汽轮机调节、保护

第四章汽轮机的调节保护系统

第一节汽轮机的调节系统一、汽轮机调节系统的作用

在外界负荷变化时，及时地调节汽轮机功率，以满足用户用电量变化的需要；同时保证汽轮发电机组的工作转速在正常允许范围之内，保证供电质量。分析：负荷与转速的关系：汽轮机受着两个力矩的作用：蒸汽主力矩和电磁阻力矩。稳定工况下，蒸汽主力矩等于电磁阻力矩。负荷增加时，电磁阻力矩大于蒸汽主力矩，机组转速下降；负荷减小，蒸汽主力矩大于电磁阻力矩，机组转速增加。二、汽轮机调节原理调节系统感受转速的变化，并根据转速变化改变调门开度，改变汽轮机进汽量，使蒸汽主力矩与电磁阻力矩重新达到新的平衡，并维持汽轮发电机转速基本不变。如图：离心式调速器调节系统液压调节系统组成：调速器错油门（滑阀）油动机调节阀外界负荷减小转速增加滑环上移滑阀上移油动机活塞下移调门开大滑阀下移至断油位置调速器ABCp0泄油泄油离心式调速器调节系统简图传动齿轮滑环杠杆错油阀油动机调节阀压力油回油bac径向钻孔泵调节系统径向钻孔泵调节系统：径向钻孔泵与汽轮机主轴连在一起，汽轮机转速的变化导致径向钻孔泵出口油压的变化。三、汽轮机调节系统的组成给定值转速感受机构配汽机构汽轮机n(转速)反馈机构滑阀油动机（一）感应机构1、作用：感受汽轮机转速的变化，并将其转变成其它物理信号（位移、油压）。2、感应机构的类型：机械式、液压式（径向钻孔泵调速器、旋转阻尼调速器）（二）传动放大机构1、对调速器（感应机构）的输出信号进行传递放大。输入是：调速器送来的位移或油压输出是：油动机活塞的位移2、传动放大机构按工作原理分成断流式和贯流式两种。断流式：稳定状态时错油门处于断开位置，油动机中没有油流动。贯流式：通过改变油口的面积（即改变油口的节流程度），使油压产生较大的变化值，以获得较大工作能力的放大机构。如压力变换器。3、调节系统的负反馈：错油门动作引起油动机动作，而油动机的动作又引起错油门向相反的方向动作。

负反馈的作用：使调节系统稳定。4、油动机的类型（三）配汽机构（执行机构）1、作用：将油动机的位移信号转化为蒸汽流量信号。2、配汽机构组成：开启（传动）装置、调节阀国产汽轮机多采用喷嘴调节法控制汽轮机的进汽量。提板式传动机构的调速汽阀：正确调整调速汽阀的重叠度（当前一个调速汽阀后蒸汽压力达到阀前压力的90%时，下一个调速汽阀应随即开启）（四）调压器（供热机组特有装置）：调节供汽压力，使其在一定的变化范围内。原理：调压器滑阀下部蒸汽的作用力和上方弹簧的作用力相平衡。滑阀处于某一平衡位置。当蒸汽压力变化时，滑阀运动，改变脉冲油口的大小，引起脉冲油压改变，从而使错油阀和油动机及调速汽阀改变。Pnp△m配汽机构特性曲线传递特性曲线调速器特性曲线调节系统静态特性曲线调节系统的四象限图cPn四、调节系统的静态特性曲线1、稳定工况下，汽轮机转速与功率之间的关系称为调节系统的静态特性曲线。

2、调节系统的速度变动率

汽轮机空负荷时的稳定转速与满负荷时的稳定转速之间的差值与额定转速之比的百分数称为调节系统的速度变动率。取δ=3%～6%np速度变动率决定了静态特性曲线的倾斜程度速度变动率对机组运行的影响：单机运行：npP2n2P1n1调节系统使机组转速沿静态特性曲线变化并网运行速度变动率决定了外负荷变化时的转速变化量n’2机组单机供电外负荷变化时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总和平衡时，电网频率保持稳定。也就是说，并网机组的转速是由电网中所有机组共同调节的。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，减少电网频率的变化量，这个过程叫做一次调频。在参加一次调频的各机组间以两台机组并列运行为例说明电网总负荷变化量如何分配？P1n1nPnPn2P2△P1△P2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。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，一次调频能力弱。不同机组对速度变动率的要求尖峰负荷机组较小，一般为3%～4%，一般的范围为3%～6%也不能过小nP极端情况机组功率在零负荷和满负荷间晃动，不能稳定运行。np30003180甩全负荷后，机组转速稳态变化量3270nt30003180动态过程转速最大超调量一般为3300机组超速保护动作转速带基本负荷机组较大，一般为也不能过大4%～6%，3、迟缓率P2P1PnP0

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迟缓率越小越好液压调节系统功频电液调节系统汽轮机单机运行，迟缓率引起机组转速自振汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动nPnPP0五、同步器与二次调频一次调频结束后电网频率不合格怎么办？一次调频不能保证频率在合格范围内电网频率变化时，并列运行机组按照速度变动率自动分配负荷电网频率不变时，如何改变机组负荷？运行中机组负荷的摆动值与调节系统的迟缓率成正比，与调节系统的速度变动率成反比。nPP2n2P1n1平移静态特性曲线维持转速不变二次调频，电网频率不正常时，通过平移某些机组的静态特性曲线，增加或减小这些机组功率，以恢复电网的正常频率，这称为二次调频n2△P2△P1+n1P1P2△P1nPnP蓝色箭头表示什么过程？棕色箭头表示什么过程？abc在机组负荷不变时改变转速；作用nP△P2nPP’2n1P2P1△P10外负荷不变，网内机组如何改变所带负荷，例如某机组需停机检修，怎么办？凡是能够平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器同步器实质上是人为改变调门开度的机构。（如图）在转速不变时改变负荷。目的不同一次调频减少电网频率变化量，但不能保证频率在合格范围内

二次调频把电网频率调整到合格范围

要求不同一次调频：快速性二次调频：精确性一次调频与二次调频的异同点：相同点：都是由于电网总功率与总负载平衡被打破，都会引起电网频率变化引起的原因不同一次调频外负荷变化二次调频外负荷不变，主动改变某些机组的功率六、汽轮机运行对调节系统静态特性的要求nP0非线性转速感受机构特性配汽机构特性中间放大传递特性实际调节系统静态特性曲线并非直线合理的特性曲线的形状连续，平滑，单调，无突变点连续向功率增加方向倾斜向下不允许有水平段（1）并列容易（2）低负荷时负荷变动较小（3）满负荷时不会过载零负荷、低负荷及满负荷处较陡中间区域较平坦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小于整体速度变化率的40％七、典型调节系统简介径向钻孔泵调节系统：第二节汽轮机的保护装置汽轮机保护装置的作用：在机组故障时，能及时迅速地切断汽轮机的进汽、迅速停机，避免事故扩大。按照电力生产法规汽轮机基本的保护有：超速保护、轴向位移保护、低油压保护、低真空保护。一、自动主汽门（汽轮机保护装置的执行机构）1、作用：在启动过程中用以控制汽轮机转速，从而控制暖机速度（高压汽轮机用电动主汽门的旁路阀启动）；保护装置动作时，迅速切断汽轮机进汽，保证设备的安全。2、原理：油动活塞下的油压与弹簧力平衡，当需要紧急停机时，手打危急保安器或保安器自动动作后，油动活塞下的油被泄掉，油动活塞便在弹簧力的作用下被迫关闭。主汽阀操纵座（主汽阀油动机）和主汽阀（大、小阀碟）要求主汽阀关闭的时间不大于1s。二、超速保护装置1、作用：当汽轮机转速达到额定转速的110%~112%时，动作停机。2、超速保护装置的组成危急遮断器：感受汽轮机是否超速（超速的发信触发装置）。安装在汽轮机转子前端径向钻孔泵的短轴上，由汽轮机主轴驱动。有飞锤式和飞环式两种。危急遮断油门：保护的执行机构，泄掉安全油，关闭主汽门。3、工作原理在危急遮断器动作转速内，压缩弹簧的紧力大于飞锤或飞环质量偏心所产生的离心力。当达到动作转速后，后者的离心力远远超出弹簧的预紧力，飞锤或飞环击出，使危急遮断油阀动作，关闭主汽阀、调速汽阀等，使机组自动停机，达到防汽轮机严重超速的目的危急遮断器三、轴向位移保护1、作用：为防止汽轮机转子因轴向推力过大产生较大轴向位移，造成动、静摩擦，因此当转子轴向位移超限时，轴向位移保护装置发出信号，执行停机。2、轴向位移遮断器（中小型汽轮机采用，而大机组采用：电磁感应式轴向位移保护装置）工作原理：正常运行时，喷油嘴和挡盘的间隙为0.5mm，当间隙为1.2mm时，即轴位移为0.7mm时，喷油嘴的排油量增加，而与此相联的滑阀下部油室油压下降，滑阀在上部弹簧力作用下下移，引起高压油进入脉冲油路，使脉冲油压升高，调节汽阀关闭。同时使主汽阀油动活塞下方的油经磁力断路油阀、危急遮断油阀，从轴向位移遮断器的油孔排出，主汽阀关闭。3、磁力断路油阀（一种综合性的电动保护装置）作用：当机组出现异常，如超速、润滑油压低、真空恶化、背压机的背压低至极限值、发电机跳闸等，只要电磁回路接通，磁力断路油阀就动作停机。工作原理：当电磁铁回路接通时，磁力断路油阀动作，使主汽阀油动机活塞下方的压力油经排油口排走，主汽阀立即关闭。同时高压油经油口进入脉冲油路，使脉冲油压升高，调速汽阀迅速关闭。四、低油压保护作用：为防止汽轮机组轴承因断油烧坏引起重大事故，当油压低于规定值时，则根据油压降低的程度，依次发出报警信号、启动交流润滑油泵及直流润滑油泵、停机及停盘车。五、低真空保护作用：当真空值低于某规定值时，为防止轴向推力过大，排汽温度过高等事故，低真空保护自动动作，限制机组的负荷或停机。第三节汽轮机的供油系统一、供油系统的作用1、向调节系统、保护装置供高压油2、向汽轮发电机组的各个轴承供低压润滑油，用来润滑并冷却轴承。二、供油系统的组成如图：1、油箱：储油并分离油中的水分、沉淀物及空气。2、主油泵：装在汽轮机主轴前端正常运行时，向系统供油。3、启动油泵（调速油泵）：在启动过程中代替主油泵向系统供油。当主油泵投入运行后作为备用。4、交流润滑油泵（事故油泵）：在机组故障或停机后盘车过程中向润滑系统供油。5、直流润滑油泵(事故油泵)：当交流润滑油泵故障或厂用电失去时投入，保证机组顺利停机。6、冷油器：控制润滑油温在一定的范围内（3545℃）。冷油器中水侧压力应低于润滑油侧压力，油侧压力一般0.15Mpa左右，水侧压力0.12Mpa左右，防止水进入油系统中使油质变差。7、注油器：利用少量高压油获得大量低压油，向主油泵入口及轴承润滑系统供油。如图：以汽轮油泵作为启动油泵，电动油泵作为辅助润滑油泵。第四节典型机组调节系统CB12-4.9/1.177/0.172汽轮机径向钻孔泵调节保安系统一、调节系统

调节系统由压力变换器及同步器，高压进汽一号错油阀及油动机；中间调节抽汽二号错油阀及油动机，背压调整器及抽汽调整器等组成。高压油动机控制着6个提板式调速汽阀，低压油动机控制着旋转隔板，实现对抽汽压力的调节。脉冲油泵作为转速感应元件，同时向调节系统和润滑油系统供油。汽轮机可按电负荷运行（功率调节），也可按热负荷运行（压力调节，转速调节退出工作）。电负荷及热负荷不可同时调节。调节系统的主要参数：速度不等率4%；抽汽压力不等率10%；背压不等率10%；同步器转速调整范围-4%~6%；调节系统迟缓率0.3%；主油泵在3000rpm时，出口油压1.2MPa，入口0.1MPa；稳定负荷连续运行时转速瞬间变化不大于±０．５％；汽轮机甩掉全负荷时，最大转速飞升不大于８％。压力变换器作为转速调节的放大元件，将脉冲油泵的一次油压转换为压力变换器滑阀的位移，改变１、２号脉冲油压，使１、２号错油阀及高低压油动机动作，改变汽轮机功率。

抽汽压力调节器及背压调节器，是抽汽及背压的感应元件及放大元件，压力变化时，使调压器１、２号脉冲油压窗口开度变化，脉冲油压变化，高、低压油动机动作。调节系统的四种工况：１、以电负荷运行抽汽调压器和背压调压器不投入，以转速调节部分控制汽轮机运行。２、按两种热负荷方式运行按此方式运行时，机组必须并入电网，并用同步器带上１／３的负荷，分别投入抽汽压力调压器及背压调压器。排汽压力