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1、汽轮机数字电液调节系统汽轮机数字电液调节系统 长沙理工大学 王运民 2014.92014.9一、学习本课程的目的及意义一、学习本课程的目的及意义二、本课程的研究方法二、本课程的研究方法三、考评方法三、考评方法1.1.平时成绩平时成绩4 4分分包括出勤、课堂纪律、回答问题等。包括出勤、课堂纪律、回答问题等。2.2.期末考试期末考试6 6分分考核方式为考查，采用开卷考试。考核方式为考查，采用开卷考试。四、主要参考书四、主要参考书 1.1.肖增弘肖增弘, ,徐丰徐丰汽轮机数字式电液调节系统汽轮机数字式电液调节系统中国电力出中国电力出版版,2003,20032.2.吴季兰吴季兰汽轮机设备及系统汽轮机设
2、备及系统中国电力出版社，中国电力出版社，200620063.3.胡念苏胡念苏汽轮机设备及系统汽轮机设备及系统中国电力出版社，中国电力出版社，20062006 第一章汽轮机调节系统的基本第一章汽轮机调节系统的基本概念概念第一节汽轮机自动调节的基本内容第一节汽轮机自动调节的基本内容一、自动检测系统一、自动检测系统. .自动检测仪表的自动检测仪表的功能功能. .大容量机组自动检测的大容量机组自动检测的内容内容二、自动保护系统二、自动保护系统1.1.自动保护系统的自动保护系统的作用作用2.2.大功率汽轮机自动保护装置的大功率汽轮机自动保护装置的种类种类三、自动调节系统三、自动调节系统 1.1.任务任务
3、保证供电的数量，即根据外界用户的需要提供足够的电保证供电的数量，即根据外界用户的需要提供足够的电力。力。保证供电的质量，即保证汽轮机的转速在规定的范围内。保证供电的质量，即保证汽轮机的转速在规定的范围内。 2.2.其它调节系统其它调节系统四、程序控制系统四、程序控制系统具有自启、停控制功能具有自启、停控制功能第二节汽轮机自动调节系统的发展第二节汽轮机自动调节系统的发展一、机械液压式调节系统一、机械液压式调节系统 控制器由机械元件组成，执行器是由液压元件组成，控制器由机械元件组成，执行器是由液压元件组成，如图所示。如图所示。 二、电气液压式调节系统（电液调节）二、电气液压式调节系统（电液调节）
4、控制器有两个：一个由电气元件组成，另一个由机控制器有两个：一个由电气元件组成，另一个由机械元件组成；执行器仍为液压元件。如图械元件组成；执行器仍为液压元件。如图2 2所示。所示。三、模拟式电气液压调节系统（模拟电调，纯三、模拟式电气液压调节系统（模拟电调，纯电调电调）控制器是由模拟电路组成，执行部件仍为液压式，控制器是由模拟电路组成，执行部件仍为液压式，如图所示。如图所示。 四、数字式电气液压调节系统（四、数字式电气液压调节系统（DEHDEH） 简称数字电液调节系统，出现在世纪年代。简称数字电液调节系统，出现在世纪年代。控制器为数字计算机，执行器仍为液压式。如图控制器为数字计算机，执行器仍为液
5、压式。如图所示。所示。 第三节汽轮机自动调节系统的第三节汽轮机自动调节系统的基本原理基本原理一、概述一、概述. .调节系统的任务调节系统的任务保证供电的数量保证供电的数量保证供电的质量保证供电的质量二、汽轮发电机组力矩平衡方程二、汽轮发电机组力矩平衡方程 则则 式中式中I I转子的转动惯量；转子的转动惯量；角速度，角速度，因为因为M Mf f要比要比M Mt t和和M Me e小得多，所以小得多，所以 分析外界负荷变化与转速的关系。分析外界负荷变化与转速的关系。 说明：汽轮发电机组的自平衡能力；为什么要调节？怎说明：汽轮发电机组的自平衡能力；为什么要调节？怎样调节？有差调节？样调节？有差调节？
6、 二、调节系统基本原理二、调节系统基本原理. .直接调节直接调节系统的组成系统的组成动作原理动作原理特点特点 . .间接调节间接调节系统的组成系统的组成动作原理（动作原理（详细说明详细说明）特点特点 三、调节系统的构成及方框图三、调节系统的构成及方框图. .调节系统的主要组成部分调节系统的主要组成部分转速感受机构：即所谓的调速器，有机械式、液压式和转速感受机构：即所谓的调速器，有机械式、液压式和电磁式几种类型。输入为汽轮机转速变化信号，输出为电磁式几种类型。输入为汽轮机转速变化信号，输出为位移、油压或电压变化信号。位移、油压或电压变化信号。传动放大机构：由错油门（滑阀）和油动机组成。错油传动放
7、大机构：由错油门（滑阀）和油动机组成。错油门又叫油动机滑阀，是控制油门。输入为转速感受机构门又叫油动机滑阀，是控制油门。输入为转速感受机构的输出信号，输出为油动机活塞位移变化信号。的输出信号，输出为油动机活塞位移变化信号。配汽机构（执行机构）：由传动机构和调节阀组成。输配汽机构（执行机构）：由传动机构和调节阀组成。输入为传动放大机构的输出信号，输出为调节阀的开度变入为传动放大机构的输出信号，输出为调节阀的开度变化信号，即流量或功率变化信号。化信号，即流量或功率变化信号。注：这三个机构中，均要求输入与输出成单值线性的关系。注：这三个机构中，均要求输入与输出成单值线性的关系。 调节对象：即汽轮发电
8、机组。调节对象：即汽轮发电机组。. .调节系统的方框图调节系统的方框图四、调节系统静态特性四、调节系统静态特性（一）调节系统静态特性曲线（一）调节系统静态特性曲线. .调节系统静态特性曲线的概念调节系统静态特性曲线的概念稳定工况下，汽轮机的功率与转速之间的关系曲线。也可稳定工况下，汽轮机的功率与转速之间的关系曲线。也可以说是调节系统的输入与输出之间的关系曲线。以说是调节系统的输入与输出之间的关系曲线。. .调节系统静态特性曲线的绘制方法调节系统静态特性曲线的绘制方法 能否直接求取？能否直接求取？（不能）。一般（不能）。一般用间接法用间接法（通过调节系统（通过调节系统静态试验）求取：分别求取各机
9、构的特性曲线，再四象限投静态试验）求取：分别求取各机构的特性曲线，再四象限投影法合成，如下图所示。影法合成，如下图所示。 （二）调节系统的速度变动率和迟缓率（二）调节系统的速度变动率和迟缓率. .速度变动率速度变动率（）定义（）定义汽轮机单独运行时，功率由零增加到额定值，其转速的改汽轮机单独运行时，功率由零增加到额定值，其转速的改变量变量 与额定转速与额定转速 之比的百分数。即之比的百分数。即 （）速度变动率对汽轮机工作的影响（）速度变动率对汽轮机工作的影响影响并网机组间的负荷分配影响并网机组间的负荷分配。可以导出：可以导出：即功率的变化与速度变动率成反比。如下图所示：即功率的变化与速度变动率
10、成反比。如下图所示：一次调频：一次调频：外界负荷变化时，各台机组按其静态特外界负荷变化时，各台机组按其静态特性曲线自动地加减负荷，以保持电网频率的稳定。性曲线自动地加减负荷，以保持电网频率的稳定。影响调节系统的稳定性。影响调节系统的稳定性。若若太小，静态特性曲线接近水平段，电网频率稍太小，静态特性曲线接近水平段，电网频率稍有波动，则负荷波动相当大，即运行不稳定。有波动，则负荷波动相当大，即运行不稳定。若若太大，静态特性曲线非常陡，机组甩全负荷时，太大，静态特性曲线非常陡，机组甩全负荷时，易引起危急保安器动作，甚至引起超速事故。易引起危急保安器动作，甚至引起超速事故。一般一般3。对带基本负荷的大
11、机组，取。对带基本负荷的大机组，取4 4，对尖峰负荷的小机组，取对尖峰负荷的小机组，取。. .迟缓率迟缓率（）迟缓产生的原因（）迟缓产生的原因因为各机构存在迟缓。因为各机构存在迟缓。使调节系统使调节系统特性曲线为两根线组成的一带状区。特性曲线为两根线组成的一带状区。（）迟缓产生率的定义（）迟缓产生率的定义同一功率下，调节系统静态特性曲线的上行线与下行线同一功率下，调节系统静态特性曲线的上行线与下行线间的转速差与额定转速之比的百分数。即间的转速差与额定转速之比的百分数。即（3 3）迟缓率对机组运行的影响）迟缓率对机组运行的影响迟缓率的存在将造成汽轮机不能及时适应外界负荷的需要。迟缓率的存在将造成
12、汽轮机不能及时适应外界负荷的需要。过大的迟缓率会使机组甩全负荷时危急遮断器动作，甚至引过大的迟缓率会使机组甩全负荷时危急遮断器动作，甚至引起超速事故。起超速事故。对单独运行的机组，会引起转速的波动。对单独运行的机组，会引起转速的波动。对并网运行的机组，会引起负荷的晃动。对并网运行的机组，会引起负荷的晃动。负荷晃动值：负荷晃动值：式中式中P P机组的额定负荷机组的额定负荷所以，要求迟缓率越小越好。对机械液压调节系统，一所以，要求迟缓率越小越好。对机械液压调节系统，一般要求般要求0.50.5，最好，最好 0.30.3。（三）同步器（三）同步器同步器：平移调节系统静态特性曲线的设备。同步器：平移调节
13、系统静态特性曲线的设备。. .同步器的作用同步器的作用（）单机运行时，操作同步器可调整机组的转速，使机组在（）单机运行时，操作同步器可调整机组的转速，使机组在任意负荷下都能保持额定转速不变。任意负荷下都能保持额定转速不变。 （2 2）机组并网运行时，操作同步器可改变电网中各台机组的）机组并网运行时，操作同步器可改变电网中各台机组的负荷分配及二次调频。负荷分配及二次调频。 二次调频二次调频: :通过同步器调整电网频率的方式。通过同步器调整电网频率的方式。（）机组并网前，可用同步器调整机组的转速，使机组的转（）机组并网前，可用同步器调整机组的转速，使机组的转速与电网同步，并入电网。速与电网同步，并
14、入电网。 （四）静态特性曲线的合理形状（四）静态特性曲线的合理形状总要求：总要求：应是一条连续、平滑、沿负荷增大方向逐渐下应是一条连续、平滑、沿负荷增大方向逐渐下降的曲线。除此之外，还要求：降的曲线。除此之外，还要求：（）曲线在空负荷附近要陡一些，以利于机组并网和低负荷（）曲线在空负荷附近要陡一些，以利于机组并网和低负荷暖机（曲线暖机（曲线A AB B）。）。（）曲线在额定负荷附近也要陡一些，以利于机组能稳定在（）曲线在额定负荷附近也要陡一些，以利于机组能稳定在经济工况下运行，提高运行的经济性（曲线经济工况下运行，提高运行的经济性（曲线C CD D）。）。（）曲线中间部分应平滑过渡，不允许出现
15、斜率过小或平直（）曲线中间部分应平滑过渡，不允许出现斜率过小或平直现象，否则此区段将出现负荷摆动现象（曲线现象，否则此区段将出现负荷摆动现象（曲线B BC C）。）。 五、液压调节系统的动态特性五、液压调节系统的动态特性（一）调节系统动态特性的概念（一）调节系统动态特性的概念调节系统受扰动后从一个稳定工况过渡到另一个稳定工调节系统受扰动后从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况，况，其过渡过程中的特性其过渡过程中的特性，称为调节系统的动态特性。，称为调节系统的动态特性。（二）研究调节系统动态特性的目的（二）研究调节系统动态特性的目的判别调节系统是否稳定，评价调节系统的品质以及分析判别调节系统是否稳定
16、，评价调节系统的品质以及分析影响动态过程的主要因素，以便提出改善调节系统动态品质影响动态过程的主要因素，以便提出改善调节系统动态品质的措施。的措施。 （三）调节系统动态特性过程分析（三）调节系统动态特性过程分析以汽轮机甩全负荷工况为例进行说明：以汽轮机甩全负荷工况为例进行说明： 结论：结论：a a、b b、c c三种情况都表明调节系统的动态是稳定的，三种情况都表明调节系统的动态是稳定的，d d、e e、f f三种情况都表明调节系统动态是不稳定的。三种情况都表明调节系统动态是不稳定的。动态不稳定动态不稳定的调节系统是不能投入使用的。的调节系统是不能投入使用的。 （四）调节系统动态性能指标（四）调
17、节系统动态性能指标. .动态超调量（转速超调量）动态超调量（转速超调量）汽轮机甩全负荷时，过渡过程中的最高转速与最后稳定汽轮机甩全负荷时，过渡过程中的最高转速与最后稳定转速之差。转速之差。 即：即： 式中式中n n1 1为机组最后稳定转速：为机组最后稳定转速： 要使机组甩全负荷时危急保安器不动作，必须：要使机组甩全负荷时危急保安器不动作，必须：n4%n0 2.2.过渡过程时间过渡过程时间调节系统受扰动后，从一个稳定状态过渡到另一个稳定调节系统受扰动后，从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态所需的最短时间。状态所需的最短时间。一般要求小于一般要求小于s s。 （五）影响调节系统动态特性的主要因素（五
18、）影响调节系统动态特性的主要因素. .转子飞升时间常数转子飞升时间常数T Ta a T Ta a是指汽轮机在额定功率的蒸汽主力矩是指汽轮机在额定功率的蒸汽主力矩M Mt0t0作用下，转作用下，转速由零上升到额定转速所需的时间。速由零上升到额定转速所需的时间。 式中式中I Ip p转子转动惯量；转子转动惯量；额定角速度。额定角速度。随汽轮机容量增大，随汽轮机容量增大， M Mt0t0成倍地增大，而成倍地增大，而I Ip p增加不多。所增加不多。所以，随汽轮机功率的增加，以，随汽轮机功率的增加， T Ta a是逐渐减小的。例如：是逐渐减小的。例如： 中小型机组：中小型机组： T Ta a11111
19、4s；高压机组：高压机组：T Ta a7 71s；中间再热机组：中间再热机组：T Ta as；这说明，机组的功率越大，控制动态超速越困难。这说明，机组的功率越大，控制动态超速越困难。. .中间容积时间常数中间容积时间常数TvTv Tv Tv是指汽轮机在额定进汽量条件下，以多变过程充满整个是指汽轮机在额定进汽量条件下，以多变过程充满整个中间容积，并使其密度达到额定值所需的时间。中间容积，并使其密度达到额定值所需的时间。中间容积：中间容积：汽轮机通流部分、再热蒸汽管道、再热器等汽轮机通流部分、再热蒸汽管道、再热器等的容积。的容积。 TvTv越大，表示中间容积储能越多，其做功能力越大，越大，表示中间
20、容积储能越多，其做功能力越大，机组甩负荷后越易超速。机组甩负荷后越易超速。 3.3.速度变动率速度变动率 大，动态稳定性好，但静态偏差大；大，动态稳定性好，但静态偏差大； 小，动态稳定小，动态稳定性差，但静态偏差小。性差，但静态偏差小。如下图所示：如下图所示： 4.4.油动机时间常数油动机时间常数TmTm 油动机在最大进油量条件下，走完整个工作行程所需要油动机在最大进油量条件下，走完整个工作行程所需要的时间。的时间。工作行程：空负荷至满负荷之间的行程。工作行程：空负荷至满负荷之间的行程。 TmTm大，意味着调节速度较慢，使得甩负荷后进入汽轮大，意味着调节速度较慢，使得甩负荷后进入汽轮机的蒸汽量
21、增多，动态增大，动态过程曲线摆动幅度大，过机的蒸汽量增多，动态增大，动态过程曲线摆动幅度大，过度时间长，调节品质差。但另一方面，度时间长，调节品质差。但另一方面， TmTm大可削弱油压波大可削弱油压波动对调节系统的影响。动对调节系统的影响。如下图所示：如下图所示： 5.5.迟缓率迟缓率 的存在，使机组甩负荷时不能及时地使调节阀动作，的存在，使机组甩负荷时不能及时地使调节阀动作，使动态升速加大。使动态升速加大。 六、中间再热式汽轮机调节特点六、中间再热式汽轮机调节特点. .中间再热容积的影响中间再热容积的影响（）中、低压缸功率滞后（）中、低压缸功率滞后因为中、低压缸功率占整个汽轮机功率的因为中、
22、低压缸功率占整个汽轮机功率的/3/3/4,/4,所以使台汽轮机的功率滞后。所以使台汽轮机的功率滞后。措施：措施：采用高压缸过量调节方式，此设备叫动态校正器。采用高压缸过量调节方式，此设备叫动态校正器。 （2 2）甩负荷时易超速）甩负荷时易超速措施：措施：除设置高压主汽阀、高压调节阀外，还同时设置中压主除设置高压主汽阀、高压调节阀外，还同时设置中压主汽阀和中压调节阀汽阀和中压调节阀。措施：采用高压缸过量调节方式，此设备叫动态校正器。措施：采用高压缸过量调节方式，此设备叫动态校正器。. .采用单元制系统采用单元制系统（）需设置旁路系统（）需设置旁路系统旁路系统的种类：旁路系统的种类：一级旁路（高压旁路）；二级旁路（低压旁一级旁路（高压旁路）；二级旁路（低压旁路）；三级旁路（大旁路）。路）；三级旁路（大旁路）。旁路系统的作用：旁路系统的作用：加快启动速度，改善启动备件；保护锅炉再加快启动速度，改善启动备件；保护锅炉再热器；回收工质、消除噪音；防止锅炉超压。热器；回收工质、消除噪音；防止锅炉超压。（）机炉协调控制（）机炉协调控制机跟炉，炉跟机，机炉协调运行。机跟炉，炉跟机，机炉协调运行。
