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1、,汽轮机调速系统,周 宝 明 主 讲,东北电网有限公司大连培训中心,汽轮机调速系统培训教程,第一章 调节系统的特性,第二章 中间再热式汽轮机的调节,第三章 汽轮机保护装置,第四章 汽轮机供油系统及主要设备,第一章 调节系统的基本概念,第一节 调节系统的任务及组成 一、汽轮机调节系统的任务 供应用户足够的电力，及时调节汽轮机的功率以满足外界的需要。 2 使汽轮机的转速始终保持在额定范围内，从而把发电频率维持在额定值左右。,二、汽轮机调节系统的组成 （一）直接调节 （二）间接调节,蒸汽流量变化,负荷变化,调节对象,转速变化,感受机构,传动机构,执行机构,第二节 国产典型凝汽式汽轮机调节系统 一、具
2、有旋转阻尼调速器的液压调节系统 二、具有高速弹簧片调速器的液压调节系统 三、具有径向钻孔调速油泵的液压调节系统 四、凝汽式汽轮机调节系统的特点,第三节 汽轮机调节系统静态特性 整个调节系统的输入量是汽轮机的转速n，输出量是汽轮机的功率p，在静态下它们之间的对应关系即为调节系统的静态特性，其关系曲线称为调节系统的静态特性曲线。 调节系统的静态特性可以表达为,汽轮机调节系统的静态特性曲线可以近似地看做直线,一、调节系统静态特性曲线地绘制 调节系统静态特性曲线，不能直接求出，调节系统静态特性曲线一般是通过试验方法求得。即通过四象限图间接求得调节系统静态特性曲线。 四象限图的绘制:,n,p,X(或p1
3、),m,二、速度变动率和迟缓率 （一）速度变动率,n,p,nmax,nmin,速度变动率是衡量调节系统品质的一个重要指标，它反应了汽轮机由于负荷变化所引起转速变化的大小：速度变动率越大，反映在静态特性上越陡；反之静态特性曲线越平。,（二）迟缓率,n,迟缓率对汽轮机的正常运行是十分不利的，因为它延长了汽轮机从负荷发生变化到调节阀开始动作的时间，造成汽轮机不能及时适应外界负荷的变化。 如果迟缓率过大，在汽轮机突然甩负荷后，将使转速上升过高以致引起超速保护装置动作；对孤立运行的机组，将产生较大的负荷摆动，对并列运行机组，将会产生较大的负荷漂移。 由此可见迟缓率是反映调节系统品质的又一重要指标。,三、
4、速度变动率和迟缓率对并列运行机组的影响 （一）速度变动率对并列运行机组负荷分配的影响 一次调频：当外界负荷发生变化时，将使电网频率发生变化，从而引起电网中各机组均自动地按其静态特性承担一定的负荷变化，以减少电网频率地改变。,n,p1,p2,结论：并列运行机组当外界负荷变化时，速度变动率越大、机组的额定功率越小，分配给该机组地变化负荷量就越小；反之则越大。因此待基本负荷的机组其速度变动率应选大一些，使电网频率变化时负荷变化较小，即减少参加一次调频作用。而带尖峰负荷的调频机组，速度变动率应选小一些。,第四节 同步器,一、同步器的作用和原理 必须指出：一次调频不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的
5、改变程度。这时需要同步器增、减某机组的功率，以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。 只有经过二次调频后，才能精确的使电网频率保持恒定。 显然，由于有了一次调频的存在，二次调频的负担就大大减轻了。,二、同步器的类型 1.改变弹簧初紧力的同步器 具有旋转阻尼调节系统中的同步器即为改变弹簧初紧力的同步器 2.改变杠杆支点位置的同步器 具有高速弹簧片调速器的调节系统中的同步器即为改变杠杆支点位置的同步器,第五节 调节系统的动态特性及对调节系统的要求,一、调节系统动态特性简介 （一）调节系统的稳定性 1.速度变动率 理论和实践都证明：速度变动率越大，系统的动态稳定性越好，反之稳定性越差。 2.迟缓率 迟
6、缓率越小，调节系统的反映越快，当有外界扰动后，系统就能很快的稳定下来，即稳定性越好。反之稳定性越差。,3.汽轮机转子飞升时间常数 转子飞升时间常数可以理解为当转子上受到额定蒸汽力矩的作用，转子从静止升至额定转速时所需要的时间。显然，转子飞升时间常数越小，越容易升速，控制就越困难。系统稳定性就越差，反之则越好。 4.油动机时间常数 油动机时间常数的物理意义为：当滑阀油口在最大开度时，油动机从全开到全关所需要的时间。这一时间的长短决定了油动机动作的快慢。显然，油动机时间常数越小油动机动作越迅速，调节系统的稳定性也就越好，反之稳定性越差。 5.容积时间常数 汽轮机中有一些有害容积的存在，使得调节气阀
7、开度变化后通过汽轮机的蒸汽流量不能立即改变到应由数值，这种现象对调节过程是不利的。这种不利的程度可以用容积时间常数来反映。,第二章 中间再热式汽轮机的调节,第一节中间再热式汽轮机的调节特点 1、凝汽式汽轮机的调节系统特点 （1）用高压调节汽门动态过调方法来弥补中、低压缸功率滞后。 （2）设置中压调速汽门以减少甩负荷时中间再热容积中蒸汽造成的超速。 （3）设置旁路系统以解决负荷机炉特性不匹配的问题。 2、抽汽式汽轮机的调节系统特点 为了保证电热两种负荷分别变化时，调节一负荷而不影响另一负荷，调节系统应满足一些自治条件：第一静态自治条件电负荷改变热负荷不变时的自治条件；第二静态自治条件热负荷改变电
8、负荷不变的静态自治条件。 如图7-3所示 返回,第二节 典型调节系统,一、上海汽轮机厂生产的N300汽轮机调节系统 在运行时，由连接于转子前端的旋转阻尼出来的一次油压P1信号送至放大器，一次油压变化经放大后形成二次油压P2，送至低油压选择器，与负荷限制器输出油压Px在低油压选择器中进行低值比较，比较后的低油压信号PA，经1：1流量放大器流量放大后输出控制油压Pa，经磁力断路油门控制8只油动机用以操纵高压调节汽门的开度。 中压调节汽门的控制是由主汽门油动机控制油压PK与高压油动机控制油压Pa在低油压选择器B中进行低值比较，比较后的低值油压信号PB经1：1流量放大器流量放大后得到控制油压Pb，经磁
9、力断路油门控制4只中压油动机，操纵中压调节汽门的开度。,在冷态启动时，由主汽门启动，高压调节汽门的控制油压很高，所以高压调节汽门全开，而中压调节汽门就随主汽门进行调节。当主汽门切换到调节汽门控制后，主汽门油压升高，主汽门全开，而由高压调节汽门控制机组，当机组负荷达到30%额定负荷后，中压调节汽门全开，就不进行节流调节了，以提高经济性。 中压主汽门受安全油控制，只要安全油一建立，中压主汽门就全开，所以中压主汽门只能全开或全关，不参与调节。,二、哈尔滨汽轮机厂生产的N600型汽轮机调节保安系统 按设计，600MW机组正常运行时，是以电调系统为主进行工作的，液压调节系统处于备用状态。当电调系统出现故
10、障时，能自动切换到液压调节系统控制运行。为了使切换时不出现功率扰动，造成冲击，要求液压调节系统始终跟踪电调系统。为此，在中间错油门上设有一个模拟油口c，并设计有切换跟踪错油门。当液压调节系统的状态与电调系统的状态不相符时，跟踪错油门上的电触点便接通了同步器上的电机，使之转动，改变液压调节系统（给定）状态，以与电调系统的状态想一致。 为了保证汽轮机在甩掉全负荷时动态超速能维持在允许的数值以下，故在系统中设计有超速限制错油门。,第三节 功率频率电液调节 一、功率频率电液调节的提出 液压式调节系统由调速器感应转速（频率）的变化，通过调节系统去控制调节汽阀的开度，是一种单冲量的转速调节或频率调节。 随
11、着机组功率的增加，单元制和再热机组的采用，这种单冲量调节已经不能满足电网的要求，给汽轮机调节提出一些列问题。,(1)再热汽轮机采用单元制后，在机组负荷变化较大时，汽轮机进汽压力也发生变化(直流炉更明显)，导致汽阀开度相同的条件下，蒸汽流量发生变化，再加上蒸汽压力变化引起的蒸汽作功变化，使得汽阀开度与功率之间的比例关系发生较大的改变。而这个恒定的比例关系是单冲量频率调节的一个重要前提，因为只有满足这个前提，才能满足在 一定的转速变化下，有一相应固定不变的功率变化，适应外界负荷变化的要求。否则势必引起转速(频率)的进一步变化，延滞调节的过渡过程，造成电网频率和调节系统的不稳定,(2)由于再热汽轮机
12、存在中间再热容积，使得中、低压缸的功率改变滞后于调节汽阀的变化，这也破坏了汽阀开度与功率之间的变化关系，使得单冲量的频率调节难于适应电网对汽轮机调节系统的要求。,(3)以前所讲的调节，都是假定在汽轮机的初，终参数不变的条件下外界负荷变化进行的调节。但汽轮机运行时，凝汽器真空，蒸汽的初参数的任何变化也会导致汽轮机功，率的改变。汽轮机初，终参数的变化对汽轮机的干扰称为内部扰动，简称内扰，外界负荷的变化对汽轮机的干扰称为外部干扰，简称外扰。单冲量的频率调节在外扰时可借助于调速器的动作，调节汽轮机的功率。但产生内扰时却不能借助调速器来调节汽轮机的功率，这就是说单冲量的频率调节没有抗内扰的能力。而双冲量
13、的功率频率调节采用功率和频率两个冲量综合起来去控制调节汽阀，获得了比频率调节要好得多的效果。,二、功频电液调节的基本原理,图示为功频电液调节的原则性方框图。主要由电调和液控两大部分组成。液控部分即错油门和油动机结构，电调部分由测频单元，测功单元，给定单元，比例微分积分校正单元(PID）和电液转换器等构成。对于电调、液调并存的机组还设有液调部分和电液跟踪单元，保证电调和液调始终同步，以便随时切换之用。,1单机运行 机组在并网前或单机运行时，其功率由外界决定，因而测功回路不起作用，功频调节变成单一的频率调节。此时机组的转速信号通过测频单元转换成相应的模拟电压信号一un(因是负反馈信号，故取负值)和
14、转速给定信号 un (直接由电源取得，其值由人工整定) 送入PID校正单元见图进行运算放大，输出一控制电压信号u，再经电液转换器转换为液压变化信号p控制油动机的动作，以改变机组的转速。,2并网运行 机组并入电网后，频率由电网决定，一般认为电网频率是稳定不变的，则测频网路不起作用，功频调节实际成为单一的功率调节。汽轮机的实发功率通过测功单元转换为直流模拟电压信号一UN(负号表示负反馈信号)，它与功率给定信号UN在PID校正单元内比较，综合后，输出电压控制信号，再经电液转换器转换为液调信号去控制油动机动作，改变机组负荷。,3一般工况 现以外界负荷增加为例来讨论。当外界负荷增加时，电网频率降低，转速
15、模拟电压un相应减小，此时uN、uN、 un均未变，因而PID校正单元的翰入信号为正频率偏差信号un，经PID作用后输出u，调节汽阀开大，机组功率增加。功率增大而引起反馈送回的功率模拟信号uN也增大，但功率给定uN未变，因此功率偏差uN un出现负值，该负的功率偏差信号与正的频率偏差信号在PID中相比较。如果功率偏差的负电压信号正好等于频率偏差的正电压信号，则两者互相抵消，PID输入为零，调节过程结束，如果功率偏差的负电压信号不能完全抵消频率偏差的正电压信号，PJD的输入就不为零，使调节系统继续动作，增大机组功率直到功率偏差信号和频率偏差信号相平衡，PID输入为零，调节系统动作才；告结束，达到
16、一个新的稳定工况。,第三章 汽轮机保护装置,汽轮机是在较高的压力，温度及高转速下运行的大型回转设备。为了确保设备和运行人员的安全，除了要求调节系统十分可靠外，还设置了必要的保护装置。运行中，当调节系统故障或设备发生事故时，保护装置能及时动作， 迅速地切断汽轮机的进汽，紧急停机，以避免扩大事故或损坏设备。 汽轮机应有以下的自动保护装置：超速停机保护装置，轴向位移保护装置，低油压保护装置以及低真空保护装置。,第一节 自动主汽阀 自动主汽阀的作用及要求： 自动主汽阀的作用是：当任一保护装置动作后，迅速地切断进入汽轮机的蒸汽，停止机组运行。对自动主汽阀的要求是： (1)在任何紧急情况，特别是在油源断绝时，自动主汽阀仍能迅速关闭。因此，自动主汽阀一般都是利用弹簧力来关闭的。为了可靠起见，一般采用双弹簧结构 (2)有足够大的关闭力和快速性，一般要求在主汽阀全关以后，弹簧对汽阀的压紧力留有500800
