第6章 汽轮机原理第六章课件

1、 自调节的性能：如果外界电负荷增加（减少）时，汽轮机进汽量不做出相应的增大（减小），那么汽轮机的转速将会减小（或增大），以使汽轮机发电机组发出的电功率与外界电负荷相适应，机组将在另一转速下运行。 仅依靠自调节性能，汽轮机转速会发生很大的变化，这是因为外界的电负荷变化率是很大的。必须在汽轮机上安装自动调节系自动调节系统。统。 自动调节的任务：当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，使发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定的小范围。 第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理一、自动调节的概念一、自动调节的概念1.自动调节的任务第一节 汽轮机

2、自动调节和保护的基本原理2.直接调节和间接调节 调节汽门是由调速器本身直接带动的，所以称为 由于调速器的能量有限，一般难以直接带动调节汽门，所以都将调速器的滑环的位移在能量上加以放大，构成3.有差调节和无差调节 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，只是转速变动较小，这种调节是有差调节。转速不变，为无差调节。第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理直接调节(图)。间接调节系统。4.速度调节和功率调节根据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度，称为速度调节系统功率调节-功频电液调节，除速度信号外，还测取功率信号 汽轮机的调节保护系统根据其转速感受机构及

3、中间放大器的结构不同，可分为机械液压调节、模拟电液调节和数字电液调节三种型式。 5.汽轮机调节系统的种类 汽轮机调节保护系统原理性框图 第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理(1)机械液压调节系统 机械液压调节系统是由杠杆、曲柄等机械机构作信号放大和液压流量控制阀作功率放大，其原理性系统如图所示(图)。飞锤感受转速的变化，并转变为滑环的位移；断流式错油门控制油动机活塞腔室的进、排油，当错油门滑阀偏离居中位置时，分别开启油动机活塞上、下腔室的进、排油口，使油动机活塞带动调节汽门开启或关闭；在油动机活塞移动时，又带动杠杆运动，使错油门滑阀向着居中位置移动。当油动机活塞的位移复现调速器滑环位移的变化

4、规律时，错油门滑阀回到居中位置，调节过程结束。油动机的原理图油动机的原理图 第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理 随着机组容量的增大，开启调节汽门驱动力要求的提高，特别是中间再热机组高压调节汽门动态校正要求的提出，机械液压调节的机械结构和液压控制回路变得十分复杂。机械传动机构旷动间隙的存在，液压控制部件易受油液污染的影响，使调节品质和运行稳定、可靠性不很理想。因机组的功率信号无法由机械或液压机构来感受，故机械液压调节系统仅能起到调速系统的作用。另一方面，配汽机构采用较为固定的机械机构，无法实现喷嘴、节流等多种运行方式的灵活切换。(2)模拟电液调节系统(图) 模拟电液调节系统是基于模拟电路的连

5、续控制调节系统，它将电子技术与液压控制技术有机地结合在一起，综合了电子元件检测灵敏、精度高、线性好、迟缓小、传输速度快、调整方便、能实现复杂调节规律，以及液压元件驱动功率大、惯性小的优点。检测、运算采用电子元件，执行机构为液压部件，第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理(3)数字电液控制系统 数字电液控制系统(Digital Electro-Hydraulic Control System，简称DEH)是以计算机替代模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，发挥计算机控制运算、逻辑判断与处理能力强及软件组态灵活、方便的优势，将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体。特别是液压系统采用高

6、压抗燃油(三芳基磷酸脂)后，简化了液压控制回路，提高了油动机的推动力。调节汽门由各自油动机驱动，可使机组实现喷嘴、节流等多种运行方式灵活切换，增强了机组运行控制的灵活性。由于数字电液调节系统的硬件采用模块化结构，系统扩展灵活，维修调试方便，冗余控制、多层保护和自检、自诊断功能使调节品质、运行可靠性和机组的安全性均较模拟电液调节系统有了很大提高。数字电液控制系统是由电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统组成 第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理二、调节系统的静态特性二、调节系统的静态特性（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。汽

7、轮机调节系统的四方图 nP调节系统静态特性第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理（二）速度变动率 汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定转速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：maxmin0100%nnn 对于尖峰负荷的机组，要求其静态特性曲线平一些好，即速度变动率应小一些，以使机组能承担较大的负荷变动，一般为3%4%。 对于带基本负荷的机组，不希望机组负荷有较大的变动，要求静态曲线陡一些，即速度变动率大一些，使机组的负荷变动变化较小，保持基本负荷，一般为4%6%。 对于一般机组而言，不是带尖峰负荷，便是带基本负荷，所以速度变动率

8、一般在3%6%.第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理（三）迟缓率 在调节系统实验时，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表示，n1,n2表示在机组同一功率下的最高和最低转速，n0是汽轮机的额定转速，那么迟缓率的表达式为1200100%100%nnnnn汽轮机单机运行，迟缓率引起机组的自振汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理（四）特性曲线的平移-同步器一次调频，汽轮机单机运行时，在额定功率运行时，机组在转速为3000r/min下运行，当外界负荷增大时，汽轮机转速降低，将不能维持

9、在额定转速下运行，电网频率将降低，这称为一次调频。二次调频，电网频率不正常时，通过同步器平移静态特性曲线，增加或减小机组功率，以恢复电网的正常频率，这称为二次调频平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器，其作用在于作用在于： 汽轮机单机运行单机运行时，可以确保机组在任何负荷下保持转速不变。 汽轮机并列运行并列运行时，可以进行负荷在各机组建的重新分配，此时机组转速不变。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特性曲线的形状，应连续，平滑，不应有跳跃或突变点同步器的调节范围，最低位置下静态曲线对应的空负荷时的转速为2850r/min，即处于额定转速的-5%处；

10、最高位置下静态曲线所对应的空负荷时的转速为3210r/min，即处于额定转速的+7%处。三、调节系统动态特性三、调节系统动态特性（一）动态特性基本概念 汽轮机调节系统是由多个环节组成的复杂闭环系统，部件运动惯性、油流流动阻力和蒸汽中间容积等的存在，使得调节系统由一个稳定工况到另一稳定工况时经历着复杂的过渡过程。第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理三种过渡过程（图）1.稳定性 汽轮机运行中，当受到扰动激励离开原来的稳定工况后，能很快地过渡到新的稳定工况，或扰动消失后能回复到原来的稳定工况，这样的调节系统是稳定的。调节系统稳定性的判别，可由系统的传递函数按自动控制理论中系统稳定性的判据来分析、计

11、算。对于实际的调节系统，除满足稳定性基本要求外，还应留有一定的稳定性裕度。（二）对调节系统静态特性的要求2.动态超调量 m ax3.静态偏差值 有差调节系统的静态偏差值（ ）=第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理4.过渡过程调整时间T （ ）-（ ）为一个给定的转速微小偏差，为经时间T后的转速相对值. （ ）5.震荡次数在调整时间T内被调量的震荡次数。（三）影响动态特性的一些主要因素1.调节对象对动态特性的影响(1)转子飞升时间常数Ta(2)蒸汽容积时间常数Tv第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理2.调节系统对动态特性的影响(1)速度变动率(2)油动机时间常数Tm(3)迟缓率（四）汽轮机的

12、保护装置1.超速保护装置2.轴向位移保护装置3.低油压保护装置4.安全防火装置第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理第二节 数字电液控制（DEH）系统概述Digital-Electric-Hydraulic Control System的简写第二节 数字电液控制（DEH）系统概述DEH DEH 简图简图DEH DEH 工程师站和控制柜工程师站和控制柜DEHDEH界面界面第三节 DEH系统的组成 DEH由电子控制器和EH供油系统组成一、电子控制器 Electronic Controller电子控制器的作用 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。数字系统完成输入信息的处理、检查、设

13、定值的计算处理和控制运算。其输出通过模拟系统来设置模拟量的阀位讯号。由阀位讯号经电液伺服执行机构来控制主汽门和调节汽门。 uA/DD/A数字系统模拟系统电液转换（阀位信号）执行器控制器主汽门调节汽门第三节 DEH系统的组成电子控制器的组成电子控制器由 硬件数字系统模拟系统 组成.1.1.硬件硬件DEH控制柜01：基本控制模拟量、开关量、输入输出02：阀门控制柜03（04）：汽机自动控制（寿命）柜05：UPS电源柜操作站显示盘操作盘A.B.第三节 DEH系统的组成DEH控制柜基本控制调试终端图象站PC机：管理CRT和打印机CRT、打印机C.ATC调试终端D.第三节 DEH系统的组成2.数字系统硬

14、件基本控制计算机ATC控制计算机数据采集、通讯、操作系统双机容错输入输出接口基本管理部分基本控制部分ATC部分软件第三节 DEH系统的组成3.模拟系统(A)数模转换器：将数字系统产生的阀门控制数字信号转换成模 拟量信号，再送至阀门伺服回路。(B)手操设备系统：当DEH的计算机系统发生故障时，运行人员可 通过手操系统来实现对机组的控制，因此计算机可进行“在线” 检修和维护，不影响机组的正常运行。手操系统主要接受以下信号：操作台来的阀位操作信号。当运行人员按操作盘上加（减）负荷 （转速）时，就有一个信号手操可逆计数器，使它向增大（减小） 方向记数。记数器输出的记数值通过数模转换器向阀门伺服回路 送

15、去一个模拟信号，使阀门开大（关小）.第三节 DEH系统的组成主汽门压力控制器来减负荷信号：在模拟系统中也有一个主汽门压力控制器，它是在DEH系统切换到手操时实现对主汽门压力控制的。当主汽门压力模拟量信号低于某一给定值时，它就向可逆计数器发出减负荷信号，使之向减小方向记数以便关小调节阀门，直至主汽门压力恢复到给定值或调节门开度达到全量程的29%为止。跳闸减负荷信号：一是出现电气主开关跳闸时，就有一减负荷信号送到手操可逆计数器，使之向减小方向记数以关闭调节阀。第三节 DEH系统的组成返回信号（RUNBACK）：同数字系统一样，在模拟系统中也有模拟的返回功能，在必要时，为保护机组而实行快速减负荷。手

16、操可逆计数器一旦接受返回信号就能向减小方向记数使调节门关小。数字系统来的输出跟踪信号：当DEH处于自动方式时，数字系统的输出通过数模转换器得到一个模拟量的阀门开度要求信号，在送往阀门伺服回路的同时，也送到手操可逆计数器，使手操系统输出的阀门开度要求信号跟踪数字系统的输出，DEH系统在自动切换到手动时是无扰动的。第三节 DEH系统的组成(C)阀门伺服回路的电气接口：汽机的主汽门和调节阀门都是由液压来开启或关闭的，而阀门伺服回路所接受的是数模转换器输出的模拟电气信号。因此，在伺服回路中必须有： 将阀门开度的模拟电气信号转换成液压信号的电液将阀门开度的模拟电气信号转换成液压信号的电液转换装置。转换装

17、置。 将阀门开度的机械位移信号转换成电气信号的装置。将阀门开度的机械位移信号转换成电气信号的装置。 为实现某些保护功能，伺服系统中必须有能实现阀为实现某些保护功能，伺服系统中必须有能实现阀门快速关闭的装置。门快速关闭的装置。 第三节 DEH系统的组成 数模转换器来的阀门开度要求信号和阀位反馈信号比较后，其偏差经伺服放大后送入伺服阀，该伺服阀起到电液转换器的功能。它根据输入信号的极性去开启或关闭调节阀门（主汽门）。在油动机上装有一个位移差动变送器（LVDT），它根据油动机活塞的移动位置（阀门开度）产生一个阀位电气信号作为阀位反馈信号送至伺服系统的输入端.(D)超速保护控制器（OPC）：由三部分组

18、成： 中压调节阀门快关作用（甩部分负荷保护）CIV； 负荷下跌预测功能LDA（甩全负荷保护）； 超速控制功能（超速保护）。第三节 DEH系统的组成二、EH系统部分-EH供油系统u提供高压抗燃油，驱动伺服执行机构。具体内容将在以 后介绍。 EH系统部分-执行机构 配汽机构包括两台高压主汽门、六台高压调节汽门和两台再热主汽门、二台再热调节汽门。各个蒸汽阀位置是由各自的伺服执行机构控制的。 在执行机构中，油缸和弹簧组成油动机，高压抗燃油可使油缸打开蒸汽阀门，而弹簧用来关闭蒸汽阀门。 开关型执行机构：中压主汽门。 控制型执行机构：高压主汽门、高、中压调节汽门。第三节 DEH系统的组成 EH系统部分-危

19、急遮断系统1、自动停机危急遮断系统（AST）：包括危急跳闸ETS、 机械超速和手动停机（110-113%）。 ETSETS监视的指标监视的指标：转速、推力轴承磨损、润滑油压低、 EH油压低、低真空、DEH失电、 MFT、发电机主保护、机组振动。 任一指标超限，均发出警报以至停机。2、OPC系统；3、危急遮断控制块及电磁阀：四个AST、二个OPC电磁阀， 正常时带电关闭。另有2个单向阀。4、试验组件：装在前轴承座边上，监视EH油压和试验各压 力开关。第三节 DEH系统的组成第四节 DEH系统功能(Function of DEH)一、运行方式：Operation TypeuDEHDEH可在下列任何

20、一种方式下运行，相邻两状态方式间可在下列任何一种方式下运行，相邻两状态方式间 可无扰动切换。可无扰动切换。二级手动 一级手动 操作员自动 ATC、二级手动：最低级，仅作备用，系统全部由常规的模 拟部件组成。、一级手动：开环运行方式。操作员在操作盘上按键控 制阀门开度，各按钮之间有逻辑互锁，此方式作为自 动方式的备用。第四节 DEH系统功能(Function of DEH)、操作员自动方式：是最基本的运行方式，用这种方式 可实现汽轮机转速和负荷的闭环控制，并具有各种保护 功能。该方式设有完全相同的A和B双机系统，两机容错， 具有跟踪和自动切换功能，也可以强迫切换。在该方式 下，目标转速和目标负荷

21、及其速率，均由操作员自定。、ATC运行方式：基于操作员之上。目标转速、负荷、 升速率和升负荷率均来自内部计算设备或外部设备。第四节 DEH系统功能(Function of DEH)二、系统功能 The Systems Function 、汽轮机自动程序控制（ATC）、汽轮机的负荷自动调节、汽轮机的自动保护功能、机组和DEH系统的监控功能第四节 DEH系统功能(Function of DEH).汽轮机的自动程序控制 操作员通过一个单独按钮就能使机组从盘车转速升到同步转速，同时尽可能降低启停过程的热应力，使启动机组和机组加负荷所需的时间最少。DEH调节系统的自动程序控制，是通过状态监测，计算转子热

22、应力，并在机组应力允许范围内，优化启停过程。用最大的速率和最短的时间实现机组启动过程的全部自动化。 ATC允许机组有冷态和热态启动两种方式。冷态启动从盘车、升速、并网到带负荷。其间各操作、阀门切换全由计算机控制。 在非启停过程中，还可以实现ATC监督。第四节 DEH系统功能(Function of DEH).汽轮机的负荷自动调节功能u在负荷控制阶段，有以下功能：1、有转速控制回路和负荷控制回路。2、根据要求，可选择参与一次调频或带基本负荷。3、负荷上下限和升降负荷率有运行人员调整设置。4、迅速、自动冲过临界转速。5、有调节级压力反馈和电功率反馈回路，可在负荷大于 10%时由运行人员选择是否投入

23、。6、适应冷、热、温态启动。7、可选择定压运行或滑压运行方式。定压时有阀门管理 功能：单阀、顺序阀。保证获得最大效率。第四节 DEH系统功能(Function of DEH)8、适应电厂的炉跟机、机跟炉、机炉协调等运行方式。9、有与自动同期装置的接口，能接受从CCS协调控制系 统、电厂调度装置和运行人员操作盘来的目标负荷指 令，自动控制汽轮机出力。10、对控制系统所有的重要模拟量进行3选2处理，对重要 开关量进行2选，对操作员输入命令按预定的规则进行 检查。11、阀门试验：操作人员通过按钮自动对高中压缸主汽 门、调节门进行全行程阀门试验。第四节 DEH系统功能(Function of DEH)

24、汽轮机的自动保护功能uDEH的保护系统有如下三种保护功能：1、超速保护（OPC）2、危急遮断控制（ETS）3、机械超速保护和手动脱扣第四节 DEH系统功能(Function of DEH)自动保护功能-危急遮断控制（ETS）u该保护是在ETS系统检测到机组超速达到110% n0或其它 安全指标达到安全界限后，通过AST电磁阀关闭所有的 主汽门和调节汽门，实行紧急停机。自动保护功能-超速保护（OPC）1、甩全负荷超速保护：因油开关跳闸，迅速关闭调门，延迟一段时间后再开启调门，维持汽机空转，保证汽机迅速再并网。2、甩部分负荷保护：当电网中某一相发生接地故障，引起发电机功率突降，从而使汽机实发功率与发电机功率不匹配，为维持电网稳定，保护电网系统，迅速将中压调门快关一下，然后再开启，维持正常运行。3、超速保护：当110%n0n103%n0时，迅速将高、中压调节阀关闭。第四节 DEH系统功能(Function of DEH)自动保护功能-机械超速保护和手动脱扣u前者属于