9-39,31,2、一次调频机组并列运行时，电网负荷变化时功率如何分配？ 并列运行的机组，网内频率相同，所有机组转速一样，机组总功率正好等于用户总耗电量。当外界负荷变动而引起电网频率变化时，网内各机组调速系统同时动作，自动增减负荷，以适应外界负荷变动的要求。如图9-40所示。,图9-40,二，速

19、度变动率（不等率）,32,3、并列运行的机组功率变化与速度变动率的关系： 如图9-40所示，两台机组并列运行，其速度变动率分别为 、 ，额定功率分别为 、 。当电网频率变化时，二者转速变化值相同（n）。这样： 上式表明，并列运行的机组，在一次调频时，机组功率变化的相对值与其速度变动率成反比。即速度变动率大的机组，功率变化小；速度变动率小的机组，功率变化大。,33,4、速度变动率的选定：,（1) 调速系统动态特性对速度变动率的要求： 速度变动率大，调速系统稳定性好；但速度变动率大，则机组甩负荷后的转速飞升大，容易超速，则一般要求速度变动率 = （45)%。 速度变动率小，调速系统稳定性差，则要求

20、速度变动率不小于3%。 （2）为了保证机组在甩负荷时，其超速保护装置不动作，对速度变动率有一定的要求： 从静态曲线上来看，机组功率由满负荷变为零负荷时，其转速将由额定转速no上升为（1+)no；但从动态曲线上来看，机组功率由满负荷变为零负荷时，其转速将由额定转速no上升为（1+1.5)no。所以， 上限为6%。 （3）对于承担基本负荷的机组，希望运行稳定，速度变动率应取大一些，一般为(46)%； （4）对于承担尖峰负荷的机组，希望增强对负荷的适应性，速度变动率应取小一些，一 般为(34)%。,34,5、静态特性曲线的合理形状,1、局部速度变动率：实际上，调速系统的静态特性曲线为一曲线，在不同的

21、功率下 有不同的速度变动率，即局部速度变动率。这样，在电网频率 变动时，各机组的功率变化取决于工作点的局部速度变动率，而不是系统总速度变动率。,35,2、静态特性曲线的合理形状(图9-50)： * 在0负荷附近(010%)，局部速度变动率要求大一些，以便于机组并网； * 在额定负荷附近(90100%) ，局部速度变动率也要求大一些，为的是使机组在经济负荷下 稳定运行，提高效率； * 在中间应较平滑，但不允许有平直段，以免负荷不稳定。,图9-33,5、静态特性曲线的合理形状,36,（三）迟缓率,1，迟缓现象：如下图，当外界负荷下降而转速上升时，机组功率并不马上降低。而是当转速上升到一定程度时，功

22、率才开始下降。 同样， 当外界负荷上升机组转速下降时，机组功率并不马上增加，而是当 转速降低到一定时，功率才开始上升。这就是说，机组在同一功率下有不同的转速，或者 说在同一转速下有不同的功率。 这就是调速系统的迟缓现象。,图942,37,2，产生迟缓的原因：调速系统的各部件存在着摩擦、铰练间隙、滑阀重叠度。这样，各部件的静态特性曲线就不是一条线，而是一个带状区域。因此，当电网频率变化时，机组功率并不马上变动而是有一段迟缓。通常用迟缓率（不灵敏度）来表示这种迟缓程度的大小。 3，迟缓率：同负荷条件下的最大转速变动（ - ）与额定转速 之比，即 （9-19） 迟缓的存在对调节系统的控制精度和机组的

23、稳定运行会产生不良影响。 4，机组最大负荷摆动P 从图9-42中的三角形相似就可以看出： 由于迟缓的存在，机组可能发生的最大负荷摆动为P。,38,5，迟缓率限制过大影响调节品质，过小频繁动作造成部件磨损。一般要求：机械液压型，迟缓率不大于0.6%；电液型，迟缓率不大于0.2%,迟缓率描述了机组功率基本不变时所对应转速波动的大小，也表示了机组功率输出对转速不灵敏区（或称死区）的大小。对调节系统的控制精度和机组的稳定运行会产生不良影响。 例：调节系统迟缓率=0.5%，由不灵敏区宽度为n= n0=15 r/min，等同于f=0.25Hz。 若电力系统负荷变化所引起的转速变化小于n0=15 r/min

24、时，即使调速系统感受到转速变化，调节阀的开度也可能不会改变，此时机组的电功率输出就不能满足外界负荷的要求。,（三）迟缓率,39,迟缓对运行机组的影响：调节系统在迟缓区内，实际上没有调节作用。 (a) 机组孤立运行时，调节系统使其功率与负荷始终保持平衡，迟缓率的影响主要反映在转速上。机组转速在下灵敏区任意摆动 (b) 对于并网运行机组，其转速取决于电网频率，迟缓影响主要反映在功率上。引起功率晃动,（三）迟缓率,40,四，静态特性曲线的平移(同步器) （一）同步器的作用 1，单机运行的机组，当功率由 上升到 时，转速（频率） 将由 降为 ，这样，就不能满足供电质量的要求。 而同步器则可以平移调速系

25、统的静态特 性曲线（即用同步器改变机组的进 汽量），使机组的转速不变（ ）， 如图9-43所示。,图9-43,41,2，并列运行的机组，可以用同步器调整网内各机组的负荷，使之按给定负荷运行，调整电网频率，以维持电网稳定在额定范围之内。这种用同步器调频的方式称为“二次调频”。如图9-44a有两台并列运行的机组 ， 功率分别为 、 。可以用同步器增加P1给1 号机，而使二号机减少P2，而使总的功率不变，转速（频率）不变。 3，机组启动时，可以用同步器改变进汽量以增加转速，使之从0转速上升到额定转速 -同步。,图9-44,42,（二）平移调速器的静态特性曲线,如图7-45a，调速器飞锤离心力与a、b

26、弹簧的弹力相平衡。当转速不变时，可以改变b弹簧的预紧力而改变调速器滑环的位置A，使调节阀开度改变。相反，当转速增加或者减少时，可以用同步器使调速器滑环位置A不变。这就是说，同步器可以上下平移调速器的静态特性曲线（图9-45b）。,43,（四）同步器的工作范围：,为了满足在额定参数、额定转速下机组能从满负荷到0负荷稳定运行，同步器的工作范围至少是等于大于调速系统所控制的转速范围。 a，上限位置：应能保证在电网频率升高、初参数偏低而背压升高时，能使机组带满负荷； b，下限位置：应能保证在电网频率 下降、初参数上升而背压下降时，能 使机组减负荷到零。如图9-49所示。,44,五、调速系统动态特性,（

27、一）调速系统的动态过程 1，静态特性与动态特性 * 静态特性，是指汽轮机稳定工况下的特性（n-P)，不涉及两个稳定工况之间的过渡过程； * 动态特性，是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、调节阀开度等参数随时间的变化规律。,45,2，动态稳定指标 （1）稳定性：运行机组受到干扰后离开平衡位置，经调节系统作用后，过渡到新的平衡状态；或者在扰动撤消后，能恢复到原来平衡位置，这样的系统就是稳定系统。由系统的传递函数求零、极点计算别系统是否稳定。,46,2，动态稳定指标 （2）动态超调量 在调节动态过程中，动态最大超调量与稳定值的差与稳定

28、值的比。对汽轮机调节系统，机组甩负荷后最高飞升转速与稳定转速的差，和稳定转速的比值。,五、调速系统动态特性,47,2，动态稳定指标 （3）静态偏差值 甩负荷后的稳定值与额定转速的差。机组甩不同负荷时，稳定转速是不同的。 （4）过渡过程调整时间T（快速性） 一般=5% ，即=5%n0 从响应扰动到基本达到稳定值所经历的时间为过渡过程调整时间。一般要求过渡过程时间尽可能短 一般数秒至数十秒，不超过5-50s。,五、调速系统动态特性,48,（二）影响动态特性的主要因素（1）调节对象对动态特性的影响：,1，转子时间常数T4-在额定功率时的蒸汽力矩(Msto)作用下，机组转速由0上 升到额定转速时所需要

29、的时间，即 随着机组容量增加，蒸汽力矩(Msto)增加，则转子飞升时间常数Ta降低。对于中小型机组，T4 = 1114 秒；高压机组，T4 = 710 秒；中间再热机组，T4 = 58 秒。机组越大，时间常数T4越小，越容易超速。,49,2，中间容积时间常数T3-蒸汽在额定流量Go下，以多变过程充满中间容积并达到密度为 所需要的时间称为容积时间常数T3，其值为： 其中，Do-中间容积蒸汽参数为 时，整个容积的充汽量； V-中间容积； -蒸汽密度； Go-额定进汽量。 中间容积V越大，参数越高，则中间容积时间常数T3越大。G越大，中间储汽越多，作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。对于中间再热

30、机组来说，除了本身容积 之外，还有再热器再热蒸汽管道，容积很大。因此必需有中压调节阀。,50,（2）调速系统对动态特性的影响,1、调速器时间常数T1 调速器时间常数描述了调速器在转速扰动时达到稳定输出的时间大小，调速器时间常数对调节系统的甩负荷特性影响较大，过大的调速器时间常数将使甩负荷后最高飞升转速增大。,51,（2）调速系统对动态特性的影响,2，速度变动率的影响，如图9-64b所示： a，速度变动率越大，甩负荷后的机组最高飞升转速越高，所以， 速度变动率不大于6%； b，速度变动率越小，超调量（n）越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。所以 要求速度变动率不小于3%。一般为0.040.05。

31、,图9-64,52,（2）调速系统对动态特性的影响,3，液压伺服执行机构时间常数T2：主要取决于油动机时间常数 如图9-64a所示。 a，油动机时间常数Tm越大，最大转速越高，过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负荷增大了超调量，调节品质差。 b，油动机时间常数Tm太小，则要增加主油泵的功率，引起调速系统摆动。,图9-64,53,（2）调速系统对动态特性的影响,4，迟缓率的影响：迟缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓率越大，调节阀关闭迟缓，转速超调量大。,54,第四节 中间再热汽轮机的调节,一，中间再热汽轮机调节的特点 （一）中间容积的影响： 中间再热汽轮机有再热器、再热管道这一巨大的中间容积，机组

32、甩负荷之后，即使高压调节阀全关，但是，中间容积的储汽足以使机组超速（4060) %。为了解决这一问题，需设置中压调节阀。这样一来，在机组甩负荷之后，同时关闭高、中压调节阀，使机组停止运行。,55,第四节 中间再热汽轮机的调节,一，中间再热汽轮机调节的特点 （二）中间再热机组的功率滞后： 1，功率滞后如图9-67a所示。当外界负荷增大，高压调节阀马上开大，高压缸的功率 马上增加。但由于中间容积大，要等中间容积内汽压上升之后，中、低缸的功率P2才会增加，即中、低缸的功率有一定滞后。通常，中、低缸的功率 占总功率的(2 / 3 3 / 4)。因此，降低了 机组一次调频的能力。,图9-67,56,2，

33、动态过调： 为了解决中、低缸的功率滞后问题，要求高压缸在动态过程的开始阶段就有所过调（即高压缸多开一些），暂时弥补中、低缸的功率滞后。等中间容积的储汽参数稳定之后，中、低缸的功率滞后消除，再将高压调节阀过调逐渐消失。图9-67b所示。,图9-67,57,（三）机、炉互相配合问题,汽轮机空载汽耗量远小于锅炉最小蒸发量，另外还要 保证再热器的冷却，因此，必需有旁路系统。200MW机组的三级旁路系统。其减温减压器是为了保证再热器、冷凝器不超温。为了保证锅炉安全，旁路系统的容量一般要求为30%。,58,二、中间再热汽轮机的调节与保护,（一）调节过程 中压调节阀的尺寸大于高压调节阀，为减少节流损失，通常

34、在机组30%负荷以上，中压调节阀全开，当机组负荷小于30%时，中压调节阀才参与调节。,59,（二）旁路系统 高压旁路系统将来自锅炉过热器的新蒸汽通过减温、减压器排至在再热器冷端蒸汽管；低压旁路是将再热新蒸汽经减温、减压器排至凝汽器；大旁路则是将新蒸汽经减温、减压器直接排至凝汽器。目前，多数机组采用高压和低压旁路串级系统。,60,第五节汽轮机数字电液调节系统（DEH）简介,如上述所讲，根据功能的不同，汽轮机有不同的型式，其调节系统也有不同的型式。而非中间再热汽轮机的液压调节系统是最基本的调节系统。中间再热式汽轮机和供热式汽轮机的调节系统根据不同的功能需要，在非中间再热汽轮机的液压调节系统基础上增

35、加了一些部件（环节）而成。,61,汽轮机的调节系统有一个从低级到高级的发展过程。根据发展过程来分，可分为液压（机械液压）调节系统、功率-频率电液调节系统、数字电液调节系统。 国产100MW及以下机组都是采用液压调节系统。 国产200MW机配备有液压调节系统和功率-频率电液调节系统，二者可互相切换。 国产300MW、600MW大型汽轮机都普遍采用数字电液调节系统。,汽轮机的调节系统的发展过程,62,数字电液调节系统,汽轮机数字电液调节系统DEH（Digital Electro-Hydraulic Control System ）是当前汽轮机调节技术的新发展，集中了两大新成果：计算机系统和高压抗燃

36、油系统。使得汽轮机调节系统有关部套尺寸小、结构紧凑、调节质量大大提高。,63,（一）DEH调节系统的组成 国产引进型300MW汽轮机组的DEH调节系统，是根据美国西屋公司DEH-3型的功能原理研制开发而成。 300MW汽轮机组的DEH调节系统图，主要由五大部分组成： 1电子控制器：主要包括：计算机、混合数模插件、接口和电源设备等。集中布置在6 个控制柜内。 其作用是用于给定、接受反馈信号、逻辑运算和发出控制指令等。 2操作和监视系统：主要设置有：操作台盘、图象站的显示器和打印机等。其作用是为运行人员提供运行信息、监督、人机对话和操作等服务。,64,3油系统：汽轮机调节用油与润滑油分开。高压油（

37、EH油系统）采用三芳基磷酸脂抗燃油，为调节系统提供控制与动力用油。 EH油系统作用： EH油系统接受调节器和或操作盘来的指令，对机组进行控制。 润滑油系统作用：是为轴承润滑油系统提供汽轮机油。 4转换、放大和执行机构 主要由伺服放大器、电液转换器和具有快关、隔离和逆止装置的单侧油动机组成。其作用是带动高压主汽阀、高压调节阀和带动中压主汽阀、中压调节阀。,（一）DEH调节系统的组成,65,5保护系统：设有6个电磁阀。其作用是其中两个用于机组超速（103%）时关闭高、中压调节阀。其余用于机组严重超速（110%）、轴承油压低、EH油压低、推力轴承磨损过大、凝汽器真空度低等情况下进行危急遮断和手动停机

38、之用。 此外，还有些测量元件，如传感器：用于测量机组转速、调节汽室压力、发电机功率、主汽压力等；汽轮机自动程序控制（ATC）所须的测量值。,（一）DEH调节系统的组成,66,1、电子控制器：主要包括：计算机、混合数模插件、接口和电源设备等。集中布置在6 个控制柜内。 其作用是用于给定、接受反馈信号、逻辑运算和发出控制指令等。,67,2操作和监视系统：主要设置有：操作台盘、图象站的显示器和打印机等。其作用是为运行人员提供运行信息、监督、人机对话和操作等服务。,68,3油系统：汽轮机调节用油与润滑油分开。高压油（EH油系统）采用三芳基磷酸脂抗燃油，为调节系统提供控制与动力用油。 EH油系统作用：

39、EH油系统接受调节器和或操作盘来的指令，对机组进行控制。 润滑油系统作用：是为轴承润滑油系统提供汽轮机油。,69,4转换、放大和执行机构 主要由伺服放大器、电液转换器和具有快关、隔离和逆止装置的单侧油动机组成。其作用是带动高压主汽阀、高压调节阀和带动中压主汽阀、中压调节阀。,70,5保护系统：设有6个电磁阀。其作用是其中两个用于机组超速（103%）时关闭高、中压调节阀。其余用于机组严重超速（110%）、轴承油压低、EH油压低、推力轴承磨损过大、凝汽器真空度低等情况下进行危急遮断和手动停机之用。,71,DEH系统的特点： （1）采用互为备用的两台计算机 （2）系统具有多种控制模式和多种运行模式

40、（3）系统具有适应运行过程变化的灵活性 （4）通过监控和数值计算，可在线改变控制模式、速度变动率和阀门管理方式 （5）对系统控制主参数具有完善的可靠性判别功能， “三选二”（3个重要的反馈信号，每个信号3个探头测量。选取其中两个信号一致的作为反馈信号） （6）控制功能强、精度和可靠性高,72,三个反馈信号： 1、调节器室压力反馈信号 2、功率传感器反馈信号 3、转速传感器反馈信号,73,（二）DEH控制系统的工作原理,1、内回路为调节级压力控制回路，受扰时，该回路反应最快，通过PI2的作用，迅速改变高压调节汽阀的开度，保证调节过程的快速性。 2、中回路为发电机功率控制回路，需通过PI1和PI2

41、去改变调节阀开度，调节过程要慢一些，可保证输出功率与功率给定值一致。 3、外回路是转速控制回路，参与一次调频，保证输出严格等于给定值，外回路起细调的作用。,74,（二）DEH调节系统的功能,总体来说，DEH调节系统有四大功能，其功能形式为： 1汽轮机的自动启、停 DEH系统配置了冷态和热态启动控制方式。一般情况下，冷态启动可用高压缸启动方式，热态启动可用中压缸启动方式。 DEH自启停设置了 DEH汽轮机自动程序控制（ATC）功能，自动同步控制（AS），操作员自动（OA）和手动控制等多种方式。 DEH调节系统的汽轮机自动程序控制（ATC），是通过状态监测、计算转子应力，并在机组应力许可范围内，优

42、化启动程序，用最大的速率、最短的时间来实现机组启动过程的全部自动化。 ATC允许机组有冷态启动和热态启动两种方式。冷态启动包括盘车、升速、并网和带负荷。其各种启动操作、阀门切换等全过程均由计算机自动控制完成。在机组正常运行过程中，还可以实现ATC监督。,75,2汽轮机的负荷控制 汽轮机的负荷自动调节有两种情况： 冷态启动时，机组并网带初负荷（5%额定负荷）后，负荷由高压调节阀控制； 热态启动时，机组负荷未达到30%额定负荷以前，负荷由高、中压调节阀控制，以后， 中调阀全开，负荷只由高压调节阀控制。 当机组处于负荷控制阶段， DEH调节系统具有下述功能： (1)具有操作员自动（OA）、远方控制（

43、REMOTE）和电厂计算器控制（PLANT COMPuter)方式，以及它们分别与ATC组成的联合控制方式； (2)具有自动控制（A和B机双机容错）、一级手动和二级手动冗余控制方式； (3)可采用串级或单级PI控制方式。当负荷大于10%以后，可由运行人员选择是否采用调节级汽室压力和发电机功率反馈回路，这也就是决定采用何种PI控制方式；,76,(4)可采用定压运行或滑压运行。当采用定压运行时，系统有阀门管理功能，以保证汽轮机能获得最大的效率； (5)根据电网的要求，可采用调频运行方式或基本负荷运行方式；设置负荷上下限和其速率等。此外，还有主汽压控制（TPC）和外部负荷返回（RUNBACK）等保护

44、主要设备和辅助设备的控制方式，运行控制十分灵活。 3机组和DEH系统的监控功能： 监控功能在启动和运行过程中对机组和DEH装置两部分运行状况进行监督。其内容包括：操作状态按钮指示、状态指示和CRT画面，其中对DEH监控的内容包括重要通道、电源和内部程序的运行情况等。CRT画面包括机组和系统的重要参数、运行曲线、潮流趋势和故障显示等。,77,4汽轮机自动保护功能 为了避免机组因超速或其它原因遭受破坏，DEH的保护系统有以下三种保护功能： （1）超速保护（OPC）： 当机组转速达到103%时，快关中压调节阀；当机组转速在(103%110%)范围内时，超速控制系统通过OPC 电磁阀快关高、中压调节阀，实现对机组的保护。 (2）危机遮断控制（ETS）：当ETS系统检测到机组超速达到110%或其它安全指标达