汽轮机部分第七章汽机调节

汽轮机部分第七章汽机调节第1页，课件共67页，创作于2023年2月主要内容概述液压调解系统的特性数字式电液调解系统紧急遮断系统汽轮机供油系统第2页，课件共67页，创作于2023年2月第一节概述一、汽轮机调节系统的任务1、供电数量和质量要求（1）量的要求：（2）质的要求：电压（励磁电流调整）；频率（机组转速）。第3页，课件共67页，创作于2023年2月2、汽轮发电机组的转速变化规律Mt：汽轮机的主力距；Me：电磁反力矩；Mf：转子的摩擦阻力矩；Ip：转子的转动惯量；dω/dτ：转子的角加速度；ω=2π×n/60第4页，课件共67页，创作于2023年2月第5页，课件共67页，创作于2023年2月3、汽轮机调解的任务及时调解内功率，满足外界负荷变化，保证转速，分为喷嘴调节、节流调节、滑压调节；二、调速系统的工作原理1、直接调节（直接带动调节阀，如飞锤调解）；2、间接调节（通过放大系统，带动调节阀）；包括：转速感受机构、传动放大结构、配汽执行机构、调节对象第6页，课件共67页，创作于2023年2月第7页，课件共67页，创作于2023年2月第8页，课件共67页，创作于2023年2月三、典型液压调节系统转速感受机构的不同，可以分为1、具有高速弹性调速器的液压调节系统（转速→挡板位移）；2、径向泵液压调节系统（径向泵）；3、旋转阻尼液压调节系统（旋转阻尼）。第9页，课件共67页，创作于2023年2月第10页，课件共67页，创作于2023年2月第11页，课件共67页，创作于2023年2月第12页，课件共67页，创作于2023年2月一、静态特性（一）静态特性曲线静态特性在稳定运行工况下，转速和功率之间的关系；调解系统的转速有差调解特性，通过部分实验或计算间接求得；取决于各组成部分的静态特性。第二节液压调节系统的特性第13页，课件共67页，创作于2023年2月特性曲线获取方法由获取的各组成部分的静态特性曲线，用合成法作图，合成为第一象限内的汽轮机功率与转速关系曲线dd，即为整个调节系统的静态特性曲线。第14页，课件共67页，创作于2023年2月（二）速度变动率（转速不等率）1、速度变动率机组孤立运行时，最大转速（零负荷）与最小转速（额定负荷）之差，与额定转速之比。2、速度变动率对一次调频的影响

一次调频根据外界负荷变化的需要，汽轮机调节系统按器静态特性自动调整功率，以减少供电频率的变化的调节过程。第15页，课件共67页，创作于2023年2月速度变动率对一次调频的影响并列机组的负荷分配（小的机组，相对变化大）；速度变动率不可过小，否则引起负荷晃动；3%～6%；速度变动率不可过大，否则引起甩负荷超速。第16页，课件共67页，创作于2023年2月第17页，课件共67页，创作于2023年2月电网的经济调度原则（负荷变动适应性）选择功率大、效率高的机组带基本负荷，在电网频率变化时，尽量使之功率变动小，保证较高的经济性和安全性，他们速度变动率选择大些，取4-6%；另一类主要承担尖峰负荷，一般选择效率较低、负荷变动适应性强的中小机组，他们选择变动率小些，取3-4%。第18页，课件共67页，创作于2023年2月1、单调递减函数；2、连续、圆滑，无突变、无接近水平的部分，避免负荷飘动；3、在空载处应陡一些，以便控制机组的转速与电网同步，顺利并网，并网后所造成的负荷冲击也较小；4、带基本负荷的机组，在额定负荷处静态特性线也应该陡一些，稳定在经济工况，低频不超载。3、局部速度变动率第19页，课件共67页，创作于2023年2月（三）迟缓率1、迟缓现象（回差）调节部分的摩擦力、间隙、滑阀油口的盖度、油的粘滞力；2、迟缓率的定义机组在同一功率下，因迟缓而出现的最大转速变动量（最高转速与最低转速之差），与额定转速之比，称为迟缓率；第20页，课件共67页，创作于2023年2月3、迟缓率对机组运行的影响转速晃动（单机运行）：负荷晃动量（并网运行）：越小越好！但制造困难。一般要求液压调节系统的迟缓率ε＜0.3%～0.5%；电液调节系统的迟缓率ε＜0.1%。第21页，课件共67页，创作于2023年2月（四）同步器

汽机功率和转速（电网频率）单值对应，某一个电网频率下，汽轮机只能发出一个固定的功率；而在单机运行时，汽轮机功率由外界负荷决定，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。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，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。第22页，课件共67页，创作于2023年2月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。1、同步器的工作原理第23页，课件共67页，创作于2023年2月一次调频二次调频频率合格，总负荷不变第24页，课件共67页，创作于2023年2月二次调频：通过同步器来调整供电频率的方法；2、同步器的用途1）机组在单机运行时，调整机组转速；2）机组在并网运行时，在各机组间进行功率负荷分配，保持转速不变；第25页，课件共67页，创作于2023年2月3、同步器的动作范围（1）高限余量的作用：保证电网频率升高时（一次调频），以额定功率并网，取（1%～2%）n0，不宜过大，防止空载超速；（2）低限余量的作用：保证空载顺利并网，电网频率较低时正常停机，取（4%～6%）n0，不宜太大，对机构设计不利。第26页，课件共67页，创作于2023年2月同步器范围高限余量低限余量频率升高、带不满负荷，太大，有超速危险频率较低时，无法同步并网；无法甩负荷，停机困难第27页，课件共67页，创作于2023年2月一次调频与二次调频一次调频各机组并网运行时，外界负荷变动，电网频率变化。各机组的调节系统参与调节，改变各机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡。同时尽力减少电网频率的变化，此过程即为一次调频。

二次调频一次调频是有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和改变程度。所以还需要利用同步器改变某些机组的转速与功率对应关系，以恢复电网频率，此过程称为二次调频。

第28页，课件共67页，创作于2023年2月只有经过二次调频后，电网频率才能精确地保持恒定值。二次调频目前有两种方法：

1、由调总下令各厂调整负荷；2，机组采用AGC方式，实现机组负荷自动调度

简单的说，一次调频是汽轮机调速系统要据电网频率的变化，自发的进行调整机组负荷以恢复电网频率，二次调频是人为根据电网频率高低来调整机组负荷第29页，课件共67页，创作于2023年2月第30页，课件共67页，创作于2023年2月（一）动态特性指标1、稳定性（振荡收敛）；稳定过程非周期过程，微振过渡过程、振荡过渡过程，振荡次数要少于3～5次；避免非稳定过程（等幅振荡、发散振荡）；2、精确性（转速动态偏差），减小最大动态转速，（107~109%）n0；3、快速性（过渡时间），小于5~10s。二、调节系统的动态特性第31页，课件共67页，创作于2023年2月第32页，课件共67页，创作于2023年2月（二）影响动态特性的主要因素1、转子飞升时间常数Ta（零转速→额定转速所需时间），Ta↓飞升转速↑；2、中间容积时间常数Tv（额定流量充满整个中间容积所需时间），Tv↓飞升转速↑；3、转速不等率δ（速度变动率），δ↑动态稳定性↑但动静态偏差↑；第33页，课件共67页，创作于2023年2月4、油动机时间常数Tm（油动机走完整个行程所需时间），Tm↑关闭时间↑动态偏差↑过渡时间↑但可削弱油压波动的影响；5、迟缓率由于迟缓的存在，甩负荷时不能及时使调节阀动作，动态偏差加大。第34页，课件共67页，创作于2023年2月三、中间再热式汽轮机调节特点国产125MW以上机组均采用了中间再热式汽轮机，其调节系统有以下特点：(1)中低压缸功率滞后（庞大的蒸汽容积，功率滞后）；(2)甩负荷时动态超速中间容积引起超速，除高压缸调节汽阀外，还须增设中压缸调节阀，以便在机组甩负荷时，将两种汽阀同时关闭；(3）低、空负荷时机炉工况不匹配汽机、锅炉的动态特性不同，必然造成机炉协调配合问题，需增设旁路系统。

第35页，课件共67页，创作于2023年2月随着容量↑、参数↑，对安全性、经济性、自动化水平的要求↑。传统的机械型调节系统(MHC)已不能完全适应，电液调节系统(EHC)得到发展。我国始于20世纪60年代初，20世纪70年代用在125、200MW机组上，受电子器件可靠性的制约，限制了广泛应用。20世纪80年代引进美国WH技术并国产化，20世纪90年代初用在300MW机组。目前EHC系统在我国被广泛应用。第三节数字式电液调节系统第36页，课件共67页，创作于2023年2月数字电调是一种功率一频率调节系统，与模拟相比，大都在计算机内进行的。两者的控制方式完全不同，模拟属于连续控制，而数字则属于离散控制，也称采样控制，是一种更为完善的调节系统。一、电液调节系统的工作原理第37页，课件共67页，创作于2023年2月目前都还没有电气元件取代推力大、动作迅速的液压执行机构，因而都有把电信号转换成液压信号的电液转换装置，所不同的是对液压机构进行了许多重大的改进，例如采用高压抗燃油的液压伺服机构，把油压从过去的0.98-1.96MPa提高到12.42-14.49MPa达十倍之多，使结构紧凑，推力大，动作更加迅速。第38页，课件共67页，创作于2023年2月二、电调中的主要部件由电子调节装置、阀位控制装置、配汽机构、调节对象四部分组成。用数字量传送信号，接口采用D/A、A/D转换。与液压调节系统相比，电调主要是用电子调节装置替代转速调节机构，其次是用电液伺服装置替代了液压伺服装置。第39页，课件共67页，创作于2023年2月（一）电子调节装置1、转速测量元件主要由磁阻发信器与频率（转速）变送器组成，转变为直流电压信号后发送DEH。感应的交变电势的频率f与齿数z、汽轮机转速n的关系为。经f—u转化为直流电压。第40页，课件共67页，创作于2023年2月2、功率测量元件利用霍尔效应，用于测量发电机功率时．将发电机出线电压经电压互感器、电流经电流互感器后，接至励磁绕组上，产生磁场B。霍尔电势的幅值正比于电流和磁场强度的乘积，也就是正比于发电机电流和电压的乘积，即信号较弱，经过放大后再输出。三相功率要用三个霍尔元件来分别测量，其值相加。第41页，课件共67页，创作于2023年2月3、功率反调校正元件功率反调现象当外界负荷突变时,例如，当电网故障造成发电机功率突然大幅度减小时（功率↓转速↑→汽门↓），由于转子存在惯性等原因，造成转速信号瞬时变化很小，即转速变化信号落后于功率变化信号。这时，一次调频回路输出的功率静态偏差请求值大于0，所以相继通过功率校正器与调节级压力校正器的校正作用后驱使调节汽阀开大，引起汽轮机功率增大，与希望的方向相反。第42页，课件共67页，创作于2023年2月接下来，转子进一步加速，转速反馈信号加强，一次调频产生主导作用，使汽阀关小，反调现象逐渐消失。反调现象只发生在调节过程的初期。通常设置动态校正元件，加以预防。(1）转速一次微分器补偿功率的不平衡量，但微分信号会使系统的高频干扰信号放大，影响系统的正常工作；(2)带惯性延迟的测功器削弱测功信号的功率反调作用，将功率信号延迟一段时间，增加一个功率信号延迟环节；第43页，课件共67页，创作于2023年2月(3)功率负微分器将功率负微分器并接在测功器的两端，在电功率突变的初期，功率负微分信号与功率信号同时突然改变，两信号变化方向相反，相加后的净输出值大大减小。在微分器的输入端加上一个死区，这样功率的微小波动以及干扰信号就被这个死区过滤掉，提高了电液调节系统的稳定性。第44页，课件共67页，创作于2023年2月4、频差校正器频差是指电网实际频率与额定频率之差，变换成转速后，采用比例调节规律。可调的死区一线性一限幅死区用途：一是当死区较小时，可以过滤转速小扰动信号，使机组功率稳定；二是当死区较大时，使机组不参与电网一次调频，只带基本负荷。第45页，课件共67页，创作于2023年2月5、功率校正器采用了比例积分调节规律。在功率校正回路投入的情况下，一次调频回路信号，一方面进入乘法器，另一方面进入比较器，与送入的电功率反馈信号进行比较后生成△MR，再与额定功率P0相除后变成功率相对偏差量，再经PI校正及上下限幅处理后成为功率校正系数。该系数在乘法器中与△REFI相乘后，生成功率校正请求值信号△REF2第46页，课件共67页，创作于2023年2月第47页，课件共67页，创作于2023年2月6、调节级压力校正器采用了比例一积分调节规律功率校正回路输出的△REF2在参数变换器中进行功率一调节级压力参数信号变换，生成△IPS，送往调节级压力校正回路，调节级压力校正回路投入时，经比较产生调节级压力偏差信号△IMR，经PI校正及限幅处理后生成△Vsp。第48页，课件共67页，创作于2023年2月（二）阀位控制装置也被称作电液伺服装置，主要由阀位控制器、电液转换器、油动机及阀位反馈测量元件等组成；

电液转换装置是将电信号→液压控制信号的转换放大元件，是电液调节系统的关键部件；要求响应快、线性好、零漂小、驱动力大、抗油质污染能力强、运行稳定、维护方便。第49页，课件共67页，创作于2023年2月1、喷嘴挡板式电液侍服阀（电液转换器）结构和工作原理电磁力控制衔铁偏转→挡板位置→滑阀两侧进油→滑阀移动。在反馈杠杆作用下，挡板恢复到中间位置。第50页，课件共67页，创作于2023年2月2、油动机用作调节信号的最后一级放大，油动机活塞位移控制调节汽阀的开度，要求：输出功率大；动作快。分为双侧进油式和单侧进油式两个重要指标：一是提升力，二是时间常数。第51页，课件共67页，创作于2023年2月（1）双侧进油式油动机1)进油控制方式上进油下排油，稳定时既不进也不出。须配用断流式滑阀；2)提升力取决于活塞两侧的压差与活塞的面积。↑主油泵出口压力、↓流动压力损失、↑活塞面积都可以增大提升力；3)时间常数开启/关闭调节汽阀的速度，取决于活塞的移动速度，即活塞两侧进、排油速度；对甩全负荷的影响最为重要，要求迅速关闭调节汽阀，防止超速过大。

第52页，课件共67页，创作于2023年2月大功率汽机的时间常数通常Tm=0.1~0.25s。↑油口宽度、↑最大位移、油压以及适当减小活塞面积。（2）单侧进油式油动机活塞的同一侧实现进、排油。

第53页，课件共67页，创作于2023年2月1、双侧进油移动需要两侧油压差，油管破裂失压时，活塞无法动作，致使调节汽阀无法关闭。解决方法是装设压缩弹簧，失压情况下依靠弹簧力关闭调节汽阀；正常情况下，协助加速调节阀的关闭．但是．在开启过程中却起反作用；（2）单侧进油式油动机活塞的同一侧实现进、排油。同样条件下，单侧进油的提升力比双侧进油的小。但单侧进油靠弹簧力关闭，不需要用压力油，保证在失油情况下仍能可靠地关闭调节汽阀。第54页，课件共67页，创作于2023年2月其最大优点：失油情况下仍能可靠地关闭调节汽阀，且可大大减少用油量。相同条件下，双侧进油式时间常数小于单侧进油式。双侧进油式难以进一步减小，而单侧式设计合理也可达到较小。大功率汽轮机通常设计成一只油动机驱动一只调节汽阀，这样．每只油动机所需要的提升力可减小。由于其耗油量少，所以主油泵的设计容量可明显减小。目前，在大功率汽轮机上应用单侧进油式油动机越来越重视。

第55页，课件共67页，创作于2023年2月第四节、危急遮断系统保证汽机安全，防止出现损坏事故，还应该装配必要的危急遮断保护系统。一、危急遮断保护系统的原理两种情况1、自动停机危急遮断系统（AST）部分设备失常造成机组严重损坏，关闭所有进汽阀．立即停机；2、超速保护控制系统（OPC）暂时关闭高压调节汽阀及再热调节汽阀。减少进汽量及功率，但不能停机。因此机组相应的设有AST油路和OPC油路。第56页，课件共67页，创作于2023年2月OPC油路仅控制高压调节汽阀和再热调节汽阀。当OPC油路跌落时，单向阀被AST油路油压顶住，防止了AST油路的油泄油，维持了AST油路的油压，使高压主汽阀和再热主汽阀全开，反之当AST油压下跌，高压主汽阀和再热主汽阀关闭，同时两个单向阀被顶开，OPC油路通过两个单向阀，油压也下跌．高、中压调节汽阀关闭。所有的进汽阀与抽气阀关闭，实现了紧急停机。是DEH控制器的OPC控制部分第57页，课件共67页，创作于2023年2月危急跳闸控制装置(ETS)的跳闸信号，可便AST电磁阀动作，从而使AST油路泄压，关闭各进汽阀。还有机械超速和手动停机部分，当其动作时，机械超速和手动遮断总油管的脱扣油泄压并可通过隔膜阀使AST油路泄压，关闭所有进汽阀，机组停机。两个层次：一是危急跳闸控制装置(ETS)的跳闸电信号可使AST电磁阀动作，所有进汽阀关闭，机组停机；二是机械超速及手动停机部分，当其动作时，可通过隔膜阀，所有进汽阀关闭，机组停机，起到危急保护作用。第58页，课件共67页，创作于2023年2月二、电磁阀正常时得电关闭，建立油压；危急情况下，失电打开油路排油，各卸荷阀快速打开，使各汽门快速关闭。串并联布置，可防止拒动或误动。紧急跳闸装置检测参数超速110%推力轴承磨损EH液压低凝汽器真空低DEH失电MFT机组振动大ETSAST关阀第59页，课件共67页，创作于2023年2月三、机械超速与手动停机1、隔膜阀连接低压透平油与高压抗燃油转速飞