汽轮机-调节系统n

汽轮机调节系统 汽轮机调节原理 调节系统的特性 中间再热式汽轮机的调节 供热机组的调节 DEH系统简介 汽轮机的保护装置 汽轮机的供油系统 旋转 方向 汽轮机 发电机 E T t T 汽轮机蒸汽产 生的原动力矩 摩擦力矩 f T 转子的电磁 阻力矩 力矩的变化 驱动力矩 汽轮机结构、转速一定时，进汽量或整机理想焓降增 加，驱动力矩增大 电磁阻力矩 发电机电磁阻力矩随定子电流增大而增大。 在励磁电流不变时，定子电流随外界负荷和转子转速 增加而增加 即：电磁阻力矩随外界负荷和转子转速增加而增大 摩擦阻力矩 随转子转速的增加而增大 设置调节系统的原因： 供电品质：电压，频率，相位 频率的稳定取决于原动机出力和电网负载 的平衡。 维持频率的稳定要求：原动机出力负载 汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求 进行调整。 电能不能大量储存，火电厂发出的电力必须随时满足用户要求，即 在数量、质量要求同时满足用户要求。 （1）数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电力负荷根据用户 要求来调整发电大小，以满足用户要求。 （2）供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中，电压可以通 过变压器解决。电网频率则直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率 高，转速低则频率低。因此汽轮机必须具备调速系统，以保证汽轮发 电机组根据用户要求，供给所需电力，并保证电网频率稳定在一定范 围之内。 （3）火电厂自身安全的需要：汽轮发电机组工作时， 转子、叶轮、 叶片等承受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比。转速增 加，离心力将迅速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏，出 大事故。 汽轮机自动调节系统的意义 （1）及时调整汽轮机的内功率，满足用户足够的电力（数量、 质量）； （2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行，不超过允许分范围。 （3）除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超 速保护、轴向 位移保护等）。 自动调节系统的任务 3.6 mac ti i D h P = 汽轮机内效率主要取决于通流部分结构 的完善，在高负荷运行时变化不大； 定压运行时理想焓降为常数； 定压运行调节功率 调节蒸汽流量 滑压运行调节功率 改变主蒸汽压力及调节流量 汽轮机的主蒸汽系统简化结构 汽轮机 自动主汽门 调节汽门 电动主汽门 汽轮机 自动主汽门 调节汽门 调节系统 功率给定 转速给定 汽压给定 调速器 直接调节的原理图 齿轮 调节汽门 滑环 泄油口 泄油口 压力油 错油门 油动机 调节汽门 调速器 间接调节的原理图 汽轮机调速系统的基本原理 一简单的汽轮机自动调速系统 1 主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。 2 油路：高压油，排油。 3 工作原理 当外界负荷N减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环上移，杠 杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油通过滑阀油口进入油动机上 油室，油动机下油室与排油相通，活塞下移，关小调节阀，减小进汽量， 机组功率减小。 同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压油 停止流动。调速系统达到新的平衡状态。 当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而 动作方向相反。 二 液压调节系统 汽轮机的型式很多，不同型式的机组所采用的调节系统也各有特点， 例如具有高速弹性调速器的液压调节系统、径向泵液压调节系统、 旋转阻尼液压调节系统等。 一、转速感受机构 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。 二、中间放大器 对不同的转速感受机构，与之配套的中间放大器的型式是不同的，主 要有压力控制式和流量控制式两种。液压调节系统中常用的有随动滑 阀、碟阀和压力变换器等中间放大元件。 系统组成 三、油动机 油动机，又称液压伺服马达，是汽轮机调节系统中驱动调节汽门的执 行机构。它能自动、连续、精确地复现来自中间放大环节输入信号的 变化规律，使调节汽门的开度达到并保持在预定的控制状态。油动机 具有惯性小、驱动力大、动作快、能耗低的突出优点，这是目前电磁 式驱动机构不可比拟的。 油动机是一个典型的反馈控制位置随动系统。 油动机原理图 四、配汽机构 配汽机构是将油动机活塞的行程转变为汽轮机的进汽量，起到放大 油动机的驱动力、校正行程一流量特性的作用。配汽机构是由配汽 传动机构(或称操纵机构)和调节汽门两部分组成。 调节汽门的结构 1 调节汽门 调节汽门，或称调节阀，简 称调门，通过改变升程调节 进入汽轮机的蒸汽量。对调 节汽门，要求有良好的空气 动力学特性和升程一流量特 性，流动损失小，流场稳定， 开启的提升力平稳变化且尽 可能小。调节汽门有多种型 式，但球面型线应用最广， 它是由门芯(阀碟)、门座(阀 座)、门杆(阀杆)等组成。 2 配汽传动机构 配汽传动机构，或称汽门操纵机构，是将油动机活塞行程转变 为调节汽门的升程。对喷嘴调节汽轮机，多个调节汽门按顺序 依次开启，因此配汽传动机构还起到行程流量校正作用。 配汽传动机构主要有提板式、凸轮式或楔形斜面式、杠杆式等。 对于小型机组，主要采用结构较为简单的提板式。对大型机组， 特别是数字电液调节系统，通常单个油动机带动单个调节汽门， 其传动机构采用杠杆式。 调节系统静态特性 静态特性：调节系统是根据转速偏差 信号n来动作的，通过调节系统的 动作来改变调节气门的开度，功率相 应改变，系统稳定在新的状态下。也 就是说，调节结果并不使转速恢复原 稳定值，而存在一定的稳态偏差，这 种调节特性叫做调节系统的静态特性。 （静态及稳定运行状态） 静态特性曲线： 汽轮发电机组转速 与功率的关系曲线称为调速系统的静 态特性曲线。 静态特性曲线通过实验或计算获得。 四方图 调节系统由转速感应机构、 传递放大机构、配气机构和 调节对象组成，系统的静态 特性也取决于各组成部分的 静态特性 。 由于调节系统各组成部分存 在着参数对应关系的非线性 因素，因此实际系统的静态 特性不是直线，而是曲线。 调节系统的四方图 迟缓率 在汽轮机调节系统中，相对运动部件间不可避免地存在动、静摩擦，机械传动机构 中存在着旷动间隙，滑阀存在一定的盖度，这些非线性因素的存在，使转速感受特 性和传递特性发生畸变，最终表现在静态特性曲线上，使之偏离理想工况。这种机 组增负荷和减负荷特性曲线不重合的现象称为迟缓。 在同一功率下因迟缓而出现的最大转速变动量与额定转速的比值被定义为迟缓率。 速度变动率 汽轮机空负荷时所对应的最大转速nmax和额定负荷时所对应的最小转速nmin之差， 与额定转速n0 之比称为调速系统的速度变动率，用表示。 %100 0 minmax = n nn =36% 液压调节系统 0.30.5% 电液调节系统 0.06% 静态特性曲线的要求 n=f(P)单调递减函数 空负荷附近陡一些，便于转速 与电网同步，顺利并网，并网 后转速波动负荷冲击小，热应 力小 满负荷防止过载，静态特性曲 线也较陡 带基本负荷的机组，在额定负 荷下陡一些，调峰机组特性曲 线较平 P n2 n1 静态特性曲线的平移-同步器 同步器是调速系统的部件之一。操作同步器，可使汽轮机在同一转速下有不同的功率， 或者是在同一功率下有不同的转速。 同步器作用： 1、汽轮机单机运行时，保证机组在任何负荷下转速不变； 2、汽轮机并列运行时，通过同步器可以进行负荷在各机组间的重新分配，此时机组 转速保持不变。 示例：调速器飞锤离心力与a、b弹簧的弹力相平衡。当转速不变时，可以改变b弹簧 的预紧力而改变调速器滑环的位置A，使调节阀开度改变。相反，当转速增加或者减 少时，可以用同步器使调速器滑环位置A不变。 作用范围：(95107%)n0 一次调频与二次调频 一次调频：并列运行的机组，网内频率相同，所有机组转速一样，机组总 功率正好等于用户总耗电量。当外界负荷变动而引起电网频率变化时，网 内各机组调速系统同时动作，自动增减负荷，以适应外界负荷变动的要求。 这种由调速系统随电网周波变化，自动控制机组负荷增减，以保证电网频 率稳定的调节方式，称为一次调频。 二次调频：并列运行的机组，可以用同步器调整网内各机组的负荷，使之 按给定负荷运行，调整电网频率，以维持电网稳定在额定范围之内。这种 用同步器调频的方式称为二次调频。 二次调频 一次调频 调节系统动态特性 调速系统的动态过程 静态特性：是指汽轮机稳定工况下的特性，不涉及两个稳定工况之间的 过渡过程。 动态特性：是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过 渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、调节阀开度等 参数随时间的变化规律。 甩负荷后转速过渡过程 0 n n = a 发电机突然甩全负荷的功率 曲线，自时间t0后，功率Pn降 低为零； b 刚甩负荷时，转速没有突然 升高。在t0之后，由于迟缓 的存在，调节阀仍 在进汽， 而发电机负荷为0。这时进入 的蒸汽全部用于汽轮机升速。 转速升高，调速系统开始动 作，调节阀逐渐关小，转子 转速增加率减慢。当调节阀 关到空负荷位置时，转速升 高到新的位置（空负荷转速） n= (1+)n0； 调速系统的动态过程曲线调速系统的动态过程曲线 c 当机组甩负荷时，由于迟缓较大，动作较慢， 当转速升高到n时，调节阀还未关小到空负 荷位置，转速要超过n。当调节阀关到空负 荷位置时，由于惯性的存在，转速上升到峰 值。其高出空负荷转速的部分称为动态超调 量（n）。此时，调节阀要继续关到空负荷 以下位置时，转子才停止加速。当调节阀反 方向开大到空负荷 位置时，转速才慢慢地停 留在空负荷转速。 d 由于惯性的存在，转速不会一下子停留在空负荷转速n，而会低于n；调节 阀反而要高于mo。调速系统反复动作几次，最后衰减到平衡位置转速。 以上三种情况，当机组甩负荷后，调速系统最后可以使转速过渡到空负荷转 速n。这种系统是稳定系统。 e 如果设计、检修、调试不好，则会产生图e所示三种情况： * 曲线1，一直振荡，不会衰减，不会稳定。 * 曲线2，摆动越来越大，直到超过允许值。 * 曲线3，机组甩负荷后直到危急保安器动作转速。 这三种系统都是不稳定系统，不稳定系统是不可以采用的。 1 稳定性 运行机组受到干扰后离开平衡位置，经调节系统作用后，能过渡到新的 平衡状态；或者在扰动撤消后，能恢复到原来平衡位置，这样的系统就 是稳定系统。 2 精确性 超调量：在过渡过程中，转速超过最后稳定值的最大转速偏差量称为超 调量，即 一般要求汽轮机甩负荷后的转速升高不超过危急保安器动作转速，而且 有一定余量（3%左右）；危急保安器动作转速为(1.101.12)n0，因此， 最高转速不超过(1.071.09)n0。一般，n (0.020.04)n0 3 快速性 过渡时间：机组经扰动之后，从原来的平衡状态过渡到新的平衡状态所 需要的时间称为过渡时间。 过渡时间不能太长，一般在550秒。 %)6.(.)1 ( 0max +=nnn 动态稳定指标动态稳定指标 影响动态特性的主要因素 1 转子飞升时间常数转子飞升时间常数Ta：在额定功率时的蒸汽力矩(Mt0)作用下，机组转速 由0上升到额定转速时所需要的时间。 随着机组容量增加，蒸汽力矩(Mt0)增加，则转子飞升时间常数Ta降低。 对于中小型机组，Ta =1114 秒；高压机组，Ta = 710 秒；中间再热机 组，Ta = 58 秒。机组越大，时间常数Ta越小，越容易超速。 2 中间容积时间常数中间容积时间常数Tv：蒸汽在额定流量Go下，以多变过程充满中间容积 并达到密度所需要的时间。 中间容积V越大，参数越高，则中间容积时间常数Tv越大。G越大，中间储 汽越多，作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。对于中间再热机组 来说，除了本身容积之外，还有再热器再热蒸汽管道，容积很大。因此必 需有中压调节阀。 3 速度变动率速度变动率 的影响的影响 a.速度变动率越大，甩负荷后的机组转速 飞升越高。要求速度变动率不大于6%； b.速度变动率越小，超调量（n）越大， 波动次数多，衰减慢，稳定性差。要求 速度变动率不小于3%。 一般为0.040.05。 4 油动机时间常数油动机时间常数Tm的影响的影响 a.油动机时间常数Tm越大，最大转速越高， 过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负 荷增大了超调量，调节品质差。 b.油动机时间常数Tm太小，则要增加主油泵 的功率，引起调速系统摆动。 一般为0.10.3S左右。 5 迟缓率的影响迟缓率的影响 迟缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓 率大，调节阀关闭迟缓，转速超调量大。 改善动态特性的措施 减小调节系统迟缓率 适当整定调节系统速度变动率 适当减小油动机时间常数 机组甩负荷时，同步器快速跟踪到空负荷 位置 减弱中间再热器所增加的中间容积，（中 压主汽门） 中间再热式汽轮机的调节 LP HPIP LP 一中间容积的影响 中间再热汽轮机有再热器、再热管道这一巨大的中间容积，机组甩负荷 之后，即使高压调节阀全关，但是，中间容积的储汽足以使机组超速 （4060) %。为了解决这一问题，需设置中压调节阀。这样一来，在机 组甩负荷之后，同时关闭高、中压调节阀，是机组停止运行。 二 中间再热机组的功率滞后 1 滞后原因：当外界负荷增大，高压调节阀马上开大，高压缸的功率马上 增加。但由于中间容积大，要等中间容积内汽压上升之后，中、低压缸 的功率才会增加。即中、低压缸的功率有一滞后。通常，中、低压缸的 功率占总功率的(2/3 3/4)。因此，降低了机组一次调频的能力。 中间再热