第4章汽輪機的調節(jié)系統(tǒng)

1、汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行朱霄珣朱霄珣華北電力大學華北電力大學動力工程系動力工程系第第4 4章章 汽輪機的調節(jié)系統(tǒng)汽輪機的調節(jié)系統(tǒng)4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理4.2 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理4.3 汽輪機汽輪機的保護系統(tǒng)的保護系統(tǒng)4.4 供供油系統(tǒng)油系統(tǒng)4.5 大型大型汽輪機的汽輪機的DEH系統(tǒng)系統(tǒng)2汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理3汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行 發(fā)出功率與外界電負荷相適應發(fā)出功率與外界電負荷相適應 轉速的在規(guī)定的小范圍內變動轉速的在規(guī)定的小范圍內變動4.1 汽輪機

2、汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理二二、調節(jié)方式、調節(jié)方式1. .直接直接調節(jié)和間接調節(jié)調節(jié)和間接調節(jié)直接調節(jié)：調節(jié)直接調節(jié)：調節(jié)汽門由調速器本身直接汽門由調速器本身直接帶動。當帶動。當外負荷變化，轉子力矩平外負荷變化，轉子力矩平衡被打破后，感知轉速的衡被打破后，感知轉速的變化的變化的裝置叫裝置叫調速器。調速器。間接間接調節(jié)：調節(jié)：4汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理2. .有差調節(jié)和無差調節(jié)有差調節(jié)和無差調節(jié)當外界負荷變化時，調節(jié)系統(tǒng)動作結束后，機組并不維持轉速不變，不同當外界負荷變化時，調節(jié)系統(tǒng)動作結束后，機組并不維持轉速不變，

3、不同的負荷對應不同的穩(wěn)定轉速，只是轉速的變動較小，這種調節(jié)是有差調節(jié)。的負荷對應不同的穩(wěn)定轉速，只是轉速的變動較小，這種調節(jié)是有差調節(jié)。有差調節(jié)根本原因，反饋是剛性有差調節(jié)根本原因，反饋是剛性反饋。反饋。采用彈性反饋可實現(xiàn)無差調節(jié)，不用于轉速調節(jié)，用于供熱汽輪機的調壓采用彈性反饋可實現(xiàn)無差調節(jié)，不用于轉速調節(jié)，用于供熱汽輪機的調壓系統(tǒng)，維持壓力不變。系統(tǒng)，維持壓力不變。5汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理3. .速度速度調節(jié)和調節(jié)和功率調節(jié)功率調節(jié)根據(jù)汽輪機的轉速來控制調節(jié)汽門的開度，稱為速度根據(jù)汽輪機的轉速來控制調節(jié)汽門的開度，稱為速度調

4、節(jié)系統(tǒng)。調節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)汽輪機的轉速和功率來控制調節(jié)汽門的開度，稱為功率根據(jù)汽輪機的轉速和功率來控制調節(jié)汽門的開度，稱為功率調節(jié)調節(jié)功功頻頻電液電液調節(jié)。調節(jié)。6汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行給定給定汽輪機汽輪機電液轉換器電液轉換器測頻測頻元件元件錯油門錯油門油動機油動機功率功率放大放大PI調節(jié)器調節(jié)器測功測功元件元件UpUfUfp4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理7汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理8汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行maxnnpminn大大小小4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理（

5、2）速度）速度變動率對機組運行的影響變動率對機組運行的影響 當當外負荷變化時，并網機組的總功率與電負荷失衡，引起電網頻率變化，外負荷變化時，并網機組的總功率與電負荷失衡，引起電網頻率變化，并網機組按各自靜態(tài)特性曲線改變功率，使機組功率變化等于總負荷變化，并網機組按各自靜態(tài)特性曲線改變功率，使機組功率變化等于總負荷變化，這個過程叫做一次調頻。這個過程叫做一次調頻。9汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行nPP2n2P1n1n2單機運行單機運行nPP2P1n1n2并網運行并網運行P1P24.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理（2）速度）速度變動率對機組運行的影響變動率對機組運行的影響速

6、度速度變動率小的機組，承擔負荷的變化大，一次調頻能力強。變動率小的機組，承擔負荷的變化大，一次調頻能力強。速度變動率大的機組，承擔負荷的變化小，一次調頻能力弱。速度變動率大的機組，承擔負荷的變化小，一次調頻能力弱。 不同不同性質機組性質機組對對的要求不一樣：的要求不一樣：帶基本負荷機組的速度變動率較大，一般為帶基本負荷機組的速度變動率較大，一般為4%-6% ；尖峰負荷機組尖峰負荷機組3%-4% 。速度變動率不能太大或太小。速度變動率不能太大或太小。10汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行P1n1nPnPn2P2P1P2P2P11124.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理11汽輪機

7、設備及運行汽輪機設備及運行xmnn1n2P4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理4. .汽輪機運行對調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的要求汽輪機運行對調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的要求合理的合理的靜態(tài)特性曲線靜態(tài)特性曲線的形狀的形狀（1）連續(xù)）連續(xù)，光滑，單調，沿功率增加方向向下傾斜。，光滑，單調，沿功率增加方向向下傾斜。（2）空）空負荷、負荷、低負荷低負荷及滿負荷及滿負荷處較處較陡，中間陡，中間區(qū)域區(qū)域較平坦。較平坦。并網初始負荷變動較小，防止并網帶負荷過大，導致機組加熱過快，產生并網初始負荷變動較小，防止并網帶負荷過大，導致機組加熱過快，產生較大的溫差應力和脹差。較大的溫差應力和脹差。滿負荷時不會過

8、載滿負荷時不會過載并列容易并列容易（3）整體）整體速度變動率在合格范圍內，且速度變動率在合格范圍內，且保持保持一定一定的一次調頻能力，中間段的最小局部的一次調頻能力，中間段的最小局部速度速度變動變動率不得小于整體速度變動率的率不得小于整體速度變動率的40 。12汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理5. .同步器同步器（1）同步器：能夠平移靜態(tài)特性曲線的裝置。）同步器：能夠平移靜態(tài)特性曲線的裝置。（2）采用同步器的原因）采用同步器的原因單機運行：轉速隨負荷的單機運行：轉速隨負荷的變化而變化，供電質量無法保證。變化而變化，供電質量無法保證。并網運

9、行：電網頻率不變時，機組只能帶一個與該轉速相并網運行：電網頻率不變時，機組只能帶一個與該轉速相對應對應的固定負荷，的固定負荷，不能隨用戶用電量的變化而變化。不能隨用戶用電量的變化而變化。13汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理5. .同步器同步器（3）工作原理：二次調頻）工作原理：二次調頻:電網頻率不正常時，電網頻率不正常時，通過平移通過平移某些機組的靜態(tài)特某些機組的靜態(tài)特性曲線，性曲線，增加增加或減小這些機組功率，以恢復或減小這些機組功率，以恢復電網電網的正常頻率。的正常頻率。（4）同步器）同步器的調節(jié)范圍的調節(jié)范圍14汽輪機設備及運行汽輪

10、機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理四四、調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性、調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性 調節(jié)調節(jié)系統(tǒng)從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)過程中的特性稱為調節(jié)系統(tǒng)從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)過程中的特性稱為調節(jié)系統(tǒng)的系統(tǒng)的動態(tài)特性動態(tài)特性。 穩(wěn)定過程穩(wěn)定過程a.無無振蕩的過渡過程振蕩的過渡過程b.小幅小幅振蕩快速衰減的過渡過程振蕩快速衰減的過渡過程c.大幅大幅振蕩衰減較慢的振蕩衰減較慢的過渡過程過渡過程 不穩(wěn)定過程不穩(wěn)定過程d.等等幅振蕩幅振蕩e.發(fā)散發(fā)散振蕩振蕩f.飛升超速飛升超速15汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行fed4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)

11、系統(tǒng)的基本原理16汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理1. .調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性指標調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性指標（3）過渡過程調整時間過渡過程調整時間T擾動作用于調節(jié)系統(tǒng)后，從響應擾動開始到被調量達到基本穩(wěn)定所經歷的時擾動作用于調節(jié)系統(tǒng)后，從響應擾動開始到被調量達到基本穩(wěn)定所經歷的時間稱為過渡過程調整時間間稱為過渡過程調整時間。|()-()|給定給定的被調量的微小的被調量的微小偏差；偏差；()經經時間時間T后的轉速相對值。后的轉速相對值。通常將通常將取為靜態(tài)偏差值的取為靜態(tài)偏差值的5，即，即= 5%n0。要求要求過渡過程調整時間盡可能短過渡過程調整時間

12、盡可能短，一般，一般為數(shù)為數(shù)秒秒或或數(shù)十秒，最長不應超過數(shù)十秒，最長不應超過1min。 （4）振蕩次數(shù)）振蕩次數(shù) 在在調整時間調整時間T內被調量的震蕩次數(shù)。對于穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)，明顯的振蕩不應內被調量的震蕩次數(shù)。對于穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)，明顯的振蕩不應超過超過23次。次。17汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行2T4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理18汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理（2）調節(jié)）調節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)特性的系統(tǒng)對動態(tài)特性的影響影響 速度速度變動率變動率大大：最高：最高飛升轉速和穩(wěn)態(tài)值變大；最高飛升轉速和穩(wěn)態(tài)值變大；反饋大，飛

13、升轉速和穩(wěn)態(tài)值變大；最高飛升轉速和穩(wěn)態(tài)值變大；反饋大，可以減小動態(tài)超調量和振蕩次數(shù)，縮短過渡過程的調整時間?？梢詼p小動態(tài)超調量和振蕩次數(shù)，縮短過渡過程的調整時間。小?。鹤罡撸鹤罡唢w升轉速和穩(wěn)態(tài)值較小飛升轉速和穩(wěn)態(tài)值較小 ；動態(tài)超調量較大，；動態(tài)超調量較大， 振蕩次數(shù)和調整時間振蕩次數(shù)和調整時間增加，動態(tài)穩(wěn)定性差。增加，動態(tài)穩(wěn)定性差。19汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.1 汽輪機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的基本原理調節(jié)系統(tǒng)的基本原理（2）調節(jié)）調節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)特性的系統(tǒng)對動態(tài)特性的影響影響油動機油動機時間常數(shù)時間常數(shù)Tm：錯：錯油門油口在最大開度時，油動機活塞走完全行程所油門油口在最大開度時，油動機活塞走

14、完全行程所需的時間，表明油動機的動態(tài)關閉性能。需的時間，表明油動機的動態(tài)關閉性能。 油油動機動機的的Tm愈愈大，油動機關閉需要的時間越長，轉速飛升就愈大；過渡過大，油動機關閉需要的時間越長，轉速飛升就愈大；過渡過程時間也越長；振蕩次數(shù)增多。程時間也越長；振蕩次數(shù)增多。 遲緩遲緩率率調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)系統(tǒng)的的對對動態(tài)特性是不利的。動態(tài)特性是不利的。調節(jié)汽門關閉遲緩，超調量增大；調節(jié)汽門關閉遲緩，超調量增大； 對于原對于原非非周期過程周期過程，過渡時間會延長，過渡時間會延長，動態(tài)偏差動態(tài)偏差增大增大；對于周期對于周期過程，振蕩加劇過程，振蕩加劇，甚至造成，甚至造成不穩(wěn)定不穩(wěn)定振蕩振蕩。20汽輪機設備及運

15、行汽輪機設備及運行Tm=0.5sTm=0.2s4.2 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理第第2節(jié)節(jié) 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理電液調節(jié)電液調節(jié)系統(tǒng)（系統(tǒng)（Digital-Electric-Hydraulic Control System）基本功基本功能能： 單機運行單機運行時控制汽輪機的時控制汽輪機的轉速轉速 并網并網運行時控制機組的負荷。運行時控制機組的負荷。一、電液調節(jié)原理一、電液調節(jié)原理優(yōu)點優(yōu)點： 既既可抗外擾，也可抗內擾；可抗外擾，也可抗內擾； 遲緩遲緩率小，調節(jié)精度高（轉速、功率控制精度高）率小，調節(jié)精度高（轉速、功率控制精度高）。21汽輪機設備及運行汽輪

16、機設備及運行4.2 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理二、轉速調節(jié)二、轉速調節(jié)原理原理1. .采用多閥組合控制的升速方案采用多閥組合控制的升速方案 兩種兩種閥門組合方式：閥門組合方式： 主汽閥控制：控制時，高調閥全開，主汽閥開度根據(jù)調節(jié)指令開啟。主汽閥控制：控制時，高調閥全開，主汽閥開度根據(jù)調節(jié)指令開啟。 調節(jié)汽閥控制：控制時，主汽閥全開，調節(jié)汽閥開度根據(jù)調節(jié)調節(jié)汽閥控制：控制時，主汽閥全開，調節(jié)汽閥開度根據(jù)調節(jié)指令開啟指令開啟。2. .設置專用啟動升速通道設置專用啟動升速通道 22汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.2 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理三、功頻電液調節(jié)系

17、統(tǒng)的反調現(xiàn)象與三、功頻電液調節(jié)系統(tǒng)的反調現(xiàn)象與消除消除優(yōu)點：優(yōu)點：既可抗外擾，也可抗內擾；遲緩率小，調節(jié)精度高。既可抗外擾，也可抗內擾；遲緩率小，調節(jié)精度高。1. .反調反調現(xiàn)象及原因現(xiàn)象及原因 在在系統(tǒng)調節(jié)動態(tài)過程中，當發(fā)電機功率因電力系統(tǒng)的變化而突然改變時，系統(tǒng)調節(jié)動態(tài)過程中，當發(fā)電機功率因電力系統(tǒng)的變化而突然改變時，發(fā)電機的輸出功率瞬時突然增大（或減?。?，但由于轉子慣性的影響，其轉發(fā)電機的輸出功率瞬時突然增大（或減?。?，但由于轉子慣性的影響，其轉速在瞬時卻變化很?。ɑ静蛔儯┧僭谒矔r卻變化很?。ɑ静蛔儯?。在。在兩路調節(jié)信號中，功率信號的反應快兩路調節(jié)信號中，功率信號的反應快于轉速信號于

18、轉速信號。調節(jié)。調節(jié)系統(tǒng)首先根據(jù)功率信號的變化對機組進行調節(jié)。系統(tǒng)首先根據(jù)功率信號的變化對機組進行調節(jié)。23汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行UfP給定給定P-f關系關系UfUP汽輪發(fā)汽輪發(fā)電機組電機組油動機、油動機、調節(jié)汽門調節(jié)汽門測速元件測速元件PI調節(jié)器調節(jié)器測功元件測功元件功頻電液功頻電液轉換器轉換器功率放功率放大器大器4.2 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理瞬時調節(jié)結果瞬時調節(jié)結果：給定關系給定關系n(3000r/min）p(300MW)正常正常的調節(jié)：負荷的調節(jié)：負荷n (2990r/min）開開大大調門調門P由于由于轉子轉速變化反應慢，功率變化反應快，其瞬時調節(jié)轉子轉速

19、變化反應慢，功率變化反應快，其瞬時調節(jié)結果：結果：P (305MW)，n不變不變(3000r/min）轉速轉速不變，功率大于給定，關小調門。不變，功率大于給定，關小調門。與與要求的調節(jié)方向相反，這種現(xiàn)象稱要求的調節(jié)方向相反，這種現(xiàn)象稱反調反調。反調反調現(xiàn)象的影響現(xiàn)象的影響：電網：電網頻率波動大，甩負荷轉速飛升值高、甚至超速。頻率波動大，甩負荷轉速飛升值高、甚至超速。24汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.2 電電液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理液調節(jié)系統(tǒng)的工作原理2. .反調反調現(xiàn)象現(xiàn)象消除消除（1）反調）反調現(xiàn)象產生的原因現(xiàn)象產生的原因：功率：功率信號反應快于轉速信號反應快于轉速信號信號（2）消除）消除

20、反調措施：反調措施：增加增加轉速微分信號，即加速度信號轉速微分信號，即加速度信號 不可不可過大，干擾信號對系統(tǒng)產生影響過大，干擾信號對系統(tǒng)產生影響增加增加功率延遲信號功率延遲信號 不可不可過大，否則產生過調過大，否則產生過調增加增加負的功率微分信號負的功率微分信號 合成合成初始功率信號小，隨著微分信號逐漸消失，靜輸出功率信號漸大，初始功率信號小，隨著微分信號逐漸消失，靜輸出功率信號漸大，與轉速信號同步與轉速信號同步增加增加電網故障邏輯判斷電網故障邏輯判斷 甩甩負荷還是電網故障暫時失去負荷還是電網故障暫時失去負荷負荷25汽輪機設備及運行汽輪機設備及運行4.3 汽輪機汽輪機的保護系統(tǒng)的保護系統(tǒng)第第

21、3節(jié)節(jié) 汽輪機汽輪機的保護系統(tǒng)的保護系統(tǒng)一、危急遮斷保護系統(tǒng)的工作原理一、危急遮斷保護系統(tǒng)的工作原理二、危急遮斷保護系統(tǒng)的組成二、危急遮斷保護系統(tǒng)的組成1. .汽輪機汽輪機的超速保護控制系統(tǒng)的超速保護控制系統(tǒng)（OPC)當當103%n0n110%n0時，迅速將高、中壓調節(jié)閥關閉。時，迅速將高、中壓調節(jié)閥關閉。2. .汽輪機汽輪機的電氣危急遮斷控制系統(tǒng)的電氣危急遮斷控制系統(tǒng)（ETS）超速超速保護：轉速達到保護：轉速達到110%n0時時遮斷機組，關閉所有閥門；遮斷機組，關閉所有閥門；軸軸向位移保護：以軸向向位移保護：以軸向位移定位位移定位點點3.56mm為基準，機頭方向超過為基準，機頭方向超過2.54mm或或發(fā)電機方向超過發(fā)電機方向超過4.57mm時，遮斷機組。極限位移離基準時，遮斷機組。極限位移離基準位置兩側位置兩側各只有各只有1mm；軸承軸承供