第四章-汽轮机的调节课件

第四章 汽轮机的调节w汽轮机调节系统的静态特性、动态特性w汽轮机液压调节系统w中间再热机组的调节第四章 汽轮机的调节汽轮机调节系统的静态特性、动态特性1第一节 汽轮机调节的任务与组成一、汽轮机调节的任务任务机组的功率与外界负荷相适应使供电的频率基本不变供电质量标准主要有两个：一是频率；二是电压。二、汽轮发电机组的自调节特性 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 。稳定工况下：剩余力矩：图4-1 汽轮机与发电机的特性曲线第一节 汽轮机调节的任务与组成一、汽轮机调节的任务任务机组2三、调节系统的基本工作原理及组成1、直接调节系统图4-3 直接调节系统方框图图4-2 直接调节系统 调节汽阀是由调速器本身直接带动的，所以称为直接调节。应将调速器滑环的位移在功率上加以放大，从而构成间接调节系统。三、调节系统的基本工作原理及组成1、直接调节系统图4-3 3图4-5 间接调节系统原理方框图2、间接调节系统图4-4 间接调节系统 油动机活塞的运动是错油门滑阀位移引起的，而活塞位移反过来又影响错油门滑阀的位移，这种作用称为反馈。因为这种反馈是要抵消调速器对滑阀的作用的，故称为负反馈。图4-5 间接调节系统原理方框图2、间接调节系统图4-4 4一个闭环的汽轮机自动调节系统可分为下列四个组成部分：（4）调节对象。对汽轮机调节来说，调节对象就是汽轮发电机组。当汽轮机进汽量改变时，汽轮发电机组发出的功率、转速也发生相应的改变。（1）转速感受机构。其作用是感受转速的变化，并将其变为能使调节系统动作的信号。转速感受机构通常又称为调速器。（2）传动放大机构。其作用是将调速器送来的信号进行放大，并将放大的信号送至执行机构-配汽机构。传送发达机构在向执行机构发信号的同时，还发出一个信号使滑阀复位并使油动机活塞停滞运动。实现反馈设备元件称为反馈机构。负反馈的作用是使调节系统稳定。（3）执行机构。作用是接受放大后的调节信号，调节汽轮机的进气量，即改变汽轮机的功率。一个闭环的汽轮机自动调节系统可分为下列四个组成部分：（4）调5 第三节 汽轮机调节系统的 静态特性、动态特性一、汽轮机调节系统的静态特性 稳定工况下，汽轮机的功率与转速之间的对应关系称为调节系统的静态特性。（一）四方图图4-9 汽轮机调节系统的四方图 第三节 汽轮机调节系统的一、汽轮机调节系统的6（二）速度变动率定义：汽轮机空负荷时所对应的最大转速 与额定负荷时所对应的最小转速 之差，与额定转速 的比值，称为调速系统的速度变动率或速度不等率，通常用 表示，即 太小不稳定 太大保护装置动作一次调频：当外界负荷变化引起电网频率变动时，各机组的调速系统将根据各自的静态特性，自动增、减负荷，以维持电网的周波。这一过程称为一次调频。（二）速度变动率定义：汽轮机空负荷时所对应的最大转速 7功率分配速度变动率愈大，单位转速变化所引起的功率变化就愈小。带尖峰负荷机组，速度变动率应取小些，对带基本负荷的机组，速度变动率则应取大些。速度变动率范围：保护装置动作转速：如果电网频率与额定频率的偏离量为 ，那么由调节系统静态特性曲线和速度变动率的定义可由求得机组功率改变的相对量为：（4-4）由式(4-4)定义的速度变动率称为总体速度变动率，而将下式定义的速度变动率称为局部速度变动率：功率分配速度变动率愈大，单位转速变化所引起的功率变化就愈小。8 机组在满负荷附近，过小的速度变动率在电网频率降低时容易使机组过载，危及机组的运行安全，所以，在机组满负荷处的速度变动率也应取得大一些。曲线形状要求：1、沿功率增加方向向下倾斜；2、连续、平滑不应有突跃点和水平段；3、在空负荷、较低负荷和满负荷处较陡图4-10 汽轮机调节系统速度变动率分布 机组在满负荷附近，过小的速度变动率在电网频率9（三）迟缓率定义：在调节系统增、减负荷特性曲线上，相同功率处转速偏差 与额定转速 的比为调节系统的迟缓率，通常用 表示，即 对机组运行的影响：过大，会引起调节系统的不稳定单机运行，会引起转速的自振，并列运行，会引起功率的晃动，图4-12 调节系统迟缓对汽轮机运行的影响（一条带状区域）（三）迟缓率定义：在调节系统增、减负荷特性曲线上，相同功率处10（四）同步器与静态特性曲线平移（一簇线）1、同步器的作用 在汽轮机并列运行时，若电网的频率基本不变，则机组所承担的负荷也就基本不变。因此在机组并网带负荷时，也应有一能平移静态特性先的装置，在并列运行图4-13 单机运行时同步器的作用（1）单机运行时，启动过程中提升机组转速达到额定值；带负荷运行时可以保证机组在任何稳态负荷下转速维持在额定值。的机组见进行负荷的重新分配。这种能够平移调节系统静态特性线的装置称为同步器，其作用是：（四）同步器与静态特性曲线平移（一簇线）1、同步器的作用 11 通过平移转速感受特性线的同步器为第一类同步器；平移中间传递放大特性线来实现的同步器，称为第二类同步器。（2）并列运行时，同步器可改变汽轮机功率，并可在各机组间进行负荷重新分配，保持电网频率基本不变，这个过程称为二次调频。图4-14 同步器平移静态特性曲线（a）第一类同步器 （b）第二类同步器 通过平移转速感受特性线的同步器为第一类同步器122、同步器的调节范围同步器调节范围要求：在额定蒸汽参数和电网周波下能顺利的将机组加载到满负荷和卸载到空负荷外，还应充分考虑蒸汽参数、真空和电网周波等在允许范围内变化时，也能完成上述功能。图4-15 同步器的调节范围（1）同步器最小调节范围。（2）静态特性线的下限位置。通常设在额定转速下-5.0%处（3）静态特性线的上限位置。上限位置通常设在7.0%处。初参数升高且真空升高，上移初参数降低切真空降低，下移2、同步器的调节范围图4-15 同步器的调节范围（1）同步13二、汽轮机调节系统的动态特性（一）动态特性基本概念 调节系统由一个稳定工况到另一稳定工况时转速随时间的变化关系。图4-16 甩负荷后转速的过渡过程 对于汽轮机调节系统的动态特性必须提出稳定性要好、震荡次数要少及过度过程调整时间要短的要求。二、汽轮机调节系统的动态特性（一）动态特性基本概念图4-16142、动态超调量（应低于超速保安器整定的动作转速）1、稳定性影响调节系统动态特性的主要因素：3、静态偏差值4、过渡过程调整时间5、振荡次数：明显振荡次数23次2、动态超调量（应低于超速保安器整定的动作转速）1、稳定性影15（二）影响甩负荷动态特性的主要因素1、本体设备对动态特性的影响（1）转子时间常数 。时间常数越小，容易超速。（2）蒸汽中间容积时间常数 。中间容积内蒸汽的做功能力越强中间容积大，关闭后易超速越大图4-17调节系统甩负荷动态特性估算（二）影响甩负荷动态特性的主要因素1、本体设备对动态特性的影162、调节系统对动态特性的影响（1）速度变动率。大，动态超调量小，易稳定，但 大；小，动态超调量大，不稳定，但 小；（2）油动机时间常数小，活塞移动快；大，活塞移动慢，滞后，不稳定（3）迟缓率图4-18速度变动率对甩负荷动态特性的影响2、调节系统对动态特性的影响大，动态超调量小，易稳定，但 17第四节 汽轮机液压调节系统一、转速感受机构 转速感受机构是将速度信号转变为一次控制信号的元件。在汽轮机调节系统中，转速感受机构主要有机械、液压和电子式三类。1.高速弹性调速器图4-19 高速弹性调速器图4-20 高速弹性调节器特性曲线第四节 汽轮机液压调节系统一、转速感受机构 转速182.径向钻孔脉冲泵图4-21径向钻孔脉冲泵图4-22 脉冲泵特性曲线2.径向钻孔脉冲泵图4-21径向钻孔脉冲泵图4-22 脉冲泵193.旋转阻尼器图4-23 旋转阻尼器图4-24 旋转阻尼器的特性曲线3.旋转阻尼器图4-23 旋转阻尼器图4-24 旋转阻尼器的20二、中间放大器 对不同的转速感受机构，与之配套的中间放大器的型式是不同的，主要有压力控制式和流量控制式两种。1.随动滑阀放大器图4-25 随动滑阀二、中间放大器 对不同的转速感受机构，与之配套的中间212.波形筒蝶阀放大器图4-26 波形筒蝶阀放大器2.波形筒蝶阀放大器图4-26 波形筒蝶阀放大器223.压力变换器图4-27 调速器滑阀3.压力变换器图4-27 调速器滑阀23三、油动机图4-28 油动机原理方框图 我国电站调节系统中主要采用断流式双侧进油或单侧进油两种型式油动机。双侧进油断流式优点：体积小，提升力大缺点：一旦压力油失去无法调节单侧进油式优点：失去压力油时能关闭汽门缺点：提升力小，体积大三、油动机图4-28 油动机原理方框图 我国24 对油动机的性能评价，在静态方面是提升力系数，在动态方面是时间常数。1、最大提升力和提升力系数产生开启汽门的最大提升力：提升力系数=油动机的最大驱动力传动比系数 开启汽门所需的最大提升力通常要求油动机的提升力系数大于2，有时甚至达到4。图4-29 油动机原理图（a）双侧进油油动机（b）单侧进油油动机 对油动机的性能评价，在静态方面是提升力系数，252、油动机时间常数进油侧活塞的有效面积；分别为错油门对应的个数、开度、宽度和 通流面积；油口的流量系数，一般取 ；油动机活塞的行程；进油侧油动机活塞下油压。油动机活塞运动时，活塞移动产生的上、下腔室的容积变化，在油液不可压缩假设下，可由流体力学基本方程，得出进油容积流量：2、油动机时间常数进油侧活塞的有效面积；油26以 表示排油侧活塞面积，同理可得排油侧的流量排油侧油动机活塞下油压为讨论方便，假设油动机活塞为对称结构，即 且活塞及油流动的惯性力和开启调节汽阀的提升力略去不计。则有 ，上述流量方程简化为 以 表示排油侧活塞面积，同理可得排油侧的流量27 当错油门油口为最大开度 时，油动机活塞腔室的进、排油量达到最大值，即 油动机时间常数 表示在错油门滑阀油口开度最大时，油动机活塞在最大进油条件下走完整个工作行程所需的时间。即：减小油动机时间常数措施：减小活塞面积增加油口宽度增大油压 当错油门油口为最大开度 时，油28（二）错油门滑阀图4-30 断流式滑阀的盖度特点：在稳定工况下滑阀处 于中间位置。盖度：滑阀上的凸肩应比油口稍高，这个高出的数值称为盖度。为使油动机进油前，另一侧能稍许提前排油，其进油盖度 应大于排油盖度 。错油门滑阀可分为为断流式和节流式。（二）错油门滑阀图4-30 断流式滑阀的盖度特点：在稳定工29四、配汽机构1、配汽传动机构：提板式、凸轮式和杠杆式等。2、调节汽阀的结构型式图4-31 调节阀（a）球形阀（b）带节流锥阀（c）带蒸汽弹簧预启阀的阀门1提板；2阀芯；3扩压管；4带锥阀芯四、配汽机构1、配汽传动机构：提板式、凸轮式和杠杆式等。2、302、阀门的升程流量特性图4-32 单座阀升程流量特性 球形阀的升程流量特性如图4-32的曲线1所示。在汽门开度较小时，调节汽阀内为临界流动，此时通过调节汽阀的流量正比于调节汽阀的升程，与后门压力无关；曲线2为锥形阀的升程流量特性，在刚开启的阶段，汽门面积增加较小，故流量增加较小。2、阀门的升程流量特性图4-32 单座阀升程流量特性 313.阀门的重叠度 在喷管调节配汽中，如果在前一调节阀门完全开启，后续调节汽阀才开启，这样就会形成图4-33点滑线所示的波折形行程流量曲线，反映在调节系统静 态 特 性 线 上，速图4-33调节汽阀的重叠度度变动率同样是波折形曲线，不符合调节系统设计要求，因此在前一调节汽阀尚未完全开启，后续调节汽阀必须提前开启，以补偿前一调节汽阀的非线性特性，得到图中实线所示的光滑曲线。汽阀的这种开启方式称为重叠度。重叠度的选择要经过方案比较，过大的重叠度也会破坏升程流量特性的线性度，是局部速度变动率过小，引起负荷晃动。3.阀门的重叠度 在喷管调节配汽中，如果在前一调节阀门32第五节 中间再热机组的调节一、中间再热给调节系统带来的问题（一）中间容积的影响1、中、低压缸功率滞后：滞后现象，大大降低了机组参加电网一次调频的能力；2、甩负荷时的超速：可使汽轮机超速40%50%；图4-36 中间再热式汽轮机组原则性系统图1、3高压及中压主汽门；2、4高压及中压调节阀；5、8、10减温减压调节器；6、7、9截止阀；11高压缸；12中压缸；13低压缸；14锅炉；15过热器；16再热器；17止回阀第五节 中间再热机组的调节一、中间再热给调节系统带来的问题33（二）采用单元制的问题1、机炉动态相应时间的差异2、机炉最低负荷的不一致3、再热器的冷却问题 对于中间再热机组，由于中间再热压力是随着机组功率的变化而变化的，因此不统计组的再热器之间不能联通；同时，为使锅炉正常运行，必须使新汽流量与流经再热器的流量之间保持严格比例。这样，不同机组之间各锅炉的主蒸汽管道也不能相互联通。因此，中间再热的应用必然导致单元制，即一机配一炉。单元制的采用给机炉的相互配合带来了新的问题。（二）采用单元制的问题1、机炉动态相应时间的差异 34二、中间再热机组的调节特点1、高压缸调节阀的动态过调 动态过调是指在机组负荷突然变化时，将高压调节汽阀的开度暂时跳到超过负荷变化时调节汽阀所需要的静态开度，利用高压缸的过量负荷变化来弥补中、低压缸的功率迟滞。2、设置中压主汽门和调节汽门3、设置旁路系统4、汽轮机、锅炉的协调控制方式：（1）汽轮机跟随控制方式（2）锅炉跟随控制方式（3）机炉协调控制方式二、中间再热机组的调节特点1、高压缸调节阀的动态过调（1）汽35图 4-38 汽轮机、锅炉的控制方式图 4-38 汽轮机、锅炉的控制方式36第七节 汽轮机保护系统及主要装置一、汽轮机的保护系统（1）超速保护（2）低油压保护（3）轴向位移及差胀保护（4）低真空保护（5）振动保护（6）轴承回油温度或瓦温保护（7）发电机故障保护（8）手动遮断保护（9）防火保护图4-40 安全保护装置联锁作用原理第七节 汽轮机保护系统及主要装置一、汽轮机的保护系统（1）37二、自动主汽门 自动主汽门是保护系统的执行元件。要求自动主汽门动作迅速，关闭严密。图4-41 自动关闭器1油动机弹簧；2错油门活塞；3缓冲器；4开度指示器；5行程开关；6热挡板；7阀杆结合器；8油动机活塞二、自动主汽门 自动主汽门是保护系统的执行元件38三、超速保护装置 超速保护装置的感受元件有机械式、液压式、电气式等。汽轮机转速超过额定转度的110%112%时，超速保护装置动作。泄去安全油，迅速关闭自动主气门及调节汽阀，切断汽轮机的进汽，是汽轮机停止转动。图4-42 飞锤式超速保安器1调整螺帽；2飞锤；3压弹簧；4键三、超速保护装置 超速保护装置的感受元件有机械式、液39图4-43 飞环式超速保安器1飞环；2调整螺母；3主轴；4弹簧；5螺钉；6圆柱销；7螺钉；8孔口；9泄油孔口；10套筒图4-44 危机遮断油门1挂钩；2活塞；3壳体；4压弹簧；5扭弹簧图4-43 飞环式超速保安器图4-44 危机遮断油门40第九节 数字电液调节系统调节系统的发展1、调速系统2、功频电液调节系统3、DEH（系统）一、基本调节原理及概述扰动外扰：外界负荷变化内扰：内部参数变化第九节 数字电液调节系统调节系统的发展1、调速系统一、基41二、DEH调节系统的功能总体概括为四个方面：1.DEH调节系统的运行方式选择a.二级手动（最低级）b.一级手动（开环方式)c.操作员自动(最基本）d.自动透平控制ATC（最高级）三、DEH调节系统的组成及数字部分该系统的硬件组成可分为五个部分：DEH控制器、操作系统、油系统、执行机构及保护系统。2.汽轮机的自动调节；3.汽轮机的监控；4.汽轮机的超速保护。二、DEH调节系统的功能总体概括为四个方面：a.二级手动（最42图4-52 引进型300MW相组的DEH调节系统图4-52 引进型300MW相组的DEH调节系统43四、DEH的液调部分EH控制系统图4-53 DEH液调系统四、DEH的液调部分EH控制系统图4-53 DEH液44（一）高压主汽门和高压调节汽阀的组合执行机构1.工作原理图4-54 高压主汽门和高压调节汽阀的工作原理（一）高压主汽门和高压调节汽阀的组合执行机构1.工作原理图4452.电液转换器图4-55 电液转换器结构2.电液转换器图4-55 电液转换器结构463.快速泄压阀图4-56 快速泄压阀结构3.快速泄压阀图4-56 快速泄压阀结构47（二）中压主汽门的组合执行机构图4-57 中压主汽门工作原理（二）中压主汽门的组合执行机构图4-57 中压主汽门工作原48（三）中压调节汽阀的组合执行机构图4-58 中压调节汽阀工作原理（三）中压调节汽阀的组合执行机构图4-58 中压调节汽阀工491.电磁阀遮断系统图4-59 AST电磁阀结构1、2滑阀1.电磁阀遮断系统图4-59 AST电磁阀结构502.机械超速遮断系统图4-60 机械超速系统工作原理2.机械超速遮断系统图4-60 机械超速系统工作原理51五、油系统图4-61 EH供油系统1.EH供油系统五、油系统图4-61 EH供油系统1.EH供油系统522.润滑油系统（1）具有容积式油泵的供油系统 这类供油系统的主油泵采用容积式油泵。容积式油泵有齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵等。图4-45 具有容积式泵的汽轮机供油系统1主油泵；2减速机构；3油箱；4调节系统；5减压阀；6高压溢油阀；7低压溢油阀；8冷油器；9高压启动辅助泵；10止回阀2.润滑油系统（1）具有容积式油泵的供油系统 这53（2）具有离心式油泵的供油系统图4-46 离心泵供油系统 离心式油泵作为主油泵的供油系统，它的主要设备有：1台由汽轮机主轴直接带动的离心式主油泵，1台交流高压辅助油泵，1台交直流低压润滑油泵，2只注油器，3台冷油器，另外还有滤油器、过压阀及润滑油低油压发讯器等部件。（2）具有离心式油泵的供油系统图4-46 离心泵供油系统 54