汽轮机调速培训课件

1、 第一章第一章 调节系统的特性调节系统的特性 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 第一章第一章 调节系统的基本概念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。 I(dw/dt） Me- Mel 用电负荷减少，则反动力矩Mel相应减少，如果 主动力矩Me应保持不变，则Me- Mel大于零， (dw/dt）大于零，即转子的角加速度增加。反之 则。 由此可见，汽轮机转速的变化取决于

2、输入、输出 功率的平衡，就能使转速稳定，否则转速就发生 变化。汽轮机调节系统的功能就是感受转速的这 种变化，控制调节汽阀，使输入和输出功率重新 平衡，并使转速保持在规定范围内。 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

3、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 m P x m n x n P 汽轮机调节系统的静态特性曲线可以近似 地看做直线 一、调节系统静态特性曲线地绘制 调节系统静态特性曲线，不能直接求出， 调节系统静态特性曲线一般是通过试验方 法求得。即通过四象限图间接求得调节系 统静态特性曲线。 四象限图的绘制: n p X(或p1) m 二、速度变动率和迟缓率 （一）速度变动率 n p nmax 100 100 minmax o n nn nmin 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

4、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 100 100 o n 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。 三、速度变动率和迟缓率对并列运行机组的影响 （一）速度变动率对并列运行机组负荷分配的影响 一次调频：当外界负荷发生

5、变化时，将使电网频率 发生变化，从而引起电网中各机组均自动地按其静 态特性承担一定的负荷变化，以减少电网频率地改 变。 n p1 p2 结论：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 （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

6、坏则 反映在功率上，造成功率可在一定范围内自发变化。 n0n0 p pp n0 = （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 （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。 n0n0 p pp 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 （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。 n0n0 p pp

7、pp n0 p = pn 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。 二、同步器的类型 1.改变弹簧初紧力的同步器 具有旋转阻尼调节系统中的同步器即为改变弹 簧初紧力的同步器 2.改变杠杆支点位置的同步器 具有高速弹簧片调速器的调节系统中的同步器 即为改变杠杆支点位置的同步器 第五节第五节 调节系统的动态特性及对调节系统的要求调节系统的动

8、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

9、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。 l第一节中间再热式汽轮机的调节特点 l1、凝汽式汽轮机的调节系统特点 l（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。 l（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。 l（3）设置旁路系统以解决负荷机炉特性不匹配的问题。 l2、抽汽式汽轮

10、机的调节系统特点 l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。 l 如图7-3所示 l 返回 l一、上海汽轮机厂生产的N300汽轮机调节系统 l在运行时，由连接于转子前端的旋转阻尼出来的一次油压P1信号 送至放大器，一次油压变化经放大后形成二次油压P2，送至低油 压选择器，与负荷限制器输出油压Px在低油压选择器中进行低值 比较，比较后的低油压信号PA，经1：1流量放大器流量放大后输 出控制油压Pa，经磁力断路油门控制8只油动机用以操纵高压调

11、节汽门的开度。 l中压调节汽门的控制是由主汽门油动机控制油压PK与高压油动机 控制油压Pa在低油压选择器B中进行低值比较，比较后的低值油 压信号PB经1：1流量放大器流量放大后得到控制油压Pb，经磁力 断路油门控制4只中压油动机，操纵中压调节汽门的开度。 l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。 l中压主汽门受安全油控制，只要安全油一建立，中压

12、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。 l二、哈尔滨汽轮机厂生产的N600型汽轮机调节保安系统 l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。 l为了保证汽轮机在甩掉全负荷

13、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。 第三节第三节 功率频率电液调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。 (1)再热汽轮机采用单元制后，在机组负荷变化较 大时，汽轮机进汽压力也发生变化(直流炉更明显)， 导致汽阀开度相同的条件下，蒸汽流量发生变化， 再加上蒸汽压力变化引起的蒸汽作功变化，使得 汽阀开度与功率之间的比例关系发

14、生较大的改变。 而这个恒定的比例关系是单冲量频率调节的一个 重要前提，因为只有满足这个前提，才能满足在 一定的转速变化下，有一相应固定不变的功率变 化，适应外界负荷变化的要求。否则势必引起转 速(频率)的进一步变化，延滞调节的过渡过程，造 成电网频率和调节系统的不稳定 (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

15、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

16、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。 1单机运行 机组在并网前或单机运行时，其功率由外 界决定，因而测功回路不起作用，功频调节变 成单一的频率调节。此时机组的转速信号通过 测频单元转换成相应的模拟电压信号一un(因 是负反馈信号，故取负值)和转速给定信号 un (直接由电源取得，其值由人工整定) 送 入PID校正单元见图进行运算放大，输出一控 制电压信号u，再经电液转换器转换为液压变 化信号p控制油动机的动作，以改变机组的转 速。 2并网运行 机组并入电

17、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 un，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

18、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。 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

19、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。 第一节第一节 自动主汽阀自动主汽阀 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

20、阀全 关以后，弹簧对汽阀的压紧力留有500800公斤的裕量， 从保护装置动作到主汽阀全关的时间应小于0508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

21、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 第二节第二节 超速保护装置超速保护装置 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65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

22、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。 l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： l（1）弹簧预紧力太大。 l（2）危

23、机遮断器锈蚀犯卡。 l（3）撞击子间隙太大，撞击子偏斜。 l二、保安装置试验及调整 l1、手动危机遮断器试验 l2、辅助超速遮断阀动作转速的整定 l3、危机遮断器充油试验及超速试验 l（1）手动危机遮断装置试验合格。 l（2）单个危机遮断器充油试验。 l（3）单个危机遮断器超速试验。 l（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%） l（5）危机遮断器动作转速的调整。X=L（n2x- n22）/（ n22- n21） 第三节第三节 轴向位移保护装置轴向位移保护装置 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

24、断汽源停机。 一、液压式轴向位移保护装置一、液压式轴向位移保护装置 二、电磁式轴向位移保护装置二、电磁式轴向位移保护装置 第四节第四节 低油压保护装置低油压保护装置 汽轮机供油系统的基本作用是：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。 第一节第一节 离心式主油泵供油系统离心式主油泵供油系统 第二节第二

25、节 供油系统的主要设备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

26、用电中断时能够供给润滑用油， 确保轴承安全。 三，注油器三，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3540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

27、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 l冷油器冷油器 l冷油器在大修中应彻底清洗油水两侧， 清洗完毕后进