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1、第一节中间再热式汽轮机的控制特点，加之再热汽轮机的转频率控制系统。随着高参数、大容量、中间再热机组的广泛使用，要求进一步提高中间再热机组的功率动态响应性能、抗蒸汽参数扰动的能力及自动化水平，以满足电网调频、集中控制和综合自动化的需要。在此情况下，人们研制出了数字式汽轮机功率汽轮机控制系统是控制汽轮发电机组启动、升速和发电运行的重要装置。没有它将无法保证在发电运行时的安全经济运行。中间再热式汽轮机的原则性系统图如图 所示。锅炉过热器来的新蒸汽经高压主汽门和高压调节汽门进入高压缸作功，自高压缸排出的蒸汽又引回到锅炉的再热器，经过再热器加热后的蒸汽温度一般又达到与新汽温度相同的温度，然后经中压主汽门
2、和中调节汽阀进入中低压缸作功，最后排入凝汽器，由于采用了中间再热，汽轮机被中间再热器分成高压部分和中、低压部分。这就对汽轮机的动态特性有了显著的影响。再热式汽轮机原则性系统图图一、中间再热容积的影响一般为再热式机组的特点之一是，再热器和再热器与汽轮机之间的连接管道一起形成的庞大蒸汽容积（简称再热器蒸汽容积），其时间常数一般只有子时间常数 ，因此，甩负荷时，即使高压缸调节汽门能同时完全关闭，这是不允许的。为此，中间再热容积中所储存的蒸汽量，也能使汽轮机超速中间再热机组设置了高压缸和中低压缸的调节汽门，以便在机组甩负荷时，两种调节汽门时，机组的负荷才由高在没有动态校正时，中间图图调节汽门的调节规律
3、再热机组功率的变化一高压缸的功率； 中压缸的功率；中低压缸调节汽门的开度；低压缸的功率；照图 时，中低压缸调节汽门处于全开状态，机同时关闭，以确保机组的安全。为了减少机组在运行时的节流损失，汽门的调节规律应按来设计。在负荷高于额定负荷的组的负荷仅由高压缸调节汽门来控制；在低于额定负荷的和中低压缸调节汽门同时控制。再热机组的第二个特点是，由于中间再热容积的存在，导致机组总功率的“滞后”。从图中看出，当外界要求增加机组的负荷时，调节系统将把高压缸调节汽门开大，此时，流量增加，高压缸的功率随着增加；而中低压缸的功率，则是随着再热器内蒸汽压力的逐渐升高而增大。同时，由于中间再热蒸汽压力气的升高，高压缸
4、前后的压差将逐渐减小，其功率略有下降。因此，汽轮机的总功率，不是立即增加至电网所要求的数值，而是缓慢地增加，这情况随着中低压缸功率占整机功率比重的增大而变得更加显著。由于机组总功率的“滞后”，限制了机组参加一次调频任务，所以，在调节系统中，必须解决功率“滞后”的问题。高压缸调节汽门的开度 机组的总功率二、汽轮机和锅炉的协调配合汽轮机单元制运行，因而提高机组的负荷适应大容量再热机组一般均采用锅炉性，就不仅是汽轮机，还涉及到锅炉问题。我们知道，电力系统的负荷变化是一个随机过程，对于一般的负荷变化，若变化速度较快，要通过改变锅炉燃烧率来调节机组功率是远远来不及的，只能利用锅炉的一些蓄能来应付。因此，
5、提高单元机组的负荷适应性，主要取决于对锅炉蓄热利用的程度。这样锅炉和汽轮机的运行和控制方式就直接关系到对蓄热的利用。同时，从提高电力系统运行可靠性的要求来看，机组本身运行的可靠性就是一个严重的问题。所以，在进行一台机组的控制系统设计时，应从整体来进行考虑，这是一个工程设计优劣与成败的关键。图 是功频电液控制系统的基本工作原理图。系统中测功 测频、控制器 、功一、工作原理第二节功频电液控制的原理及各环节的数学模型再热机组高和中低压缸，到 控制器，如功频电液控制系统原理图图油动机一汽轮机； 一发电机； 一调节阀门；当外界负荷增加时，汽轮机转速下降，测频单元感受了转速变化，产生一个与转速偏差成比例的
6、电压信号 ，输 入 到 运算后输入到电液转换器的感应线控制器，经圈，当线圈的电磁力克服了弹簧的支持力后，使高压抗燃油（ 油）进入油动机底部，果放、给定等称为电控部分，油动机为液压控制部分。电液转换器是将电信号转换成液压控制信号的装置，它是电控部分与液压控制部分的联络部件，即接口装置。下面简述其工作原理。使油动机上行开大了调节阀门，增大了汽轮的功率，与外界负荷变化相适应。汽轮机的功率增加后，测功元件感受到了这一变化后，输出一负的电压信号，且两者的极性相反，其代数和为零，此时 的输出不变，因此控制系统的一个过渡过程动作结束。当外界负荷减小时其控制过程与上述相反。压信号减小，因此在 输出信号继续增加
7、，经功放、当新汽压力降低变化时，在同样阀门开度下汽轮机的功率减少，这时测功单元输出电入口仍有正电压信号存在，使即使电液转换器和油动机后又开大调节阀门，直到测功元件输出电压与给定电压完全抵消时，的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，从而保证了频率的偏差与功率变化之间的比例关系。即保证了一定的速度不等率，也就是保证了一次调频的能力不变。利用测功单元和控制器，经过一系列的作用开大调节阀门，控制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首先使高压缸增加功率，但此时由于中缸功率增加缓慢，使测功元件输出信
8、号很小，不足以抵消测频单元输出的正电压信号，因此，高压调节阀门继续开大，即产生过开。这样高压缸因过开而产生的过剩功率刚好抵消了中压缸功率滞后。当中低压缸功率滞后逐渐消失时，由于测功元件输出电压的作用又使高压调节阀门关小；当中低压功率滞后完全消失后，高压调节阀门开度又回到稳态设计值。此时控制系统动作结束了。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。这是功频电液控制系统的一大优点。二、功频电液控制系统的静态特性功频电液控制系统的原理方框图如图测功单元输出的额定值与电压变化值。相除得与 式（中可以得出：测频（速）
9、从图式中与 式（式 （式中由测功单元的输出与功率成正比可得比例系数；式（因为在稳定工况下，所以有又因为所以图 功频电液控制系统方框图单元的输出与频率成正比比例系数；转速不等率；测频单元输出的额定值和变化值。相除得所示。，则。例如当，汽轮机轴的转速为功频电液控制系统图当齿数一定时，频率 与汽轮机转速 成正比。一般取 ，所以时，输出信号频率 ，即测速头每秒钟输出信号的频率在数值上等于汽轮机每分钟的转速，因而可以方便地将 作为转速 的信号。测速头感应电动势的大小可由电磁感应定律推导而得（式中的负号代表转速增加时功率减少。根据式（ 可以给出系统的静态特性曲线（见图。从图可以看出，静态时对于不同的转速有
10、不同的功率，这表明其特性曲线的倾斜程度代表了一次调频能力的大小。一次调频的能力只与测功单元的信号和测频单元的信号有关（相比较），而不受蒸汽参数的影响，所以，静态特性曲线的大小及倾斜程度可以很方便地进行调整。图的静态特性曲线三、功频电液控制系统主要单元的动态特性 测频单元。测速齿盘装在汽轮机轴上，测速头固定在齿盘旁边磁阻发讯器是用来将被测转速信号转换为相应频率信号的测量元件。发讯器由测速齿盘和测速头两部分组成（见图间隙。当齿盘随主轴转动时，铁的支架上，处于齿盘径向位置。测速头内装有永久磁钢、铁芯和线圈。铁芯端部与齿盘的齿顶之间留有约芯与齿盘的间隙便不断变化，每经过一齿，气隙磁阻变化一次，磁路中的
11、磁通量也随之变化，套在铁芯上的线圈就感应出一个交变电动势波形，此感应电动势即为测速头的输出信号。测速装置磁阻发讯器设齿盘齿数为输出信号的频率为为有效磁通量，它与齿顶和测速头之间的间隙、齿盘直径的大式中， 为线圈匝数，下就能输出一小有关。当转速与齿盘直径越大，间隙越小时，感应电动势越大，抗干扰能力就越强。为了控制汽轮机的全部升速过程，希望测速头在较低的转速（定强度的信号，以保证后续电路正常工作，以实现大范围测速的要求。试验表明：测速头壳体应采用不导磁的镍铬不锈钢材料或非金属材料，而不能用铜质后，当第二个秒信号进入控制门，使门内的双稳态再次翻转，计数器即随之计数；经数字频率计原理框图图由转速传感器
12、输出的电脉冲信号（频率为 ，经过放大整形成幅度一致的脉冲波形，如矩形波），被传输到主门的输入端。由晶体振荡器产生的标准频率，频率较高，经过时次等的低频脉冲信号，亦称秒信号，则基分频器加以分频后，变成为每 次、每后，设第一两个秒信号之间的间隔即为 。当选一个标准的时基等的标准时基个秒信号进入控制门后，使门内的双稳态翻转，从而使主门开启，允许被测信号 通过，使主门关闭，不允许待测信号 通过，计数器即停止计数。计数所累计的待测信号脉冲（称为控制电流）称为霍尔电动壳体，以避免高频时涡流损耗大使有效磁通量下降；测速齿盘采用渐开线齿轮能得到接近正弦波的波形。与被测转轴的转速 成正比。因此，只要测，就可通过
13、式（由前述可知，传感器输出的电脉冲频率得频率 计算得到被测转速 。目前对电脉冲频率 的测量一般都采用数字频率计。为其工作原理方框图。数字频率计的测量原理一般为计数法测频率，即测定在预定的标准时基内进入计数器的待测信号脉冲的个数，从而求得待测转速。图数 ，则被测轴的转速被显示在显示器上，即 为式中 被测轴每转一周所产生的脉冲数。测功单元测功装置包括发电机有功功率的测量和放大，以及不平衡功率的校正。目前国内各种功频电调系统所采用的发电机有功功率测量装置主要有霍尔效应测功器和四象限乘法器两种。本书只介绍较常用的霍尔效应测功器。中，当沿薄片的一对边通以电流，这一效应称为霍尔效应，电动势将一矩形半导体薄
14、片置于磁场时，则在另一对边即出现电动势见图势霍尔效应原理； 单相测功器；，该半导体薄片称为霍尔元件。对于一定长度和宽度的材料，且磁场下式计算与被测电路的相电压式（霍尔元件平面不垂直时则应取，用被测电路的负载电流的乘积图制电流度 与被测电路的电流和磁感应强度与控制电流 的积成正比（ 与和霍尔元件平面相垂直时，霍尔电动势可按霍尔常数；磁感应强度；控制电流。）表明，霍尔电动势产生控制电流的法向分量）。若用被测电路的电压信号产生磁场 ，则输出霍尔电动势 就和电路中电压和电流成正比，即反映了功率量。所以霍尔元件是一个乘法元件，可用来测量功率表示单相霍尔测功器原理。霍尔元件平面和磁场垂直，使通过元件的控（
15、若系高压则先经电压互感器降压）成正比，磁感应强（若系大电流则先经电液压互感器交流）成正比，即则所产生的霍尔电动势式中三相测功器图 霍尔效应与测功器到输人端，抵消输入电压，又使滑阀图液压放大电液转换器磁铁； 滑阀；一线圈；式（ ）中，第二项为二倍频的交流分量，第一项为直流分量，反映了有功功率的大小。通过滤波器滤去交流分量后，霍尔片输出的直流电压即与电路的单相有功功率成正比 ，即（上列各式中， 等均为相应的比例常数。一般采用三相三元件法测量三相功率见图 。这时，发电机输出端电流互感器次级分别接到三个激磁绕组以产生磁场，来自电压互感器的相电压经降压后分别送到三个元件的控制电流端，三元件的霍尔电动势串
16、联相加，其总和即表示为三相功率霍尔电动势信号较小，一般为几十毫伏，需通过测功放大器（又称毫伏放大器）予以放 大。电液转换器电液转换器也是一种调节元件。用它将电调部分和液动系统联系起来，同时又把微弱的电信号放大为液动信号，由液动力去控制油动机。现在常用的电液转换器有两种，即动圈式和动铁式两类，而液动放大部分则可分成单级和多级两种。动圈式力矩马达单级液压放大电液转换器。由图可见，校正单元输出信号处理后输入电液转换器的控制线圈移动，开大进油与排油口使活塞上边，由于电磁场的作用产生电磁力，克服了弹簧力及阻力后使滑阀油压升高，而下边油压降低，使活塞下行关小脉动油口动圈式力矩马达单级大。当活塞下行时通过位移变送器，使脉动油压升高，经过滑阀油动机的作用使阀门开转成电压信号，反馈活塞；恢复到原来位置，此时动作结束了。在新的稳定工况下，活塞的位置不同面积也不同了。一弹簧；变送器； 放大器了，油
