项目6 任务6.7电液调节系统的功率控制

授课教师：孙为民项目6电厂汽轮机调节、保安及油系统的认识任务6.7电液调节系统的

功率控制第一部分PART

ONE功率控制（调节）原理第二部分PART

TWO负荷给定值形成单元CONTENTS目录功率控制（调节）原理第一部分功率控制（调节）原理4功率调节系统是由三个串级的回路构成，如图所示，通过对高压调节汽阀的控制来控制机组的功率。功率控制（调节）原理5内环调节级压力（IMP）回路功率调节系统是由三个串级的回路构成中环功率（MW）调节回路外环转速（WS）一次调频回路负荷给定值经一次调频修正后变为功率给定值，经功率校正器修正后，变为调节级压力给定值，最后经过阀门管理器转换为阀位指令信号。三个回路可以有自动或手动两种运行方式的选择，为此可以构成各种运行方式如阀位控制、定功率运行、功－频运行、纯转速调节等。功率控制（调节）原理6在功率调节中，由于受中间再热容积以及蒸汽参数波动等因素的影响，功率的动态偏差量与静态偏差量相差很大，反映出液压调节系统功率调节的动态特性较差。电液调节系统通常设置2～3个主回路，DEH-Ⅲ型调节系统设置了3个主回路（即3个主环），即在外环一次调频回路基础上增设了中环功率校正主回路与内环调节级压力校正回路。（1）采用多回路综合控制液压调节系统造成负荷适应性差的主要原因是只采用了单一主回路即转速调节主回路，在并网运行时用作一次调频回路。功率控制策略1为避免采用单一主回路所带来的问题，功率控制（调节）原理7可减小动态调节过程中的动静偏差量，从而改善了功率调节的动态特性。将定压运行的凝汽式汽轮机所有非调节级取作一个级组时，调节级后汽室压力的变化与主蒸汽流量的变化成正比，而流量变化又与汽轮机功率变化成正比。增设中环功率校正回路的目的将实际的功率动态偏差信号与来自外环一次调频回路的功率静态偏差请求值信号相比较，根据其差值进行校正，差值越大，调节幅度也越大，速度也越快。因此因此，可用调节级汽室压力的变化来加快反映由于调节汽阀开度的变化、蒸汽参数的变化等因素引起的功率变化，它比电功率信号及转速信号快得多。根据汽轮机变工况理论可知功率控制（调节）原理8中环与内环本质上都是用于功率调节的。由上述分析可知所以内环调节级压力回路是一快速内回路功率的细调是通过中环功率校正回路的进一步调整来完成的。不但能消除蒸汽参数波动引起的内扰而且能起快速粗调机组功率的作用功率控制（调节）原理9大机组的集中控制要求运行方式灵活、多样，电子技术的应用为其实现提供了有利条件。通过改变汽轮机功率给定值信号来源，便能灵活地进行多种运行方式的综合控制。a．给定值信号综合控制（2）采用多信号综合控制功率控制（调节）原理10有时受机组运行条件改变的限制，达不到原运行要求，例如达不到原功率要求值，则将反映机组运行条件改变的限值信号送至某一中间环节进行低选限值处理。当机组遇到异常情况时，有专用控制信号（如危急遮断信号或电超速保护信号）直接送至阀位控制装置，进行快速的阀位控制，以求阀门快速动作。b．中间环节限值信号控制C．直接阀位控制功率控制（调节）原理11一是单阀控制即采用单一信号控制，使所有高压调节汽阀同步启闭，适用于节流调节；阀门管理程序将流量调节信号转换成阀位控制信号，并根据运行需要选择阀门启闭控制方式。二是多阀控制即采用多个不同信号分别控制若干个高压调节汽阀，使它们按一定顺序启闭，适用于喷嘴调节。（3）采用调节汽阀阀门管理技术功率控制（调节）原理12节流调节能使汽轮机接近全周进汽，受热均匀，从而可以减小转速变动过程中和负荷变动过程中转子热应力，但会降低部分负荷下的运行经济性。（3）采用调节汽阀阀门管理技术一般情况下，在汽轮机升速过程、低负荷暖机过程、大幅度变负荷过程以及正常停机过程，采用节流调节。在定压运行过程中负荷稳定时，以及在高负荷时，采用喷嘴调节。运行人员可以根据需要来选择最佳配汽方案。单阀控制和多阀控制方式之间可以实现无扰切换。功率控制（调节）原理13功率调节原理2由图所示的系统可接受四种功率扰动信号外界负荷扰动信号自动控制方式下的功率给定值扰动信号内部蒸汽参数扰动信号手动控制方式下的手动功率阀位指令信号一三二四功率控制（调节）原理14若系统的三个主环（即三个主回路）及相应的子环（即阀位控制子回路）均为闭环控制结构，则系统处于功频调节方式。

当外界负荷扰动时，例如外界负荷增加时，发电机电磁反力矩将增大，引起ΔMe＞0，此时由于ΔMt=0，所以ΔM=ΔMt-ΔMe＜0，（1）外界负荷扰动下的功率调节由于ΔP*=0，所以功率静态偏差请求值信号ΔREF1=ΔP*-Δx1＞0。设系统在原稳定状态下，n=n0，P=P*功率控制（调节）原理15随后，中环功率校正回路受ΔREF1扰动后，产生功率静态偏差信号ΔMR＞0，经过功率校正器P4I4的校正作用后，输出功率校正请求值信号ΔREF2＞0，再经参数变换到调节级压力请求值信号ΔIPS＞0，内环调节级压力回路受ΔIPS扰动后，产生调节级压力偏差信号ΔIMR＞0，经过调节级压力校正器P5I5的信号校正以及阀位限值处理后，生成主汽流量请求值ΔFEDM＞0，再经过阀门管理程序处理后，变为阀位指令信号ΔVGP＞0；功率控制（调节）原理16阀位控制子回路受ΔVGP扰动后，产生阀位偏差信号ΔVG＞0，此信号通过电液转换器转换成调节油压信号，用以驱动油动机，进而驱动调节阀开大，主汽流量随之增加，蒸汽动力矩、功率、调节级压力相应增大。取自油动机活塞杆位移的阀位反馈信号ΔVGL、调节级压力反馈信号ΔIMP、功率反馈信号ΔMW与蒸汽动力矩反馈量ΔMt也相应增大。与此同时功率控制（调节）原理17当上述四个条件同时满足时，系统便达到了新的稳定状态。ΔVG=ΔVGP–ΔVGL=0ΔIMR=ΔIPS–ΔIMP=0ΔMR=ΔREF1–ΔMW=0ΔM=ΔMt–Δme=0系统的稳定条件是1234负荷减小的调节过程各信号变化方向与上述相反。功率控制（调节）原理18在自动控制方式下，系统的三个主环及相应的子环均为闭环控制结构。为了分析问题方便，首先假设电网频率不变且为额定值，（2）功率给定值扰动下的功率调节因此机组转速n也不变，此时转速偏差信号Δn=0即n=n0，外环处于软阻断状态——相当于外环是开环结构，无校正作用，即Δx1=0。功率控制（调节）原理19由图可知当出现功率给定值扰动时，将引起功率给定值P*变化，例如ΔP*＞0，相应地引起功率偏差信号ΔMR＞0，相继经过功率校正器、调节级压力校正器、阀位限值器、阀门管理程序以及阀位控制装置的作用后，使调节汽阀开大，蒸汽量增大，功率增加。与此同时阀位反馈信号、调节级压力反馈信号以及功率反馈信号随之增大，在同时达到子环、内环、中环的稳定性条件时，系统便达到新的稳定状态，此时机组实发功率与新的功率给定值相等。若在功率给定值扰动的同时出现外界负荷扰动，则外环也参与调节，其总的调节效果可看成是由两种扰动单独作用后相叠加的结果。当出现给定值扰动信号ΔP*＜0时，调节过程中信号变化方向相反。功率控制（调节）原理20液压调节系统不具备抗内扰能力，在蒸汽参数变化时，如主汽压力、主汽温度、排汽压力变化等，机组的功率就会自动飘移。在电液调节系统中，当内环、中环投入时，系统具有抗内扰能力，蒸汽参数的变化不会影响功率的稳定性。根据汽轮机变工况理论可知，当将所有非调节级取作一个级组时，该级组前的压力即调节级后汽室压力随着流量的减小而减小，产生快速的调节级压力反馈信号ΔIMR＜0，内环调节级压力校正回路受扰动后，产生调节级压力偏差信号ΔIMR＞0，当内环、中环均投入时，若出现幅度不大的蒸汽参数扰动且此时Δn=0，Δp*=0，例如，主汽压力在允许范围内降低时，则引起蒸汽流量减小。（3）内部蒸汽参数扰动下的功率调节功率控制（调节）原理21经过调节级压力校正器的信号校正，再通过阀位限值处理以及随后的压力——流量数值转换作用，输出主汽流量（相对值）请求值信号ΔFEDM＞0，阀位控制子回路受ΔVGP扰动后产生阀位偏差信号ΔVG＞0，此信号通过电液转换器转换成调节油压信号，用以驱动油动机，进而驱动调节汽阀开大。在主汽压力降低引起蒸汽流量减小以及整机理想焓降减小时，汽轮机功率将下降，产生滞后于调节级压力反馈信号的功率反馈信号ΔMW＜0，此信号作用于中环功率校正回路，产生功率偏差信号ΔMR＞0，再经过阀门管理程序处理后变成阀位调节指令信号ΔVGP＞0；功率控制（调节）原理22经过功率校正器的校正作用后输出功率校正请求值，随后通过功率——压力参数变换成调节级压力请求值信号ΔIPS＞0，此信号作用于调节级压力校正回路也产生调节级压力偏差信号ΔIMR＞0，通过随后各环节的调节作用，也会使得调节汽阀开大。系统的内环、中环是通过改变调节汽阀的开度来补偿内部蒸汽参数扰动对功率的影响，从而能维持功率不变。也就是说，主汽压力下降时，通过内环、中环两个反馈信号的作用是同向叠加的，均使得调节汽阀开大。随着调节阀的开大，蒸汽流量增加，调节级压力、汽轮机功率均相应回升，反馈信号ΔVGL、ΔIMR、ΔMW也相应回升。当系统的稳定条件同时满足时，系统便达到了新的稳定状态，功率恢复到原稳定值。通过上述分析可知功率控制（调节）原理23当系统的中环断开时，虽然可以依靠内环来抗内扰，但不能精确的维持功率不变。在阀门管理程序中，阀门的流量特性根据主汽压力来修正，当主汽压力变化时，具有一定的抗内扰辅助作用。当系统的内环断开时，虽然可以依靠中环来抗内扰，精确的维持功率不变。但调节的过渡过程时间长些。功率控制精度可达±0.5％～0.67％当需要改变机组功率时，通过手动直接发出功率阀位指令信号功率控制（调节）原理24在手动控制方式下，系统的三个主回路均在自动/手动切换点断开，所以全是开环结构，阀位控制子回路必须是闭环结构。由于机组处于并列运行方式，所以此时的阀位指令即为手动发出的功率给定值扰动信号。其调节过程与手动转速阀位指令扰动下的转速调节过程基本相同，不同的仅为调节结果是改变了机组功率而不是转速。（4）手动功率阀位指令扰动下的功率调节负荷给定值形成单元第二部分负荷给定值形成单元26负荷给定值P*由负荷给定值形成单元产生，其工作原理与转速形成单元相似，其不同点在于目标负荷设置的方式较多，以满足各种运行方式的要求。其目标负荷的输入途径是根据机组状态和运行方式，经逻辑判断确定，其中主汽压力低和辅机故障减负荷优先。如图所示是负荷给定值形成单元的原理框图负荷给定值形成单元27变负荷率可以由运行人员设定，但受热应力和设备状况允许的变负荷率自动限制，选择两者的最小值。在辅机故障时，或主蒸汽压力控制和程控启动方式，变负荷率由控制逻辑确定。1当机组的运行工况或蒸汽参数出现异常时，为避免损坏机组，并使机组的运行尽快恢复正常，控制子系统能对机组的负荷进行限制。限制值由人工给定，并可根据需要随时改变。设备允许的最高最低负荷