第六章汽轮机调节系统

1、第一节第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理汽轮机自动调节和保护的基本原理电力生电力生产的任务产的任务供给用户供给用户的电能的电能数量数量质量质量按照用户随时变化的用电需要，按照用户随时变化的用电需要，及时改变发出的功率及时改变发出的功率电压电压调整励磁机的电流调整励磁机的电流60nPf 频率频率n-n-汽轮机转速汽轮机转速P-P-发电机电机对数，发电机电机对数，对全速机为对全速机为1 1电力系统正常频率偏差允许值为电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz(0.2Hz(转速波动转速波动12r/min)12r/min)系统容量较小（系统容量较小（3000MW30%P30%，中压调节汽门全开，减少节

2、流损失，中压调节汽门全开，减少节流损失机组功率机组功率P30%P30%，高、中压调节汽门一同启闭，中调门启闭速度是，高、中压调节汽门一同启闭，中调门启闭速度是高压调节汽门的三倍高压调节汽门的三倍甩全负荷时，中压调节汽门与高压调节汽门一同关闭，减少超速甩全负荷时，中压调节汽门与高压调节汽门一同关闭，减少超速甩部分负荷时，中压调节汽门与高压调节汽门一同关闭，减少超速，甩部分负荷时，中压调节汽门与高压调节汽门一同关闭，减少超速，然后中调门慢慢恢复到全开然后中调门慢慢恢复到全开 第三节第三节 中间再热式汽轮机的调节中间再热式汽轮机的调节开开度度100%100%0 0功率功率P(%)P(%)100100

3、909080803030a ab bc cd de e液压调节系统中实现中调门快关功液压调节系统中实现中调门快关功能的是中压校正器能的是中压校正器为防止中压调门卡涩时不能关闭，中为防止中压调门卡涩时不能关闭，中调门前另装设了中压自动主汽门调门前另装设了中压自动主汽门( (开关开关型汽门型汽门) )，正常运行时全开，紧急停机，正常运行时全开，紧急停机时关闭，常与中调门设计于一个壳体，时关闭，常与中调门设计于一个壳体，称中压联合汽门。称中压联合汽门。二、采用单元制的影响二、采用单元制的影响为什么中间再热机组必须采用单元制？为什么中间再热机组必须采用单元制？再热器压力随机组负荷变化而变化，不同机组的

4、再热器间再热器压力随机组负荷变化而变化，不同机组的再热器间不能连通不能连通为保证锅炉正常运行，必须使新汽流量与流过再热器的蒸汽为保证锅炉正常运行，必须使新汽流量与流过再热器的蒸汽量之间保持严格比例，不同机组的主蒸汽管道不能连通量之间保持严格比例，不同机组的主蒸汽管道不能连通 第三节第三节 中间再热式汽轮机的调节中间再热式汽轮机的调节( (一一) )机炉流量匹配机炉流量匹配锅炉不投油稳燃的最低负荷锅炉不投油稳燃的最低负荷30%50%30%50%额定蒸发量额定蒸发量汽轮机空载汽耗量约为额定值的汽轮机空载汽耗量约为额定值的5 58 8，甚至更小，甚至更小 大部分锅炉再热器不允许干烧，因此考虑启动、甩

5、大部分锅炉再热器不允许干烧，因此考虑启动、甩负荷和停机不停炉时，再热器的保护问题，一般再负荷和停机不停炉时，再热器的保护问题，一般再热器运行中要求的最小冷却流量为热器运行中要求的最小冷却流量为1414的额定流量的额定流量 设置旁路设置旁路高压旁路（高压旁路（级旁路级旁路）低压旁路低压旁路( (亦称亦称级旁路级旁路) ) 级大旁路级大旁路 3 3种旁路可根据需要，任意组合种旁路可根据需要，任意组合 在机组启、停过程中，通过操作高、低压旁路调节阀和中压调节汽门，控制在机组启、停过程中，通过操作高、低压旁路调节阀和中压调节汽门，控制再热蒸汽温度和再热器的冷却。再热蒸汽温度和再热器的冷却。在甩负荷工况

6、下，由旁路系统控制锅炉过热器及再热器的压力，避免锅炉在甩负荷工况下，由旁路系统控制锅炉过热器及再热器的压力，避免锅炉安全阀动作，使机组故障排除后尽快恢复运行。安全阀动作，使机组故障排除后尽快恢复运行。 G锅炉高压缸中压缸旁路阀和减温减压器凝汽器再热器主汽阀调节阀低压缸中压主汽阀中压调节阀过热器LP中间再热机组主再热蒸汽及旁路系统中间再热机组主再热蒸汽及旁路系统低压旁路大旁路HP高压旁路中间再热式汽轮机的调节特点中间再热式汽轮机的调节特点1. 1. 机跟炉机跟炉二、机炉控制方式二、机炉控制方式将调节信号先送给锅炉，先调整锅炉的燃烧，等锅炉出力改变使新蒸汽压力改变后，汽轮机根据新蒸汽压力再相应改变

7、负荷。燃料调节阀功率压力功率调节器主蒸汽压力调节器调节阀汽轮机锅炉功率指令汽轮机跟随控制方式（定压运行）汽轮机跟随控制方式（定压运行）机响应时间：机响应时间：78s炉响应时间：炉响应时间：100250s可维持新汽压力稳定，但锅炉燃烧调整迟缓，机组功率调节可维持新汽压力稳定，但锅炉燃烧调整迟缓，机组功率调节迟滞。负荷适应差，一次调频性能不好。迟滞。负荷适应差，一次调频性能不好。中间再热式汽轮机的调节特点中间再热式汽轮机的调节特点功率功率调节器调节阀全开燃料调节阀汽轮机锅炉功率指令汽轮机跟随控制方式（滑压运行）汽轮机跟随控制方式（滑压运行）汽轮机滑压运行时，调节汽门全开，新汽压力随机组负荷增减。中

8、间再热式汽轮机的调节特点中间再热式汽轮机的调节特点2. 2. 炉跟机炉跟机 先将调节信号送给汽机，汽机根据功率调节信号增加（减小）负荷，相应蒸汽流量增大（减小），新汽压力降低（升高），锅炉根据流量、压力变化信号调节燃烧，以维持新汽压力不变。流量功率压力功率调节器主蒸汽压力调节器调节阀燃料调节阀汽轮机锅炉功率指令锅炉跟随控制方式锅炉跟随控制方式特点：可以暂时利用锅炉的储存能量以适应外界负荷的增加，如负荷增加较小，能实现快速相应，但在负荷变化较大时，由于锅炉燃烧调整延迟时间长，主蒸汽压力变化较大。中间再热式汽轮机的调节特点中间再热式汽轮机的调节特点2. 2. 机炉协调机炉协调 将调节信号同时送给锅

9、炉和汽机，一方面可利用锅炉蓄能使机组迅速增加功率；另一方面又可同时改变锅炉的出力，使新汽压力波动较小。功率偏差锅炉主指令主蒸汽压力给定功率压力锅炉控制调节阀燃料调节阀汽轮机锅炉功率指令汽机控制机炉协调控制方式机炉协调控制方式机炉综合控制器中间再热式汽轮机的调节特点中间再热式汽轮机的调节特点UfP给定P-f关系UfUP汽轮发电机组油动机、调节汽门测速元件PI调节器测功元件功频电液转换器功率放大器功功- -频电液调节系统方框图频电液调节系统方框图 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节一、功一、功- -频电液调节原理频电液调节原理优点：优点：1.既可抗外扰，也可抗内扰(?)；2. 迟缓

10、率小，调节精度高（转速、功率控制精度高）。启动回路启动回路功率控制回路功率控制回路压力控制回路压力控制回路转速测量转速测量功率测量功率测量并网调频回路并网调频回路 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节1 1、启动工况、启动工况 目标转速低于目标转速低于3000r/min3000r/min转时，启动转时，启动PIDPID输出低于主输出低于主PIDPID，启动回路起作用，根据给定的升速率升到目标转速；，启动回路起作用，根据给定的升速率升到目标转速； 目标转速等于目标转速等于3000r/min3000r/min转时，启动转时，启动PIDPID和主和主PIDPID同时同时起作用，可由主回

11、路控制进行并网操作；起作用，可由主回路控制进行并网操作； 目标转速升到目标转速升到102% n102% n0 0(3060r/min)(3060r/min)时，启动时，启动PIDPID输出大输出大于主于主PIDPID输出，通过低选主输出，通过低选主PIDPID起作用，启动起作用，启动PIDPID自动退出，自动退出，实现从启动工况到正常运行工况的无扰动平滑转移。实现从启动工况到正常运行工况的无扰动平滑转移。 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节2 2、并网带负荷、调频工况、并网带负荷、调频工况 并网后，通过功率给定并网后，通过功率给定P P* *增加负荷。功率给定要经过功增加负荷。

12、功率给定要经过功率变化限制器、功率限幅器、机组允许最大功率的修正。率变化限制器、功率限幅器、机组允许最大功率的修正。 目标转速等于目标转速等于3000r/min3000r/min转时，机组由主转时，机组由主PIDPID控制，可进控制，可进行并网操作。由频差放大器和主行并网操作。由频差放大器和主PIDPID控制汽门开度，调节机控制汽门开度，调节机组转速，使机组世纪转速与给定转速相等，机组并网；组转速，使机组世纪转速与给定转速相等，机组并网； 并网正常运行的机组，机组功率的变化取决于其静态并网正常运行的机组，机组功率的变化取决于其静态特性。有三种静态特性可选择：特性。有三种静态特性可选择：pf(a

13、)过原点的直线过原点的直线pf(b)有限幅的特性线有限幅的特性线pf(c)有死区的特性线有死区的特性线并网时用并网时用调频用调频用带基本负荷带基本负荷改变功率给定值可以改变功率给定值可以 起到起到 二次二次 调频的调频的 作用作用 ，即改变功率给，即改变功率给定值相当于液压调节系统中用定值相当于液压调节系统中用 同步器平移静态特性曲线同步器平移静态特性曲线 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节3 3、调压工况、调压工况 当主蒸汽压力当主蒸汽压力p p0 0在给定范围内，在给定范围内，PIPI保持最大饱和输出，保持最大饱和输出，通过低选，机组由主通过低选，机组由主PIDPID控制，

14、汽压控制回路不起作用。控制，汽压控制回路不起作用。 当主蒸汽压力当主蒸汽压力p p0 0降低较多时，降低较多时，PIPI使调门关小，减小机使调门关小，减小机组进汽，维持压力变动在允许范围。组进汽，维持压力变动在允许范围。 实际运行中，主蒸汽压力实际运行中，主蒸汽压力p p0 0降低较多，一般是锅炉发降低较多，一般是锅炉发生故障或负荷增加过快，在这些情况下，不是根据机组负生故障或负荷增加过快，在这些情况下，不是根据机组负荷去调节锅炉汽量，而是根据锅炉可供汽量去调节机组功荷去调节锅炉汽量，而是根据锅炉可供汽量去调节机组功率，以保持机组的主蒸汽压力不变。率，以保持机组的主蒸汽压力不变。4 4 甩负荷

15、工况甩负荷工况 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节甩负荷时通过继电器切除功率给定的输出，使功率给定值等于零，甩负荷时通过继电器切除功率给定的输出，使功率给定值等于零，只有转速回路起作用，甩全负荷的稳态值等于额定转速，甩负荷过只有转速回路起作用，甩全负荷的稳态值等于额定转速，甩负荷过程中的转速最大动态偏差值小。切除功率给定相当于把静态特性线程中的转速最大动态偏差值小。切除功率给定相当于把静态特性线在额定转速下由满负荷位置移到空负荷位置。在额定转速下由满负荷位置移到空负荷位置。 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节二、电液调节系统主要部件二、电液调节系统主要部件1 1

16、、磁阻发送器、磁阻发送器根据齿轮通过磁阻发送器时，磁根据齿轮通过磁阻发送器时，磁通量变化测量转速。通量变化测量转速。2 2、功率变送器、功率变送器将发电机出线电压经电压互感器将发电机出线电压经电压互感器转换成电流信号，沿转换成电流信号，沿1 1、2 2方向通方向通入霍尔元件；让发电机电流经电入霍尔元件；让发电机电流经电流互感器产生一垂直于霍尔元件流互感器产生一垂直于霍尔元件平面的磁场。则在平面的磁场。则在3 3、4 4方向产生方向产生一霍尔电动势，该电动势正比于一霍尔电动势，该电动势正比于发电机电压与电流的乘积。可实发电机电压与电流的乘积。可实现发电机功率测量。现发电机功率测量。 第五节第五节

17、 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节3 3、电液转换器、快速卸荷阀、电液转换器、快速卸荷阀电液转换器电液转换器快速卸荷阀快速卸荷阀 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节四、功频电液调节系统的反调现象与消除四、功频电液调节系统的反调现象与消除优点：优点：既可抗外扰，也可抗内扰；既可抗外扰，也可抗内扰； 迟缓率小，调节精度高。迟缓率小，调节精度高。1. 1. 反调现象及原因反调现象及原因 在系统调节动态过程中，当发电机功率因电力系在系统调节动态过程中，当发电机功率因电力系统的变化而突然改变时，发电机的输出功率瞬时突然统的变化而突然改变时，发电机的输出功率瞬时突然增大（或减小），但由

18、于转子惯性的影响，其转速在增大（或减小），但由于转子惯性的影响，其转速在瞬时却变化很小（基本不变）。瞬时却变化很小（基本不变）。在两路调节信号中，功率信号的反应快于转速信号。在两路调节信号中，功率信号的反应快于转速信号。调节系统首先根据功率信号的变化对机组进行调节。调节系统首先根据功率信号的变化对机组进行调节。U UfPfP给定给定P-fP-f关系关系U Uf fU UP P汽轮发汽轮发电机组电机组油动机、油动机、调节汽调节汽门门测速元件测速元件PIPI调节器调节器测功元件测功元件功频电功频电液转换液转换器器功率放功率放大器大器瞬时调节结果：瞬时调节结果：给定关系给定关系n(3000r/min

19、）p(300MW)正常的调节：正常的调节： 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节由于转子转速变化反应慢，功率变化反应快，其瞬时调节结果由于转子转速变化反应慢，功率变化反应快，其瞬时调节结果p p (305MW)(305MW)，n n不变不变(3000r/min(3000r/min）转速不变，功率大于给定，转速不变，功率大于给定，关小调门。关小调门。fp与要求的调节方向相反，这种现象称反调。与要求的调节方向相反，这种现象称反调。反调现象的影响：反调现象的影响：电网频率波动大，甩负荷转速飞升值高、甚至超速电网频率波动大，甩负荷转速飞升值高、甚至超速负荷负荷n (2990r/minn

20、(2990r/min） 开大调门开大调门pp2. 2. 反调现象消除反调现象消除 第五节第五节 汽轮机功频电液调节汽轮机功频电液调节反调现象产生的原因：反调现象产生的原因： 功率信号反应快于转速信号功率信号反应快于转速信号消除反调措施：消除反调措施：1. 1.增加转速微分信号，即加速度信号增加转速微分信号，即加速度信号2. 2.增加功率延迟信号增加功率延迟信号3. 3.增加负的功率微分信号增加负的功率微分信号4. 4.增加电网故障逻辑判断增加电网故障逻辑判断不可过大，干扰信不可过大，干扰信号对系统产生影响号对系统产生影响甩负荷还是电网故障暂时失去甩负荷还是电网故障暂时失去负荷负荷不可过大，否则产生过调不可过大，否则产生过调合成初始功率信号小，随着微合成初始功率信号小，随着微分信号逐渐消失，静输出功率分信号逐渐消失，静输出功率信号渐大，与转速信号同步信号渐大，