調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性

1、調(diào)速系統(tǒng)特性靜態(tài)特性、特性曲線1、定義：調(diào)速系統(tǒng)作用時，汽輪機在各個不同的穩(wěn)定工況下，轉(zhuǎn)速與負荷之間的對應(yīng)關(guān)系，用曲線表示稱靜態(tài)特性曲線?；仡櫵姆綀D:第二象限表示轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)特性，為轉(zhuǎn)速n與滑環(huán)位移冊關(guān)系，n增大,az增大。第三象限表示傳動放大機構(gòu)特性，為滑環(huán)位移與油動機活塞行程尬之間的關(guān)系，az增第四象限表示配汽機構(gòu)特性，為油動機活塞 行程加與功率P的關(guān)系，力減小，P減小。1、速度變動率1、定義：在不考慮同步器作用的前提下，當(dāng)外界負荷發(fā)生變化，即使調(diào)速系統(tǒng)動作，穩(wěn)定工況下的轉(zhuǎn)速要發(fā)生微小變化。功率Pf則轉(zhuǎn)速叫。速度變動率定義5 _ %2電網(wǎng)中機組分類:帶尖峰負荷機組：承擔(dān)電網(wǎng)負荷的波動，積極

2、參與一次調(diào)頻，啟停及負荷適應(yīng)性好。特點：設(shè)計工況效率不一定高，但效率曲線較平坦，負荷變動時轉(zhuǎn)速變化不大。速度變化率取小一點，一般為34%。帶基本負荷機組：穩(wěn)定電網(wǎng)負荷頻率。特點：功率大，在設(shè)計工況下效 率高，在電網(wǎng)頻率波動時，負荷變化不大，速度變動率應(yīng)該大些，一般 為46% o2、對運行的影響(D決定了并列運行機組間的負荷分配 兩臺并列運行的汽輪發(fā)電機組I、IIIII額定轉(zhuǎn)速運行時，二臺機組轉(zhuǎn)速,對應(yīng)功率為片卩2?？偣β蔖 = P+P2。當(dāng)外界負荷增加AP,調(diào)速系統(tǒng)動作以滿足負荷變化，引起電網(wǎng)頻率下降， 汽輪機轉(zhuǎn)速降低An。I機組功率增加AP. II機組功率增加ZIP?調(diào)速系統(tǒng)自行動作，通過轉(zhuǎn)

3、速的微小變化來改變機組負荷，以適應(yīng)外界需 要，從而維持電網(wǎng)頻率盡可能穩(wěn)定的能力稱一次調(diào)頻。并行機組負荷自動變化的特點:Aabc與zXABC相似An同理比=竺帳L特點： J每臺機組承擔(dān)的功率變化與機組額定功率成正比；每臺機組承擔(dān)的功率變化與機組速度變動率&成反比; 這些特點適用于并列運行電網(wǎng)中的所有機組。(2) 5決定了甩負荷時的動態(tài)超速；(3) 5決定了機組運行時工況的穩(wěn)定性； 6不能太小，否則轉(zhuǎn)速波動會產(chǎn)生很大的負荷波動，使動態(tài)特性穩(wěn)定性 下降，一般5 >3% (下限)。 &也不能太大，否則使機組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能力下降，另一方面使調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負荷后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速過高，有可能

4、使甩負荷后最高飛升轉(zhuǎn)速超過危急保安器的動作轉(zhuǎn)速，不利于機組安全和甩負荷后重新并網(wǎng)帶負荷，5<6% (上限)。局部速度變動率轉(zhuǎn)速感受及中間放大傳遞特性存在著非線性，特別是配汽機構(gòu)，調(diào)節(jié)汽門的開度與流量有嚴重的非線性，所以靜態(tài)特性曲線各處的速度變動率不相同。:局部速度變動率，dn pH& = 一化 xIOO% dp %靜態(tài)特性曲線的形狀：空負荷附近，要求速度變化率大些。滿負荷附近，速度變動率大些?？偟姆植际撬俣茸儎勇蕛啥舜?，中間小且無拐點平滑變化。三、遲緩率1、產(chǎn)生原因分為摩擦、間隙、滑閥重疊度三方面1）摩擦：零件采用較接或滑動聯(lián)接，運動時存在摩擦力。以 離心式調(diào)速器為例，轉(zhuǎn)速變化時

5、，重錘產(chǎn)生的離心 力變化首先要克服滑環(huán)移動的靜摩擦力，只有克服摩擦后，滑環(huán)的位置才隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。2）間隙凡是有較接的地方，為了自由轉(zhuǎn)動，都有間隙存在, 只有杠桿的轉(zhuǎn)動量大于間隙時，才能帶動滑閥。3）滑閥重疊度:為了保證斷流式滑閥的斷流，滑閥的凸肩高度大于油口的高度。只有滑閥移 動的距離超過重疊度后，油動機才開始動作。2、遲緩率定義:在同一功率下，轉(zhuǎn)速偏差A(yù)n=n1-n2與額定轉(zhuǎn)速n°之比Ans 3、£對運行的影響:遲緩現(xiàn)象的存在，使靜態(tài)特性曲線中轉(zhuǎn) 速與功率無一一對應(yīng)關(guān)系。單機供電時，負荷由外界負載決定，假 定P不變，轉(zhuǎn)速會發(fā)生波動齊 即頻率 發(fā)生波動而無法控制。并列

6、運行時，轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，功率發(fā)生波動AP,無法控制。結(jié)論:運行上，£越小越好，但要求過高給結(jié)構(gòu)和工藝帶來困難，制造成本提高。 由于機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機械傳動和液壓放大環(huán)節(jié)多，£較大，一般£030. 6%,電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)E <0.2%.功率晃動的幅度")£與6關(guān)系= $代亠二額定負荷由于遲緩現(xiàn)象存在而造成的負荷波動與E成正比，與&成反比；為滿足一定的AP, 6越小，£也越小，由于£難以避免，6不能太小。4、遲緩現(xiàn)象在四方圖上的表示(i)如無遲緩現(xiàn)象，n-z-Am-P有對應(yīng)關(guān)系;(ii) 開始汽輪發(fā)電機組穩(wěn)定在1

7、點運行，轉(zhuǎn)速 為“ zP Amv P1；(iii) 如外界負荷降低，轉(zhuǎn)速升高，由于遲緩 存在轉(zhuǎn)速剛上升時，z=0, Am, P不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速達到H時，離心力克服遲緩后，滑塊位 移z隨n的昇高而升高，此時如2卩2不變。第 二象限內(nèi)，靜態(tài)特性線為兩根，在這范圍內(nèi), 轉(zhuǎn)速的變化不引起z變化，稱調(diào)速器的不靈敏區(qū);(iv) 由于傳動放大機構(gòu)的遲緩，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到比，滑塊的位移Z3克服了 摩擦間隙及滑閥的重疊度，隨著Z的增大，油動機開始關(guān)小，Am；o 第三象限區(qū)，同樣存在傳動放大機構(gòu)的不靈敏區(qū)；(v) 當(dāng)轉(zhuǎn)速從3點上升，zt，Am；,由于配汽機構(gòu)的遲緩，閥門開度不變，P不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速升到 克服配汽機構(gòu)的遲緩后，汽

8、門的開度隨 著油動機的關(guān)小而減小。第四象限區(qū)存在配汽機構(gòu)的不靈敏區(qū)。綜上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化后，汽機功率要遲緩一段時間作相應(yīng)的變 化。第一象限二根特性曲線之間稱為整個調(diào)速系統(tǒng)的不靈敏區(qū)。四、同步器(P334)1、功能與作用(1) 功能：使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線，按照運行需要進行平移。(2)具體作用討論:(1)汽輪機單機運行時，同步器可以在滿足 功率要求的同時滿足轉(zhuǎn)速要求，即保證機組 在任何穩(wěn)態(tài)負荷下轉(zhuǎn)速維持在額定值。(ii)并列運行時，通過同步器可改變各臺機 組的功率使電網(wǎng)總功率符合外界需要，同時 維持電網(wǎng)頻率在額定范圍之內(nèi)，這種利用同 步器調(diào)整并列運行的機組負荷，以維持電網(wǎng) 頻率穩(wěn)定的方式稱為二

9、次調(diào)頻。(ill)并網(wǎng)前機組功率為零，通過同步器移動特性線，相當(dāng)于改變汽 輪機組的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速與外界電網(wǎng)頻率同步時，可以合閘并網(wǎng)，這是同 步器名稱的來歷。2、同步器類型靜態(tài)特性曲線的平移一般通過移動調(diào)速器的特性線（第一類同步器） 或傳動放大機構(gòu)的特性線（第二類同步器）實現(xiàn)，以第二類為主。通過旋轉(zhuǎn)同步器手輪，使彈簧緊力改變，從而使調(diào)速器的靜態(tài)特性線平移。3、同步器工作范圍1）額定初終參數(shù)、轉(zhuǎn)速下能帶滿負荷，即 特性線能移到AA位置，同時能減負荷 到零，即特性線能移到B-B位置，這時 同步器的工作范圍相當(dāng)于速度變動率特性線向上移實質(zhì)是通過同步器開大調(diào) 速汽門，下移則關(guān)小調(diào)速汽門。但是蒸 汽的初終參

10、數(shù)及汽輪機轉(zhuǎn)速按照規(guī)程允 許有一個合格的波動范圍。為了使波動 時仍能維持汽輪機在零負荷與額定負荷 間正常運行，同步器的工作范圍需繼續(xù)擴大。(2) 同步器的下限：(i)當(dāng)電網(wǎng)頻率下降到允許的下限(49.5Hz)時，汽輪機要維持零負 荷運行，特性線移至C-Co(ii)當(dāng)蒸汽參數(shù)在允許范圍內(nèi)升高或背壓參數(shù)在允許范圍內(nèi)降低時,汽輪機能維持空負荷運行。由于蒸汽初參數(shù)上升，背壓下降，每公斤蒸汽在汽輪機中的焙降上升，為了維持汽輪機零負荷運行所需的蒸汽量下降，因此調(diào)速汽門要通過同步器進一步關(guān)小，特性線下移到DD, 般下限行程設(shè) 為在額定轉(zhuǎn)速下35 %處。(3) 同步器的上限：(i)當(dāng)電網(wǎng)頻率上升到允許的上限時

11、(50.5Hz),汽輪機要維持滿負荷 運行，特性曲線移到EE。(ii)當(dāng)蒸汽參數(shù)在允許范圍內(nèi)降低或當(dāng)蒸汽背壓在允許范圍內(nèi)升高時,汽輪機仍能帶滿負荷運行。由于蒸汽初參數(shù)下降，背壓升高，每公斤蒸汽在汽機中的焙降減少, 為了能發(fā)出額定功率，勢必蒸汽流量升高，即通過調(diào)速汽門進一步開 大，特性線上移到FF。所以同步器的上限，一般(67%),不小 于&+ （1 2） %。五、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性1、概念:靜態(tài)特性：汽機在穩(wěn)定狀態(tài)下功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系;動態(tài)特性：汽機如何從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，是動態(tài)過程。(1)穩(wěn)定過程和不穩(wěn)定過程圖6. 1, 20 各種可能的過渡過程“(8)33 轉(zhuǎn)逸并變化

12、的相對偵. a、b、c為穩(wěn)定過程。 a為非周期過程，b為微振的過渡過程，C為振蕩的過渡過程， d、e、f為不穩(wěn)定過渡過程。 d為等幅振蕩，e為發(fā)散振蕩，f為幅值越來越大。（2）研究內(nèi)容包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及機組甩負荷后的最高轉(zhuǎn)速不超過保險的 動作轉(zhuǎn)速。最高轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速的門12%。第一保護裝置：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動作靈活，可靠性高超速保險系統(tǒng)，動作后汽機需要重新掛閘啟動，增加并列時間，容易引發(fā)事故。（3）動態(tài)特性的影響因素系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)構(gòu)因素，動態(tài)參數(shù)（時間常數(shù)，速度變動率） 加工制造及裝配質(zhì)量（影響遲緩率）運行上因素：油壓波動，油質(zhì)好壞2、對調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的要求I）穩(wěn)定性 用穩(wěn)定裕度來判別

13、。II）動態(tài)超調(diào)量,pb= xlOO%6般取79%, cr取40%80% omaxIII）靜態(tài)偏差值0（8）= $IV）過渡過程的調(diào)整時間T爐(E) 爐(8)< 4444定義：外界擾動作用后，從調(diào)節(jié)過程開始到被調(diào)量滿足下列不等式的 最短時間。一般取靜態(tài)偏差的5%, A =5% 嘰 o T一般幾s到幾十s2、影響動態(tài)特性的主要因素分析n r (巾max = 1 刑 7 +具體含義見P339,式6.1.61）調(diào)節(jié)對象對動態(tài)特性的影響I）轉(zhuǎn)子飛升時間常數(shù)匚巾。影響因素：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J,額定轉(zhuǎn)矩MT。 機組容量T，MTot，Ta； 高壓機組容量匚710s,中壓114s,中間再熱58s。功率大，

14、超速的可能性大，動態(tài)超速的控制難。II）蒸汽容積常數(shù)Tv應(yīng)盡量減小Tv,因為甩負荷時，調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉到空負荷位置，但各中間容積的蒸汽繼續(xù)膨脹做功，使轉(zhuǎn)速的額外飛升增大。2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)特性的影響I）速度變動率$大動態(tài)過程的最高轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高, 動態(tài)超調(diào)量??； $小轉(zhuǎn)速飛升的絕對值小，但動態(tài)超調(diào) 量大，振蕩次數(shù)增加，動態(tài)穩(wěn)定性差。II）油動機時間常數(shù)TJ.1S03s咕大則汽門關(guān)閉時間長，動態(tài)過程中的 最大轉(zhuǎn)速高，過渡時間長；另一方面減 小油壓波動對調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動影響。III）遲緩率EoLZZZL g 一 ” 二，顯0門才 iffi 6.1.23油動M時瀏常數(shù)對動態(tài)過圧的妙響£延長汽門關(guān)閉時間，超調(diào)量增大。六、汽輪機保護裝置作用：機組遇到事故或出現(xiàn)異常時能及時動作，避免造成設(shè)備損壞 或事故擴大，確保機組安全運行。1、超速保護裝置汽機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的10%20%時，超速保險動作，并迅速切 斷向汽輪機供汽，迫使汽輪機停止運轉(zhuǎn)，并將汽機從電