第4章汽轮机的调节系统

1、汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行朱霄珣朱霄珣华北电力大学华北电力大学动力工程系动力工程系第第4 4章章 汽轮机的调节系统汽轮机的调节系统4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理4.2 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理4.3 汽轮机汽轮机的保护系统的保护系统4.4 供供油系统油系统4.5 大型大型汽轮机的汽轮机的DEH系统系统2汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理v3汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行 发出功率与外界电负荷相适应发出功率与外界电负荷相适应 转速的在规定的小范围内变动转速的在规定的小范围内变动4.1 汽轮

2、机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理二二、调节方式、调节方式1. .直接直接调节和间接调节调节和间接调节直接调节：调节直接调节：调节汽门由调速器本身直接汽门由调速器本身直接带动。当带动。当外负荷变化，转子力矩平外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，感知转速的衡被打破后，感知转速的变化的变化的装置叫装置叫调速器。调速器。间接间接调节：调节：4汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理2. .有差调节和无差调节有差调节和无差调节当外界负荷变化时，调节系统动作结束后，机组并不维持转速不变，不同当外界负荷变化时，调节系统动作结束后，机组并不维持转速不变

3、，不同的负荷对应不同的稳定转速，只是转速的变动较小，这种调节是有差调节。的负荷对应不同的稳定转速，只是转速的变动较小，这种调节是有差调节。有差调节根本原因，反馈是刚性有差调节根本原因，反馈是刚性反馈。反馈。采用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调压采用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调压系统，维持压力不变。系统，维持压力不变。5汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理3. .速度速度调节和调节和功率调节功率调节根据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度，称为速度根据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度，称为速度

4、调节系统。调节系统。根据汽轮机的转速和功率来控制调节汽门的开度，称为功率根据汽轮机的转速和功率来控制调节汽门的开度，称为功率调节调节功功频频电液电液调节。调节。6汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行给定给定汽轮机汽轮机电液转换器电液转换器测频测频元件元件错油门错油门油动机油动机功率功率放大放大PI调节器调节器测功测功元件元件UpUfUfp4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理v7汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理v8汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行maxnnpminn大大小小4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本

5、原理（2）速度）速度变动率对机组运行的影响变动率对机组运行的影响 当当外负荷变化时，并网机组的总功率与电负荷失衡，引起电网频率变化，外负荷变化时，并网机组的总功率与电负荷失衡，引起电网频率变化，并网机组按各自静态特性曲线改变功率，使机组功率变化等于总负荷变化，并网机组按各自静态特性曲线改变功率，使机组功率变化等于总负荷变化，这个过程叫做一次调频。这个过程叫做一次调频。9汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行nPP2n2P1n1n2单机运行单机运行nPP2P1n1n2并网运行并网运行P1P24.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理（2）速度）速度变动率对机组运行的影响变动率对机组运行的

6、影响速度速度变动率小的机组，承担负荷的变化大，一次调频能力强。变动率小的机组，承担负荷的变化大，一次调频能力强。速度变动率大的机组，承担负荷的变化小，一次调频能力弱。速度变动率大的机组，承担负荷的变化小，一次调频能力弱。 不同不同性质机组性质机组对对的要求不一样：的要求不一样：带基本负荷机组的速度变动率较大，一般为带基本负荷机组的速度变动率较大，一般为4%-6% ；尖峰负荷机组尖峰负荷机组3%-4% 。速度变动率不能太大或太小。速度变动率不能太大或太小。10汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行P1n1nPnPn2P2P1P2P2P11124.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理v1

7、1汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行xmnn1n2P4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理4. .汽轮机运行对调节系统静态特性的要求汽轮机运行对调节系统静态特性的要求合理的合理的静态特性曲线静态特性曲线的形状的形状（1）连续）连续，光滑，单调，沿功率增加方向向下倾斜。，光滑，单调，沿功率增加方向向下倾斜。（2）空）空负荷、负荷、低负荷低负荷及满负荷及满负荷处较处较陡，中间陡，中间区域区域较平坦。较平坦。并网初始负荷变动较小，防止并网带负荷过大，导致机组加热过快，产生并网初始负荷变动较小，防止并网带负荷过大，导致机组加热过快，产生较大的温差应力和胀差。较大的温差应力和胀差。满负荷

8、时不会过载满负荷时不会过载并列容易并列容易（3）整体）整体速度变动率在合格范围内，且速度变动率在合格范围内，且保持保持一定一定的一次调频能力，中间段的最小局部的一次调频能力，中间段的最小局部速度速度变动变动率不得小于整体速度变动率的率不得小于整体速度变动率的40 。12汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理5. .同步器同步器（1）同步器：能够平移静态特性曲线的装置。）同步器：能够平移静态特性曲线的装置。（2）采用同步器的原因）采用同步器的原因单机运行：转速随负荷的单机运行：转速随负荷的变化而变化，供电质量无法保证。变化而变化，供电质量无法保证

9、。并网运行：电网频率不变时，机组只能带一个与该转速相并网运行：电网频率不变时，机组只能带一个与该转速相对应对应的固定负荷，的固定负荷，不能随用户用电量的变化而变化。不能随用户用电量的变化而变化。13汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理5. .同步器同步器（3）工作原理：二次调频）工作原理：二次调频:电网频率不正常时，电网频率不正常时，通过平移通过平移某些机组的静态特某些机组的静态特性曲线，性曲线，增加增加或减小这些机组功率，以恢复或减小这些机组功率，以恢复电网电网的正常频率。的正常频率。（4）同步器）同步器的调节范围的调节范围14汽轮机设备及

10、运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理四四、调节系统的动态特性、调节系统的动态特性 调节调节系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态过程中的特性称为调节系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态过程中的特性称为调节系统的系统的动态特性动态特性。 稳定过程稳定过程a.无无振荡的过渡过程振荡的过渡过程b.小幅小幅振荡快速衰减的过渡过程振荡快速衰减的过渡过程c.大幅大幅振荡衰减较慢的振荡衰减较慢的过渡过程过渡过程 不稳定过程不稳定过程d.等等幅振荡幅振荡e.发散发散振荡振荡f.飞升超速飞升超速15汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行fed4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本

11、原理调节系统的基本原理v16汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理1. .调节系统动态特性指标调节系统动态特性指标（3）过渡过程调整时间过渡过程调整时间T扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到基本稳定所经历的时扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到基本稳定所经历的时间称为过渡过程调整时间间称为过渡过程调整时间。|()-()|给定给定的被调量的微小的被调量的微小偏差；偏差；()经经时间时间T后的转速相对值。后的转速相对值。通常将通常将取为静态偏差值的取为静态偏差值的5，即，即= 5%n0。要求要求过渡过程调整时间尽可能短过渡过

12、程调整时间尽可能短，一般，一般为数为数秒秒或或数十秒，最长不应超过数十秒，最长不应超过1min。 （4）振荡次数）振荡次数 在在调整时间调整时间T内被调量的震荡次数。对于稳定调节系统，明显的振荡不应内被调量的震荡次数。对于稳定调节系统，明显的振荡不应超过超过23次。次。17汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行2T4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理v18汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理（2）调节）调节系统对动态特性的系统对动态特性的影响影响 速度速度变动率变动率大大：最高：最高飞升转速和稳态值变大；最高飞升转速和稳态值变大

13、；反馈大，飞升转速和稳态值变大；最高飞升转速和稳态值变大；反馈大，可以减小动态超调量和振荡次数，缩短过渡过程的调整时间。可以减小动态超调量和振荡次数，缩短过渡过程的调整时间。小小：最高：最高飞升转速和稳态值较小飞升转速和稳态值较小 ；动态超调量较大，；动态超调量较大， 振荡次数和调整时间振荡次数和调整时间增加，动态稳定性差。增加，动态稳定性差。19汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.1 汽轮机汽轮机调节系统的基本原理调节系统的基本原理（2）调节）调节系统对动态特性的系统对动态特性的影响影响油动机油动机时间常数时间常数Tm：错：错油门油口在最大开度时，油动机活塞走完全行程所油门油口在最大开度时，

14、油动机活塞走完全行程所需的时间，表明油动机的动态关闭性能。需的时间，表明油动机的动态关闭性能。 油油动机动机的的Tm愈愈大，油动机关闭需要的时间越长，转速飞升就愈大；过渡过大，油动机关闭需要的时间越长，转速飞升就愈大；过渡过程时间也越长；振荡次数增多。程时间也越长；振荡次数增多。 迟缓迟缓率率调节系统调节系统的的对对动态特性是不利的。动态特性是不利的。调节汽门关闭迟缓，超调量增大；调节汽门关闭迟缓，超调量增大； 对于原对于原非非周期过程周期过程，过渡时间会延长，过渡时间会延长，动态偏差动态偏差增大增大；对于周期对于周期过程，振荡加剧过程，振荡加剧，甚至造成，甚至造成不稳定不稳定振荡振荡。20汽

15、轮机设备及运行汽轮机设备及运行Tm=0.5sTm=0.2s4.2 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理第第2节节 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理电液调节电液调节系统（系统（Digital-Electric-Hydraulic Control System）基本功基本功能能： 单机运行单机运行时控制汽轮机的时控制汽轮机的转速转速 并网并网运行时控制机组的负荷。运行时控制机组的负荷。一、电液调节原理一、电液调节原理优点优点： 既既可抗外扰，也可抗内扰；可抗外扰，也可抗内扰； 迟缓迟缓率小，调节精度高（转速、功率控制精度高）率小，调节精度高（转速、功率控制精度高）。21汽轮机设

16、备及运行汽轮机设备及运行4.2 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理二、转速调节二、转速调节原理原理1. .采用多阀组合控制的升速方案采用多阀组合控制的升速方案 两种两种阀门组合方式：阀门组合方式： 主汽阀控制：控制时，高调阀全开，主汽阀开度根据调节指令开启。主汽阀控制：控制时，高调阀全开，主汽阀开度根据调节指令开启。 调节汽阀控制：控制时，主汽阀全开，调节汽阀开度根据调节调节汽阀控制：控制时，主汽阀全开，调节汽阀开度根据调节指令开启指令开启。2. .设置专用启动升速通道设置专用启动升速通道 22汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.2 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理三、功

17、频电液调节系统的反调现象与三、功频电液调节系统的反调现象与消除消除优点：优点：既可抗外扰，也可抗内扰；迟缓率小，调节精度高。既可抗外扰，也可抗内扰；迟缓率小，调节精度高。1. .反调反调现象及原因现象及原因 在在系统调节动态过程中，当发电机功率因电力系统的变化而突然改变时，系统调节动态过程中，当发电机功率因电力系统的变化而突然改变时，发电机的输出功率瞬时突然增大（或减小），但由于转子惯性的影响，其转发电机的输出功率瞬时突然增大（或减小），但由于转子惯性的影响，其转速在瞬时却变化很小（基本不变）速在瞬时却变化很小（基本不变）。在。在两路调节信号中，功率信号的反应快两路调节信号中，功率信号的反应快

18、于转速信号于转速信号。调节。调节系统首先根据功率信号的变化对机组进行调节。系统首先根据功率信号的变化对机组进行调节。23汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行UfP给定给定P-f关系关系UfUP汽轮发汽轮发电机组电机组油动机、油动机、调节汽门调节汽门测速元件测速元件PI调节器调节器测功元件测功元件功频电液功频电液转换器转换器功率放功率放大器大器4.2 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理瞬时调节结果瞬时调节结果：给定关系给定关系n(3000r/min）p(300MW)正常正常的调节：负荷的调节：负荷n (2990r/min）开开大大调门调门P由于由于转子转速变化反应慢，功率变化反应快，其瞬时

19、调节转子转速变化反应慢，功率变化反应快，其瞬时调节结果：结果：P (305MW)，n不变不变(3000r/min）转速转速不变，功率大于给定，关小调门。不变，功率大于给定，关小调门。与与要求的调节方向相反，这种现象称要求的调节方向相反，这种现象称反调反调。反调反调现象的影响现象的影响：电网：电网频率波动大，甩负荷转速飞升值高、甚至超速。频率波动大，甩负荷转速飞升值高、甚至超速。24汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.2 电电液调节系统的工作原理液调节系统的工作原理2. .反调反调现象现象消除消除（1）反调）反调现象产生的原因现象产生的原因：功率：功率信号反应快于转速信号反应快于转速信号信号（2

20、）消除）消除反调措施：反调措施：增加增加转速微分信号，即加速度信号转速微分信号，即加速度信号 不可不可过大，干扰信号对系统产生影响过大，干扰信号对系统产生影响增加增加功率延迟信号功率延迟信号 不可不可过大，否则产生过调过大，否则产生过调增加增加负的功率微分信号负的功率微分信号 合成合成初始功率信号小，随着微分信号逐渐消失，静输出功率信号渐大，初始功率信号小，随着微分信号逐渐消失，静输出功率信号渐大，与转速信号同步与转速信号同步增加增加电网故障逻辑判断电网故障逻辑判断 甩甩负荷还是电网故障暂时失去负荷还是电网故障暂时失去负荷负荷25汽轮机设备及运行汽轮机设备及运行4.3 汽轮机汽轮机的保护系统的

21、保护系统第第3节节 汽轮机汽轮机的保护系统的保护系统一、危急遮断保护系统的工作原理一、危急遮断保护系统的工作原理二、危急遮断保护系统的组成二、危急遮断保护系统的组成1. .汽轮机汽轮机的超速保护控制系统的超速保护控制系统（OPC)当当103%n0n110%n0时，迅速将高、中压调节阀关闭。时，迅速将高、中压调节阀关闭。2. .汽轮机汽轮机的电气危急遮断控制系统的电气危急遮断控制系统（ETS）超速超速保护：转速达到保护：转速达到110%n0时时遮断机组，关闭所有阀门；遮断机组，关闭所有阀门；轴轴向位移保护：以轴向向位移保护：以轴向位移定位位移定位点点3.56mm为基准，机头方向超过为基准，机头方向超过2.54mm或或发电机方向超过发电机方向超过4.57mm时，遮断机组。极限位移离基准时，遮断机组。极限位移离基准位置两侧位置两侧各只有各只有1mm；轴承轴承