1、汽輪機調節系統w 汽輪機調節原理w 調節系統的特性w 中間再熱式汽輪機的調節w 供熱機組的調節w DEH系統簡介w 汽輪機的保護裝置w 汽輪機的供油系統旋轉方向汽輪機發電機ETtT汽輪機蒸汽產生的原動力矩摩擦力矩fT轉子的電磁阻力矩力矩的變化w 驅動力矩n汽輪機結構、轉速一定時，進汽量或整機理想焓降增加，驅動力矩增大w 電磁阻力矩n發電機電磁阻力矩隨定子電流增大而增大。n在勵磁電流不變時，定子電流隨外界負荷和轉子轉速增加而增加n即：電磁阻力矩隨外界負荷和轉子轉速增加而增大w 摩擦阻力矩n隨轉子轉速的增加而增大設置調節系統的原因：w 供電品質：電壓，頻率，相位w 頻率的穩定取決于原動機出力和電網

2、負載的平衡。w 維持頻率的穩定要求：原動機出力負載w 汽輪機出力在運行中必須能根據負載要求進行調整。 電能不能大量儲存，火電廠發出的電力必須隨時滿足用戶要求，即在數量、質量要求同時滿足用戶要求。（1）數量要求：用戶對發電量的要求。這就是要求電力負荷根據用戶要求來調整發電大小，以滿足用戶要求。（2）供電質量要求：供電質量就是指頻率和電壓。其中，電壓可以通過變壓器解決。電網頻率則直接取決于汽輪機的轉速。轉速高則頻率高，轉速低則頻率低。因此汽輪機必須具備調速系統，以保證汽輪發電機組根據用戶要求，供給所需電力，并保證電網頻率穩定在一定范圍之內。（3）火電廠自身安全的需要：汽輪發電機組工作時， 轉子、葉

3、輪、葉片等承受很大的離心力，而且離心力與轉速的平方成正比。轉速增加，離心力將迅速增加。當轉速超過一定限度時就會使部件破壞，出大事故。汽輪機自動調節系統的意義 （1）及時調整汽輪機的內功率，滿足用戶足夠的電力（數量、 質量）； （2）保證汽輪發電機組始終在額定轉速左右運行，不超過允許分范圍。 （3）除了調速系統之外，汽輪機組還必須具有保護系統（超 速保護、軸向位移保護等）。自動調節系統的任務3.6mactiiD hP汽輪機內效率主要取決于通流部分結構的完善，在高負荷運行時變化不大；定壓運行時理想焓降為常數；定壓運行調節功率調節蒸汽流量滑壓運行調節功率改變主蒸汽壓力及調節流量汽輪機的主蒸汽系統簡化

4、結構汽輪機自動主汽門調節汽門電動主汽門汽輪機自動主汽門調節汽門調節系統功率給定轉速給定汽壓給定調速器直接調節的原理圖齒輪調節汽門滑環泄油口泄油口壓力油錯油門油動機調節汽門調速器間接調節的原理圖汽輪機調速系統的基本原理 一 簡單的汽輪機自動調速系統 1 主要部件：調速器，滑閥（錯油門），油動機，調節閥。 2 油路：高壓油，排油。 3 工作原理 當外界負荷N減少，機組轉速n升高，調速器飛錘向外擴張，滑環上移，杠桿ABC以C點為支點帶動滑閥B點上移，高壓油通過滑閥油口進入油動機上油室，油動機下油室與排油相通，活塞下移，關小調節閥，減小進汽量，機組功率減小。 同時，杠桿以A點為支點帶動滑閥B點下移，滑

5、閥回中，切斷窗口，高壓油停止流動。調速系統達到新的平衡狀態。 當外界負荷N增加時，機組轉速n下降，調速系統各部套調節過程相同，而動作方向相反。二 液壓調節系統汽輪機的型式很多，不同型式的機組所采用的調節系統也各有特點，例如具有高速彈性調速器的液壓調節系統、徑向泵液壓調節系統、旋轉阻尼液壓調節系統等。 一、轉速感受機構 轉速感受機構是將速度信號轉變為一次控制信號的元件。在汽輪機調節保護系統中，轉速感受機構主要有離心式和電磁式兩類。在離心式中有機械式和液壓式兩種，其中機械式有高速彈性調速器和飛錘或飛環式超速危急保安器；液壓式中有徑向鉆孔脈沖泵和旋轉阻尼器兩種。二、中間放大器對不同的轉速感受機構，與

6、之配套的中間放大器的型式是不同的，主要有壓力控制式和流量控制式兩種。液壓調節系統中常用的有隨動滑閥、碟閥和壓力變換器等中間放大元件。 系統組成 三、油動機油動機，又稱液壓伺服馬達，是汽輪機調節系統中驅動調節汽門的執行機構。它能自動、連續、精確地復現來自中間放大環節輸入信號的變化規律，使調節汽門的開度達到并保持在預定的控制狀態。油動機具有慣性小、驅動力大、動作快、能耗低的突出優點，這是目前電磁式驅動機構不可比擬的。油動機是一個典型的反饋控制位置隨動系統。油動機原理圖四、配汽機構 配汽機構是將油動機活塞的行程轉變為汽輪機的進汽量，起到放大油動機的驅動力、校正行程一流量特性的作用。配汽機構是由配汽傳

7、動機構(或稱操縱機構)和調節汽門兩部分組成。調節汽門的結構1 調節汽門調節汽門，或稱調節閥，簡稱調門，通過改變升程調節進入汽輪機的蒸汽量。對調節汽門，要求有良好的空氣動力學特性和升程一流量特性，流動損失小，流場穩定，開啟的提升力平穩變化且盡可能小。調節汽門有多種型式，但球面型線應用最廣，它是由門芯(閥碟)、門座(閥座)、門桿(閥桿)等組成。2 配汽傳動機構配汽傳動機構，或稱汽門操縱機構，是將油動機活塞行程轉變為調節汽門的升程。對噴嘴調節汽輪機，多個調節汽門按順序依次開啟，因此配汽傳動機構還起到行程流量校正作用。配汽傳動機構主要有提板式、凸輪式或楔形斜面式、杠桿式等。對于小型機組，主要采用結構較

8、為簡單的提板式。對大型機組，特別是數字電液調節系統，通常單個油動機帶動單個調節汽門，其傳動機構采用杠桿式。調節系統靜態特性 靜態特性：調節系統是根據轉速偏差信號n來動作的，通過調節系統的動作來改變調節氣門的開度，功率相應改變，系統穩定在新的狀態下。也就是說，調節結果并不使轉速恢復原穩定值，而存在一定的穩態偏差，這種調節特性叫做調節系統的靜態特性。（靜態及穩定運行狀態） 靜態特性曲線： 汽輪發電機組轉速與功率的關系曲線稱為調速系統的靜態特性曲線。 靜態特性曲線通過實驗或計算獲得。四方圖 調節系統由轉速感應機構、傳遞放大機構、配氣機構和調節對象組成，系統的靜態特性也取決于各組成部分的靜態特性 。

9、由于調節系統各組成部分存在著參數對應關系的非線性因素，因此實際系統的靜態特性不是直線，而是曲線。轉速感受機構靜態特性傳動放大機構靜態特性調速系統靜態特性配氣機構機構靜態特性調節系統的四方圖遲緩率在汽輪機調節系統中，相對運動部件間不可避免地存在動、靜摩擦，機械傳動機構中存在著曠動間隙，滑閥存在一定的蓋度，這些非線性因素的存在，使轉速感受特性和傳遞特性發生畸變，最終表現在靜態特性曲線上，使之偏離理想工況。這種機組增負荷和減負荷特性曲線不重合的現象稱為遲緩。在同一功率下因遲緩而出現的最大轉速變動量與額定轉速的比值被定義為遲緩率。速度變動率汽輪機空負荷時所對應的最大轉速nmax和額定負荷時所對應的最小

10、轉速nmin之差，與額定轉速n0 之比稱為調速系統的速度變動率，用表示。%1000minmaxnnn=36%液壓調節系統 0.30.5%電液調節系統 0.06%靜態特性曲線的要求w n=f(P)單調遞減函數w 空負荷附近陡一些，便于轉速與電網同步，順利并網，并網后轉速波動負荷沖擊小，熱應力小w 滿負荷防止過載，靜態特性曲線也較陡w 帶基本負荷的機組，在額定負荷下陡一些，調峰機組特性曲線較平Pn2n1靜態特性曲線的平移-同步器同步器是調速系統的部件之一。操作同步器，可使汽輪機在同一轉速下有不同的功率，或者是在同一功率下有不同的轉速。同步器作用：1、汽輪機單機運行時，保證機組在任何負荷下轉速不變；

11、2、汽輪機并列運行時，通過同步器可以進行負荷在各機組間的重新分配，此時機組 轉速保持不變。示例：調速器飛錘離心力與a、b彈簧的彈力相平衡。當轉速不變時，可以改變b彈簧的預緊力而改變調速器滑環的位置A，使調節閥開度改變。相反，當轉速增加或者減少時，可以用同步器使調速器滑環位置A不變。 作用范圍：(95107%)n0一次調頻與二次調頻并列運行的機組，網內頻率相同，所有機組轉速一樣，機組總功率正好等于用戶總耗電量。當外界負荷變動而引起電網頻率變化時，網內各機組調速系統同時動作，自動增減負荷，以適應外界負荷變動的要求。這種由調速系統隨電網周波變化，自動控制機組負荷增減，以保證電網頻率穩定的調節方式，稱

12、為一次調頻。 并列運行的機組，可以用同步器調整網內各機組的負荷，使之按給定負荷運行，調整電網頻率，以維持電網穩定在額定范圍之內。這種用同步器調頻的方式稱為二次調頻。二次調頻一次調頻調節系統動態特性 調速系統的動態過程 靜態特性：是指汽輪機穩定工況下的特性，不涉及兩個穩定工況之間的過渡過程。 動態特性：是研究調速系統從一個穩定工況過渡到另一個穩定工況的過渡過程。動態特性是指過渡過程中，機組的功率、轉速、調節閥開度等參數隨時間的變化規律。甩負荷后轉速過渡過程0nna 發電機突然甩全負荷的功率曲線，自時間t0后，功率Pn降低為零； b 剛甩負荷時，轉速沒有突然升高。在 t0之后，由于遲緩的存在，調節

13、閥仍 在進汽，而發電機負荷為0。這時進入的蒸汽全部用于汽輪機升速。轉速升高，調速系統開始動作，調節閥逐漸關小，轉子轉速增加率減慢。當調節閥關到空負荷位置時，轉速升高到新的位置（空負荷轉速）n = (1+)n0；調速系統的動態過程曲線調速系統的動態過程曲線 c 當機組甩負荷時，由于遲緩較大，動作較慢，當轉速升高到n時，調節閥還未關小到空負荷位置，轉速要超過n。當調節閥關到空負荷位置時，由于慣性的存在，轉速上升到峰值。其高出空負荷轉速的部分稱為動態超調量（n）。此時，調節閥要繼續關到空負荷以下位置時，轉子才停止加速。當調節閥反方向開大到空負荷 位置時，轉速才慢慢地停留在空負荷轉速。 d 由于慣性的

14、存在，轉速不會一下子停留在空負荷轉速n，而會低于n；調節閥反而要高于mo。調速系統反復動作幾次，最后衰減到平衡位置轉速。 以上三種情況，當機組甩負荷后，調速系統最后可以使轉速過渡到空負荷轉速n。這種系統是穩定系統。e 如果設計、檢修、調試不好，則會產生圖e所示三種情況： * 曲線1，一直振蕩，不會衰減，不會穩定。 * 曲線2，擺動越來越大，直到超過允許值。 * 曲線3，機組甩負荷后直到危急保安器動作轉速。 這三種系統都是不穩定系統，不穩定系統是不可以采用的。1 穩定性 運行機組受到干擾后離開平衡位置，經調節系統作用后，能過渡到新的平衡狀態；或者在擾動撤消后，能恢復到原來平衡位置，這樣的系統就是

15、穩定系統。2 精確性 超調量：在過渡過程中，轉速超過最后穩定值的最大轉速偏差量稱為超調量，即 一般要求汽輪機甩負荷后的轉速升高不超過危急保安器動作轉速，而且有一定余量（3%左右）；危急保安器動作轉速為(1.101.12)n0，因此，最高轉速不超過(1.071.09)n0。一般，n (0.020.04)n03 快速性 過渡時間：機組經擾動之后，從原來的平衡狀態過渡到新的平衡狀態所需要的時間稱為過渡時間。 過渡時間不能太長，一般在550秒。%)6.(.)1 (0maxnnn動態穩定指標動態穩定指標影響動態特性的主要因素 1 轉子飛升時間常數轉子飛升時間常數Ta：在額定功率時的蒸汽力矩(Mt0)作用

16、下，機組轉速由0上升到額定轉速時所需要的時間。 隨著機組容量增加，蒸汽力矩(Mt0)增加，則轉子飛升時間常數Ta降低。對于中小型機組，Ta = 1114 秒；高壓機組，Ta = 710 秒；中間再熱機組，Ta = 58 秒。機組越大，時間常數Ta越小，越容易超速。 2 中間容積時間常數中間容積時間常數Tv：蒸汽在額定流量Go下，以多變過程充滿中間容積并達到密度所需要的時間。 中間容積V越大，參數越高，則中間容積時間常數Tv越大。G越大，中間儲汽越多，作功能力越強，使汽輪機轉速額外飛升越大。對于中間再熱機組來說，除了本身容積之外，還有再熱器再熱蒸汽管道，容積很大。因此必需有中壓調節閥。 3 速度

17、變動率速度變動率 的影響的影響 a.速度變動率越大，甩負荷后的機組轉速飛升越高。要求速度變動率不大于6%； b.速度變動率越小，超調量（n）越大，波動次數多，衰減慢，穩定性差。要求速度變動率不小于3%。 一般為0.040.05。 4 油動機時間常數油動機時間常數Tm的影響的影響 a.油動機時間常數Tm越大，最大轉速越高，過渡曲線擺動大，過渡時間長，甩全負荷增大了超調量，調節品質差。 b.油動機時間常數Tm太小，則要增加主油泵的功率，引起調速系統擺動。 一般為0.10.3S左右。 5 遲緩率的影響遲緩率的影響 遲緩率對動態特性的影響是不利的。遲緩率大，調節閥關閉遲緩，轉速超調量大。改善動態特性的

18、措施w 減小調節系統遲緩率w 適當整定調節系統速度變動率w 適當減小油動機時間常數w 機組甩負荷時，同步器快速跟蹤到空負荷位置w 減弱中間再熱器所增加的中間容積，（中壓主汽門）中間再熱式汽輪機的調節LPHPIPLP一 中間容積的影響 中間再熱汽輪機有再熱器、再熱管道這一巨大的中間容積，機組甩負荷之后，即使高壓調節閥全關，但是，中間容積的儲汽足以使機組超速（4060) %。為了解決這一問題，需設置中壓調節閥。這樣一來，在機組甩負荷之后，同時關閉高、中壓調節閥，是機組停止運行。二 中間再熱機組的功率滯后 1 滯后原因：當外界負荷增大，高壓調節閥馬上開大，高壓缸的功率馬上增加。但由于中間容積大，要等

19、中間容積內汽壓上升之后，中、低壓缸的功率才會增加。即中、低壓缸的功率有一滯后。通常，中、低壓缸的功率占總功率的(2/3 3/4)。因此，降低了機組一次調頻的能力。中間再熱汽輪機調節的特點再熱汽輪機功率的滯后及校正 2 動態過調： 為了解決中、低壓缸的功率滯后問題，要求高壓缸在動態過程的開始階段就有所過調（即高壓缸多開一些），暫時彌補中、低缸的功率滯后。等中間容積的儲汽參數穩定之后，中、低壓缸的功率滯后消除，再將高壓調節閥過調逐漸消失。 三 機、爐互相配合問題 汽輪機空載汽耗量遠小于鍋爐最小蒸發量。另外還要保證再熱器的冷卻，因此，必需有旁路系統。下圖為200MW機組的三級旁路系統，其減溫減壓器是

20、為了保證再熱器、冷凝器不超溫。 四 機、爐協調控制問題 再熱機組采用單元制，當汽輪機功率變化時，鍋爐的蒸發量也應變化。但是，二者動態響應時間相差很大（機為710秒、爐為100250秒）。因此，在設計汽輪機調節系統時，必需把二者作為一個整體來考慮。 1 爐跟隨方案 2 機跟隨方案 3 協調調節方案供熱式汽輪機組的調節w 背壓式與調整抽汽式汽輪機，既能拖動發動機發電又可利用排汽或者抽汽供熱，因此稱為供熱式汽輪機w 一、背壓式汽輪機的調節w 二、調整抽汽式汽輪機的調節一次抽汽式汽輪機的調節LPHPw 電負荷增大，熱負荷不變，調節氣門I、II均開大w 電負荷不變，熱負荷增大，I開大，II關小二次抽汽式

21、汽輪機的調節w A、B不變，C增大，I、II、III均開大。w A、C不變，B增大，I、II開大，III關小w B、C不變，A增大，I開大，II、III關小LPIPHPABIIIIIIC 汽輪機的調節系統由一個從低級到高級的發展過程。根據發展過程來分，可分為液壓（機械液壓）調節系統、功率-頻率電液調節系統、數字電液調節系統。w國產100MW及以下機組都是采用液壓調節系統。w國產200MW機配備有液壓調節系統和功率-頻率電液調節系統，二者可互相切換。w國產300MW、600MW大型汽輪機都普遍采用數字電液調節系統。 汽輪機的調節系統的發展過程 汽輪機數字電液調節系統DEH（Digital Ele

22、ctro-Hydraulic Control System ），包括計算機計算機系統和高壓抗燃油高壓抗燃油系統，屬于離散控制。考慮壓力、功率、頻率等多種信號，實現較強的綜合、判斷和邏輯處理，是較為完善的調節系統。 采用DEH控制可以提高高、中壓調門的控制精度，為實現CCS協調控制及提高整個機組的控制水平提供了基本保障，更有利于汽輪機的運行。使得汽輪機調節系統有關部套尺寸小、結構緊湊、調節質量大大提高。數字電液調節系統 主要由四部分組成1 電子調節裝置：各電子調節器采用數字量傳送信號，在輸入、輸出 接口處采用必要的模數轉化器和數模轉化器。其作用是用于給定、接受反饋信號、邏輯運算和發出控制指令等。

23、2 閥位控制裝置（電液伺服裝置）：動作機構，主要由閥位控制器、電液轉換器（電信號轉化為液壓控制信號）、油動機及閥位反饋測量元件等組成。3 配氣機構4 調節對象DEH調節系統特點及組成特點：啟動方便，有較好的抗內擾能力，可根據電網要求方便地改變 運行方式，靈敏度高，綜合能力強等。汽輪機的保護裝置一、設置保護系統的原因w 汽輪機出現危險（動、靜部分摩擦或超速）時，需快速切斷進汽，停止汽輪機運行。二、汽輪機保護系統的構成和工作原理壓力控制滑閥泄油口自動主汽門卸油壓力油節流孔安全油母管三 汽輪機保護系統 汽輪機保護系統的功能在于監視機組運行的各參數。當這些參數超過一定范圍時，保護裝置動作，使機組減負荷

24、或者停止運行。1 超速保護：當機組轉速超過額定轉速的(1012)%時，危急遮斷器動作，泄掉安全油，主汽門自動關閉，實現緊急停機。2 軸向位移和脹差保護：機組運行時，動靜部分必需保持一定間隙。當位移或者脹差超過一定范圍時，使停機。3 低油壓保護：當潤滑油壓低于一定值時，發信號；再繼續降低時，啟動輔助油泵，并使停機。4 低真空保護：當真空度低于一定值時，發信號；再繼續降低時，使停機。 此外，還有熱應力保護、振動保護、低汽壓保護、安全放火保護等。二 主要保護裝置 （二）超速保護裝置 當機組突然甩電負荷而調速系統因某種原因不能正常停機時，轉速迅速上升，因超速而引起巨大的離心力，使機組破壞。因此，汽輪機

25、必需具備超速保護裝置。當機組轉速達到(1.101.12) 時，超速保護裝置動作，實現緊急停機。0n機械超速危急遮斷器 (a)飛錘式；(b)飛環式（一）電磁閥超速保護裝置通常稱為： 超速保險 危急遮斷器 危急保安器1 結構：危急遮斷器、杠桿、油門。（危急遮斷器由撞擊子、彈簧、調整螺母組成）。2 工作原理：撞擊子為一偏心重塊。w 機組正常運行時，彈簧力大于重塊的離心力，撞擊子 不飛出；w 當轉速升高，則重塊的離心力增大；w 當n (1.11.12)n0時，重塊的離 心力大于彈簧力，撞擊子飛出，打擊危急保安器，通過杠桿使危急遮斷器錯油門動作，泄掉安全油，關閉主汽閥，實現緊急停機。3 危急保安器動作轉

26、速： 當彈簧力等于離心力時，有 一般說來 ， =(1.101.12)0n1n)307.(.30*)602(0010210mrkxnxknmr1軸向位移產生的原因： * 推力軸承熔化； * 啟、停、工況變動時，動靜部分膨脹不同，動靜間隙減小。2 脹差：動、靜部分膨脹之差，有正、負脹差。3 工作原理： 電動式：利用軸向間隙改變引起磁場變化，從而使電動勢、電容等改變。其信號經放大后，指示及報警，直到停機。 液壓式：利用軸向間隙改變引起泄油量變化，油壓變化。當油壓一定值時，使滑閥動作，實現停機。（三）軸向位移保護（四）軸承油壓保護 潤滑油壓過低，軸承不能正常工作，軸瓦燒壞。U1U2U0一. 供油系統的

27、作用供油系統對保證機組安全穩定運行有著至關重要的作用:1供給調節系統和保護系統用油；2供給軸承潤滑用油，減少軸承的摩擦損失，并帶走因摩擦產生的熱量和由高溫轉子傳來的熱量；3供給各運行付機構的潤滑用油；4對有些采用氫冷的發電機，向氫氣環密封瓦的氣側提供密封油；5供給盤車裝置和頂軸裝置用油。汽輪機的供油系統油系統對安全運行的重要性w 油系統必須在任何情況下，即不論在機組正常運行，還是在啟動、停機、事故甚至當電廠交流電源斷電時，都應能確保供油。n對于高速旋轉的汽輪發電機組，哪怕是暫時（如幾秒鐘）的供油中斷也會引起重大事故，如軸承的熔化，使機組的轉子失去支承，動靜部分發生嚴重的磨損等n若調節系統斷油，整個機組將失去控制。 二. 典型供油系統正常運行時：主油泵止回閥分成兩路: (1)調節和保安系統(2)注油器。級注油器主油泵；級注油器止回閥冷油器濾油器低油壓發訊器過壓閥軸承。 離心泵供油系統離心泵供油系統油系統的主要設備1油箱w 作用：儲油，分離油中空氣、水分和機械雜物w 油箱分為污段和凈段，中間隔著過濾網。回油管路布置在污段，油泵的吸油口布置在凈段。為了將沉淀下來的水分和雜物排出，油箱底部一般做成斜坡形。油箱布置簡圖油箱布置簡圖w 安裝位置：在汽輪機高壓轉子前端的短軸上。w 離心式主油泵不能自吸，在啟停階段要靠交流輔助油泵供油。如果主油泵的入口進了空氣，會造成系統的工作不穩定。主油泵的