第四章 汽輪機調節(jié)

1、第四章 汽輪機的調節(jié) 汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性 汽輪機液壓調節(jié)系統(tǒng) 中間再熱機組的調節(jié)第一節(jié) 汽輪機調節(jié)的任務與組成一、汽輪機調節(jié)的任務任務機組的功率與外界負荷相適應使供電的頻率基本不變供電質量標準主要有兩個：一是頻率；二是電壓。二、汽輪發(fā)電機組的自調節(jié)特性 作用在轉子上的力矩有三個：蒸汽作用在轉子上的主力矩 、發(fā)電機的電磁阻力矩 、摩擦力矩 。tMeMfMtedwIMMdt穩(wěn)定工況下：剩余力矩：teMMteMMM00,dwMndt外界負荷，00,dwMndt外界負荷，圖4-1 汽輪機與發(fā)電機的特性曲線三、調節(jié)系統(tǒng)的基本工作原理及組成1、直接調節(jié)系統(tǒng)圖4-3 直接調節(jié)系統(tǒng)方框圖圖4-

2、2 直接調節(jié)系統(tǒng) 調節(jié)汽閥是由調速器本身直接帶動的，所以稱為直接調節(jié)。應將調速器滑環(huán)的位移在功率上加以放大，從而構成間接調節(jié)系統(tǒng)。圖4-5 間接調節(jié)系統(tǒng)原理方框圖2、間接調節(jié)系統(tǒng)圖4-4 間接調節(jié)系統(tǒng) 油動機活塞的運動是錯油門滑閥位移引起的，而活塞位移反過來又影響錯油門滑閥的位移，這種作用稱為反饋。因為這種反饋是要抵消調速器對滑閥的作用的，故稱為負反饋。一個閉環(huán)的汽輪機自動調節(jié)系統(tǒng)可分為下列四個組成部分：（4）調節(jié)對象。 對汽輪機調節(jié)來說，調節(jié)對象就是汽輪發(fā)電機組。當汽輪機進汽量改變時，汽輪發(fā)電機組發(fā)出的功率、轉速也發(fā)生相應的改變。（1）轉速感受機構。 其作用是感受轉速的變化，并將其變?yōu)槟苁拐{

3、節(jié)系統(tǒng)動作的信號。轉速感受機構通常又稱為調速器。（2）傳動放大機構。 其作用是將調速器送來的信號進行放大，并將放大的信號送至執(zhí)行機構-配汽機構。傳送發(fā)達機構在向執(zhí)行機構發(fā)信號的同時，還發(fā)出一個信號使滑閥復位并使油動機活塞停滯運動。實現(xiàn)反饋設備元件稱為反饋機構。負反饋的作用是使調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）執(zhí)行機構。 作用是接受放大后的調節(jié)信號，調節(jié)汽輪機的進氣量，即改變汽輪機的功率。 第三節(jié) 汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的 靜態(tài)特性、動態(tài)特性一、汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性 穩(wěn)定工況下，汽輪機的功率與轉速之間的對應關系稱為調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。（一）四方圖圖4-9 汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的四方圖（二）速度變動率定義：汽輪機空負荷時

4、所對應的最大轉速 與額定負荷時所對應的最小轉速 之差，與額定轉速 的比值，稱為調速系統(tǒng)的速度變動率或速度不等率，通常用 表示，即maxnminn0nmaxmin0100%nnn 太小不穩(wěn)定 太大保護裝置動作一次調頻：當外界負荷變化引起電網頻率變動時，各機組的調速系統(tǒng)將根據各自的靜態(tài)特性，自動增、減負荷，以維持電網的周波。這一過程稱為一次調頻。3%6%001PnPn功率分配速度變動率愈大，單位轉速變化所引起的功率變化就愈小。帶尖峰負荷機組，速度變動率應取小些，對帶基本負荷的機組，速度變動率則應取大些。速度變動率范圍：保護裝置動作轉速：0(1.10 1.12)n 如果電網頻率與額定頻率的偏離量為

5、，那么由調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線和速度變動率的定義可由求得機組功率改變的相對量為：n（4-4） 由式(4-4)定義的速度變動率稱為總體速度變動率，而將下式定義的速度變動率稱為局部速度變動率：%100dd00nPPn 機組在滿負荷附近，過小的速度變動率在電網頻率降低時容易使機組過載，危及機組的運行安全，所以，在機組滿負荷處的速度變動率也應取得大一些。曲線形狀要求：1、沿功率增加方向向下傾斜；2、連續(xù)、平滑不應有突躍點和水平段；3、在空負荷、較低負荷和滿負荷處較陡圖4-10 汽輪機調節(jié)系統(tǒng)速度變動率分布（三）遲緩率定義：在調節(jié)系統(tǒng)增、減負荷特性曲線上，相同功率處轉速偏差 與額定轉速 的比為調節(jié)系統(tǒng)的遲

6、緩率，通常用 表示，即1200100%nnnnn12nnn 0n 對機組運行的影響： 過大，會引起調節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定單機運行，會引起轉速的自振， 并列運行，會引起功率的晃動，0nn 0PP圖4-12 調節(jié)系統(tǒng)遲緩對汽輪機運行的影響（一條帶狀區(qū)域）（四）同步器與靜態(tài)特性曲線平移 （一簇線）1、同步器的作用 在汽輪機并列運行時，若電網的頻率基本不變，則機組所承擔的負荷也就基本不變。因此在機組并網帶負荷時，也應有一能平移靜態(tài)特性先的裝置，在并列運行圖4-13 單機運行時同步器的作用（1）單機運行時 ，啟動過程中提升機組轉速達到額定值；帶負荷運行時可以保證機組在任何穩(wěn)態(tài)負荷下轉速維持在額定值。的機組見進

7、行負荷的重新分配。這種能夠平移調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線的裝置稱為同步器，其作用是： 通過平移轉速感受特性線的同步器為第一類同步器；平移中間傳遞放大特性線來實現(xiàn)的同步器，稱為第二類同步器。（2）并列運行時，同步器可改變汽輪機功率，并可在各機組間進行負荷重新分配，保持電網頻率基本不變，這個過程稱為二次調頻。 圖4-14 同步器平移靜態(tài)特性曲線（a）第一類同步器 （b）第二類同步器2、同步器的調節(jié)范圍同步器調節(jié)范圍要求： 在額定蒸汽參數(shù)和電網周波下能順利的將機組加載到滿負荷和卸載到空負荷外，還應充分考慮蒸汽參數(shù)、真空和電網周波等在允許范圍內變化時，也能完成上述功能。圖4-15 同步器的調節(jié)范圍（1）同步器

8、最小調節(jié)范圍。（2）靜態(tài)特性線的下限位置。通常設在額定轉速下-5.0%處（3）靜態(tài)特性線的上限位置。上限位置通常設在7.0%處。初參數(shù)升高且真空升高，上移初參數(shù)降低切真空降低，下移二、汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性（一）動態(tài)特性基本概念 調節(jié)系統(tǒng)由一個穩(wěn)定工況到另一穩(wěn)定工況時轉速隨時間的變化關系。圖4-16 甩負荷后轉速的過渡過程 對于汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性必須提出穩(wěn)定性要好、震蕩次數(shù)要少及過度過程調整時間要短的要求。2、動態(tài)超調量max100%max0maxmax0nnn式中最大飛升轉速的相對量，即max0max0(1 1.5 )(1 1.5)nnnn（應低于超速保安器整定的動作轉速）1、穩(wěn)定性

9、00(1)(1)ssnnnn影響調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的主要因素：3、靜態(tài)偏差值00( )snnn 4、過渡過程調整時間50s5、振蕩次數(shù)：明顯振蕩次數(shù)23次（二）影響甩負荷動態(tài)特性的主要因素1、本體設備對動態(tài)特性的影響（1）轉子時間常數(shù) 。時間常數(shù)越小，容易超速。（2）蒸汽中間容積時間常數(shù) 。aT中間容積內蒸汽的做功能力越強中間容積大，關閉后易超速vT越大vT圖4-17調節(jié)系統(tǒng)甩負荷動態(tài)特性估算2、調節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)特性的影響（1）速度變動率。大，動態(tài)超調量小，易穩(wěn)定，但 大；小，動態(tài)超調量大，不穩(wěn)定，但 ??；snsn（2）油動機時間常數(shù)小，活塞移動快；大，活塞移動慢，滯后，不穩(wěn)定mTmT（3）遲緩率

10、圖4-18速度變動率對甩負荷動態(tài)特性的影響第四節(jié) 汽輪機液壓調節(jié)系統(tǒng)一、轉速感受機構 轉速感受機構是將速度信號轉變?yōu)橐淮慰刂菩盘柕脑?。在汽輪機調節(jié)系統(tǒng)中，轉速感受機構主要有機械、液壓和電子式三類。1.高速彈性調速器圖4-19 高速彈性調速器圖4-20 高速彈性調節(jié)器特性曲線2.徑向鉆孔脈沖泵圖4-21徑向鉆孔脈沖泵圖4-22 脈沖泵特性曲線3.旋轉阻尼器圖4-23 旋轉阻尼器圖4-24 旋轉阻尼器的特性曲線二、中間放大器 對不同的轉速感受機構，與之配套的中間放大器的型式是不同的，主要有壓力控制式和流量控制式兩種。1.隨動滑閥放大器圖4-25 隨動滑閥2.波形筒蝶閥放大器圖4-26 波形筒蝶閥

11、放大器3.壓力變換器圖4-27 調速器滑閥三、油動機圖4-28 油動機原理方框圖 我國電站調節(jié)系統(tǒng)中主要采用斷流式雙側進油或單側進油兩種型式油動機。雙側進油斷流式優(yōu)點：體積小，提升力大缺點：一旦壓力油失去無法調節(jié)單側進油式優(yōu)點：失去壓力油時能關閉汽門缺點：提升力小，體積大 對油動機的性能評價，在靜態(tài)方面是提升力系數(shù)，在動態(tài)方面是時間常數(shù)。1、最大提升力和提升力系數(shù)產生開啟汽門的最大提升力：max0qbduFp Ap A提升力系數(shù)=油動機的最大驅動力傳動比系數(shù) 開啟汽門所需的最大提升力通常要求油動機的提升力系數(shù)大于2，有時甚至達到4。圖4-29 油動機原理圖（a）雙側進油油動機（b）單側進油油動

12、機2、油動機時間常數(shù)dd2210101mAppnsbppaQmssmA、ssabsn進油側活塞的有效面積；分別為錯油門對應的個數(shù)、開度、寬度和 通流面積；油口的流量系數(shù)，一般取 ；油動機活塞的行程；進油側油動機活塞下油壓。 油動機活塞運動時，活塞移動產生的上、下腔室的容積變化，在油液不可壓縮假設下，可由流體力學基本方程，得出進油容積流量：1pm7 . 0以 表示排油側活塞面積，同理可得排油側的流量dd222mAppnsbQmds 2QmA 2p排油側油動機活塞下油壓為討論方便，假設油動機活塞為對稱結構，即 且活塞及油流動的慣性力和開啟調節(jié)汽閥的提升力略去不計。則有 ，上述流量方程簡化為 mmm

13、AAA dpppp02121dsmppnsbmAQQ0212dd 當錯油門油口為最大開度 時，油動機活塞腔室的進、排油量達到最大值，即dsmmmppbnsAmQAmT0maxmaxmaxmax1maxS 油動機時間常數(shù) 表示在錯油門滑閥油口開度最大時，油動機活塞在最大進油條件下走完整個工作行程所需的時間。即：mTdsppbnsQ0maxmax1 減小油動機時間常數(shù)措施：減小活塞面積增加油口寬度增大油壓（二）錯油門滑閥圖4-30 斷流式滑閥的蓋度特點：在穩(wěn)定工況下滑閥處 于中間位置。蓋度：滑閥上的凸肩應比油口稍高，這個高出的數(shù)值稱為蓋度。 為使油動機進油前，另一側能稍許提前排油，其進油蓋度 應大

14、于排油蓋度 。13()、24()、錯油門滑閥可分為為斷流式和節(jié)流式。四、配汽機構1、配汽傳動機構：提板式、凸輪式和杠桿式等。2、調節(jié)汽閥的結構型式圖4-31 調節(jié)閥（a）球形閥 （b）帶節(jié)流錐閥（c）帶蒸汽彈簧預啟閥的閥門1提板；2閥芯；3擴壓管；4帶錐閥芯2、閥門的升程流量特性圖4-32 單座閥升程流量特性 球形閥的升程流量特性如圖4-32的曲線1所示。在汽門開度較小時，調節(jié)汽閥內為臨界流動，此時通過調節(jié)汽閥的流量正比于調節(jié)汽閥的升程，與后門壓力無關；曲線2為錐形閥的升程流量特性，在剛開啟的階段，汽門面積增加較小，故流量增加較小。3.閥門的重疊度 在噴管調節(jié)配汽中，如果在前一調節(jié)閥門完全開啟

15、，后續(xù)調節(jié)汽閥才開啟，這樣就會形成圖4-33點滑線所示的波折形行程流量曲線，反映在調節(jié)系統(tǒng)靜 態(tài) 特 性 線 上 ， 速圖4-33調節(jié)汽閥的重疊度度變動率同樣是波折形曲線，不符合調節(jié)系統(tǒng)設計要求，因此在前一調節(jié)汽閥尚未完全開啟，后續(xù)調節(jié)汽閥必須提前開啟，以補償前一調節(jié)汽閥的非線性特性，得到圖中實線所示的光滑曲線。汽閥的這種開啟方式稱為重疊度。重疊度的選擇要經過方案比較，過大的重疊度也會破壞升程流量特性的線性度，是局部速度變動率過小，引起負荷晃動。第五節(jié) 中間再熱機組的調節(jié)一、中間再熱給調節(jié)系統(tǒng)帶來的問題（一）中間容積的影響1、中、低壓缸功率滯后：滯后現(xiàn)象，大大降低了機組參加電網一次調頻的能力；

16、2、甩負荷時的超速：可使汽輪機超速40%50%；圖4-36 中間再熱式汽輪機組原則性系統(tǒng)圖1、3高壓及中壓主汽門；2、4高壓及中壓調節(jié)閥；5、8、10減溫減壓調節(jié)器；6、7、9截止閥；11高壓缸；12中壓缸；13低壓缸；14鍋爐；15過熱器；16再熱器；17止回閥（二）采用單元制的問題1、機爐動態(tài)相應時間的差異2、機爐最低負荷的不一致3、再熱器的冷卻問題 對于中間再熱機組，由于中間再熱壓力是隨著機組功率的變化而變化的，因此不統(tǒng)計組的再熱器之間不能聯(lián)通；同時，為使鍋爐正常運行，必須使新汽流量與流經再熱器的流量之間保持嚴格比例。這樣，不同機組之間各鍋爐的主蒸汽管道也不能相互聯(lián)通。因此，中間再熱的應

17、用必然導致單元制，即一機配一爐。單元制的采用給機爐的相互配合帶來了新的問題。二、中間再熱機組的調節(jié)特點1、高壓缸調節(jié)閥的動態(tài)過調 動態(tài)過調是指在機組負荷突然變化時，將高壓調節(jié)汽閥的開度暫時跳到超過負荷變化時調節(jié)汽閥所需要的靜態(tài)開度，利用高壓缸的過量負荷變化來彌補中、低壓缸的功率遲滯。2、設置中壓主汽門和調節(jié)汽門3、設置旁路系統(tǒng)4、汽輪機、鍋爐的協(xié)調控制方式：（1）汽輪機跟隨控制方式（2）鍋爐跟隨控制方式（3）機爐協(xié)調控制方式圖 4-38 汽輪機、鍋爐的控制方式第七節(jié) 汽輪機保護系統(tǒng)及主要裝置一、汽輪機的保護系統(tǒng)（1）超速保護（2）低油壓保護（3）軸向位移及差脹保護（4）低真空保護（5）振動保護

18、（6）軸承回油溫度或瓦溫保護（7）發(fā)電機故障保護（8）手動遮斷保護（9）防火保護圖4-40 安全保護裝置聯(lián)鎖作用原理二、自動主汽門 自動主汽門是保護系統(tǒng)的執(zhí)行元件。要求自動主汽門動作迅速，關閉嚴密。圖4-41 自動關閉器1油動機彈簧；2錯油門活塞；3緩沖器；4開度指示器；5行程開關；6熱擋板；7閥桿結合器；8油動機活塞三、超速保護裝置 超速保護裝置的感受元件有機械式、液壓式、電氣式等。 汽輪機轉速超過額定轉度的110%112%時，超速保護裝置動作。泄去安全油，迅速關閉自動主氣門及調節(jié)汽閥，切斷汽輪機的進汽，是汽輪機停止轉動。圖4-42 飛錘式超速保安器1調整螺帽；2飛錘；3壓彈簧；4鍵圖4-43 飛環(huán)式超速保安器1飛環(huán)；2調整螺母；3主軸；4彈簧；5螺釘；6圓柱銷；7螺釘；8孔口；9泄油孔口；10套筒圖4-44 危機遮斷油門1掛鉤；2活塞；3殼體；4壓彈簧；5扭彈簧第九節(jié) 數(shù)字電液調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展1、調速系統(tǒng)2、功頻電液調節(jié)系統(tǒng)3、DEH（系統(tǒng)）一、基本調節(jié)原理及概述擾動外擾：外界負荷變化內擾：內部參數(shù)變化二、DEH調節(jié)系統(tǒng)的功能總體概括為四個方面：1.DEH調節(jié)系統(tǒng)的運行方式選擇a.二級手動（最低級）b.一級手動（開環(huán)方式)c.操作員自動(最基本）d.自動透平控制ATC（最高級）三、DEH調節(jié)系統(tǒng)的組成及數(shù)字部分該