汽轮机设备及运行.ppt

1、第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,电力生 产的任务,供给用户 的电能,数量,质量,按照用户随时变化的用电需要，及时改变发出的功率,电压,调整励磁机的电流,频率,n-汽轮机转速,P-发电机电机对数，对全速机为1,电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz(转速波动12r/min),系统容量较小（3000MW）时，偏差值可以放宽到0.5Hz(转速波动30r/min),转子运动方程,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,转子上的力矩,蒸汽主力矩,发电机电磁阻力矩,摩擦阻力矩,转子运动方程,相对很小，可以忽略,电网负载与功率平衡时：,如图a点，n=na,如图b点达到新平衡，n=nb,电网负载减少，

2、阻力矩特性线变为Me2，,如机组进汽量不变,汽轮发电机组的自调节特性。,电网负载减少,如机组感知到转速上升减少进汽量,如图c点达到新平衡，n=nc,必须在汽轮机上安装自动调节系统,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,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。,汽轮机自动调节系统的任务：,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,2.直接调节和间接调节,调节汽门由调速器本身直接带动，称为直接调节,直接调节,当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，感知转速的变化 的装置叫调速器,汽轮机

3、,间接调节系统,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,3.,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，只是转速的变动较小，这种调节是有差调节。,有差调节根本原因，反馈是刚性反馈,采用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调压系统，维持压力不变。,无差调节,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,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,根据汽轮机的转速和功率来控制调节汽门的开度，称为功率调节-功频电液调节,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,（一）静态特性曲线

4、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。,P1,P2,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,调节系统的四方图,（二）速度变动率,汽轮机空负荷时所对 应的最大转速和额定 负荷时所对应的最小 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：,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,速度变动率对机组运行的影响,单机运行,调节系统使机组转速沿静态特性曲线变化，从而减少转速变化。,并网运行,速度变动率决定了外负荷变化时的转速变化量,速度变动率决定了静态特性曲线的倾斜程度,机组单机供电外负

5、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。,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,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？,P1,n1,n2,P2,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,可见，在外负荷变化引起

6、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,一般 的范围为3%6%,也不能过小,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。,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,甩全负荷后，机组转速稳态变化量,动态过程转速最大 超调量一般为,带基本负荷机组,较大，一般为,也不能过大,4%6%，,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理, 迟缓率,P2,P1,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

7、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,液压调节系统,功频电液调节系统,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,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,P0,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？,一次调频只能减缓电网 频率的变化但不能保证 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？,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,n,P1,n1,平移静态特性曲线维持转速不变,什么过程 ？

8、,什么过程？,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,P2,蓝色箭头表示什么过程？,棕色箭头表示什么过程？,汽轮机单机运行时，可以确保机组在任何负荷下保持转速不变。,汽轮机并列运行时，可以进行负荷在各机组间的 重新分配，此时机组转速不变,或在电网频率超出 合格范围时进行二次调频。,作用,n1,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,思考题：机组甩全负荷时如何减少稳态转速的上升？,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,一次调频与二次调

9、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,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,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,评：并网机组对外负荷变化引起的电网频率 变化的自动响应,评：电网对频率的主动调节,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,目的不同,一次调频 目的是 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 目的是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,迅速改变电网中参加一次调频机组的功率减少电网频率的变化,调整电网频率到合格范围,第一节 汽轮机自动调节

10、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,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,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,（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,（六）同步器的调节范围,要求以外，,预留足够的调节范围,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,同步器的调节范围,一般为静态特性曲线空负荷对应的转速范围为(-

11、5%+7%)n0,即(28503210) r/min,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,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,（二）对调节系统动态特性的要求,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

12、析、计算。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。,2.动态超调量,对于汽轮机调节系统，被调量转速的动态超调量可表示为,最大飞升转速的相对量,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,3.静态偏差值,转速调节系统中，有差调节系统的静态偏差值,为在机组甩全负荷工况下，转子的转速飞升不致使超速保 安器动作，甩负荷后的最高飞升转速应低于超速保安器整 定的动作转速(110%112%)n0)， 取7%9%,4.过渡过程调整时间T,扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到 基本稳定所经历的时间称为过渡过程调整时间。,为一个给定的转速微小偏差，,第一节 汽轮机自动调节和保

13、护的基本原理,5.震荡次数,在汽轮机调节系统动态特性分析中，通常将允许偏差 取为静态偏差值的5，即 。过渡过程调整 时间尽可能短，一般为数秒或数十秒，最长不应超过1min。,在调整时间T内被调量的震荡次数。明显的振荡不应超 过23次。,（三）影响动态特性的一些主要因素,为经时间T后的转速相对值.,甩负荷时的动态最大飞升转速,其中,转子时间常数Ta表示了转子的转动惯量与额定转矩的相 对大小。转子的惯性愈大，甩负荷后的最大飞升转速就 愈小。随着机组容量的增大，机组转矩增加较转子惯性 增大来得快，故大型机组的转子时间常数小于小型机组，,1.调节对象对动态特性的影响,(1)转子飞升时间常数Ta,第一节

14、 汽轮机自动调节和保护的基本原理,一般中间再热机组的转子时间常数约为58s。,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,(2)蒸汽容积时间常数Tv,Tv表示了中间容积内蒸汽的做功能力与机组额定功率的比 值,Tv愈大，表明中间容积内蒸汽的做功能力愈强，机组甩负荷后，即使调节汽门全部关闭，各中间容积内的蒸汽继续膨胀做功，也会使机组转速额外飞升。,中间容积,导汽管及调节汽室(约0.20.25s),设计时应尽可能减小蒸汽中间容积,设中压调节汽门和中压主汽门,再热管道与再热器,(约9s左右),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,

15、油动机的时间常数是错油门油口最大开度时，油动机活塞 走完关闭全行程所需的时间，表明油动机的动态关闭性能。,第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理,(3)迟缓率,油动机的时间常数愈大，油动机的关闭速度滞后于转速飞升就愈大，进而导致动态飞升增加、过渡过程的振荡次数增多。,调节系统的迟缓率对稳定性和甩负荷动态特性均产生不利 影响。迟缓率存在时，只有当转速飞升量超过迟缓值后方 能使油动机动作，不仅使动态飞升转速增加，而且使动态 偏差增大，从而过渡过程的振荡次数增多和调整时间延 长，严重可能产生自持振荡。另一方面，迟缓的存在，也 是调节系统不稳定晃动等动态故障的重要原因 。,中间再热式汽轮机的调节特点,

16、把在汽轮机高压缸已膨胀做功，压力、温度已降低的蒸 汽，引进锅炉再热器中重新加热，然后再送回汽轮机的 中、低压缸继续膨胀做功，这一过程称中间再热。 具有蒸汽中间再热的热力循环系统，称为中间再热循环。 提高蒸汽动力循环效率的途径是：提高蒸汽的初温、 初压及降低排汽压力。而提高初温要受金属材料的限制， 提高初压及降低终压又会使汽轮机排汽湿度提高,使湿汽 损失加大，降低了机组的经济性，同时使处于湿汽区工作 的动叶冲蚀加剧。采用蒸汽中间再热后，乏汽干度提高， 湿汽损失减少，循环热效率提高。,一 中间再热容积的影响,(一)中、低压缸功率滞后,功率滞后,在非设计工况下，中、低压缸的功率与再热器的蒸汽压力呈一

17、定的比例关系。 高压调门开大，高缸进汽量立即增大，由于存在庞大的中间再热容积，增多的部分高压缸排汽，并未使中压缸进汽增加，而是滞留再热器，以提升再热器的蒸汽压力，使中低压缸的功率(2/33/4的总功率)缓慢增大，机组总功率受到延滞。,功率滞后，降低了中间再热机组一次调频能力,中间再热式汽轮机的调节特点,高压缸动态过调,常用解决办法：高压调节汽门动态过调,液压调节系统中，使高压缸动态过调的装置称为动态校正器，使机械结构和液压控制回路变得十分复杂,(二)甩负荷时超速,在甩负荷危急工况下，再热器中贮存的大量蒸汽，如在中低压缸中继续 膨胀作功，可使机组的飞升转速达额定转速的40，严重危及着机组的 运行

18、安全。,解决办法：在中压缸前设置中压调节汽阀，也接受调节系统控制，在甩负荷时，调节系统使高、中压调节汽门同时关闭，防止中间再热容积蒸汽进入汽轮机膨胀做功，限制了汽轮机的超速。,中间再热式汽轮机的调节特点,中压调节汽门调节规律：,中间再热式汽轮机的调节特点,e,液压调节系统中实现中调门快关功能的是中压校正器,为防止中压调门卡涩时不能关闭，中调门前另装设了中压自动主汽门(开关型汽门)，正常运行时全开，紧急停机时关闭，常与中调门设计于一个壳体，称中压联合汽门。,二、采用单元制的影响,为什么中间再热机组必须采用单元制？,再热器压力随机组负荷变化而变化，不同机组的再热器间不能连通,为保证锅炉正常运行，必

19、须使新汽流量与流过再热器的蒸汽量之间保持严格比例，不同机组的主蒸汽管道不能连通,中间再热式汽轮机的调节特点,(一)机炉流量匹配,锅炉不投油稳燃的最低负荷30%50%额度蒸发量,汽轮机空载汽耗量约为额定值的58，甚至更小,大部分锅炉再热器不允许干烧，因此考虑启动、甩负荷和停机不停炉时，再热器的保护问题，一般再热器运行中要求的最小冷却流量为14的额定流量,设置旁路,高压旁路（级旁路）,低压旁路(亦称级旁路),级大旁路,3种旁路可根据需要，任意组合,在机组启、停和甩负荷时，通过操作高、低压旁路调节阀和中压调节汽门，控制 再热蒸汽温度和再热器的冷却。,在甩负荷工况下，由旁路系统控制锅炉过热器及再热器的

20、压力，避免锅炉 安全阀动作，回收工质及减少噪音，使机组故障排除后尽快恢复运行。,中间再热式汽轮机的调节特点,在机组启动时可以用来提高主蒸汽和再热汽汽温，从而加快启动速度，改善启动条件。,IP,LP,G,锅炉,高压缸,中压缸,旁路阀和减温减压器,凝汽器,再热器,主汽阀,调节阀,低压缸,中压主汽阀,中压调节阀,过热器,LP,中间再热机组主再热蒸汽及旁路系统,低压旁路,HP,中间再热式汽轮机的调节特点,1. 机跟炉,二、机炉控制方式,将调节信号先送给锅炉，先调整锅炉的燃烧，等锅炉出力改变使新蒸汽压力改变后，汽轮机根据新蒸汽压力再相应改变负荷。,机响应时间：78s,炉响应时间：100250s,可维持新

21、汽压力稳定，但锅炉燃烧调整迟缓，机组功率调节迟滞。负荷适应差，一次调频性能不好。,中间再热式汽轮机的调节特点,汽轮机滑压运行时，调节汽门全开，新汽压力随机组负荷增减。,中间再热式汽轮机的调节特点,2. 炉跟机,先将调节信号送给汽机，汽机根据功率调节信号增加（减小）负荷，相应蒸汽流量增大（减小），新汽压力降低（升高），锅炉根据流量、压力变化信号调节燃烧，以维持新汽压力不变。,特点：可以暂时利用锅炉的储存能量以适应外界负荷的增加，如负荷增加较小，能实现快速相应，但在负荷变化较大时，由于锅炉燃烧调整延迟时间长，主蒸汽压力变化较大。,中间再热式汽轮机的调节特点,2. 机炉协调,将调节信号同时送给锅炉和

22、汽机，一方面可利用锅炉蓄能使机组迅速增加功率；另一方面又可同时改变锅炉的出力，使新汽压力波动较小。,中间再热式汽轮机的调节特点,第二节 汽轮机数字式电液调节系统,调节系统的发展趋势,机械液压式调节系统（MHC）：早期的汽轮机调节系统是由离心飞锤（或旋转阻尼）、杠杆、凸轮等机械部件和错油门、油动机等液压部件构成的，称为机械液压式调节系统（Mechanical Hydraulic Control System,MHC）,简称液调。 模拟电调系统（AEH）：在此之前还有过电液并存的系统，随着电气元件的可靠性的提高，20世纪50年代中期，出现了不依靠机械液压式调节系统做后备的纯电调系统，开始采用的纯电

23、调系统是由模拟电路组成，称为模拟式电气液压调节系统(Analog Electric,Hydraulic Control system,AEH),简称模拟电调。 3. 数字电调系统（DEH）：随着计算机技术的发展及其在自动化领域中的应用， 20世纪80年代，出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统（Digital Electric Hydraulic Control System,DEH）,简称数字电调。,第二节 汽轮机数字式电液调节系统,DEH系统的发展趋势-电调与液调的比较,第二节 汽轮机数字式电液调节系统,第二节 汽轮机数字式电液调节系统,电液调节系统的分类,第二节 汽轮机数字式电

24、液调节系统,高压抗燃油系统与低压透平油系统的比较,采用抗燃油为工质：抗燃油电液调节系统 特点：控制精度高、运行方式灵活。结构复杂，对油质要求高，有污染(西方国家按核污染等同),投资高，运行费用高（3年换一次油，10万）。适用200MW以上机组。 采用透平油为工质：透平油液调节系统。 特点：结构简单、功能与高压抗燃油电调完全相同！投资少、运行费用低、维护方便。适用200MW以下机组。,DEH,Digital-Electric-Hydraulic Control System,汽轮机数字式电液控制系统,电子控制器,EH液压执行机构,主汽门 调节汽门,控制器,执行器,电液转换,（阀位信号）,电子控制

25、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、设定值的计算处理和控制运算,数字系统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,EH供油系统,EH液压执行机构,执行机构,危急遮断系统,第二节 汽轮机数字式电液调节系统,串级PI调节,转速回路（WS）,功率回路（MW）,外回路,调节级汽室压力回路（IMP）,内回路,比较器,转速给定值,电网频率,不等率在36%内可调 死区在030r/min内可调,DEH系统功能,DEH控制所完成的主要功能,1 自动挂闸,挂闸就是使汽轮机的保护系统处于警戒状态的过程。 高压安全油至油箱

26、的回油被切断，压力开关PS1、PS2、 PS3发讯，高压安全油油压建立，同时高压遮断电磁阀 6YV、7YV、8YV、9YV带电。,2 自动整定伺服系统静态关系 阀门在线整定,启动前的控制和启动方式 自动判断热状态 DEH在每次运行时，自动根据汽轮机调节级处高压内缸内上壁温的高低划分机组热状态。 高压缸预暖,启动前，可利用高压旁路蒸汽，通过RFV预暖阀从高压缸,排汽口引入高压缸进行预暖。司机发出预暖指令，打开 RFV预暖阀及关闭抽真空阀VV，关闭高排逆止阀，待高 压缸温度达到规定值(150 )后，保持一小时，关闭RFV 预暖阀，高压缸预暖完成。 高压主汽阀预暖 运行人员发出预暖指令，将一侧高压主

27、汽阀(MSV1)开 启10，将主蒸汽引入两主汽阀体内，当阀体温度达到规定值后，预暖结束，关闭高压主汽阀。,启动方式选择：中压缸启动、高中压缸联合启动,4 转速控制,发电机油断路器(Breaker)合闸之前，机组处于转速控制 阶段。,机组的速度控制原理,控制回路达到平衡(输出为0)的条件为：转速给定值=转速实测值。,给定值与机组的被控量进行比较经Pl校正环节去控制阀 门的开度，从而控制转速。,对于不同的运行方式，给定值的来源不同；而对于不同 的启动方式和不同的启动阶段，控制量送至不同的阀门 执行机构。,机组挂闸后，中压主汽阀开启，不参与速度调节，也不参,与负荷调节。,高、中压缸联合启动方式：高压

28、调节汽阀与中压调节汽阀 将按1：3比例进行调节。,中压缸启动：高压调节汽阀将关闭。不参与速度调节，中 压调节汽阀控制转速,上述两种启动方式，DEH有四种运行方式可供选择：,(1)操作员自动控制(OA),运行人员通过键盘输入每一阶段的目标转速和升速率。,(2)自动汽轮机程序控制(ATC),汽轮机的启动按预先规定的顺序分阶段进行，每阶段的升 速率由ATC软件包根据机组的状态，计算转子应力后确定 ，在机组应力允许范围内。选择最大升速度，从而达到最 优启停的目的。,(3)自动同步调节(AS),汽轮机升速到3000rpm暖机结束后，选择“AUTOSYNCIN” (DEH内部自动并网)或“AUTOSYNC

29、OUT”(外部电气并网)， 由自动同步器送来增、减的触点闭合信号，使汽轮发电机 达到同步转速，为机组并网做好准备，并网后，将自动带 上5%初始负荷，并将运行方式返回到并网前的自动方式。,(4)手动控制,自动系统出现故障时，机组自动转为手动方式。故障消除 后，可恢复自动运行。在手动方式下。用“阀位增”、“阀位 减”键通过VCC卡直接控制阀门的开度。,汽机暖机转速通常定为500、1200、2000rpm，故目标值 通常设为500、1200、2000、3000rpm ，到达目标转速值,目标值,后，可自动停止升速进行暖机。若在升速过程中，需暂时停止升速，可进行如下操作: 操作员发出“保持”指令， 在临

30、界转速区内时，保持指令无效。,升速率 操作员设定，速率在(0，800)r/min/min。 在临界转速区内，速率为400r/min/min。,临界转速 为避开临界转速，DEH设置了两个临界转速区，其临界 转速区的范围为： 第一临界转速区：13201420r/min 第二临界转速区：16001800r/min,5 负荷控制,对于不同的启动方式，不同的运行阶段由不同的阀门参 与负荷调节。,中压缸启动方式：,阀门切换(Valve change)之前，由中压调节汽阀调节负荷 (低压旁路全关，低负荷暖机后进行高中压缸切换)，切换 完毕高中压调节汽阀开始进入比例关系之后由高压调节 汽阀和中压调节汽阀共同调

31、节负荷；负荷升至30-40， 中压调节汽阀全开，由高压调节汽阀调节负荷。,高、中压缸联合启动方式：,高、中压调节汽阀共同调节负荷直到中压调节汽阀全开 (共同调节负荷时高、中压调节汽阀按1：3的比例调节) 之后由高压调节汽阀调节负荷。,在负荷控制阶段，有下列自动控制方式供选择：,(1)操作员自动(OA)。操作员通过键盘输入目标负荷值与 变负荷速率，DEH控制器完成调节变量的计算与处理。 (2)远方遥控方式协调控制或远方控制(ADS)。通过遥 控接口接受改变负荷指令(目标负荷以及负荷变化速率)， 遥控指令可以来自于锅炉协调控制系统(CCS)或网调 或中调。,(3)电厂计算机控制(PLANT COM

32、P)。控制机组的目标负 荷及其变化速度来自厂级计算机。 (4)自动汽轮机控制方式(ATC)。在负荷控制阶段，ATC 除可在线监视汽轮发电机的状态外。还可与上述三种自动 控制方式组成联合控制方式。,1)0A-ATC：操作员通过操作盘输入机组的目标负荷以及 变负荷速率，自动汽轮机控制程序(ATC)从下面的速率中 选择最小的速率作为机组的实际变负荷率：由ATC软件计 算转子应力所决定的最佳速率、发电机组限制的变负荷速 率、操作员输入的变负荷速率、电厂允许的变负荷速率。,2)ATC与自动调度系统ADS、锅炉协调控制系统CCS或电 厂计算机组成联合控制方式。,功率负荷控制具有下述特点：,(1)控制方式灵

33、活多样。操作员可通过操作盘，将机组置 于下述六种控制方式中的任一种方式下运行：OA、遥控、 PLC(plant computer)、ATC-OA、ATC-遥控、ATC-PLC。,(2)采用多个被调量的多级反馈调节回路，可获得好的动、 静态特性。,1）速度反馈投入时，机组参与电网的一次调频(这时的功 率给定值是经过速度修正后的给定值)。 “死区一线性一限幅”频率校正特性,系统正常运行时，不希望电网频率经常性地小波动，影响 机组出力和造成系统振荡，故将速度偏差经过一死区处理 ，以滤掉速度信号中的高频低幅干扰；,速度偏差超过不灵敏区后则速度校正量X与偏差n之间呈线性关系；,频差超过一定范围时，单元中

34、间再热机组的负荷适应能力 受锅炉的限制而采取限幅措施。,2）功率回路投入时，机组定功率运行，可以消除由于蒸 汽参数波动引起的功率扰动，改变功率给定值可使机组 参与二次调频。,3）调节级压力回路投入时，可以对功率起到“粗调”作用， 加快系统调节速度，改善机组的动态特性，可以很快 消除内扰。,运行方式的构成,(3)实现主、辅设备故障时的限负荷，设定值形成回 路中，有主汽压力控制方式(TPC)和外部负荷返回(RB) 方式，它们都是作为保护机组安全而采取的措施。,对单元制机组，当锅炉本体或其他系统发生故障造成蒸汽压力下降时，已不可能再根据汽轮机的负荷要求来调节锅炉蒸发量，而应按照锅炉提供的蒸汽量去调节

35、汽轮机功率。这种非正常运行故障一旦消除后，系统就应恢复正常的控制过程。,TPC,将主蒸汽压力信号与给定值比较，当小于给定值时，将以一预先选定的速率关闭调节汽阀，降低机组的负荷，直到主汽压力回升或调节汽阀关至最小值(额定值的20)时止，一旦故障消除，主汽压力大于给定值,在主汽压力限制动作时，自动切除负荷反馈，退出CCS 方式，切除调节级压力反馈。,时主汽压控制回路不起作用，机组按正常负荷控制运行。,快速减负荷(RUNBACK，简称RB),在辅机出现故障(如水泵、风机跳闸)时，系统将以一定的速度去关小调节汽阀。直到故障消除或负荷达到最小值为止，这个负荷低限值一般为20额定负荷。,按故障大小不同，快

36、卸负荷分为三档，分别由快卸负荷 1#、2#、3#三个开关量输入信号触发。 在快卸负荷动作时，自动切除负荷反馈，退出CCS方式， 切除调节级压力反馈。,(4)负荷及阀位限制 限制值由人工给定，DEH可自动将负荷限制在高低限以 内，以及将阀位限制在给定值以下。,如果机组跳闸(ASL=1)，阀位限值复位至零。在机组未 挂闸之前，系统禁止操作员提高阀位限值。 作为调峰的机组，阀位限值正在起作用的触点信号送至 CCS系统，可投滑压运行，同时它将切除功率反馈和调节 级压力反馈，GV全开或限制在某一阀位，不参与控制。,(5)采用阀门管理程序，校正阀门开度与流量特性之间的非 线性，实现单阀顺序阀门的无扰切换以

37、保证机组在稳 定工况运行时效率最高(喷嘴调节)高负荷过程中金属应力 分布均匀(节流调节)。,5保护功能 设有多种保护措施，前面已经介绍过的有： (I)主汽压力控制(TPC)； (2)快速减负荷(RUNBACK)； (3)机组跳闸时设定值回零(ASL SET TO ZERO)； (4)OPC保护；,(5)危急遮断保护ETS(高压保安系统)。也称AST保护；,(6)机械超速遮断(低压保安系统)。,6机组和DEH系统的监控功能,系统在启停和运行过程中对机组和DEH装置两部分运行 状况进行监督。内容包括：操作按钮状态指示和CRT画 面状态指示。其中对DEH监控的内容包括：重要通道、 电源和内部程序的运

38、行情况等；,CRT画面包括机组和系统的重要参数、运行曲线、潮流趋势和故障自动显示、记录打印等。 该系统给操作员提供机组运行状态及操作指导。,7在线试验,喷油试验,电气超速试验,机械超速试验,阀门活动试验,高压遮断电磁阀试验,OPC电磁阀试验,阀门严密性试验,运行方式：Operation Type DEH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。 二级手动 一级手动 操作员自动 ATC 1、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。 2、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。 3、操作员自动方式：

39、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及其速率，均由操作员自定。 4、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。,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

40、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。,一、电子控制器,1硬件,2、数字系统,3、模拟系统,电子控制器的硬件：,DEH控制柜,00：计算机柜、执行诊断监控,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,图象站,调试终端,操作盘,显示盘,PC机：管理CRT和打印机,CRT、打印机,基本控制调试终端,ATC调试终端,电子控制器的数字系统,硬件,软件,基本控制计算机,A

41、TC控制计算机,双机容错,数据采集、通讯、操作系统,输入输出接口,基本管理部分,基本控制部分,ATC部分,电子控制器的模拟系统,、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。 、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去一个模拟信号，使阀门开大（关小）

42、 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。,模拟系统 之 手操设备系统,二 DEH调节的液压伺服系统,数字部分的输出,液压伺服系统,伺服放大器,电液伺服阀,油动机,位移反馈（LVDT）,（3）执行机构是一种组合阀门机构，在油动机的油缸上有

43、一个控 制块的接口，在该块上装有隔绝阀、快速卸载阀和止回阀，并加上 相应的附加组件构成一个整体，成为具有控制和快关功能的组合阀 门机构。,（1）所有的汽阀都有一套独立的伺服系统、油动机、电液伺服阀 （开关型汽阀例外）、隔绝阀、止回阀、快速卸载阀和滤油器等， 各自独立执行任务。,（2）所有的油动机都是单侧油动机，其开启依靠高压动力油，关闭 靠弹簧力。这是一种安全型机构，例如在系统漏油等故障时，油动机 向关闭方向动作，避免事故扩大。,1、工作原理,2、电液伺服阀,3、快速卸荷阀,4、LVDT（线性差动位移变送器）,5、逆止阀 6、隔绝阀 7、滤网 8、解调器,高压主汽门（调节汽门）执行机构,s,s

44、,s,s,s,s,s,s,DEH调节系统的液压系统图,、工作原理,两个逆止阀可以防止对阀门作试验时，高压油倒回油动机,2、电液伺服阀（电液转换器）,过滤器,节流孔,节流孔,喷嘴,可动衔铁,力矩马达,线圈,弹簧管,挡板,反馈管,滑阀,压力升高,压力降低,反馈作用,机械零偏,3、快速卸载阀,去油动机,回油,逆止阀,危急遮断油（AST）总管,或OPC油总管,杯形滑阀上部建立油压,AST或OPC卸压后,杯形滑阀上部卸压，滑阀抬起,4、LVDT（线性差动位移变送器）,作用:反映油动机活塞位移， 并将位移信号反馈到综 合比较器内与DEH来的 信号综合相减，经伺服 放大器放大送往伺服阀 以控制阀门的开度。,

45、作用：检修时防止油倒流 包括：通向危急遮断总管 通向回油母管,5、逆止阀,作用：汽轮机运行状态下，更换 滤网、检修设备时用。,6、隔绝阀,滤网：10，保证油的清洁,7、滤网,作用: 与LVDT一起，使经LVDT反馈回的电势经其调整到标准信号，05V或420mA。,8、解调器,解调器,中压主汽门执行机构,作用: 遥控关闭阀门 以进行定期的 阀杆活动试验， 当电磁阀动作 时，它迅速地 将相应的中压 主汽阀的危急遮断油泄掉，从而引起快速卸荷 阀动作，相应的油动机及中压主汽阀 关闭。,二位二通电磁阀,M,中压调节汽门执行机构,Opc安全油,蝶阀型快速卸载阀,作用:遥控关闭中压调节汽阀,试验电磁阀,高压

46、主汽门执行机构控制型 伺服阀、LVDT、快速卸荷阀 高压调节汽门执行机构 控制型 中压主汽门执行机构 开关型 两位两通电磁阀 中压调节汽门执行机构 控制型 试验电磁阀(三通阀),以上介绍的液压伺服机构为西屋DEH-A，但其中电液伺服阀、快速卸载阀和LVDT等部件的工作原理和其他系统是相同的,汽轮机的保护和危急遮断系统,一 超速保护控制系统（OPC）,负荷部分下降，快关中压调节阀功能（CIV）,负荷下跌预测（LDA）,（1）负荷部分下降，快关中压调节阀功能（CIV）或称为功率不平衡控制（PLU）,超速保护控制（OPC）,电网短期故障如输电线路发生瞬间短路故障时，发电机功 率突然降低（发电机励磁电

47、路未断开），为使系统能维持 运行，必须使汽机功率迅速降低，否则持续功率负荷不平 衡引起发电机功角过大失稳解列，且引起超速。中压缸排,持续一段时间（1-10s），确信转速小于103%n0，LDA复 位，OPC电磁阀断电，重新建立遮断总管油压，IV重新打 开，GV仍受DEH控制，在转速达到额定转速后，再行重新 并网。,（2）负荷下跌预测（LDA）,如果在机组负荷较高的情况下，发电机励磁电路断开 （甩全负荷），则DEH判断机组必将严重超速，为此，在 机组转速还没有达到OPC定值（103%n0）之前，就发出LDA 置位请求，打开OPC电磁阀，提前快速关闭GV和IV，,汽压力对应的机组负荷与发电机负荷之

48、差大于30时，快关电磁阀（CIV ）动作，迅速关闭中压调节阀，待一定的延时（0.31s）（有的是2s比如东方的deh）后，快关电磁阀失电，中压调节阀恢复控制，上述过程可重复。这种功率负荷不平衡控制对电网末端的机组尤为重要。,（3）超速保护控制（OPC） 转速超过103%n0，飞升至110%n0前，通过超速控制 器的逻辑系统输出控制信号，打开OPC电磁阀，关闭GV 和IV控制转速升高。,三种功能的比较：,1LDA和OPC属于电超速保护的范畴，前者是在机组甩 去全负荷从电网解列后，此时转速可能还没有来得及反应 就先由电气信号动作，关闭调节阀，是一种预防转速升高 的措施；而后者则是在转速已经升高了3

49、%，在达到电气 超速遮断和机械超速保护动作之前，由电气信号动作保护 系统，关闭调节汽阀，是一种补救转速升高的措施。,2CIV是为了维护电力系统的稳定而在汽轮机上采取的 措施。它与LDA的最大差别就是LDA时机组已从电网解列， 而CIV时电负荷通常并未降到零，而且主断路器仍然闭合 着。 3CIV和LDA都是关闭调节阀而不是关闭主汽阀，汽轮机 并未跳闸；都是关一定时间后再开启，但CIV只关中调门， 而LDA和OPC是高中压调门一起关。,4LDA和CIV最初都有汽轮机功率与发电机功率不平衡 的问题，LDA关心的是这个不平衡将带来汽轮机的超速； 而CIV关心的是这个不平衡会使发电机产生同期振荡。 假如

50、负荷降到了零而断路器未跳断，则LDA不会动作， 而CIV动作的结果，也起到了防止超速的作用，因而容易 将两者混淆。,低压保安系统,保安系统中以隔膜阀为分界点 压力较低的部分为低压保安部分，其油压为1.96MPa， 压力较高的部分为高压保安部分。即ETS部分，其压力达到14MPa,1挂闸,低压保安系统可完成挂闸及遮断功能,2遮断,电气、机械及手动,隔膜阀提供了高压抗燃油系统的危急遮断部分和润滑油系统的接口，从低压保安系统来的低压安全油供到隔膜阀的上部，克服弹簧力将阀关闭，这样就封闭了自动停机危急遮断总管中的高压抗燃油(即AST油)的泄油通道，简称机械挂闸。低压保安油油压消失，会使弹簧开启隔膜阀，

51、泄去遮断油而停机。润滑油和抗燃油彼此相互不接触。,低压保安系统由危急遮断器，危急遮断器杠杆，危急遮断器滑阀， 手动遮断阀，复位遮断阀组和危急遮断器试验阀组等组成,1.96Mpa透平油分成 四路进入低压保安 系统：,第一路经遮断电磁阀(2YV)进入危急遮断器滑 阀下腔室，接受遮断电磁阀(2YV)和手动遮断 阀的控制,第二路经复位电磁阀(1YV)进入危急遮断器滑 阀上腔室，受复位电磁阀(1YV)的控制,第三路先接入危急遮断器滑阀中上部以形成低压保安油并接受危急 遮断器滑阀的控制，同时该油路通过中部腔室接出并作用于隔膜阀 上部,第四路进入危急遮断器试验阀组，并受其控制,偏心放置,超速自动击出,降速自

52、动复位,飞锤有以下特点,喷油试验,螺母整定,喷油,系统功能：,1 挂闸,按下挂闸按钮(设在DEH操作盘上)，复位遮断阀组中的复位电磁 阀(1YV)带电动作，泄掉危急遮断器滑阀上腔室压力油，危急遮 断器滑阀在其底部油压力作用下上升到止点，将低压保安油的 排油口封住，建立低压保安油，当压力开关2PS，3PS，4PS检测 到低压保安油己建立后，向DEH发信号，使复位电磁阀(1YV)失电 ，危急遮断器滑阀上腔室压力恢复到1.96Mpa。监视压力开关1PS (设在复位遮断阀组上)，检测到该信号后发出信号给DEH，挂闸 程序完成。,2遮断,低压保安系统设置有电气，机械及手动三种冗余的遮断手段,2.1 接受

53、电信号停机,一旦接受到电气停机信号，遮断电磁阀(2YV)(设在复位遮断阀 组上)带电动作，泄掉危急遮断器滑阀下腔室油压，使其掉闸，,进而泄掉隔膜阀上部低压保安油，使隔膜阀打开，泄掉高压保 安油，快速关闭各阀门，遮断机组进汽。电气停机信号同时也 送至各油动机的遮断电磁阀，直接泄掉各油动机的高压保安油 ，快速关闭各油动机。,2.2 机械超速保护,机械超速保护由双通道的危急遮断器，危急遮断器杠杆及危急遮断 器滑阀组成。动作转速额定转速110-112%(3300-3360rpm)。当转速 达到危急遮断器设定值时，危急遮断器的撞击子击出，打击危急遮 断器杠杆，使危急遮断器滑阀掉闸，泄掉低压保安油，使隔膜

54、阀打 开，泄掉高压保安油，快速关闭各进汽阀，遮断机组进汽。 2.3 手动停机 系统在机头设有手动遮断阀供紧急停机用。手打手动遮断阀按钮， 将使附加保安油泄掉，隔膜阀打开，泄掉高压保安油，快速关闭各 进汽阀，遮断机组进汽。,2.4 系统设置了危急遮断器试验阀组，供危急遮断器作喷油试 验和提升转速试验用。,电气危急遮断控制系统（ETS）,通过DEH的自动停机危急遮断系统（AST）使汽轮机停机,电气危急遮断控制系统（ETS）,（一）任务和保护项目 任务：监督对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超限时 关闭汽机所有进汽阀门，紧急停机。 危急遮断项目和参数： （1）超速保护：n110n0时遮断

55、机组； （2）轴向位移保护： 机头方向2.54mm 或 发电机方向4.57mm时，遮断机组,（3）轴承低油压和回油温度高： 油压34.4748.26kPa 和 回油温高82.2时遮断机组 （4）EH油压低保护：油压9.31MPa时遮断机组 （5）凝汽器低真空保护：排汽压力 20.33kPa（ahs）时遮断机组。 此外，DEH系统还提供一个可接受所有外部遮断信号的遥控遮断接口，以供运行人员紧急时使用。,电气危急遮断控制系统（ETS）,（二）电气超速遮断系统（OS）,测速齿盘（磁阻传感器 + 齿轮）测得的转速信号与规定的超速脱扣电压作比较： 脱扣转速时，比较器输出电压为正值 脱扣转速时，比较器输出

56、电压为负值 控制继电器的晶体管V1导通，继电器线圈OST带电紧急停机,（三）轴向位移速断系统（TB）,轴向位移推力过大推力轴承磨损动静碰摩重大事故 轴向位移遮断的问题，实质上是如何保证轴向位移测量的准确性的问题 在正常情况下，转子的轴向推力是由推力轴承平衡的， 监视转子轴向位移的传感器装在推力轴承的附近。这是因为：机组的失常轴向位移超标此处最先觉察 磁阻传感器将它与推力盘间的间隙信号输出轴向位移信号 间隙改变信号改变报警（位移报警值） 遮断（位移动作值） 两个传感器，只要有一个达到报警值，就发出声光报警 两个传感器，只有同时达到动作值，才能发出遮断报警信号 避免因单个传感器缺陷而引起错误停机。

57、,汽轮机轴向位移保护装置按其感受元件结构，可分为机械式、液压式、电气式三大类。,（四）轴承油压过低保护系统（LBO）,油压低供油不足干摩擦烧瓦振动 轴承油管的压力测量，可用一般带触点的压力变送器进行,（五）EH油压过低遮断系统（LP）,EH油压过低会导致机组失控 必须进行低油压保护，以便紧急停机,（六）机组低真空遮断系统（LV）,真空过低排气温度低压缸变形机组振动事故 真空过低，一般是由循环水系统或抽气系统发生故障引起的。 低真空保护采用两级保护系统 1级：类似低油压保护，不同的是压力测点监测的是蒸汽 2级：机械保护（排大气阀），当1级系统失灵， 排汽压力过高时铝制薄膜环断裂汽流自汽缸内排出。 排大气阀装在排汽缸上。,（七）外部信号遥控遮断系统（REM）,ETS设了一个遥控接口，以供运行人员在紧急情