汽轮机控制2014

1、调节目的：保证机组的运行汽轮机控制包含内容： 自动检测：电机功率、主汽压、主汽温、真空度、各段抽汽压力、润滑油压、调节油压、转速、油动机行程、转子轴向位移、差胀、缸体膨胀、热应力、振动、主轴挠度、轴承温度、润滑油温度、推力瓦温度、推力轴承油膜压力、油箱油位、上下缸温差自动保护：超速、低油压、轴向位移、差胀、低真 空、振动自动调节：功率、频率、汽封压力、旁路、凝汽器水位、热应力程控控制：汽轮机自启停（ATC）一、汽轮机调节系统的任务一、汽轮机调节系统的任务首先要保证汽轮机安全运行，首先要保证汽轮机安全运行，其次要满足用户所需要的功率其次要满足用户所需要的功率再次要保证电网周波不变再次要保证电网周

2、波不变即保质保量地满足外界用户对电负即保质保量地满足外界用户对电负 荷的要求荷的要求质量：电压和频率频率主要取决于质量：电压和频率频率主要取决于汽轮机转速汽轮机转速数量：由于电能不能大量储存，发数量：由于电能不能大量储存，发电量应该等于用电量。电量应该等于用电量。汽轮机调节系统的任务：汽轮机调节系统的任务：发电量发电量用电量用电量二、汽轮机调节系统的原理二、汽轮机调节系统的原理发电机磁极对数发电频率发电机转数式中分转ZfnZfn,)(60 我国规定发电频率为 500.2Hz（4），通常汽轮发电机的磁极对数为1，所以汽轮机的转速应为每分钟3000（120）转。 作用在转子上的力矩有三个：蒸汽作用

3、在转子上的主作用在转子上的力矩有三个：蒸汽作用在转子上的主力矩力矩 、发电机的电磁阻力矩、发电机的电磁阻力矩 、摩擦力矩、摩擦力矩 所以所以发电机组转子的运动方程：发电机组转子的运动方程：00,dwMndt外界负荷，tMeMfMtedwIMMdt稳定工况下：稳定工况下：剩余力矩：剩余力矩：teMMteMMM00,dwMndt外界负荷，转动惯量 角速度 发电机反力矩蒸汽产生的主力矩式中MeMtetMMdtdI,:。 主力矩与转速的关系称为汽轮机内特性反力矩与转速的关系称为汽轮机外特性汽轮机内特性曲线与外特性曲线交点处的转速称为平衡转速，此时汽轮机功率等于负荷的功率。这就是。 在不改变进汽量时，当

4、外界负荷改变时，汽轮机会从一个工作点过渡到另一个工作点，这就是汽轮发电机组的。 仅依靠汽轮机的自调节能力，除不能保证所发电能的频率外，在发电机组并网运行时还无法保证所需要的发电功率。因此，汽轮机只有安装了调节系统后运行才能满足实际要求。 汽轮机调节系统的另外更重要目的是要保证汽轮机本身的安全。汽轮机是高速转动的机械设备，如果在工作中没有调节系统，负荷变化时将很容易发生汽轮机的动静部分互相摩擦，甚至碰撞，从而引起叶片损坏、大轴弯曲、振动、轴承烧毁、甚至飞车等严重事故。第一次课要点 汽轮机调节系统的工作目的：的含义 汽轮机调节系统包含的内容： 发电频率与汽机转速的关系： 汽轮机的一、直接调节和间接

5、调节一、直接调节和间接调节第三节 汽轮机自动调节系统的基本原理1.直接调节直接调节直接调节系统（直接调节系统（direct controlling) 调节汽门是由调速器本身直接带动，称直接调节。由于调速器能量有限，调节汽门是由调速器本身直接带动，称直接调节。由于调速器能量有限，一般难以直接带动，中间加放大机构，构成间接调节系统。一般难以直接带动，中间加放大机构，构成间接调节系统。2、间接调节、间接调节间接调节系统（间接调节系统（indirect controlling) pilot valve servomotor 外界负荷减小，转速外界负荷减小，转速n上升上升A，B上升上升错油门滑阀上升错油

6、门滑阀上升压力油进入油动机压力油进入油动机上部，油动机下部回流，形成压力差上部，油动机下部回流，形成压力差油动机活塞下移油动机活塞下移调节汽门下移调节汽门下移Pe减减小。同时油动机活塞下移小。同时油动机活塞下移B下移下移错油门滑阀下移错油门滑阀下移滑阀居中，活塞停止活动，滑阀居中，活塞停止活动，达到新的平衡状态。达到新的平衡状态。为额定转速处的转速率为为升负荷与降负荷时功式中0012,12, 1%100nnnnNnn为额定转速速空负荷与满负荷时的转0,为nminnmax,式中) 63( %100%1000minmax0nnnnnn转速不等率转速不等率 一次调频一次调频第二次课要点 汽轮机调节系

7、统的发展:结构与原理汽轮机调节系统的静态特性：静态特性的主要指标：定义和意义和同步器 我们应当从调整功率和调整频率两个方面来考虑。在并网运行时，汽轮机的转速被锁定在电网频率上，所以静态特性的变化范围应能使汽轮机的负荷在0100%之间变化。从调整频率方面考虑，至少静态特性的变化范围应等于它的不等率。但是实际上电网频率是变化的，它可能高于额定值，也可能低于额定值，另外主蒸汽的初温初压和汽轮机的背压也都可能偏离额定值。为了使机组在电网频率升高时也能带上满负荷，要求静态特性能够在转速升高的方向再增加1%2%。同步器在降低转速方向扩大行程是没有害处的，实际上在某些调节系统中，调速器几乎从零转速就开始了控

8、制。 （500.2Hz）1-离心调速器 2-滑环 3-调速错油门 4-油动机错油门5-反馈杠杆 6-弹簧 7-油动机 8-汽轮机调节门汽轮机调节系统的动态特性是指汽轮机从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态期间转速和功率随时间变化的特性。汽轮机调节系统的动态性能一般按下面几个指标进行评定：（1）稳定性：）稳定性：当汽轮机受到扰动而离开原来稳定工况后，应该能够很快地过渡到新的稳定工况或者在扰动消除后能很快恢复到原来的稳定工况。（2）精确性：（动态偏差）精确性：（动态偏差）在汽轮机调节过程中，被调量的动态偏差用下面公式表示为被调量的稳定值为被调量的动态最大值式中)(,max%100)()(max为了不

9、引起危急保安器动作而停机，汽轮机的最大转速应控制在低于危急保安器的动作值。（4）甩负荷特性：）甩负荷特性：在汽轮机突然甩负荷时，汽轮机的转速将迅速升高，一般要求，过渡过程中的最高转速不应超过汽轮机额定转速的 ，其过渡过程曲线应如图所示，转速在短时间内达到高峰，然后逐渐回落到其稳态值。（3）快速性：（过渡过程时间）快速性：（过渡过程时间）过渡过程时间 T 是指从外扰作用于系统后，从调节过程开始，直到被调量满足下式条件的最短时间。式中 为一个给定的微小量。)()(t第三次课要点汽轮机的两种工作模式：静态特性上下平移的效果：静态特性的移动范围： 对并列运行的机组，当外界负荷变动引对并列运行的机组，当

10、外界负荷变动引起电网频率变动时，电网中各机组的调起电网频率变动时，电网中各机组的调速系统动作、负荷就自动增减，以适应速系统动作、负荷就自动增减，以适应外界负荷变化的需要。这种外界负荷变化的需要。这种由调速系统由调速系统自动控制机组负荷的增减，以减小频率自动控制机组负荷的增减，以减小频率变化幅度的方式，称为一次调频变化幅度的方式，称为一次调频。 (1)(1)在机组并网运行时，通过同步器可以改变汽轮机在机组并网运行时，通过同步器可以改变汽轮机的功率，使各台机组承担给定负荷，调整电网频率，的功率，使各台机组承担给定负荷，调整电网频率，以维持电网周波稳定以维持电网周波稳定二次调频。二次调频。 (2)(

11、2)在机组并网前，用同步器可改变汽轮机的进汽量在机组并网前，用同步器可改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速，使发电机与电网同步并列。正来调整汽轮机的转速，使发电机与电网同步并列。正由于有此用途，故称其为同步器。由于有此用途，故称其为同步器。1.转子飞升时间常数转子飞升时间常数Ta额定功率下的主力矩，使空载转子从0到额定转速的时间大机组的Ta小，所以容易超速。2.中间容积中间容积时间常数时间常数Tv蒸汽以额定流量充满整个中间容积，并达到额定密度所需的时间中间容积大，压力高，则Tv大。使调节性能变坏。3.转速不等率转速不等率大时，动态稳定性好，但动态偏差与静态偏差均增加。4.油动机时间常数油动机时

12、间常数Tm油动机在最大进油量下走完全程的时间Tm大，油动机运动慢，影响调节质量，但对油压的波动不敏感。5.迟缓率迟缓率迟缓率大，动态偏差和稳定性变差。 特殊问题： （1）功率滞后 解决方法： 调节门动态过调协调控制 特殊问题：（2）甩负荷时超速解决方法：设置中压主汽门和中压调节门特殊问题：（3）低负荷时再热器的安全问题解决方法：设置旁路HPBV-高压旁路阀；HPATV-高压旁路减温阀；HPATSV-高压旁路减温截止阀； CRCV-再热冷段逆止阀（高排逆止阀）； VV-通风阀；M1-电动旁路阀（倒暖阀）； MSV-高压主汽阀；CV-调节阀； LPBV-低压旁路阀； LPATV-低压旁路减温阀；C

13、RV-中压联合阀（包括RSV-中压主汽阀,ICV中压截止调节阀）； IBV-截流预启阀；CSV-凝汽器喷水阀；RPRV-再热器压力排放阀 特有问题： 解决方法：（1）功率滞后 调节门动态过调协调控制（2）甩负荷时超速 设置中压主汽门和中压调节门（3）低负荷时再热器的安全问题设置旁路HPBV-高压旁路阀；HPATV-高压旁路减温阀；HPATSV-高压旁路减温截止阀； CRCV-再热冷段逆止阀（高排逆止阀）； VV-通风阀；M1-电动旁路阀（倒暖阀）； MSV-高压主汽阀；CV-调节阀； LPBV-低压旁路阀； LPATV-低压旁路减温阀；CRV-中压联合阀（包括RSV-中压主汽阀,ICV中压截止

14、调节阀）； IBV-截流预启阀；CSV-凝汽器喷水阀；RPRV-再热器压力排放阀预暖前主机汽封及盘车处于投运状态开启高、中压主汽阀，全关通风阀（VV阀）逐渐开启倒暖阀(RFV)，使暖缸蒸汽流入高压缸，一部分蒸汽经各疏水口进入疏水系统，另一部分蒸汽经高、中压间汽封漏入中压缸，再经连通管与低压缸排到凝汽器。汽缸各壁温差及胀差在允许范围内。暖缸结束后关闭倒暖阀（RFV阀）及高压缸所有疏水阀。 高压调节阀壳内壁或外壁温度低时，在高压缸预暖期间，用主蒸汽通过主汽阀进入高压调节阀，预暖过程中主汽阀保持10的开度。中压缸启动开启中压调节门、通风阀(VV阀)，防止高压缸过热高中压缸切换高压调节阀以单阀方式逐渐

15、开启，后高压调节阀与中压调节阀开始进入比例关系，通风阀(VV阀)关闭。高压缸排汽逆止门自动开启，否则应强开高排逆止门。第三次课要点 汽轮机调节系统的发展举例 械液压式或纯液压式的及其 液调系统的缺点： 再热式单元机组的调节特性与特殊问题及解决方法 调节系统的动态特性指标：第一节 功频电液调节系统的工作原理第一节 功频电液调节系统的工作原理第二节 功频电液调节系统的静态特性0功率速度给定UUU0功率速度UU为频率变化量为功率变化量式中则速度功率nPPKPKnKPnnKnUPKPU,第三节 功频电液调节系统的反调现象常见克服常见克服“反调反调”的方法有：的方法有：在系统中引入转速的微分信号，把发电

16、机功率信号校正成为汽轮机功率信号；在系统中引入负的功率微分信号以延迟功率信号； 使测功元件与一个滞后环节相串联，以延迟功率信号的作用；第四次课要点 功频电调（DEH）的 DEH 如何 发电机功率反馈系统的第三章第三章 数字式电液调节系统（数字式电液调节系统（DEHDEH）第一节第一节 概述概述 一、基本原理一、基本原理 转速回路：转速回路：一次调频一次调频功率回路：功率回路：功率精确等于给定值功率精确等于给定值调节级压力回路调节级压力回路: : 平稳响应负荷平稳响应负荷 快速克服主蒸汽压力内扰快速克服主蒸汽压力内扰 二、数字电调具有的新特点二、数字电调具有的新特点（1）集散控制提高了系统的可靠

17、性（2）计算机数据处理能力强，还可支持显示、打印、报警、事故追忆（3）调节品质高（300MW2MW、30002r/min）（4）便于协调控制、厂级控制、优化控制数字控制的其他特点：离散控制、可编程、高级算法等等第二节第二节 数字式电液调节系统的组成数字式电液调节系统的组成 一、组成一、组成 数字控制部分数字控制部分 DCSDCS 液压执行部分液压执行部分 执行机构：伺服放大器，电液转换器、油动机执行机构：伺服放大器，电液转换器、油动机 油系统：高压抗燃油油系统：高压抗燃油 低压润滑油低压润滑油 保护系统保护系统: OPC: OPC：2 2个个OPCOPC电磁阀电磁阀 ETSETS：4 4个个A

18、STAST电磁阀电磁阀 机械超速和手动脱口机械超速和手动脱口 二、组成方框图二、组成方框图 P23P231 1、给定部分、给定部分 方式：方式：OAOA、ATCATC、逻辑给定（、逻辑给定（ASAS、CCSCCS、RBRB） 内容内容: : 目标值、速率（目标值、速率（n P n P p pT T） 2 2、测量：、测量： n n、P P、p pT T 、p p1 1（三选二）（三选二）IEP IEP 、p pR R 、 ASLASL、BRBR等等3 3、伺服控制回路：、伺服控制回路：VCCVCC卡，每个调门都卡，每个调门都 4 4、调节器、调节器 转速调节器：转速调节器：TVTV、GVGV、

19、IVIV三个三个 负荷调节器：功率调节器、调节级压力调节器负荷调节器：功率调节器、调节级压力调节器 第三节第三节 数字式电液调节系统的功能数字式电液调节系统的功能冷启动、热启动冷启动、热启动1.1.操作员自动、远方操作员自动、远方/ /协调、协调、ATCATC2.2.一级手动、二级手动、三级手动一级手动、二级手动、三级手动3.3.单级或串级单级或串级4.4.定压、滑压（定压时可阀门管理）定压、滑压（定压时可阀门管理）5.5.调频方式、基本负荷方式调频方式、基本负荷方式6.6.主汽压控制、甩负荷主汽压控制、甩负荷1.1.超速保护超速保护OPCOPC（103103、110110）2.2.危急遮断危

20、急遮断ETSETS3.3.机械超速保护、手动停机机械超速保护、手动停机对机组和对机组和DEHDEH装置进行监督、显示装置进行监督、显示第四节第四节 数字式电液调节系统的运行方式数字式电液调节系统的运行方式 三种：ATC OA 手动1 1、自动汽轮机控制方式、自动汽轮机控制方式 ATC ATC 最高级最高级 转速控制转速控制 目标转速目标转速 均由均由ATCATC程序给出程序给出 速度变化率速度变化率 负荷控制负荷控制 目标负荷目标负荷 OAOA给出给出 负荷变化率负荷变化率 几个中选小几个中选小 P51P512 2、操作员自动方式、操作员自动方式 OA OA 最基本最基本 转速转速 目标值目标

21、值/ /变化率均由变化率均由OAOA给出给出 负荷负荷3 3、手动方式、手动方式 一级手动一级手动 数字手动数字手动 自动的备用自动的备用 单片机单片机 二级手动二级手动 模拟手动模拟手动 一级手动的备用一级手动的备用 模拟计数器模拟计数器 手动备用手动备用 硬手操硬手操 二级手动的备用二级手动的备用 第四节第四节 数字式电液调节系统数字式电液调节系统的运行的运行方式方式第五次课要点（三环串级） 电调系统能够达到的 实际电调的 实际电调能够实现的 电调系统第五节 数字式电液调节系统的工作原理冷态高压缸启动阀 门冲 转 前0-2900rpm阀 切 换2900rpm2900-3000rpmTV全

22、关控 制控制全开全 开GV全 关全 开全开控制控 制IV全 关全 开全 开全 开 具有多个具有多个的机组的机组 每个阀门均有一个独立的伺服控制回路每个阀门均有一个独立的伺服控制回路 阀门开启按预先设定的顺序进行阀门开启按预先设定的顺序进行 在线切换在线切换单阀控制：节流调节，全周进汽，受热均匀单阀控制：节流调节，全周进汽，受热均匀多阀控制：喷嘴调节，部分进汽，受热不均多阀控制：喷嘴调节，部分进汽，受热不均阀门管理阀门管理Governor Valve Management第六节 汽轮机自动控制（ATC）ATC控制机组热应力以保证机组寿命的运行方式。控制机组第一级蒸汽变化速度，也就是控制速度与负荷

23、的变化率。升速率(50r/min) 与 升负荷率(1.395MW/min)各10级应力与材料的温差有关，与蒸汽到金属的传热有关，与材料形态有关应力计算的数学模型一般是近似得来。第六次课要点 数字电调的 典型汽机的 实际电调 实际电调 数字电调的单阀控制与多阀控制的控制及其控制方法 实际电调启动到满负荷的 实际电调启动到满负荷切换完成高调门控阀位高压调节门工作方式的高压调节门工作方式的切换切换逻辑逻辑第七次课要点 实际数字电调形成的原理（分阶段、按阀门） 高压主汽门/高压调节门的控制：ATC/运转员 高压主汽门的 高压主汽门的 速度信号是怎样得到和选择的（）由于机组本身具有迟延与惯性。因此动态时

24、，电功率信号不等于汽轮机的轴功率，只是反映了机组向电网输出的功率。内扰下（蒸汽参数）发电功率可反映机组输入的变化，外扰下（电网频率|负荷）发电功率不能反映电网用户功率的变化由于过大的功率角改变会引起电机不稳定，所以机组负荷变化率和电网负荷扰动量过大都是不允许的。P54tt 各种标志IVTV转换完成模拟系统是指DEH的 一、数字手动系统（一级手动）自动DPU软件计数器VCC卡手动键盘二、模拟手动系统（二级手动）一级手动键盘硬件计数器VCC卡二级手动手操器三级手动三、及快速关闭调节门门（中调门快关CIV）5.5缺自动跟踪手动缺自动跟踪手动信号频率齿轮齿数发电机转数式中fZnHzznf,)(60SS

25、HUIKV功率反调的原因：汽机功率信号落后于转速信号汽轮机功率信号比发电机功率信号缺少微分分量（3）甩负荷特性分析甩负荷特性分析l 反调现象反调现象采用发电机功率作为反馈信号的功频电液控制系采用发电机功率作为反馈信号的功频电液控制系 统在机组甩负荷时，在过渡过程的初始阶段，调节器统在机组甩负荷时，在过渡过程的初始阶段，调节器 输出的控制指令不是关小汽轮机调节阀门，而是输出的控制指令不是关小汽轮机调节阀门，而是开大开大 调节阀门，造成转子转速上升，调节阀门，造成转子转速上升，只有在转速升高到一只有在转速升高到一 定数值后才能克服发电机功率反馈信号的影响。定数值后才能克服发电机功率反馈信号的影响。

26、 机组甩负荷时，机组甩负荷时，发电机功率反馈信号发电机功率反馈信号uNL、转子转速反馈信转子转速反馈信号号u 和和汽轮机功率反馈信号汽轮机功率反馈信号uNt 的变化曲线如下图所示：的变化曲线如下图所示：l 克服反调现象的方法克服反调现象的方法0TLdJPPdt汽轮发电机组的力矩平衡方程式为：汽轮发电机组的力矩平衡方程式为：0TLdPPJdt 根据上式可知，根据上式可知，汽轮机功率信号汽轮机功率信号等于等于发电机功率信号发电机功率信号与与转子转子加速度信号加速度信号之和之和。为了克服在机组甩负荷时出现的反调现象，可。为了克服在机组甩负荷时出现的反调现象，可以采取以下方法：以采取以下方法：l 在转子转速反馈回路中加入实际微分环节在转子转速反馈回路中加入实际微分环节l 在发电机功率反馈回路中加入惯性环节在发电机功率反馈