调速系统的静态特性

1、调速系统特性,一、静态特性、特性曲线,1、定义：调速系统作用时，汽轮机在各个不同的稳定工况下，转速与负荷之间的对应关系，用曲线表示称静态特性曲线。 回顾四方图： 第二象限表示转速感受机构特性，为转速n与滑环位移 的关系，n增大， 增大。 第三象限表示传动放大机构特性，为滑环位移与油动机活塞行程 之间的关系， 增大， 减小。 第四象限表示配汽机构特性，为油动机活塞行程 与功率P的关系， 减小，P减小,二、速度变动率,1、定义：在不考虑同步器作用的前提下，当外界负荷发生变化，即使调速系统动作，稳定工况下的转速要发生微小变化。功率P则转速n。 速度变动率定义,电网中机组分类,带尖峰负荷机组：承担电网

2、负荷的波动，积极参与一次调频，启停及负荷适应性好。特点：设计工况效率不一定高，但效率曲线较平坦，负荷变动时转速变化不大。速度变化率取小一点，一般为34。 带基本负荷机组：稳定电网负荷频率。特点：功率大，在设计工况下效率高，在电网频率波动时，负荷变化不大，速度变动率应该大些，一般为46,2、 对运行的影响,1）决定了并列运行机组间的负荷分配 两台并列运行的汽轮发电机组I、II 额定转速运行时，二台机组转速n0，对应功率为P1,P2。总功率PP1P2。 当外界负荷增加P，调速系统动作以满足负荷变化，引起电网频率下降，汽轮机转速降低n 。 机组功率增加P1 ， 机组功率增加P2 调速系统自行动作，通

3、过转速的微小变化来改变机组负荷，以适应外界需要，从而维持电网频率尽可能稳定的能力称一次调频,并行机组负荷自动变化的特点,图中：abc与ABC相似 同理 特点： 每台机组承担的功率变化与机组额定功率成正比； 每台机组承担的功率变化与机组速度变动率成反比； 这些特点适用于并列运行电网中的所有机组,2）决定了甩负荷时的动态超速； （3）决定了机组运行时工况的稳定性； 不能太小，否则转速波动会产生很大的负荷波动，使动态特性稳定性下降，一般 3（下限）。 也不能太大， 否则使机组参与电网一次调频能力下降，另一方面使调节系统甩负荷后的稳定转速过高，有可能使甩负荷后最高飞升转速超过危急保安器的动作转速，不利

4、于机组安全和甩负荷后重新并网带负荷， 6（上限,局部速度变动率,转速感受及中间放大传递特性存在着非线性，特别是配汽机构，调节汽门的开度与流量有严重的非线性，所以静态特性曲线各处的速度变动率不相同。 局部速度变动率 静态特性曲线的形状： 空负荷附近，要求速度变化率大些。 满负荷附近，速度变动率大些。 总的分布是速度变动率两端大，中间小且无拐点平滑变化,三、迟缓率,1、产生原因 分为摩擦、间隙、滑阀重叠度三方面 1)摩擦： 零件采用铰接或滑动联接，运动时存在摩擦力。以离心式调速器为例，转速变化时，重锤产生的离心力变化首先要克服滑环移动的静摩擦力，只有克服摩擦后，滑环的位置才随转速的变化而变化。 2

5、) 间隙 凡是有铰接的地方，为了自由转动，都有间隙存在，只有杠杆的转动量大于间隙时，才能带动滑阀。 3）滑阀重叠度,为了保证断流式滑阀的断流，滑阀的凸肩高度大于油口的高度。只有滑阀移动的距离超过重叠度后，油动机才开始动作,2、迟缓率定义,在同一功率下，转速偏差nn1n2与额定转速n0之比,3、对运行的影响,迟缓现象的存在，使静态特性曲线中转速与功率无一一对应关系。 单机供电时，负荷由外界负载决定，假定P不变，转速会发生波动 ，即频率发生波动而无法控制。 并列运行时，转速由电网频率决定，功率发生波动P，无法控制。 结论,运行上，越小越好，但要求过高给结构和工艺带来困难，制造成本提高。 由于机械液

6、压调节系统的机械传动和液压放大环节多，较大，一般0.30.6%，电液调节系统0.2,ii）与关系,功率晃动的幅度 由于迟缓现象存在而造成的负荷波动与成正比，与成反比； 为满足一定的P，越小，也越小，由于难以避免，不能太小,额定负荷,4、迟缓现象在四方图上的表示,i）如无迟缓现象，nzmP有对应关系； （ii）开始汽轮发电机组稳定在1点运行，转速为n1，z1， m1，P1； （iii）如外界负荷降低，转速升高，由于迟缓存在转速刚上升时，z0，m，P不变。当转速达到n2时，离心力克服迟缓后，滑块位移z随n的升高而升高，此时m2P2不变。第二象限内，静态特性线为两根，在这范围内，转速的变化不引起z变

7、化，称调速器的不灵敏区,iv）由于传动放大机构的迟缓，当转速升到n3，滑块的位移z3克服了摩擦间隙及滑阀的重叠度，随着z的增大，油动机开始关小，m。第三象限区，同样存在传动放大机构的不灵敏区； （v）当转速从3点上升，z，m，由于配汽机构的迟缓，阀门开度不变，P不变。当转速升到n4，克服配汽机构的迟缓后，汽门的开度随着油动机的关小而减小。第四象限区存在配汽机构的不灵敏区。 （vi）综上所述，当转速变化后，汽机功率要迟缓一段时间作相应的变化。第一象限二根特性曲线之间称为整个调速系统的不灵敏区,四、同步器(P334,1、功能与作用 （1）功能：使调节系统的静态特性曲线，按照运行需要进行平移,2）具

8、体作用讨论,i）汽轮机单机运行时，同步器可以在满足功率要求的同时满足转速要求，即保证机组在任何稳态负荷下转速维持在额定值。 （ii）并列运行时，通过同步器可改变各台机组的功率使电网总功率符合外界需要，同时维持电网频率在额定范围之内，这种利用同步器调整并列运行的机组负荷，以维持电网频率稳定的方式称为二次调频,iii）并网前机组功率为零，通过同步器移动特性线，相当于改变汽轮机组的转速，当转速与外界电网频率同步时，可以合闸并网，这是同步器名称的来历,2、同步器类型,静态特性曲线的平移一般通过移动调速器的特性线（第一类同步器）或传动放大机构的特性线（第二类同步器）实现，以第二类为主。通过旋转同步器手轮

9、，使弹簧紧力改变，从而使调速器的静态特性线平移,3、同步器工作范围,1）额定初终参数、转速下能带满负荷，即特性线能移到AA位置，同时能减负荷到零，即特性线能移到BB位置，这时同步器的工作范围相当于速度变动率 。 特性线向上移实质是通过同步器开大调速汽门，下移则关小调速汽门。但是蒸汽的初终参数及汽轮机转速按照规程允许有一个合格的波动范围。为了使波动时仍能维持汽轮机在零负荷与额定负荷间正常运行，同步器的工作范围需继续扩大,2）同步器的下限： （i）当电网频率下降到允许的下限（49.5Hz）时，汽轮机要维持零负荷运行，特性线移至CC。 （ii）当蒸汽参数在允许范围内升高或背压参数在允许范围内降低时，

10、汽轮机能维持空负荷运行。 由于蒸汽初参数上升，背压下降，每公斤蒸汽在汽轮机中的焓降上升，为了维持汽轮机零负荷运行所需的蒸汽量下降，因此调速汽门要通过同步器进一步关小，特性线下移到DD，一般下限行程设为在额定转速下35处,3）同步器的上限： （i）当电网频率上升到允许的上限时（50.5Hz），汽轮机要维持满负荷运行，特性曲线移到EE。 （ii）当蒸汽参数在允许范围内降低或当蒸汽背压在允许范围内升高时，汽轮机仍能带满负荷运行。 由于蒸汽初参数下降，背压升高，每公斤蒸汽在汽机中的焓降减少，为了能发出额定功率，势必蒸汽流量升高，即通过调速汽门进一步开大，特性线上移到FF。所以同步器的上限，一般（67）

11、，不小于（12,五、调节系统的动态特性,1、概念： 静态特性：汽机在稳定状态下功率和转速的关系； 动态特性：汽机如何从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态，是动态过程,1）稳定过程和不稳定过程,a、b、c为稳定过程。 a为非周期过程 ， b为微振的过渡过程， c为振荡的过渡过程， d、e、f为不稳定过渡过程。 d为等幅振荡， e为发散振荡， f为幅值越来越大,2）研究内容,包括调节系统的稳定性以及机组甩负荷后的最高转速不超过保险的动作转速。 最高转速不超过额定转速的1112。 第一保护装置：转速调节系统，动作灵活，可靠性高 超速保险系统，动作后汽机需要重新挂闸启动，增加并列时间，容易引发事故。 （

12、3) 动态特性的影响因素 系统设计，结构因素，动态参数（时间常数，速度变动率） 加工制造及装配质量（影响迟缓率） 运行上因素：油压波动，油质好坏,2、对调节系统动态特性的要求,I）稳定性 用稳定裕度来判别。 II）动态超调量 一般 取79，取4080 。 III）静态偏差值 IV）过渡过程的调整时间T 定义：外界扰动作用后，从调节过程开始到被调量满足下列不等式的最短时间。 一般取静态偏差的5，5 。T一般几s到几十s,2、影响动态特性的主要因素分析,汽轮机甩负荷时的动态最大飞升转速 具体含义见P339，式6.1.6,1）调节对象对动态特性的影响,I）转子飞升时间常数Ta 影响因素：转子的转动惯

13、量J，额定转矩MT0 机组容量，MT0，Ta 高压机组容量Ta 710s，中压 114s，中间再热 58s。 功率大，超速的可能性大，动态超速的控制难。 II）蒸汽容积常数Tv 应尽量减小Tv，因为甩负荷时，调节汽门关闭到空负荷位置，但各中间容积的蒸汽继续膨胀做功，使转速的额外飞升增大,2）调节系统对动态特性的影响,I）速度变动率 大动态过程的最高转速及稳定转速高，动态超调量小； 小转速飞升的绝对值小，但动态超调量大，振荡次数增加，动态稳定性差。 II）油动机时间常数Tm 0.1s0.3s Tm大则汽门关闭时间长，动态过程中的最大转速高，过渡时间长；另一方面减小油压波动对调节系统摆动影响。 III）迟缓率 延长汽门关闭时间，超调量增大,六、汽轮机保护装置,作用：机组遇到事故或出现异常时能及时动作，避免造成设备损坏或事故扩大，确保机组安全运行。 1、超速保护装置 汽机转速超过额定转速的1020时，超速保险动作，并迅速切断向汽轮机供汽，迫使汽轮机停止运转，并将汽机从电网中解列。 按结构特点分飞锤式、飞环式,2、轴向位