汽轮机本体检修第五讲

1、汽轮机本体检修课件第五讲第1页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四对于一对磁极的发电机，其发电频率 f 为f = n /60 (HZ)此式表明交流电频率 f 与机组转速n成正比变化。在额定转速n0=3000 rmin下运行时，供电频率f=50 Hz。供电频率过高或过低不仅影响用户的生产，而且也影响电厂本身生产的安全性和经济性。目前我国供电频率要求为5005 Hz。对于额定转速n。=3000 r min的机组，转速的允许变化范围是300030 rmin，显然运行时机组转速不允许有过大的变化，因此在汽轮机上均设有自动调节系统。调速系统的任务当外界负荷变化时，能及时地调节机组的功率

2、，以满足用户负荷变化的需要；同时保证机组的工作转速在正常允许范围之内，从而使供电频率维持在额定值左右。满足供电数量保证供电质量第2页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四机组在运行中，其转子在旋转时受到两个力矩的作用蒸汽力矩电磁力矩蒸汽力矩MT是蒸汽在汽轮机转子上产生的，它的大小主要与蒸汽流量有关(蒸汽参数为定值)，而方向与转子旋转方向相同电磁力矩ML是发电机转子在磁场中旋转时受到的阻力矩，其大小与发电机输出功率多少有关，而方向与转子旋转方向相反。若将机组的转子当作刚体，则转子的运动方程为MT ML = I d /dt I 机组转子的转动惯量；d /dt 转子的角加速度第3页，

3、共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四当功率平衡时MT ML = 0，I0，则 d /dt = 0，因= 常数，所以 n = 30/=常数，此时机组作等速圆周运动，转速是稳定的，称为稳定工况，又称平衡状态。当ML突然增加MT保持不变，则MT - ML 0，即d /dt 0， n将降低，电频率随之降低。当ML突然减小MT保持不变，则MT - ML 0，即d /dt 0， n将升高，电频率随之增加。第4页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四汽轮机调节系统设计的基本原理它感受功率不平衡而引起的转速的变化，通过传动装置，来控制进汽阀的开度，改变汽轮机的进汽量，重新建立平

4、衡，恢复稳定工况，并使转速保持在规定范围内，以稳定电网频率。这种根据机组转速进行调节的系统又称调速系统调速系统应满足的要求当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，调速系统应能保证机组从空负荷 至满负荷范围内稳定运行，并保证发电机能顺利地并网和解列。当负荷变化时，调速系统应能保证机组从某一稳定工况安全地过渡到另一稳定 工况，而不会发生长期的和较大的负荷摆动。为了保证机组稳定运行，各种原因引起的负荷摆动均应在允许范围之内。当机组突然甩负荷时，调速系统应保证转速最大升高值小于超速保护装置动作 转速第5页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四二、汽轮机调节系统的类型(一) 机械液压式调

5、速系统 1784年，瓦特应用离心式直接作用调速器（如图所示）控制蒸汽机。 当转速升高时，重锤在离心力的作用下向外张开，使滑环向上移动，通过刚性的杠杆关小调节汽阀，使转速下降。 当转速降低时，动作过程相反。 在这种情况下， 调节的任务就在于： 随着机组角速度的变化，来增加或减少蒸汽流量，以此来保持能量平衡。1、直接调节系统 第6页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四直接调节系统的控制方框图见图： 汽轮机的负荷都是通过转速（电网频率）的变化来调节的；调速器滑环位置与汽轮机的阀门位置是一个固定的对应关系；也就是说一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的；因此就产生了一定的不均匀度

6、。 这表现为虽然采用了调速器，但只能维持转速在一定的范围内，而不能保证转速的恒定。第7页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四1一调速器；2一滑环；3一错油门滑阀;4一油动机活塞；5一调节阀;6一汽轮机;7一发电机；8一传动齿轮；9一同步器； I一转速感受机构；一传动放大机构；一执行机构(a) 间接调节系统简图 (b) 间接调节原理方框图2、间接调节系统 第8页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四调节系统的动作过程当外界负荷减少时：机组转速升高，调速器重锤的离心力增加，克服弹簧作用力使滑环上移，杠杆ABC暂时以C点为支点，顺时针旋转，使错油门活塞随之上移，油动

7、机活塞上部接通压力油而下部通排油，油动机活塞在上下油压差作用下下移，关小调节阀。在油动机活塞下移的同时，杠杆ABC暂时以A点为支点，顺时针旋转使B点下移，带动错油门活塞下移，当错油门活塞回复至中间位置时，堵塞油动机的上下油口，油动机活塞停止移动，在新的功率下调节系统处于新的平衡状态。当外界负荷增加时：机组转速下降，调节系统的动作与上述相反。在该系统中，由于滑阀动作，使油动机活塞产生位移，而油动机活塞的运动又反过来带动滑阀使其复位，这种作用称为反馈。完成反馈作用的装置(如杠杆)叫反馈机构。如图中，调速器滑环的作用和油动机活塞的作用是使滑阀的移动方向相反，所以是负反馈。显然，反馈是调节系统的一个重

8、要组成部分，采用负反馈能使调节系统很快地稳定下来。如图中无杠杆BC，则该系统无法稳定地工作。反馈第9页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四有差调节的概念稳定工况时错油门活塞必须居于中间位置，亦即杠杆中间支点B位置不变。但在新的稳定工况下调节阀的开度必须发生变化，油动机活塞应有相应的不同位置，根据杠杆原理，调速器滑环也一定处于另一新的位置与油动机活塞相对应，这说明不同的调节阀开度对应不同的滑环位置，即不同功率对应着不同的转速。显然，这种调节系统不能保持汽轮机原来的转速完全不变，而是与额定转速有一个小偏差，这种在稳态时，不同负荷下对应不同转速的调节称为有差调节。调节系统的组成转速

9、感受机构(又称调速器)传动放大机构(如错油门、油动机、反馈装置)执行机构(调节汽阀)第10页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四1、具有旋转阻尼调速器的液压调速系统1一旋转阻尼； 2一波纹管；3一碟阀; 4一继动器; 5一油动机滑阀； 6一油动机；7一调速汽门其转速感受元件是旋转阻尼。外界负荷减少时，使汽轮机转速瞬时升高，旋转阻尼的泄油量减少，所对应的一次油压p1升高，波纹管缩短，碟阀上移、碟阀泄油间隙减小，所控制的二次油压p2升高，使继动器活塞上部油压增高，该活塞下移，油动机滑阀上部蝶阀泄油间隙减小，由其控制的三次脉动油压p3升高，于是油动机滑阀向下移动，将压力油p0与油动

10、机活塞下腔接通，活塞上腔与泄油接通。在上下油压差作用下，油动机活塞上移，通过杠杆机构关小调速汽门，使汽轮机功率减小，与外界负荷相适应。在油动机活塞上移的同时，杠杆机构使继动器活塞上部的静反馈弹簧被拉伸，压力下降，继动器活塞上移，油动机滑阀上部蝶阀泄油间隙增大，三次脉动油压p3下降，在下部弹簧力的作用下，油动机滑阀回到中间位置，调速系统处于新的稳定状态。(二) 全液压式调速系统 第11页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四2、具有径向泵液动调速系统1一径向泵；2一压力变换器；3一滑阀；4一油动机；5一调节阀；6一反馈油口当负荷减小，汽轮机转速升高时，径向泵出口油压升高，压力变换

11、器活塞上的力平衡被破坏，活塞上移，使其控制油的泄油口an变小，控制油压px升高，滑阀3上的向上作用力大于向下作用力，滑阀上移，打开通向油动机的油路a和b，压力油进入油动机活塞下部，油动机活塞上腔室通回油，油动机活塞上移，关小调节阀，减少进汽量，汽轮机发出的功率变小，新的功率和外界负荷相适应。当油动机活塞上移时，带动活塞下部套筒上移，开大了这个套筒所控制的控制油泄油口am，使控制油压降低，当控制油压px恢复到原来数值时，滑阀又回到中间位置，重新关闭去油动机的油口，油动机停止移动，调节过程结束。第12页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四3、哈汽厂生产的液压调速系统 第13页，共

12、45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四 哈尔滨汽轮机厂生产的液压调节系统如上图所示，由高速弹性调速器1、随动滑阀2、分配滑阀3、油动机滑阀4、反馈滑阀5、油动机6、同步器7等组成。 其特点是采用由汽轮机主轴直接带动的无铰链的调速器，将转速的变化转换为挡油板的位移，取消了原来离心式调速器的摩擦和铰链机构，减小了摩擦和卡涩，具有较高灵敏度。 为进一步提高灵敏度，减少主油泵出口压力波动的影响，一般取脉动油压力为主油压力的1/2。 但是由于高速弹性调速器刚性连接在主油泵的轴上，当汽轮机的主轴有轴向窜动时，可能引起转速和负荷的波动。第14页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期

13、四4、上汽厂生产的液压调速系统 第15页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四 上海汽轮机厂生产的液压调节系统如上图所示，由主油泵1、旋转阻尼2、转速变换器3、错油门4、继动器5、油动机6等组成。 其特点是采用了旋转阻尼和碟阀式放大器。旋转阻尼的出口油压可近似看作与转速的平方成正比，其转速的测量无机械移动部件，可靠性较高。碟阀式放大器比滑阀式放大器更不易卡涩。第16页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四5、东汽厂生产的液压调速系统 东方汽轮机厂生产的调节系统如图所示，由信号油泵1、滤网2、压力变换器3、油动机滑阀4、反馈滑阀5、油动机6、同步器7等组成。第17

14、页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四 在全液压调节系统中，一次脉冲油压力与二次油压或汽轮机的阀门位置仍然是一个固定的对应关系。也就是说一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的，因此也存在不等率。机械液压调速系统或全液压调速系统的特点：本质上是一个比例调节器，因而是有差调节系统；转速与负荷之间的静态关系是由其固有结构决定的，因 此一次调频的功能是无法切除的；迟缓率较大，控制精度较低，存在回差；调整困难，难以调整一次调频特性；不等率曲线难以兼顾启动升速、同期、并网运行。第18页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四三、简单调节系统与静态特性曲线由图（b）可见，

15、在调速系统动作结束后，并不能保持汽轮机原来的转速不变。这是由于调速系统在稳定时滑阀必须居于中间位置，亦即杠杆中间支点b的位置不变，但在新的稳定工况下调节阀的开度必然发生变化，根据杠杆原理，调速器滑环也一定处于另一新的位置，所以与此相应的转速也必定不同于原来的数值。这就是说，在稳定工况下，对应于汽轮机的不同负荷，汽轮机将有不同的转速。则a和c点必然有一一对应的关系， 有图可知，a与c之间对应关系就代表滑环位移z与油动机位移m之间的关系。第19页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四 根据稳定离心调速器特性知道，每个滑环位置Z对应一个转速n；根据汽轮机特性知道，每个油动机行程m对应

16、一个功率N(蒸汽参数为一定时)，于是我们便可得到转速n与功率N之间关系，如图 (a)所示。图中所表征的功率N与转速n之间的关系，便是调节系统的静态特性曲线，曲线上每一点都代表在稳定工况下转速n与功率N的对应关系，特性线表明功率增加时转速下降，否则相反。在实际使用过程中，不但要知道功率N与转速n之间的关系，而且还要知道转速n，滑环z、油动机行程m和功率N四者之间的互相对应关系。所以常常把四个变数同画于一个座标图中，形成四条静态特性曲线，即所谓四象限图，如图(b)所示。 第20页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四由上图可以看出，转速n与功率N之间关系曲线是由其他三条曲线投影而成

17、。反过来说，其他三条曲线中任意一条变化时都会使转速与功率曲线发生变化。由此可见，四象限图中曲线能较全面地揭示出调节系统中各个环节互相之间的关系。在任何稳定工况下，转速n、滑环位移z、油动机行程m和功率N之间有一一对应关系。这表明当外界负荷变化时只靠调节系统自身作用不能保持转速恒定，而只能保证在不同的功率下对应不同的转速，这便是有差调节的特性。与此相反，若在不同功率下永远保持同一个转速，称为无差调节。生产实践证明，有差调节稳定性较好，也正是因为汽轮机调节系统是有差的，机组才能在同一个电网中并列运行，使得电能的生产与供电实现区域化。与有差调节相反，无差调节系统不但不能保证机组并列运行，就是单机运行

18、稳定性也较差。因此，现在应用的汽轮机调节系统几乎都是有差的。第21页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四四、速度变动率定义根据调节系统静态特性，当汽轮机单机运行，汽轮机的功率从额定功率突然甩至零功率时，其稳定转速从n1升至n2，转速差（n= n2n1）与汽轮机额定转速n0之比的百分数，称为调节系统的速度变动率(或称转速不等率)，用表达式表示为 = （ n2 n1） / n0 100%式中： n1 、n2 分别代表满负荷及空负荷时的转速； n0 汽轮机额定转速。是调节系统最重要指标，它既反映一次调频能力的强弱，又表明稳定性的好坏。如果特性线平坦，即不等率较小，表明当外界负荷变化

19、后转速变化较小，即周波变化较小，一次调频能力强。从调频能力看似乎 越小越好。但是，不等率减小到一定程度将引起调节系统不稳定，甚至引起系统强烈振荡。与此相反，不等率过大时可使系统稳定，但是不能保证供电周波在规定范围之内。综上所述，不等率的大小对供电质量和调节系统的稳定性都有十分重要的影响。可见在确定不等率时必须同时兼顾供电质量和系统稳定性两方面的要求，同时又要考虑到汽轮机负荷性质。一般规定，带基本负荷机组 =46，带尖峰负荷机组 =35。第22页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四速度变动率对机组运行的影响汽轮机并列于电网中运行，其转速取决于电网的频率，因此当负荷变化而引起电网

20、频率变化时，分配给电网中每台机组的负荷变化额取决于各台机组调节系统的静态特性。例如，上图为两台汽轮机组并列运行时的静态特性曲线，两台机的额定功率分别为p1和p2，速度变动率分别为1和2。当外界负荷减少 p，使电网频率上升 n时，两台机组的功率都因各自调节系统动作，而按静特性发生变化，号机减少功率 p1 ，号机减少功率 p2，而 p1 + p2 = p 。由上可见，在电网负荷变动时，速度变动率小的机组，负荷变动百分数大，而速度变动率大的机组，负荷变动百分数小。因此，对于不同性质的机组应有不同的速度变动率，承担尖峰及变动负荷的机组，其速度变动率应小些，取3% 4；带基本负荷的机组，速度变动率则应大

21、些，取46。这样在电网频率变化时，负荷主要由承担尖峰负荷机组承担，而带基本负荷的机组负荷变化较少，可保持较高的效率。不同速度变动率机组的并列运行第23页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四五、迟缓率前面分析的静态特性曲线是在理想情况下得到的，都是一条曲线。在实际的调节系统中，由于摩擦力，铰链间隙和滑阀过封等因素的影响，实际的特性线再也不是一条曲线，而是一条曲线带，如图所示。两条曲线之间区域叫死区，在死区内各种参数不再是一一对应关系，对应同一个转速n可以有不同功率N，对应同一个滑环位置Z有不同转速n，对应同一个油动机行程m有不同的滑环位置Z。或者说在死区内调节系统中各种元件的动

22、作产生迟缓现象，例如在死区内转速升高时功率并没有立即减少，只有当转速有一个多余增量n时功率才开始减少。为了表征一个系统的迟缓程度，而引进迟缓率，即：在同一功率下的转速差n与额定转速n0 之比的百分数称调节系统的迟缓率，用表示。 = n/n0 100%调速器实际特性曲线图迟缓率太大十分有害，甩负荷时容易超速，正常运行时容易摆动。因此，通常规定调节系统的迟缓率不超过0.5第24页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四迟缓率对机组运行的影响调节系统在迟缓区内，实际上是没有调节作用的，因此迟缓区的存在破坏了调节系统功率与转速的单值对应性。迟缓对机组的影响情况与运行方式有关。(a)对单机

23、运行的影响 (b)对并网机组运行影响机组孤立运行时调节系统使其功率与负荷始终保持平衡，迟缓的影响主要反映在转速上。也就是说，机组转速可在不灵敏区内任意摆动，其自发波动的范围为n。对于并网运行的机组，其转速取决于电网频率，迟缓影响主要反映在功率上。迟缓将引起机组负荷的晃动，如图所示。显然，迟缓率越大，可能发生的负荷晃动也越大，虽然迟缓率越小越好，但过高的要求往往给制造带来困难。第25页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四减小迟缓的方法近代汽轮机调节系统大多使用液动的转速感受元件，因此调速器的迟缓率较小，但是对于一般的机械式转速感受元件，由于存在机械摩擦阻力以及杠杆连接处存在间隙

24、等原因，迟缓率一般较大。通常采用提高材料硬度，降低加工粗糙度，在机械连接处用刀口支承以及采用新型的调速器(例如无铰接高速弹性调速器)等办法来减小迟缓。为了避免机械传动部分间隙的影响，可利用弹簧或者油压，把相互连接的元件推向一侧。传动放大机构大多是由滑阀、套筒、滑环等组成的，提高这些元件的灵敏度，十分重要。提高滑阀灵敏度的种种方法，对减小调节系统的迟缓率都是非常有效的。另一方面也应注意到，即使元件本身制造加工都很精细，润滑也很好，但在安装时如果中心不正或运行后热膨胀不同等原因，也会引起元件的卡涩，使调节系统产生很大的迟缓。因此，保证安装质量，提高运行水平对减小调节系统的迟缓也是很重要的。迟缓对机

25、组运行有很大的影响，因此，无论在设计、制造或调整、检修等工作过程中都要设法把它减小到最低限度。由于调节系统的迟缓是由组成调节系统各元件的迟缓积累所形成的，所以要减小调节系统的迟缓，就应该尽量设法提高每个元件的灵敏度。 第26页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四六、同步器作用调节系统的静态特性确定了汽轮机功率和转速(电网频率)单值对应的关系，因而在某一个电网频率下，汽轮机只能发出一个固定的功率，不能改变，而在单机运行时，汽轮机功率由外负荷决定，一个功率对应一个固定的转速，且不能改变。显然，这是不能满足机组运行要求的。但是，如果将静态特性曲线上下移动，改变转速与功率的对应关系。

26、就能在电网频率不变的情况下，改变并网机组的功率，从而在功率不变情况下，改变单机运行机组的转速。同步器就是用来上下移动静态特性曲线的装置，同步器能够连续地平移静态特性曲线，使其成为一簇线，或者说成为一个工作区带。工作原理以飞锤式间接调速系统为例并网运行 单机运行第27页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四并网运行间接调节系统同步器调节功率过程（a）间接调节系统示意图 （b）调节系统静态特性1 调速器； 2 油动机； 3 调节汽门； 4 油动机滑阀； 5同步器； 6滑环第28页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四在一定的电网频率下，汽轮机的转速为n0，对应的功率

27、为P1，特性曲线上的A点是它的工作点，此时，调速系统的杠杆处在水平位置abc。现欲增加汽轮机的功率，方法是旋转同步器的手轮向下拉紧同步器5的弹簧，同步器弹簧拉力增大，破坏了飞锤离心力与弹簧力(调速器弹簧力和同步器弹簧力的合力)的平衡，于是杠杆abc以c为支点顺时针旋转，杠杆又带动油动机滑阀4下移，使杠杆处于a/ b/ c状态。由于油动机滑阀下移，使压力油通往油动机活塞下腔的油口e和油动机活塞上腔通往排油的油口d打开，油动机活塞下腔进压力油，上腔排油，于是油动机活塞向上运动，并带动杠杆以a/为支点顺时针旋转，直到错油门活塞回中遮断油动机进排油油口，油动机活塞停止运动，系统重新稳定，此时杠杆位置为

28、a/bc/。调速器滑环下移，调速器上的力平衡是靠调速器弹簧的变形量改变来达到的。油动机活塞杆由c点移到c/点，油动机将调节汽门开大了L，使进汽量增大，则汽轮机发出的功率由P1增大到P2。由于机组并在电网中，所以汽轮机转速由电网频率决定，仍为n0。这样同步器动作后，就使工作点由A变到B见图 (b)，以后电网频率变化时，功率就沿着静态特性曲线变化。由于弹簧刚度及杠杆比都未改变，所以线和线的斜率相同，即同步器动作仅使静态特性曲线发生平移。实际上同步器手轮可以进行连续调节，故静态特性曲线可以连续平移，根据需要任意调整汽轮机的功率。第29页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四单机运行单

29、机运行同步器调整转速过程（a）调速系统杠杆位置 （b）静态特性上工况点变动过程第30页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四机组稳定在B点运行时见图 (b)，转速为n1，功率为P1，调速系统杠杆位置为abc。现欲将转速调高，旋转同步器手轮，拉紧同步器弹簧，使调速器滑环下移，杠杆以c为支点顺时针旋转，带动油动机滑阀下移，杠杆处于a/b/c位置。油动机下腔进压力油，上腔通排油，在油压差作用下油动机活塞上行，开大调节汽门，增大进汽量，使机组功率增加。当油动机活塞上行到c/点时，功率增加到P2，油动机滑阀回到中间位置，杠杆处于a/bc/位置。此时虽然油动机滑阀回中了，但是外负荷没有改变

30、，机组功率增加使汽轮机转子上的蒸汽主力矩大于发电机的反力矩，致使机组转速升高。于是调速器飞锤的离心力增大，克服弹簧力使滑环上移，杠杆又以c/为支点逆时针旋转，并带动油动机滑阀上行。杠杆处于ab/c/位置时，油动机活塞上腔室进压力油，下腔通排油，于是油动机活塞又下行关小调节汽门。杠杆在油动机活塞杆的带动下，以a点为支点逆时针旋转，又使错油门活塞下行。当杠杆恢复到abc位置时，油动机活塞复位，汽轮机功率恢复到原来数值，又与外负荷平衡，同时错油门活塞回中，系统重新稳定。此时，飞锤的离心力是在克服同步器弹簧拉紧后增加的弹簧力的情况下，使滑环恢复到原来位置的，所以重新稳定后，转速提高了。从图(b)静态特

31、性图上看，当杠杆在a/b/c位置油动机活塞开始上行增加功率时，工况点由B向着增加功率方向移动(假定增加得很小，转速还未来得及变化，则在n一P坐标系中工况沿平行P轴移动)。当油动机活塞杆由c点移到c/点时，工况点到达A点。此时，由于汽机功率大于负荷，转速升高，当杠杆在a/bc/位置，转速开始升高，滑环上移时，功率也在减小，工况点由A沿着静特性向着转速升高和功率减小方向移动，直到功率恢复到P1时稳定，工况点就到了E点。此时的转速为n2，显然，n2n1。上面的动作过程可分成两部分：一部分是增加功率过程，这是人为操纵同步器产生的；另一部分为力矩失去平衡，转速增加而减少功率的过程，这是自动调节过程，这个

32、过程是沿着平移后的静态特性曲线进行的。应该注意的是调节过程为一连续过程，上面讨论中把动作过程分解成几步，完全是为了分析问题方便。 第31页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四七、功频电液调节系统功率一频率电液调节系统是指系统中采用转速和功率两个控制信号，测量和运算采用电子元件，而执行机构仍用油动机的调节系统，简称“功频电调”定义功频电液调节系统的形成在纯速度调节的系统中，是根据转速变化，调整调节汽门开度，达到改 变汽轮机功率的目的。这对具有庞大中间容积的中间再热机组来说，必 然使动态过程中转速和功率之间的变化关系与静态特性差异很大。在调 节系统中引进功率信号，能更好地实现动态

33、过调，消除功率滞后，使转 速和功率呈线性关系。 对并在大电网中运行的机组，若蒸汽参数变化(称为“内扰”)引起机组 功率变化，由于电网周波不变，纯速度调节系统对此无法进行自动调 整。有了测功信号，将测得的功率信号与功率给定值比较，以此对汽轮 机进行调节，就能消除“内扰”影响。电子元件测量方便，运算、比较、综合能力强，并且改变放大倍数、时 间常数等容易，从而比较方便地改变调节特性，满足机组适应不同运行 特性的要求。所以功频电调中都采用电子元件作为测量、运算部件。由于油动机尺寸小而力量大、速度快是现在电气设备无法取代的，故最 后的执行机构仍用滑阀及油动机结构。为使前面的电气部分和最后的液动执行机构联

34、系起来，采用电液转换 器，将电信号转换成液压信号。第32页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四功频电液调节系统的基本工作原理电液转换器相连系统包括电调液动放大测功单元测频单元校正单元滑阀油动机第33页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四功频电液调节系统原理图功频电液调节系统原理方框图第34页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四各单元的功用其功用相当于原来调节系统中的调速器，调速器在感受了转速变化后输出一滑环位移，而测频单元在感受了转速变化后输出一相当电压信号。测频单元是功频电液调节系统中的特有环节，它的功用是测取汽轮发电机的有功功率，并成比

35、例地输出直流电压信号，作为整个系统的负反馈信号，以保持转速偏差与功率变化之间的固定比例关系。测功单元是一个具有比例、积分和微分作用的无差调节器，记作PID。它的功用是将测频、测功及给定输入信号进行比较，并进行微分和积分运算同时加以放大，其输出信号便去推动电液转换器。校正单元顾名思义，是将电信号转换成液压控制信号的装置。它是电调部分和液控部分的联络部件。电液转换器相当于原来调节系统的同步器由它给出电压信号去操纵调节系统给定装置第35页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四功频电液调节系统的调节过程当外界负荷增加时：汽轮机转速下降，测频单元感受了转速偏差，产生一电压信号，经过整流，

36、滤波之后输出一个与转速偏差成比例的直流电压信号uf，输入PID校正器，经过处理后输入电液转换器的感应线圈，当线圈的电磁力克服了弹簧支持力后，使其滑阀下行，关小油口A，脉动油压升高，油动机上行开大了阀门增加功率，与外界负荷变化相适应。汽轮发电机功率增加后，测功单元感受了这一变化后，输出一负的直流电压信号，也输入PID。如果测功单元输出值变化UN等于测频单元输出值变化uf ，由于两者极性相反，其代数和等于零。此时PID的输出值保持不变，因此调节系统的动作结束了。当外界负荷减小时其调节过程与上述相反。 当外界负荷变化而新汽压力降低时调节过程如下：由于新蒸汽压力降低，在同样阀门开度条件下汽轮发电机功率

37、减少，这时测功单元输出电压信号减小，因此在PID入口仍有正电压信号存在，使PID输出继续增加，经过一系列的作用又开大调节阀，直到测功单元输出电压与给定的电压完全抵销时，即使PID入口信号代数和为零时才停止动作，由此可见，采用了测功单元后可以消除新汽压力变化对功率的影响，从而保证了频率偏差与功率变化之间的比例关系，即保证了不等率一定，也就是保证一次调频能力不变。显然，采用原来的调节系统是无法满足这个要求的。第36页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四利用测功单元和PID调节器的特性也可补偿功率滞后：当外界负荷增加时使汽轮机转速下降，测频单元输出正电压信号作用于PID调节器，经过

38、一系列的作用开大高压调节髑，首先使高压缸功率增加，此时测功单元输出的信号很小，不足以抵销测频单元输出的正电压信号，因此，高压调节阀继续开大，即产生过开。高压缸因过开而产生的过剩功率刚好抵销了中低压缸功率的滞后。当中低压缸功率滞后逐渐消失时，由于测功单元的作用又使高压调节阀关小；当中低压缸功率滞后完全消失后，高压调节阀开度又回到稳态设计值，此时调节系统动作结束了。根据以上的叙述可知，无论是新汽压力发生波动或者功率产生滞后，都能保证转速偏差与功率变化之间的固定比例关系，即保证一次调频能力不变。这是功频电液调节系统的很大优点。功频电液调节系统的优点(1)可实现从盘车开始到并网转速的大范围自动调速，调

39、速精度l2rmin同 时可根据启动要求选取不同的升速率，就能达到平稳自动地启动。(2)可方便地改变运行方式，以适应电网要求。(3)具有抗内扰能力，以提高正常运行时负荷稳定性及改善动态品质。(4)甩负荷时抑制机组动态飞升转速作用显著。(5)调节器采用电子元件，显著地提高了调节系统的动态响应能力和稳定精度。(6)综合能力强，便于集中控制，易于实现机炉联合控制，为电站自动化及电子计算 机控制创造了条件。第37页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四再热汽轮机功率频率电液调速系统方框图第38页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四转速调节回路：用于机组起动时升速、并网和

40、甩负荷、停机过程中控制汽轮机转速。转速反馈信号由装于汽轮机轴端的磁阻发信器测取并转换电压，然后与转速给定电压进行比较，经频差放大器放大，送往综合放大器、PID(比例、积分和微分)调节器、功率放大器、电液转换器，再经过继动器、错油门和油动机后去控制调速汽阀。电液转换器以前的电气部分用模拟电子硬件实现，以后的液压部分与前面介绍的液压调速系统的相应部分基本相同。上图所示为再热汽轮机功率频率电液调速系统方框图。该系统以集成运算放大器为基本元件，以连续的电量对机组进行控制，所以又称模拟电调系统。它由转速调节回路、功率调节回路和功率一频率调节回路组成。功率调速回路：机组在电网中不承担调频任务时，频差放大器

41、无输出信号，机组由功率调速回路进行控制。由于汽轮机功率的测取比较困难，在功频电调中一般都采用测量发电机功率的方法。该功率是由通过测量发电机电压产生的控制电流和测量电流产生的磁通量，经霍尔测功器输出的霍尔电动势来量度的。由于该电动势与发电机功率成正比，所以它能准确代表发电机的功率。通过霍尔测功器测出与发电机功率对应的电压后，再与给定电压比较，经功差放大器和综合放大器放大后，输至PID调节器，最后控制调速汽阀。该回路也是定值调速系统。第39页，共45页，2022年，5月20日，9点50分，星期四功率一频率调速回路：当汽轮机参加一次调频时，调速系统便由上述两种回路共同参与工作形成功率一频率调速回路，它是一种功率跟随频率的综合调速系统。此时，两个回路既有自己的动作规律，又有协调动作的过程。无论是功率通道不平衡，还是频率通道不平衡，整个功频调速回路都要动作，直到系统趋于稳定为止。这种综合功率一频率影响的多变量控制系统，能有效地克服蒸汽参数的内扰，并且频率微分器和PID的校正规律又能有效地克服功率的滞后，因此该系统优于液压调速系统。第40页，共45页，2022年，5月20