汽轮机调节系统--专题.doc

汽轮机调节系统本文概要介绍汽轮机调节保护的任务、系统的基本组成和不同类型调节保护系统的特点，着重分析汽轮机调节系统动、静态特性对机组功率、转速的调节性能和安全、稳定运行的影响，以汽轮机调节保护系统的典型部件为例，介绍调节保护系统各环节的工作原理和静态特性计算。关键词汽轮机；调节汽门；电液调节系统1汽轮机调节保护系统的任务和系统组成汽轮机是发电厂的原动机，驱动同步发电机旋转产生电能，向电网输送符合数量和供电品质(电压与频率)要求的电力。由同步发电机的运行特性已知，发电机的端电压决定于无功功率，而无功功率决定于发电机的励磁；电网的频率(或称周波)决定于有功功率，即决定于原动机的驱动功率。因此，电网的电压调节归发电机的励磁系统，频率调节归汽轮机的功率控制系统。这样，机组并网运行时，根据转速偏差改变调节汽门的开度，调节汽轮机的进汽量及焓降，改变发电机的有功功率，满足外界电负荷的变化要求。由于汽轮机调节系统是以机组转速为调节对象，故习惯上将汽轮机调节系统称为调速系统。汽轮机调节系统的原理性构成如图1所示。转速感受机构是将转子的转速信号转变成一次控制信号；中间放大器对一次控制信号作功率放大，并按调节目标作控制运算，产生油动机的控制信号；油动机是一种液压位置伺服马达，按中间放大器的控制信号产生带动配汽机构动作的驱动力，并达到预定的开度位置；配汽机构是将油动机的行程转变为各调节汽门的开度，通过配汽机构的非线性传递特性，汽轮机的进汽量与油动机行程间校正到近似线性关系；同步器作用于中间放大器，产生控制油动机行程的控制信号，单机运行时改变汽轮机的转速，并网运行时改变机组的功率；启动装置在机组启动时用于冲转、并提升转速至同步器动作转速。：汽轮机的调节系统由转速感应机构、专动放大机构、执行机构、和反馈机构组成。1、转速感应机构：它能感应转速的变化并将其转变成其他物理量的变化，送至传动放大机构。转速感受机构是将速度信号转变为一次控制信号的元件。在汽轮机调节保护系统中，转速感受机构主要有离心式和电磁式两类。在离心式中有机械式和液压式两种，其中机械式有高速弹性调速器和飞锤或飞环式超速危急保安器；液压式中有径向钻孔脉冲泵和旋转阻尼器两种。2、传动放大机构：由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不足以直接带动配汽机构，因此，传动放大机构的作用是接受转速感应机构的信号，并加以放大，然后传递给配汽机构，使其动作。3、执行机构：它的作用是接受传动放大机构的信号来改变汽轮机的进汽量。4、反馈机构：传动放大机构在将转速信号放大传递给配汽机构的同时，还发出一个信号使滑阀复位，油动机活塞停止运动。这样才能使调节过程稳定。汽轮机的调节保护系统根据其转速感受机构及中间放大器的结构不同，可分为机械液压调节、模拟电液调节和数字电液调节三种型式。2机械液压调节系统机械液压调节系统是由杠杆、曲柄等机械机构作信号放大和液压流量控制阀作功率放大。飞锤感受转速的变化，并转变为滑环的位移；断流式错油门控制油动机活塞腔室的进、排油，当错油门滑阀偏离居中位置时，分别开启油动机活塞上、下腔室的进、排油口，使油动机活塞带动调节汽门开启或关闭；在油动机活塞移动时，又带动杠杆运动，使错油门滑阀向着居中位置移动。当油动机活塞的位移复现调速器滑环位移的变化规律时，错油门滑阀回到居中位置，调节过程结束。随着机组容量的增大，开启调节汽门驱动力要求的提高，特别是中间再热机组高压调节汽门动态校正要求的提出，机械液压调节的机械结构和液压控制回路变得十分复杂。机械传动机构旷动间隙的存在，液压控制部件易受油液污染的影响，使调节品质和运行稳定、可靠性不很理想。因机组的功率信号无法由机械或液压机构来感受，故机械液压调节系统仅能起到调速系统的作用。另一方面，配汽机构采用较为固定的机械机构，无法实现喷嘴、节流等多种运行方式的灵活切换。3模拟电液调节系统模拟电液调节系统是基于模拟电路的连续控制调节系统，它将电子技术与液压控制技术有机地结合在一起，综合了电子元件检测灵敏、精度高、线性好、迟缓小、传输速度快、调整方便、能实现复杂调节规律，以及液压元件驱动功率大、惯性小的优点。检测、运算采用电子元件，执行机构为液压部件，两者中介的核心部件是电液伺服阀(俗称电液转换器)。汽轮机的转速和功率经传感器或变送器转变为电信号，经电子线路放大、运算，产生油动机行程的控制信号，输到PID(比例、积分和微分)凋节回路，然后经模拟电路功率放大作用于电液转换器，产生控制油动机行程的液压信号，经中间放大后使油动机按调节指令动作。模拟电液调节系统原理性框图如图6-7所示，系统中设有转速调节回路、功率调节回路和功-频调节回路，在机组单机运行时控制转速；并网非调频工况时调节机组功率；并网调频运行时实现功-频调节，克服"内扰"和再热器中间容积时滞效应的影响。功率设定可远方遥控设置，便于电网自动发电控制(AGC)。蒸汽压力输入可实现机炉协调控制。模拟电液调节系统的控制功能和调节品质较机械液压调节系统有了很大的提高，改善了调节系统的甩负荷动态特性，增强了机组运行的安全性。4数字电液控制系统数字电液控制系统(DigitalElectro-HydraulicControlSystem，简称DEH)是以计算机替代模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，发挥计算机控制运算、逻辑判断与处理能力强及软件组态灵活、方便的优势，将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体。特别是液压系统采用高压抗燃油(三芳基磷酸脂)后，简化了液压控制回路，提高了油动机的推动力。调节汽门由各自油动机驱动，可使机组实现喷嘴、节流等多种运行方式灵活切换，增强了机组运行控制的灵活性。由于数字电液调节系统的硬件采用模块化结构，系统扩展灵活，维修调试方便，冗余控制、多层保护和自检、自诊断功能使调节品质、运行可靠性和机组的安全性均较模拟电液调节系统有了很大提高。数字电液控制系统是由电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统组成，它实现的主要功能是：(1)汽轮机自动程序控制(ATC)。通过监测高、中压汽缸温度和蒸汽温度，计算出转子热应力。在汽轮机允许的应力范围内，以最大的速率、最短的时间实现机组由盘车、冲转、升速、并网到带负荷的全自动程序化操作。(2)汽轮机功率的自动调节。汽轮机功率的自动调节设有操作员自动、远方控制和电厂计算机控制三种模式。根据电网的要求，可选择调频运行方式或基本负荷运行方式。在机组冷、热态启动中，能自动地根据启动状态控制调节汽门的开度。(3)汽轮机的自动保护。设有三层超速保护，即超速保护控制(OPC)、危急遮断控制(ETS)和机械超速保护与手动遮断脱扣。超速保护控制是当机组转速超过103n0时，OPC电磁阀动作，快速关闭高、中压调节汽门；ETS是当机组转速达到110n0时，自动停机遮断(AST)电磁阀动作，快速关闭主汽门和调节汽门。此外，当出现低润滑油压、推力轴承磨损、低真空、高压排汽温度高等危急事故时，ETS通过AST电磁阀使机组快速停机；机械超速保护是当机组转速升高至112n0时动作，关闭主汽门和调节汽门。(4)机组和DEH系统状态监测。监视和显示机组及DEH系统的重要参数、运行曲线、历史趋势和故障，以及指示操作按钮的状态。