汽轮机调速培训课件

汽轮机调速系统周宝明主讲东北电网有限公司大连培训中心汽轮机调速系统培训教程第一章调节系统的特性第二章中间再热式汽轮机的调节第三章汽轮机保护装置第四章汽轮机供油系统及主要设备第一章调节系统的基本概念第一节调节系统的任务及组成一、汽轮机调节系统的任务供应用户足够的电力，及时调节汽轮机的功率以满足外界的需要。2使汽轮机的转速始终保持在额定范围内，从而把发电频率维持在额定值左右。二、汽轮机调节系统的组成（一）直接调节（二）间接调节蒸汽流量变化负荷变化调节对象转速变化感受机构传动机构执行机构第二节国产典型凝汽式汽轮机调节系统一、具有旋转阻尼调速器的液压调节系统二、具有高速弹簧片调速器的液压调节系统三、具有径向钻孔调速油泵的液压调节系统四、凝汽式汽轮机调节系统的特点第三节汽轮机调节系统静态特性整个调节系统的输入量是汽轮机的转速n，输出量是汽轮机的功率p，在静态下它们之间的对应关系即为调节系统的静态特性，其关系曲线称为调节系统的静态特性曲线。调节系统的静态特性可以表达为汽轮机调节系统的静态特性曲线可以近似地看做直线二、速度变动率和迟缓率（一）速度变动率npnmaxnmin速度变动率是衡量调节系统品质的一个重要指标，它反应了汽轮机由于负荷变化所引起转速变化的大小：速度变动率越大，反映在静态特性上越陡；反之静态特性曲线越平。（二）迟缓率△n迟缓率对汽轮机的正常运行是十分不利的，因为它延长了汽轮机从负荷发生变化到调节阀开始动作的时间，造成汽轮机不能及时适应外界负荷的变化。如果迟缓率过大，在汽轮机突然甩负荷后，将使转速上升过高以致引起超速保护装置动作；对孤立运行的机组，将产生较大的负荷摆动，对并列运行机组，将会产生较大的负荷漂移。由此可见迟缓率是反映调节系统品质的又一重要指标。结论：并列运行机组当外界负荷变化时，速度变动率越大、机组的额定功率越小，分配给该机组地变化负荷量就越小；反之则越大。因此待基本负荷的机组其速度变动率应选大一些，使电网频率变化时负荷变化较小，即减少参加一次调频作用。而带尖峰负荷的调频机组，速度变动率应选小一些。（二）迟缓率对运行的影响（1）机组孤立运行时，造成机组转速摆动，其波动范围（相对值）即为ε（2）机组并列于电网运行时，由于转速决定于电网频率，不能任意摆动，这种单值对应关系的破坏则反映在功率上，造成功率可在一定范围内自发变化。δn0Εn0△pppΕn0=（二）迟缓率对运行的影响（1）机组孤立运行时，造成机组转速摆动，其波动范围（相对值）即为ε（2）机组并列于电网运行时，由于转速决定于电网频率，不能任意摆动，这种单值对应关系的破坏则反映在功率上，造成功率可在一定范围内自发变化。δn0Εn0△ppp△p（二）迟缓率对运行的影响（1）机组孤立运行时，造成机组转速摆动，其波动范围（相对值）即为ε（2）机组并列于电网运行时，由于转速决定于电网频率，不能任意摆动，这种单值对应关系的破坏则反映在功率上，造成功率可在一定范围内自发变化。δn0Εn0△pppppδn0△p=δΕpn第四节同步器一、同步器的作用和原理必须指出：一次调频不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度。这时需要同步器增、减某机组的功率，以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。只有经过二次调频后，才能精确的使电网频率保持恒定。显然，由于有了一次调频的存在，二次调频的负担就大大减轻了。第五节调节系统的动态特性及对调节系统的要求一、调节系统动态特性简介（一）调节系统的稳定性1.速度变动率理论和实践都证明：速度变动率越大，系统的动态稳定性越好，反之稳定性越差。2.迟缓率迟缓率越小，调节系统的反映越快，当有外界扰动后，系统就能很快的稳定下来，即稳定性越好。反之稳定性越差。3.汽轮机转子飞升时间常数转子飞升时间常数可以理解为当转子上受到额定蒸汽力矩的作用，转子从静止升至额定转速时所需要的时间。显然，转子飞升时间常数越小，越容易升速，控制就越困难。系统稳定性就越差，反之则越好。4.油动机时间常数油动机时间常数的物理意义为：当滑阀油口在最大开度时，油动机从全开到全关所需要的时间。这一时间的长短决定了油动机动作的快慢。显然，油动机时间常数越小油动机动作越迅速，调节系统的稳定性也就越好，反之稳定性越差。5.容积时间常数汽轮机中有一些有害容积的存在，使得调节气阀开度变化后通过汽轮机的蒸汽流量不能立即改变到应由数值，这种现象对调节过程是不利的。这种不利的程度可以用容积时间常数来反映。第二章中间再热式汽轮机的调节第一节中间再热式汽轮机的调节特点1、凝汽式汽轮机的调节系统特点（1）用高压调节汽门动态过调方法来弥补中、低压缸功率滞后。（2）设置中压调速汽门以减少甩负荷时中间再热容积中蒸汽造成的超速。（3）设置旁路系统以解决负荷机炉特性不匹配的问题。2、抽汽式汽轮机的调节系统特点为了保证电热两种负荷分别变化时，调节一负荷而不影响另一负荷，调节系统应满足一些自治条件：第一静态自治条件—电负荷改变热负荷不变时的自治条件；第二静态自治条件—热负荷改变电负荷不变的静态自治条件。如图7-3所示

返回在冷态启动时，由主汽门启动，高压调节汽门的控制油压很高，所以高压调节汽门全开，而中压调节汽门就随主汽门进行调节。当主汽门切换到调节汽门控制后，主汽门油压升高，主汽门全开，而由高压调节汽门控制机组，当机组负荷达到30%额定负荷后，中压调节汽门全开，就不进行节流调节了，以提高经济性。中压主汽门受安全油控制，只要安全油一建立，中压主汽门就全开，所以中压主汽门只能全开或全关，不参与调节。二、哈尔滨汽轮机厂生产的N600型汽轮机调节保安系统按设计，600MW机组正常运行时，是以电调系统为主进行工作的，液压调节系统处于备用状态。当电调系统出现故障时，能自动切换到液压调节系统控制运行。为了使切换时不出现功率扰动，造成冲击，要求液压调节系统始终跟踪电调系统。为此，在中间错油门上设有一个模拟油口c，并设计有切换跟踪错油门。当液压调节系统的状态与电调系统的状态不相符时，跟踪错油门上的电触点便接通了同步器上的电机，使之转动，改变液压调节系统（给定）状态，以与电调系统的状态想一致。为了保证汽轮机在甩掉全负荷时动态超速能维持在允许的数值以下，故在系统中设计有超速限制错油门。第三节功率－频率电液调节一、功率－频率电液调节的提出液压式调节系统由调速器感应转速（频率）的变化，通过调节系统去控制调节汽阀的开度，是一种单冲量的转速调节或频率调节。随着机组功率的增加，单元制和再热机组的采用，这种单冲量调节已经不能满足电网的要求，给汽轮机调节提出一些列问题。(2)由于再热汽轮机存在中间再热容积，使得中、低压缸的功率改变滞后于调节汽阀的变化，这也破坏了汽阀开度与功率之间的变化关系，使得单冲量的频率调节难于适应电网对汽轮机调节系统的要求。

(3)以前所讲的调节，都是假定在汽轮机的初，终参数不变的条件下外界负荷变化进行的调节。但汽轮机运行时，凝汽器真空，蒸汽的初参数的任何变化也会导致汽轮机功，率的改变。汽轮机初，终参数的变化对汽轮机的干扰称为内部扰动，简称内扰，外界负荷的变化对汽轮机的干扰称为外部干扰，简称外扰。单冲量的频率调节在外扰时可借助于调速器的动作，调节汽轮机的功率。但产生内扰时却不能借助调速器来调节汽轮机的功率，这就是说单冲量的频率调节没有抗内扰的能力。而双冲量的功率—频率调节采用功率和频率两个冲量综合起来去控制调节汽阀，获得了比频率调节要好得多的效果。

二、功频－电液调节的基本原理图示为功频电液调节的原则性方框图。主要由电调和液控两大部分组成。液控部分即错油门和油动机结构，电调部分由测频单元，测功单元，给定单元，比例微分积分校正单元(PID）和电液转换器等构成。对于电调、液调并存的机组还设有液调部分和电液跟踪单元，保证电调和液调始终同步，以便随时切换之用。

2．并网运行机组并入电网后，频率由电网决定，一般认为电网频率是稳定不变的，则测频网路不起作用，功频调节实际成为单一的功率调节。汽轮机的实发功率通过测功单元转换为直流模拟电压信号一UN(负号表示负反馈信号)，它与功率给定信号UN＊在PID校正单元内比较，综合后，输出电压控制信号，再经电液转换器转换为液调信号去控制油动机动作，改变机组负荷。

3．一般工况现以外界负荷增加为例来讨论。当外界负荷增加时，电网频率降低，转速模拟电压un相应减小，此时uN、uN＊、un＊均未变，因而PID校正单元的翰入信号为正频率偏差信号u△n，经PID作用后输出u，调节汽阀开大，机组功率增加。功率增大而引起反馈送回的功率模拟信号uN也增大，但功率给定uN＊未变，因此功率偏差uN＊－un出现负值，该负的功率偏差信号与正的频率偏差信号在PID中相比较。如果功率偏差的负电压信号正好等于频率偏差的正电压信号，则两者互相抵消，PID输入为零，调节过程结束，如果功率偏差的负电压信号不能完全抵消频率偏差的正电压信号，PJD的输入就不为零，使调节系统继续动作，增大机组功率直到功率偏差信号和频率偏差信号相平衡，PID输入为零，调节系统动作才；告结束，达到一个新的稳定工况。

第三章汽轮机保护装置汽轮机是在较高的压力，温度及高转速下运行的大型回转设备。为了确保设备和运行人员的安全，除了要求调节系统十分可靠外，还设置了必要的保护装置。运行中，当调节系统故障或设备发生事故时，保护装置能及时动作，迅速地切断汽轮机的进汽，紧急停机，以避免扩大事故或损坏设备。

汽轮机应有以下的自动保护装置：超速停机保护装置，轴向位移保护装置，低油压保护装置以及低真空保护装置。

第一节自动主汽阀

自动主汽阀的作用及要求：

自动主汽阀的作用是：当任一保护装置动作后，迅速地切断进入汽轮机的蒸汽，停止机组运行。对自动主汽阀的要求是：(1)在任何紧急情况，特别是在油源断绝时，自动主汽阀仍能迅速关闭。因此，自动主汽阀一般都是利用弹簧力来关闭的。为了可靠起见，一般采用双弹簧结构．(2)有足够大的关闭力和快速性，一般要求在主汽阀全关以后，弹簧对汽阀的压紧力留有500～800公斤的裕量，从保护装置动作到主汽阀全关的时间应小于0．5—0．8秒。

(3)有隔热防火措施。由于自动主汽阀一般是由压力油开启的，而主汽阀的温度很高，因此，自动主汽阀的油压操作机构必须有良好的密封装置，操作机构与主汽阀之间应有隔热措施。(4)有在正常运行中活动自动主汽阀的装置，以防自动主汽阀长期不动而造成卡涩。(5)主汽阀应具有足够的严密性。在高压汽轮机中，要保证主汽阀完全严密不漏是困难的，一般要求在额定参数时，主汽阀全关后(调节汽阀全开)，机组转速能降到1000转／分以下。此外，还要求主汽阀具有良好的型线以减少节流损失，采用有预启阀的阀芯，以减少开启时需要的提升力，使操纵装置结构紧凑．

第二节超速保护装置汽轮机设有超速保护装置，当汽轮机转速达到额定装速的110％－112％时，超速保护装置动作，自动关闭主汽门和调节汽门，紧急停机。超速保护装置由危急保安器和危急遮断油门两步分组成。一，危急保安器危急保安器主要有飞锤式和飞环式两种型式，其基本工作原理相同。图为飞锤式危急保安器结构图。它装于汽轮机主轴前端，由偏心飞锤2、压弹簧3和调整螺帽1等主要部件组成。

偏心飞锤的重心o与旋转中心偏差6．5毫米。汽轮机转动时，偏心飞锤由于重心偏离了旋转中心，将产生一个使飞锤向外移动的离心力，而压弹簧3的作用力阻止飞锤外移。在转子低于危急保安器动作转速时，弹簧的压力大于偏心飞锤的离心力，飞锤位于图示位置不动。若机组转速大于危急保安器动作转速时，偏心飞锤的离心力大于弹簧的压力，飞锤立即飞出。随着飞锤的移动，其偏心半径增加，离心力增加，虽然此时弹簧的压力也增加，但离心力的增加量大于弹簧压力的增加量，所以偏心飞锤一旦飞出，就将走完它的全行程(其行程为6毫米)。调整螺帽1用来调整危急保安器的动作转速，若将调整螺帽顺时针旋转，使弹簧预压缩量增加，动作转速增加，反之，动作转速降低。

危机遮断器超速试验时不动作，或动作转速高低不稳，这可能是因为：（1）弹簧预紧力太大。（2）危机遮断器锈蚀犯卡。（3）撞击子间隙太大，撞击子偏斜。二、保安装置试验及调整1、手动危机遮断器试验2、辅助超速遮断阀动作转速的整定3、危机遮断器充油试验及超速试验（1）手动危机遮断装置试验合格。（2）单个危机遮断器充油试验。（3）单个危机遮断器超速试验。（4）两个危机遮断器超速试验。（两次试验的动作转速差不超过0.6%）（5）危机遮断器动作转速的调整。X=L（n2x-n22）/（n22-n21）第三节轴向位移保护装置轴向位移保护装置的作用：当轴向位移达到一定数值时，发出报警信号；当轴位移达到危险值时，保护装置动作，切断汽源停机。一、液压式轴向位移保护装置二、电磁式轴向位移保护装置第四节低油压保护装置第四章汽轮机供油系统

汽轮机供油系统的基本作用是：

(1)供汽轮发电机组各轴承作润滑油，使轴颈和轴瓦之间形成油膜，以减少摩擦损失，同时带走由摩擦产生的热量和由转子传来的热量；(2)供给调节系统和保护装置用油。供油系统除上述作用之外，对于不同类型的机组，还有一些特殊作用：例如供给采用氢冷却发电机的氢密封装置用油及供给大功率机组的顶轴装置用油等。

第一节离心式主油泵供油系统第二节供油系统的主要设备

供油系统主要由主油泵，辅助油泵，注油器，冷油器，油箱及过压阀等设备组成。一、主油泵主油泵有容积式和离心式两种，其工作原理与结构巳在《流体力学及泵与风机》课程中讨论，不再重复。二、辅助油泵辅助油泵的作用是在汽轮机启动，停机或发生事故，主油泵不能正常工作时，及时地向调节、保护系统和润滑系统供油。它分为高压辅助油泵和低压辅助油泵两种。高压辅助油泵又称为启动油泵或调速油泵，它的作用是在主油泵不能正常工作时(如启动，停机。汽轮机转速低于油泵工作转速时)，供给调节、保护系统和润滑系统用油。低压辅助油泵有交流电动油泵和直流电动油泵两种，以保证在厂用电中断时能够供给润滑用油，确保轴承安全。

三，注油器注油器结构如图所示，它是由喷嘴1。吸油室2，混合室3和扩压管4组成。压力油以很高的速度自喷嘴1喷出，将吸油室中的油带入混合室3，然后进入扩压管4，在扩压管中油流速度降低，其速度能转变为压力能。由此可见，注油器的作用是将小流量的高压油转换成大流量的低压油，对主油泵的入口或润滑系统供油。注油器通常布置在油箱里，既可使油均匀地进入吸油室，又可避免漏入空气。

四、冷油器冷油器是一种表面式热交换器，其作用是降低润滑油的温度，使润滑油保持在35—40℃之间。冷油器的结构如图所示。它主要是由铜管6，固定管板3，活动管板7和圆筒形壳体4等组成。铜管6胀接在固定管板3和活动管板7上，油在管外流动，冷却水在管内流动，产生热交换，将油的热量带走。为了提高冷却效果，在油室内装有若干块隔板5，以增加油在冷却器中的流程。铜管一端采用活动管板，是为了保证铜管能自由胀缩和便于将铜管束从外壳中抽出清洗。冷油器中油侧压力高于水侧压力，以保证即使钢管漏泄，也不会发生冷却水漏入油中，使油质恶化的现象．

在一台汽轮机的润滑系统中，常备有两台以上冷油器，这样，既可以保证冷却效果，又可以进行轮换检修。几台冷油器可以并联运行，也可以串联运行，串联运行比并联运行时的冷却效果好，但串联运行时使系统阻力增大，要求润滑油有比较富裕的压头．

冷油器冷油器在大修中应彻底清洗油水两侧，清洗完毕后进行组装打压。油侧打压试验0.5MPa，保持5min。检查铜管本身胀口及结合面有无泄漏，如果铜管泄漏，可