汽轮机第六章

1、lAi汽箱蛀节系统The- Deportment Of Power Engineering炒 第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理 甘m动调节的概念k 自动调节的任务数量按照用户随时变化的用电需 要，及时改变发出的功率 界压调整励磁机的电流质量“n-汽轮机转速YlP频率/ =恋P发电机电机对数，对全速机为1电力系统正常频率偏差允许值为土 0.2Hz（转速波动士 12r/min）力生产的任务一 供给用户,的电能系统容量较小（3000MW ）时，偏差值可以放宽到土 0.5Hz（转速波动 30r/min） 转子运动方程转子上的力矩蒸汽主力矩陆=9555空= 9555 型乜n发电机电磁阻力矩 Me =

2、 k +k2n + k3n2 +k4n3转子运动方程摩擦阻力矩M相对很小，可以忽略7i dn30The- Deportment Of Power Engineering力矩兀MabM2变为Me2,nfc电网负载减少第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理痢協|95559555 仙N几*dn电网负载与功率平衡时：Mt=Me,- = 0 dr如图a点，11=1%电网负载减少，阻力矩特性线e dr如机组进汽量不变n (Mt Me T) 如图b点达到新平衡，门=1%卡琵汽轮发电机组的自调节特性。m 、m 、n刃个如机组感知到转速上升减莎，少进汽量 IT如图c点达到新平衡，11=1%必须在汽轮机上安装自动调

3、节系统九J叽-bThe- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理v| IThe- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理v| I外界电负荷发生改变时，汽轮机转速有一个很小的变化时，自动改变进汽量， 出的功率与外界电负荷相适应。并保证调节后的机组转速的偏差不超过规 的小范围。P直接调节和间接调节 直接调节当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，感知转速的变化的装置叫调速器 调节汽门由调速器本身直接带动，称为直接调节The- Deportment Of Power Engineeri

4、ng第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理v| IThe- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理间接调节系统油动机丄调节汽门汽轮机回卡由调速器无差调节当外界负荷变化时，调 节系统动作结束后，机组并 不维持转速不变，不同的负 荷对应不同的稳定转速，只 是转速的变动较小，这种调 节是有差调节。根本原因有差调节，反馈是 刚性反馈用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调,维持压力不变。The- Deportment Of Power EngineeringI 第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理v 9 4速度调节和功率调节

5、、学艮据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度，称为速度调节系统；邙据汽轮机的转速和功率来控制调节汽门的开度，称为功率调节-功频电液 调节The- Deportment Of Power Engineering會 第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理v刿|尹七静态特性會 第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理v刿|尹七静态特性（一）静态特性曲线及四方图稳定状态下，汽轮机的功率和转速之间的关系，称为调节系统的静态特性。调节系统的四方图m传递特性 曲线AZThe- Deportment Of Power Engineering、/调瑋器 性曲线调节系统静态特性曲线配汽机构特性曲线第一节汽轮机自动调节和保护

6、的基本原理V Al I速度变动率决定了 静态特性曲线的倾 斜程度13 n na一 xlOO%卩2并网运行The Dep亦讨2f P卯e所聯楠组共同调节的。军址也0 *凿（二）速度变动率；气轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转 速之差，与汽轮机额定转速之比，称为调节系统的速度变动率，或 称为速度不等率，其表达式为：P机组单机供电外负荷变化或并列运行机组从电网 中解列空载运行时调节系统使机组转速沿静态特性曲线变化， 从而减少转速变化。:速度变动率决定了外负荷变化时的转速变化量P汽轮发电机组在并网运行期间，其转速与电网频率对应，电网 中所有发电机组输出功率的总和与所有负载消耗功率的

7、总和平衡 时，电网频率保持稳定。也就是说，并网机组夠转速是由岂缪中当外负荷变化时，电网所有机组的总功率与电负荷失衡，引起电 网频率变化，要求并网机组迅速按各自静态特性曲线改变功率， 使电网变化等于总负荷变化，减少电网频率釣变化量，这个过程 卜叫做一次调频。电网总负在参加一次调频的各机组间卜荷变严量 以两台机组并列运行为例说明审A PQP2 P2“2nA可见，在外负荷变化 引起电网频率变化时， 参加一次调频的机组 按照各自速度变动率 自动分配总负荷变化 量。7Pi P1速度变动率小的机组，承担负荷变化大，一次调频能力强。 速度变动率大的机组，承担负荷变化小，一次调频能力弓。The Deportm

8、ent Of Power Engineering华 址也 02皆丿机组超速保护动作第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理 不同机组对速度变动率5的要求 一般的范围为3%6% 尖峰负荷机组 5较小，一般为3%4%“也不能过小5 = 0带基本负荷机组5较大，一般为:4%6%，8也不能过大The- Deportment Of Power EngineeringThe- Deportment Of Power Engineering318甩全负荷| 后，机组-） 转速稳态丿330C32703180动态过程转速最大 超调量一般为1.5勿（）The- Deportment Of Power Engineer

9、ing第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理迟缓率八nA、PoPlr)20vm调节系统，升速过程和 减速过程各有一根静态 曲线，不相重合，形成 一条带状，它表示该调 节系统阻力的大小，通常用调节系统的迟缓率 A表示。p迟缓率越小越好液压调节系统 泊0.2% 0.5% eh川P 功频电液调节*06% The DeporTment Or rower engineering 孕纟、w =勺二xlOO%An=%100%九呢表示在机组同一功率 下的最高和最低转速r)o是汽轮机的额定转速第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理 汽轮机单机运行，迟缓率引起机组转速自振I I/n = sn弘。电网频率不变时，如何改

10、变机组负荷?672汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动AP二芯1C二$)(i)同步器与二次列乐 一次调频结束C后电网频率不G合格怎么办？TU甌論囱侖碱歸期购动分配负荷华北也。大會一次调频只能减缓电网电网频率变化时，并列运 o 频率的变化但不能保证行机组按照速度变动率自ALn?Ln2b平移静态特性曲线 维持转速不变汽轮机自动调节和保护的导原理喝釦什么过程？ 一。a bC什么过程?1n2HiP2 Pi棕色箭头表示 什么过程？二次调频，电网频率不正常时，通过平 移某些机组的静态特性曲线，增加或漏 小这些机组功率，以恢复电网的正常频 率，这称为二次调频蓝色箭头表示什么 过程？Pl + f 卩2卩

11、The- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理0 屮 P； PP2 AP2 P2 PThe- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理The- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理网频率变化凡是能够平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器厂汽轮机并列运行时，可以进行负荷在各机组建的重新分配，此时 机组转速不变，或在电网频率超出合格范围时进行二次调频。作用S汽轮机单机运行时，可以确保机组在任何负荷下保持转速冷变。思考

12、题：机组甩全负荷时如何-次调频与二次调频的异同点：减少稳态转速的上升？相同点：都是由于电网总功率与总负载平衡被打破，都会引起电The- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理一次调频外负荷变化I评：并网机组对外负荷变化引起的电网频率 变化的自动响应二次调频外负荷不变，主动改变某些I机组的功率评：电网对频率的主动调节一次调频目的是减少电网频率变化量，但不能目的不同J保证频率在合格范围内引起的原因不同不同点:要求不同U二次调频目的是把电网频率调整到合格范围一次调频：快速性二次调频精确性迅速改变电网中参加一次调频机组的功率调整电网频率到合格

13、范围The Deportment Of Power Engineering华北也。大苗第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理The- Deportment Of Power Engineering第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理五)汽轮机运行对调节系统静态特性的要求(转速感受机构特雇 矢际调节系统配汽机构特性冲间放大传递特性烙处速度变动率不 一曲线上该点的斜蓉局部速度变动率- 合理的特性曲线的形状 一专#xl00% 创。岸续，平滑，单调，无突变点连续向功率增加方向倾斜向下(1)并列容易AnA III Ah :11一:非线性一静态特性曲线并非直线.T :不允许有水平段可零负荷、低负荷及(2)低

14、负荷时负荷变动较小满负荷处较陡j中间区域较平坦(3)满负荷时不会过载 使整体速度变动率在合格范 围内，且保持一定的一次调 频能力中间段的最小局部速 度变动率不得*、于聲体速區 变化率的40%年*更力厂The- Deportment Of Power Engineering第一节(六)同步器的调节范围J正常蒸汽参数足i额定转速工况要求以外为蒸汽参数真空电网频率变化预留足够的调节范围The portment Of Per EngineeringThe portment Of Per Engineering.O25noAPo PpoDCDnF0.07阿看0.0530%，中压调节汽门全开，减少节流损失

15、机组功率Pv30%，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,丄鶴爲戈盟悬蠢燃器到全开第三节中间再热式汽轮机的调节关功能的是中压校正器防止中压调门卡涩时不能关闭，中训门前另装设了中压自动主汽门（开关汽门），正常运行时全开，紧急停机 片 秋关闭，常与中调门设计于一个壳体， 中压联合汽门。二、采用单元制的影响P(%)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，不同机组的再热器间 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 量

16、之间保持严格比例，不同机组的主蒸汽管道不能连通The- Deportment Of Power Engineering第三节中间再热式汽轮机的调节（一）机炉流量匹配Ij锅炉不投油稳燃的最低负荷30%50%额度蒸发量、*3种旁路可根据需要，任意组合、 汽轮机空载汽耗量约为额定值的5%-8%，甚至更小 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 热器运行中要求的最小冷却流量为14 %的额定流量 1髙压旁路（I级旁路） 低压旁路（亦称II级旁路）/ L III级大旁路在机组启、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

17、器的冷却。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。The- Deportment Of Power Engineering第三节中间再热式汽轮机的调节The- Deportment Of Power Engineering第三节中间再热式汽轮机的调节（二）机炉的协调控制机炉的动态响应时间相差很大机跟炉控制方式功率调节信号A调节汽门开度变化炉跟机控制方式功率调节信号机:78s炉:100-250S丿-调整燃烧新汽压力波动小A新汽压力的微量变化单元机组锅炉的迟滞 使功率响应滞后利用锅炉A 改疹开唐 主汽压力、改夂片发金属的蓄热流量变

18、化功率迟滞小单元机组锅炉金属蓄热很小，主汽压力波动大弩驶樓”水字The- Deportment Of Power Engineering第三节中间再热式汽轮机的调节功率偏差 主汽压力 偏差锅炉A加速燃烧调整利用锅炉金属的蓄热汽机改变开度减小主汽压力偏差The- Deportment Of Power Engineering第三节中间再热式汽轮机的调节The- Deportment Of Power Engineering第三节中间再热式汽轮机的调节The- Deportment Of Power Engineering第五节汽轮机功频电液调节令:气轮机功频电液调节系统根据调节系统的静态特性线，

19、功率和转速的关系可以表示为:稳态时单位转速变化与单位功率变化成线形关系第五节汽轮机功频电液调节第五节汽轮机功频电液调节引入功率信号,更好实现动态 过调，消除功率滞后，消除 内扰话】械或液压机构无法感受功率信号机械液压调节系统仅能起到调速系统的作廁 C中间再热容积引起的功率滞后，使动态过程 rA中功率与转速的变化失去线形关系，动态过程的稳定性差，降低了 一次调频能力电网周波不变，蒸汽参数波动时，纯速度调节无 法做出相应调节，功率变化，无抗“内扰能力”（电液伺服阀L L丄）检测、运f采用电子元件V （俗称电液转换器厂执行机齐为液压部件 检测灵敏、精度高、线性好、迟缓驱动功率大、惯性小小、传输速度快

20、、运算比较综合能聪衣疇洛褂辭鑑紬鰭实现复杂调节规律第五节汽轮机功频电液调节The- Deportment Of Power Engineering第五节汽轮机功频电液调节功频电液调节系统的基本工作原理AP _ 1 AnAP 1心门+=0c *o nAP 1 Ah以功率给定值弋替额定功率比+二 j S n以转速给定值/Z代替额定转速将功率与转速用电压表示_U 1 -U r +=0-0；-匕）+ K0；-匕）=0/ U；U -Un n动态校正系数以电压表示的频率偏差值以电压表示的功率偏差值The- Deportment Of Power Engineering第五节汽轮机功频电液调节The- De

21、portment Of Power Engineering第五节汽轮机功频电液调节Un转给 速定PID油动机综合放大器转换器 电液The- Deportment Of Power Engineering第五节汽轮机功频电液调节The- Deportment Of Power Engineering第五节汽轮机功频电液调节功频电液调节系统原理方框图图中PID调节器（比例一积分一微分调节器）是为实现AP和“的线性 关系和改善调节系统性能而设置的。用速调节回路功频调节回路啄统中设有I功率调节回路转速调节过程启动（并网前），功率给定值与功率值等于零，只转速调节回路起作 用，升速时，操作给定器给定新的转

22、速给定值U；厂up。，此偏差信号 经频差放大器方攵大K倍，输入PID调节器，产生调节信号，通过功率放大， 电液转换器转换为油动机动作，操纵调节汽门开度变大，汽轮机升速，直至转速等于新的给定值，即K；-乞）二0。PID调节器的积分环节使转速 调节回路成为一个无差定值调节系统。改变转速给定值相当于平移静态特 性曲线。功率调节过程并网非调频工况时，转速回路不起作用，即不响应电网频率变化，系统 地平衡条件为；-匕）二0,要改变机组功率，改变功率给定值，调节系统动作，直至功率等于新的功率给定值。当蒸汽参数波动引起功率变化The- Deportment Of Power Engineering第五节汽轮机

23、功频电液调节-差，调节回路工作，功率重新回到给定值。功率调节回、路也是无差系统，具有良好的抗内扰功能，能够自动保持机组功率为额/定值。几、功频调节过程，并网调频运行，功率与转速回”路都投入，平衡条件为- U ) + K(U； - U=0 、一假如，初始状态u； = 5 则S =匕如当电网频率上升，转速测量输入系统信号变为U”电向频罢不为零，调节系统动作，稳定后新的功率二U； + K(U：UG，因此K(U；-UJ表示频差对应的功率改变量。调频结束后，机组功率和电网频率都变化，如想使电网频率回到初 始值，只需把功率给定值变为川=up、,调节系统动作，使频 率回到初始值。可见改变功率纟/定值相等于平

24、移静态特性曲线。甩负荷调节过程甩负荷时通逹继电器切除功率给定的输出，使 功率给定值up=o ,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 A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P381功频电液系统原理图是在系统原理方框图所示系统的基础上增加/了一些功能而形成的(1 )启动回路 控制机组启动，把机组从盘车转速带到额定转速。包括 转速给定器、升速率限制器、测速信号(大范围测速)、加法器、启动 PID调节器等。升速率限制器使运行人员可以按不同启动方式给出不同升 速率(2) 主蒸汽压力回路 当因故障造成蒸汽压力降低，降低的数量大于给 定的

25、压力偏差值时，通过低值选择器使主蒸汽回路替代主回路工作，按 照锅炉能够供应的蒸汽量调节汽轮机功率,当故障排除主汽压力恢复正 常，低值选择器选择主回路。(3) 频差放大器提供三种静态特性 一种是过原点的直线，它在并网和 并列后参加一次调频用；第二种是由功率限幅，限制功率的最大和最小J 值，或两者均限制；第三种供带基本负荷，在原点附近有一死区，频率 A波动值只有超过死区范围时才参加调频。V (4)测量回路采用双通道，以提高可靠性。The- Deportment Of Power Engineering第二节数字电液控制4*瞽逼釆用的是以DCS （Distributed Control 3ystem

26、,分散控制系 器R为基剖的DEH系统它具衞对汽轮机岌电机的启动升速.开 阿负荷增/减迸行监视操作控制保护等功能）以及数字处 CRT显示功能L其信号传递九致如下:I-调节阀【主汽门f电液伺服执行机构+油动机 - * * . , * * * - IMDBH MMII一一则应制器DEH工程师站和控制柜） DEH界面iThe- Deportment Of Power EngineeringThe- Deportment Of Power Engineering傘北也大密100%中压岁节汽门高巴调节汽门The- Deportment Of Power Engineering傘北也大密第三节DEH系统的组成屮第三节DEH系统的组成/一 I 电子控制器 Electronic Controller去子控制器的作用电子控制器是混合式控制系统，由数字系统和模拟系统组成。其输出通过模拟系统来设置模拟量的阀位讯号。由阀位讯号经数字系统完成输入信息的处理、检查、设定值的计算处理和控制运 算。电覆伺服执行机构来控制主汽门和调节汽门。The- Deportment Of Power Engineering第三节DEH系统的组成The- Deportment Of Power Engin