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1、第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理 （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：速度变动率对机组运行的影响 单机运行npnpP2n2P1n1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n2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荷变化或并列运行机组从电网 中解列空载运行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
2、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电网总负 荷变化量 如何分配 ？P1n1nPnPn2P2P1P2以两台机组并列运行为例说明 可见，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
3、，一次调频能力弱。第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理尖峰负荷机组 较小，一般为3%4%，一般 的 范围为3%6%也不能过小 nP带基本负荷机组较大，一般为也不能过大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4%6%，不同机组对速度变动率 的要求第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理 迟缓率P2n2P1n1npPznmP0A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
4、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nPnPP0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 nPP2n2P1n1平移静态特性曲线 维持转速不变 ab什么过程 ？bc什么过程 ？二次调频，电网频率不正常时，通过平 移某些机组
5、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n2P2P1+n1P1P2P1nPnP蓝色箭头表示什么 过程？棕色箭头表示 什么过程？abc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建的重新分配，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nPP2nPP2n1P2P1P10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
6、变化思考题：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不同点 ：引起的原因不同第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理一次调频 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 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调整电网频率到合格范围第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理（五）汽轮机运行对调节系统静态特性的要求nP0（
7、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零负荷、低负荷及 满负荷处较陡合理的特性曲线的形状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各处速度变动率不同局部速度变动率曲线上该点的斜率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）同步器的调节范围满足正常蒸汽参数 额定转速工况要求以外变化预留足够的调节范围为蒸汽参数真空 电网频率第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理AABB CC
8、0.025n00.05n0nPn0P0DD0.07n0EEFF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(-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甩负荷后转速过渡过程 不稳定过渡过程fdea 无振荡的过渡过程b 小幅振荡快速衰减的过渡过程c 大幅振荡慢衰减过渡过程稳定过程d 等幅振荡e 发散振荡f 一直飞升不稳定过程3.静态偏
9、差值 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，甩负荷过程中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转速调节系统中，有差调节系统的静态偏差值为在机组甩负荷工况下，转子的转速飞升不致使超速保安器动作，甩负荷后 的最高
10、飞升转速应低于超速保安器整定的动作转速(110%112%)n0)，低于3%n0第五节 汽轮机功频电液调节转速调节过程 启动(并网前) ，功率给定值 与功率值 等于零，只转速调节回路起作用，升速时，操作给定器给定新的转速给定值， ，此偏差信号经频差放大器放大K倍，输入PID调节器，产生调节信号，通过功率放大，电液转换器转换为油动机动作，操纵调节汽门开度变大，汽轮机升速，直至转速 等于新的给定值，即 。PID调节器的积分环节使转速调节回路成为一个无差定值调节系统。改变转速给定值相当于平移静态特性曲线。 功率调节过程 并网非调频工况时，转速回路不起作用 ，即不响应电网频率变化，系统 地平衡条件为 ，
11、要改变机组功率，改变功率给定值，调节系 统动作，直至功率等于新的功率给定值。当蒸汽参数波动引起功率变化系统中设有转速调节回路功率调节回路功-频调节回路时，出现功率偏差，调节回路工作，功率重新回到给定值。功率调节回 路也是无差系统，具有良好的抗内扰功能，能够自动保持机组功率为额 定值。 功-频调节过程 并网调频运行，功率与转速回路都投入，平衡条件为 假如，初始状态 ，则 如当电网频率上升，转速测量输入系统 信号变为 ，电网频差不为零，调节系统动作，稳定后新的功率表示频差对应的功率改变量。调频结束后，机组功率和电网频率都变化，如想使电网频率回到初 始值，只需把功率给定值变为 ，调节系统动作，使频
12、率回到初始值。可见改变功率给定值相等于平移静态特性曲线。，因此甩负荷调节过程第五节 汽轮机功频电液调节甩负荷时通过继电器切除功率给定的输出，使 功率给定值 ，只有转速回路起作用，甩 全负荷的稳态值等于额定转速，甩负荷过程中 的转速最大动态偏差值小 。切除功率给定相 当于把静态特性线在额定转速下由满负荷位置移到空负荷位置。第五节 汽轮机功频电液调节P381功频电液系统原理图是在系统原理方框图所示系统的基础上增加 了一些功能而形成的 （1）启动回路 控制机组启动，把机组从盘车转速带到额定转速。包括 转速给定器、升速率限制器、测速信号（大范围测速）、加法器、启动 PID调节器等。升速率限制器使运行人
13、员可以按不同启动方式给出不同升 速率（2）主蒸汽压力回路 当因故障造成蒸汽压力降低，降低的数量大于给 定的压力偏差值时，通过低值选择器使主蒸汽回路替代主回路工作，按 照锅炉能够供应的蒸汽量调节汽轮机功率，当故障排除主汽压力恢复正 常，低值选择器选择主回路。（3）频差放大器提供三种静态特性 一种是过原点的直线，它在并网和 并列后参加一次调频用；第二种是由功率限幅，限制功率的最大和最小 值，或两者均限制；第三种供带基本负荷，在原点附近有一死区，频率 波动值只有超过死区范围时才参加调频。 （4）测量回路采用双通道，以提高可靠性。第二节 数字电液控制（DEH）系统概述DEH DEH系统是系统是Digi
14、tal-Electric-Hydraulic Control System的简写。目前。目前 普遍采用的是以普遍采用的是以DCSDCS（Distributed Control SystemDistributed Control System，分散控制系，分散控制系 统）为基础的统）为基础的DEHDEH系统，它具有对汽轮机发电机的启动、升速、并系统，它具有对汽轮机发电机的启动、升速、并 网、负荷增网、负荷增/ /减进行监视、操作、控制、保护等功能，以及数字处减进行监视、操作、控制、保护等功能，以及数字处 理和理和CRTCRT显示功能。其信号传递大致如下：显示功能。其信号传递大致如下： DEHDE
15、H控制器控制器 电液伺服执行机构电液伺服执行机构 油动机油动机 调节阀、主汽门调节阀、主汽门第二节 数字电液控制（DEH）系统概述 DEH 简图 DEH 工程师站和控制柜 DEH界面功率P开 度100%0%30%100%中压调节汽门高压调节汽门旁路高中压主汽门DEH由电子控制器和EH供油系统组成 一、电子控制器 Electronic Controller 电子控制器的作用电子控制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。其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。 uA/D
16、D/A数字 系统模拟 系统电液转换 （阀位信号）执行器控制器主汽门 调节汽门第三节 DEH系统的组成第三节 DEH系统的组成电子控制器的组成 电子控制器由 硬件数字系统模拟系统 组成. 1.硬件DEH控制柜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 显示盘操作盘A.B.第三节 DEH系统的组成DEH控制柜 基本控制调试终端图象站PC机：管理CRT和打印机CRT、打印机C.ATC调试终端 D.第三节 DEH系统的组成2.数字系统硬件基本控制计算机 ATC控制计算机数据采集、通讯、操作系统双机容错输入输出接口基本管理部分基本控制部分ATC部分软件第三节 DEH系统
