汽轮机控制2014课件

第一节汽轮机调节的基本内容调节目的：保证机组安全、优质、高效的运行汽轮机控制包含内容：自动检测：电机功率、主汽压、主汽温、真空度、各段抽汽压力、润滑油压、调节油压、转速、油动机行程、转子轴向位移、差胀、缸体膨胀、热应力、振动、主轴挠度、轴承温度、润滑油温度、推力瓦温度、推力轴承油膜压力、油箱油位、上下缸温差自动保护：超速、低油压、轴向位移、差胀、低真空、振动自动调节：功率、频率、汽封压力、旁路、凝汽器水位、热应力程控控制：汽轮机自启停（ATC）

达到的指标：300MW±2MW、3000±2r/min一、汽轮机调节系统的任务首先要保证汽轮机安全运行，

其次要满足用户所需要的功率

再次要保证电网周波不变

即保质保量地满足外界用户对电负荷的要求

质量：电压和频率频率主要取决于汽轮机转速

数量：由于电能不能大量储存，发电量应该等于用电量。汽轮机调节系统的任务：发电量用电量二、汽轮机调节系统的原理我国规定发电频率为50±0.2Hz（±4％），通常汽轮发电机的磁极对数为1，所以汽轮机的转速应为每分钟3000（±120）转。

汽轮机调节系统的主要任务是：既要使机组能及时满足用户对发电能量的需求，又要保证机组的转速维持在规定范围内，以保证供电频率的准确和机组自身的安全。1、汽轮机转速与所发电能频率的关系

作用在转子上的力矩有三个：蒸汽作用在转子上的主力矩、发电机的电磁阻力矩、摩擦力矩所以发电机组转子的运动方程：2、汽轮发电机组的自平衡特性稳定工况下：剩余力矩：转动惯量

角速度

2、汽轮发电机组的自平衡特性

主力矩随转速增加而减小反力矩是随着转速的增加而增加的。主力矩与转速的关系称为汽轮机内特性反力矩与转速的关系称为汽轮机外特性汽轮机内特性曲线与外特性曲线交点处的转速称为平衡转速，此时汽轮机功率等于负荷的功率。这就是汽轮机的工作点。

在不改变进汽量时，当外界负荷改变时，汽轮机会从一个工作点过渡到另一个工作点，这就是汽轮发电机组的自平衡特性（自调节特性）。仅依靠汽轮机的自调节能力，除不能保证所发电能的频率外，在发电机组并网运行时还无法保证所需要的发电功率。因此，汽轮机只有安装了调节系统后运行才能满足实际要求。汽轮机调节系统的另外更重要目的是要保证汽轮机本身的安全。汽轮机是高速转动的机械设备，如果在工作中没有调节系统，负荷变化时将很容易发生汽轮机的动静部分互相摩擦，甚至碰撞，从而引起叶片损坏、大轴弯曲、振动、轴承烧毁、甚至飞车等严重事故。第一次课要点汽轮机调节系统的工作目的：安全、优质、高效的含义汽轮机调节系统包含的内容：检测、控制、保护、程控发电频率与汽机转速的关系：n＝3000？汽轮机的自平衡特性、工作点、工作点的特征一、直接调节和间接调节第三节汽轮机自动调节系统的基本原理1.直接调节直接调节系统（directcontrolling)调节汽门是由调速器本身直接带动，称直接调节。由于调速器能量有限，一般难以直接带动，中间加放大机构，构成间接调节系统。2、间接调节间接调节系统（indirectcontrolling)pilotvalve

servomotor外界负荷减小，转速n上升－>A，B上升－>错油门滑阀上升－>压力油进入油动机上部，油动机下部回流，形成压力差－>油动机活塞下移－>调节汽门下移－>Pe减小。同时油动机活塞下移－>B下移－>错油门滑阀下移－>滑阀居中，活塞停止活动，达到新的平衡状态。二、汽轮机液压调节系统的静态特性1、静态特性曲线转速不等率δ

迟缓率ε

2、转速不等率和迟缓率一次调频第二次课要点汽轮机的调节：有差调节、无差调节汽轮机调节系统的发展:机械、机械液压、纯液压、电液并存、纯电调（模拟/数字）离心调速器结构与原理汽轮机调节系统的静态特性：静态特性的概念静态特性的主要指标：转速不等率、迟缓率定义和意义汽轮机的调节：一次调频、一次调频能力3、静态特性曲线的平移和同步器我们应当从调整功率和调整频率两个方面来考虑。在并网运行时，汽轮机的转速被锁定在电网频率上，所以静态特性的变化范围应能使汽轮机的负荷在0～100%之间变化。从调整频率方面考虑，至少静态特性的变化范围应等于它的不等率。但是实际上电网频率是变化的，它可能高于额定值，也可能低于额定值，另外主蒸汽的初温初压和汽轮机的背压也都可能偏离额定值。为了使机组在电网频率升高时也能带上满负荷，要求静态特性能够在转速升高的方向再增加1%～2%。同步器在降低转速方向扩大行程是没有害处的，实际上在某些调节系统中，调速器几乎从零转速就开始了控制。4、静态特性曲线的平移范围（50±0.2Hz）±4％理想汽轮机调节系统的静态特性汽轮机液压调节系统举例1-离心调速器2-滑环3-调速错油门4-油动机错油门5-反馈杠杆6-弹簧7-油动机8-汽轮机调节门

三、汽轮机调节系统的动态特性汽轮机调节系统的动态特性是指汽轮机从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态期间转速和功率随时间变化的特性。汽轮机调节系统的动态性能一般按下面几个指标进行评定：（1）稳定性：当汽轮机受到扰动而离开原来稳定工况后，应该能够很快地过渡到新的稳定工况或者在扰动消除后能很快恢复到原来的稳定工况。（2）精确性：（动态偏差σ）在汽轮机调节过程中，被调量的动态偏差用下面公式表示为了不引起危急保安器动作而停机，汽轮机的最大转速应控制在低于危急保安器的动作值。（4）甩负荷特性：在汽轮机突然甩负荷时，汽轮机的转速将迅速升高，一般要求，过渡过程中的最高转速不应超过汽轮机额定转速的10～12%

，其过渡过程曲线应如图所示，转速在短时间内达到高峰，然后逐渐回落到其稳态值。

（3）快速性：（过渡过程时间）过渡过程时间T是指从外扰作用于系统后，从调节过程开始，直到被调量满足下式条件的最短时间。式中Δ为一个给定的微小量。第三次课要点汽轮机的两种工作模式：独立运行、并网运行静态特性上下平移的效果：调速？调功？汽轮机的调节：一次调频、二次调频、一次调频能力静态特性的移动范围：向上（独立/并网）、向下一次调频对并列运行的机组，当外界负荷变动引起电网频率变动时，电网中各机组的调速系统动作、负荷就自动增减，以适应外界负荷变化的需要。这种由调速系统自动控制机组负荷的增减，以减小频率变化幅度的方式，称为一次调频。二次调频(1)在机组并网运行时，通过同步器可以改变汽轮机的功率，使各台机组承担给定负荷，调整电网频率，以维持电网周波稳定—二次调频。(2)在机组并网前，用同步器可改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速，使发电机与电网同步并列。正由于有此用途，故称其为同步器。影响动态特性的主要因素1.转子飞升时间常数Ta额定功率下的主力矩，使空载转子从0到额定转速的时间大机组的Ta小，所以容易超速。2.中间容积时间常数Tv蒸汽以额定流量充满整个中间容积，并达到额定密度所需的时间中间容积大，压力高，则Tv大。使调节性能变坏。3.转速不等率δδ大时，动态稳定性好，但动态偏差与静态偏差均增加。4.油动机时间常数Tm油动机在最大进油量下走完全程的时间Tm大，油动机运动慢，影响调节质量，但对油压的波动不敏感。5.迟缓率迟缓率大，动态偏差和稳定性变差。四、中间再热式汽轮机的调节特点特殊问题： （1）功率滞后 解决方法： 调节门动态过调＋协调控制

特殊问题：（2）甩负荷时超速 解决方法：设置中压主汽门和中压调节门特殊问题：（3）低负荷时再热器的安全问题 解决方法：设置旁路HPBV-高压旁路阀；HPATV-高压旁路减温阀；HPATSV-高压旁路减温截止阀；CRCV-再热冷段逆止阀（高排逆止阀）；VV-通风阀；M1-电动旁路阀（倒暖阀）；MSV-高压主汽阀；CV-调节阀；LPBV-低压旁路阀；LPATV-低压旁路减温阀；CRV-中压联合阀（包括RSV-中压主汽阀,ICV中压截止调节阀）；IBV-截流预启阀；CSV-凝汽器喷水阀；RPRV-再热器压力排放阀中间再热式汽轮机的调节特点

特有问题： 解决方法：（1）功率滞后 调节门动态过调＋协调控制（2）甩负荷时超速 设置中压主汽门和中压调节门（3）低负荷时再热器的安全问题 设置旁路HPBV-高压旁路阀；HPATV-高压旁路减温阀；HPATSV-高压旁路减温截止阀；CRCV-再热冷段逆止阀（高排逆止阀）；VV-通风阀；M1-电动旁路阀（倒暖阀）；MSV-高压主汽阀；CV-调节阀；LPBV-低压旁路阀；LPATV-低压旁路减温阀；CRV-中压联合阀（包括RSV-中压主汽阀,ICV中压截止调节阀）；IBV-截流预启阀；CSV-凝汽器喷水阀；RPRV-再热器压力排放阀预暖前主机汽封及盘车处于投运状态开启高、中压主汽阀，全关通风阀（VV阀）逐渐开启倒暖阀(RFV)，使暖缸蒸汽流入高压缸，一部分蒸汽经各疏水口进入疏水系统，另一部分蒸汽经高、中压间汽封漏入中压缸，再经连通管与低压缸排到凝汽器。汽缸各壁温差及胀差在允许范围内。暖缸结束后关闭倒暖阀（RFV阀）及高压缸所有疏水阀。高压调节阀壳内壁或外壁温度低时，在高压缸预暖期间，用主蒸汽通过主汽阀进入高压调节阀，预暖过程中主汽阀保持10％的开度。中压缸启动开启中压调节门、通风阀(VV阀)，防止高压缸过热高中压缸切换高压调节阀以单阀方式逐渐开启，后高压调节阀与中压调节阀开始进入比例关系，通风阀(VV阀)关闭。高压缸排汽逆止门自动开启，否则应强开高排逆止门。第三次课要点汽轮机调节系统的发展举例 机械式、机械液压式、纯液压式、电调械液压式或纯液压式的工作原理及其控制原理框图液调系统的缺点：

是速度调节系统，静态特性固定，协调困难再热式单元机组的调节特性与特殊问题及解决方法 功率响应滞后、甩负荷时超速、机炉匹配调节系统的动态特性指标：

稳定性、精确性、快速性第一节功频电液调节系统的

工作原理第一节功频电液调节系统的

工作原理第二节功频电液调节系统的

静态特性第三节功频电液调节系统的

反调现象常见克服“反调”的方法有：①在系统中引入转速的微分信号，把发电机功率信号校正成为汽轮机功率信号；②在系统中引入负的功率微分信号以延迟功率信号；③使测功元件与一个滞后环节相串联，以延迟功率信号的作用；④在甩负荷时，切除功率给定信号。⑤在甩负荷或超速时，直接关闭调节门。第四次课要点功频电调（DEH）的基本原理图DEH静态特性的推导如何上下平移电调静态特性及改变斜率发电机功率反馈系统的反调现象、原因及对策第三章数字式电液调节系统（DEH）

第一节概述

一、基本原理

转速回路：一次调频功率回路：功率精确等于给定值调节级压力回路:平稳响应负荷快速克服主蒸汽压力内扰

二、数字电调具有的新特点：（1）集散控制提高了系统的可靠性（2）计算机数据处理能力强，还可支持显示、打印、报警、事故追忆（3）调节品质高（300MW±2MW、3000±2r/min）（4）便于协调控制、厂级控制、优化控制数字控制的其他特点：离散控制、可编程、高级算法……等等电调系统达到的指标转速控制范围：10-3600转/分控制精度：±1转/分负荷控制范围：初负荷-110%控制精度：±1.5MW系统迟缓率<=0.067%转速不等率5%(3%-6%可调)转速超调量：甩额定负荷<7%高中压主汽门、调节汽门关闭时间：<0.15秒系统MTBF>25000小时系统可利用率>99.9％第二节数字式电液调节系统的组成

一、组成数字控制部分DCS

液压执行部分执行机构：伺服放大器，电液转换器、油动机油系统：高压抗燃油低压润滑油保护系统:OPC：2个OPC电磁阀

ETS：4个AST电磁阀机械超速和手动脱口

二、组成方框图P231、给定部分方式：OA、ATC、逻辑给定（AS、CCS、RB）

内容:目标值、速率（nPpT）2、测量：n、P、pT

、p1（三选二）IEP、pR、ASL、BR等3、伺服控制回路：VCC卡，每个调门都

4、调节器转速调节器：TV、GV、IV三个负荷调节器：功率调节器、调节级压力调节器

第三节数字式电液调节系统的功能一、汽轮机自动程序控制（ATC）二、自动调节 冷启动、热启动

1.操作员自动、远方/协调、ATC 2.一级手动、二级手动、三级手动

3.单级或串级

4.定压、滑压（定压时可阀门管理）

5.调频方式、基本负荷方式

6.主汽压控制、甩负荷三、自动保护

1.超速保护OPC（103％、110％）

2.危急遮断ETS 3.机械超速保护、手动停机四、系统监控

对机组和DEH装置进行监督、显示第四节数字式电液调节系统的运行方式三种：ATCOA手动1、自动汽轮机控制方式ATC—最高级转速控制目标转速均由ATC程序给出速度变化率负荷控制目标负荷OA给出负荷变化率几个中选小P512、操作员自动方式OA—最基本

转速目标值/变化率均由OA给出负荷3、手动方式

一级手动数字手动自动的备用单片机

二级手动模拟手动一级手动的备用模拟计数器

手动备用硬手操二级手动的备用第四节数字式电液调节系统的运行方式第五次课要点实际电调系统的控制方案（三环串级）电调系统能够达到的控制指标实际电调的基本电气硬件组成实际电调能够实现的基本功能电调系统配汽机构凸轮特性的实现第五节数字式电液调节系统的

工作原理冷态高压缸启动阀门冲转前0-2900rpm阀切换2900rpm2900-3000rpmTV全关控制控制→全开全开GV全关全开全开→控制控制IV全关全开全开全开具有多个高压调节阀的机组每个阀门均有一个独立的伺服控制回路阀门开启按预先设定的顺序进行在线切换单阀控制：节流调节，全周进汽，受热均匀多阀控制：喷嘴调节，部分进汽，受热不均阀门管理GovernorValveManagement第六节汽轮机自动控制（ATC）一、ATC控制

ATC控制机组热应力以保证机组寿命的运行方式。二、控制手段 控制机组第一级蒸汽变化速度，也就是控制速度与负荷的变化率。 升速率(50r/min)与升负荷率(1.395MW/min)各10级三、应力计算 应力与材料的温差有关，与蒸汽到金属的传热有关，与材料形态有关 应力计算的数学模型一般是近似得来。四、控制回路框图第六次课要点数字电调的手操及其无平衡、无扰动切换（跟踪）典型汽机的冷、热启动方式及其阀门切换实际电调反馈信号的选择及其实现的运行方式实际电调各运行方式选择的条件数字电调的阀门管理

单阀控制与多阀控制的特点及选用原则ATC控制及其控制方法实际电调启动到满负荷的控制软件框图实际电调启动到满负荷各阶段控制的简化框图第二节高压主汽门的数字系统切换完成高调门控阀位第三节高压调门的数字系统高压调节门工作方式的切换逻辑第七次课要点实际数字电调给定值形成的原理（分阶段、按阀门）高压主汽门/高压调节门的控制：

ATC/运转员自动给定值的形成高压主汽门的控制回路高压主汽门的全程试验、全开与全关偏置速度信号是怎样得到和选择的（A、B、C）由于机组本身具有迟延与惯性。因此动态时，电功率信号不等于汽轮机的轴功率，只是反映了机组向电网输出的功率。内扰下（蒸汽参数）发电功率可反映机组输入的变化，外扰下（电网频率|负荷）发电功率不能反映电网用户功率的变化由于过大的功率角改变会引起电机不稳定，所以机组负荷变化率和电网负荷扰动量过大都是不允许的。P54tt各种标志速度信号的判断与选择第四节中压调门的数字系统IVTV转换完成第五章数字电液调节系统的

模拟系统模拟系统是指DEH的手动控制、超速保护部分

（1、2、3级）一、数字手动系统（一级手动）自动DPU软件计数器VCC卡手动键盘二、模拟手动系统（二级手动）一级手动键盘硬件计数器VCC卡二级手动手操器三级手动三、超速保护及快速关闭调节门门（中调门快关CIV）§5.5第二节高压主汽门的模拟系统0第三节高压调节门的模拟系统缺自动跟踪手动第四节中压调节门的模拟系统第五节超速保护控制系统第六节模拟系统的操作逻辑一、转速测量二、功率测量三、功率反调校正功率反调的原因：汽机功率信号落后于转速信号汽轮机功率信号比发电机功率信号缺少微分分量

时间上和外形上（3）甩负荷特性分析

反调现象——采用发电机功率作为反馈信号的功频电液控制系统在机组甩负荷时，在过渡过程的初始阶段，调节器输出的控制指令不是关小汽轮机调节阀门，而是开大调节阀门，造成转子转速上升，只有在转速升高到一定数值后才能克服发电机功率反馈信号的影响。机组甩负荷时，发电机功率反馈信号uNL、转子转速反馈信号uω

和汽轮机功率反馈信号uNt

的变化曲线如下图所示：

克服反调现象的方法汽轮发电机组的力矩平衡方程式为：

根据上式可知，汽轮机功率信号等于发电机功率信号与转子加速度信号之和。为了克服在机组甩负荷时出现的反调现象，可以采取以下方法：

在转子转速反馈回路中加入实际微分环节

在发电机功率反馈回路中加入惯性环节

在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节在功频电液控制系统中的发电机功率反馈回路中加入惯性环节，同时在转子转速反馈回路中加入实际微分环节，此时控制系统如下图所示：加入负微分环节后的控制系统在负微分回路中采用单向带死区的函数模块，使负微分作用只在负荷大幅下降时起作用，同时可以在发电机功率正常下降或出现小幅度波动时，使负微分回路输出信号为零，不产生调节作用，避免阀门的误动。单向带死区函数模块为克服反调现象，还可以在发电机功率反馈回路中加入负的微分环节，此时控制系统如下图所示：四、频差校正器五、功率校正器六、调节级压力校正器第二节阀位控制装置一、电液转换器二、油动机第三节、配汽机构第四节、跟踪滑阀略第七章油系统

第一节抗燃油第十次课要点图6.10（a）电液转换器的工作原理双侧进油式和单侧进油式油动机特点共用供油系统和独立供油系统（中高压供油）闪点与燃