汽轮机设备及运行_课件_(7)（PPT153页)

《汽轮机设备及运行》课件（7）7汽轮机的调节系统任务高精度地控制机组的转速和功率输出，快速地响应电网的负荷扰动，满足优良供电品质要求，保障机组安全和优化寿命损耗，实现安全、经济运行。1.负荷调节：外界负荷电网频率机组转速一次调频同步器动作调节阀动作锅炉协调动作转速恢复与外界平衡第一节汽轮机调节保护的任务2.功率频率调节对于单元制中间再热机组，因有中间热容存在。外扰机组负荷变化锅炉出口压力造成“内扰”蒸汽压力的变化将影响蒸汽的作功能力，使蒸汽流量和机组功率之间的比例关系受到影响，也就是说，1kg蒸汽作功能力产生变化。即：同样的转速变化得不到相应的功率变化，不能适应外界负荷变化的要求。这样，机组转速仍将继续变化，易引起电网频率和调节系统的不稳定。引入功率大反馈，即功率偏差信号，对机组功率和转速（频率）的调节。3.安全保护系统a.甩负荷保护:机组运行中一旦从电网中解列、甩去全部电负荷，汽轮机巨大的驱动力矩可使转子快速飞升，为防止超速毁机事故发生，要求调节汽门在极短的时间内全行程关闭。在事故工况下为有效切断汽轮机的蒸汽供给，还必须设置主汽门，即使调门关闭不快或关闭不严时，也能防止机组超速。b.恶性故障保护：对低真空、低润滑油压、大胀差、高振动等危及机组安全的恶性故障，发生时必须快速停机。调节保护系统全称为控制系统。调节部分控制调节汽门，保护部分控制主汽门，但在主汽门关闭时，保护系统信号作用于调节系统，使调节汽门同时关闭。调节系统保护系统锅炉主汽门调节汽门转速功率汽轮机发电机其它保护信号图6-1汽轮机调节保护系统原理性框图6.1.1供电品质与电网有功功率与频率的调整供电品质发电厂的任务是向用户提供品质优良的电能。电能的品质是电压、频率和波形。同步发电机的特性同步发电机的端电压决定于无功功率，频率决定于有功功率。无功功率决定于励磁，有功功率决定于原动机的功率。故电网的电压调节归励磁系统，频率调节归汽轮机的功率控制系统。转子运动方程与汽轮机调速HPIPLPGEN过热器再热器stMemfMM22stemfdJMMMdt为什么叫调速系统？当外界电负荷增大时，发电机的电磁阻力矩增大，导致转子的转速下降，反之，转子的转速上升。因此，汽轮机应根据转速偏差改变调节汽门的开度，即改变进汽量和焓降，使蒸汽的驱动力矩与电磁阻力矩及摩擦力矩相平衡。故汽轮机调节系统有时称为调速系统。电网有功负荷变化的基本特征电网有功负荷随人们生活、工作节律而变。基本特征是以24小时为周期的大幅、慢变上迭加随机、小幅、快变波动。第一类变化幅度小、周期短，具有随机性。幅度小于5%，秒级。第二类变化幅度较大、周期较长，有一定可预测性。大于5%，分级。第三类变化幅度大、周期长，由生产、生活和气象等节律引起的。频率一次调整利用汽轮机转速控制或调节器，感受电网频率(周波)变化改变有功功率输出，维持同步区域发电输出与电网负荷平衡。这样的调节过程称为一次调频。一次调频为有差调节，汽轮机功率的改变量正比于频率偏差。很明显，一次调频后满足了外界负荷要求，但并不能保持电网频率不变。频率二次调整变化周期较长、变动幅度较大，有一定可预测性。为在电网一次频率调整后，消除频率偏差，通过调频机组或调频电厂，平移调节系统静态特性线，改变调频机组的输出功率，补偿电网负荷的静态频率特性产生的功率变化，使电网频率维持在额定值。调频器来调整。6.1.2中间再热机组调节的特点蒸汽容积动态特性对调节品质和影响1.中间容积的存在：蒸汽室、蒸汽导管、再热器传热管及联箱等具有容积的空间，在机组运行时其间充满蒸汽，贮汽量决定于蒸汽的压力和温度。称这样的蒸汽容积为：中间容积与电路中的电容等价。2.功率调节产生时滞：当要求机组负荷增大时，开大调门增大通流部分的进汽量，增大的蒸汽量先充向中间容积，使之贮汽量增多来提高中间容积的压力，随后通流部分蒸汽量增多，机组出力增大。当中间容积的压力与达到新工况平衡点时，通流部分出力达到预定值。反之，在机组负荷下降时，关小调节汽门，机组功率并不立即减小，而是待中间容积释放贮汽、压力下降后逐渐减小。HPIPLPGEN过热器再热器stMemfMM3.安全危害：a.机组一次调频能力下降，而且对机组运行安全产生威胁，b.在机组甩负荷,再热器中间容积释放出的蒸汽,足使机组严重超速40％。中间再热机组采取的调节措施设置中压调节汽门1.在机组甩负荷时快速切断中压缸的进汽。2.在低负荷时，改变中压缸的进汽量，控制再热汽温。3.当机组负荷大于30％，中压调门全开,减小节流损失。高压调门过开或过关设置动态校正器，通过高压调门的过开或过关，用高压缸过增或过减出力补偿再热器中间容积产生的时滞，改善机组的一次调频性能。设置旁路系统为在机组启、停时有效控制再热汽温和再热器的冷却，设置高压缸及中低压缸旁路系统。为在机组甩负荷时防止锅炉超压、回收工质，设置机组大旁路系统。机组采用协调控制1.中间再热机组为单元机组，一次调频主要利用锅炉金属材料的蓄热。2.大型锅炉特别是直流锅炉，蓄热量较中小型来得小。这样，在机组参与一次调频时，蒸汽参数波动较大，不利于机组的运行安全和使用寿命。在机组负荷改变时，不仅改变调门开度，还应改变锅炉的燃料量，在满足外界负荷需求时，尽可能减小蒸汽参数波动。3.利用现代控制技术，采用预测控制，根据历史和当时负荷波动趋势，预测负荷变化，通过提前改变燃料量作好负荷变化的准备，增强一次调频能力，并使蒸汽参数波动控制在最小范围内，提高机组运行的经济性和安全性。6.1.3汽轮机调节系统的基本组成调节系统基本组成转速感受机构转子转速转变为一次控制信号中间放大机构中间功率放大油动机执行机构配汽机构油动机行程与蒸汽流量非线性校正机构同步器单机时改变机组转速和并网时改变机组功率启动装置启动冲转、提升转速至同步器动作转速启动装置转速感受中间放大同步器配汽机构油动机保护系统汽轮机发电机转速液压伺服执行机构图6-5汽轮机调节保护系统原理性框图调节系统的种类机械液压调节（MHC:mechanicalhydrauliccontrol)系统由纯机械(如杠杆、曲柄、凸轮等)、液压(错油门、油缸等)部件组成。系统复杂，控制精度低，维修困难，可靠性较差。如图所示，这种系统的控制器是由机械元件组成的，执行器是由液压元件组成的。机械液压调节系统机械液压调节特点1.通常只具有窄范围的闭环转速调节功能和超速跳闸功能；2.且系统的响应速度较低．由于机械间隙引起的迟缓率较大；3.静态特性是固定的，不能根据要求任意改变；4.可靠性较高；5.能满足机组运行的基本要求，至今仍在使用；6.配汽机构为固定机械机构，无法实现喷嘴、节流等多种运行方式的切换。模拟电液调节(AEHanalogelectrichydrauliccontrol)转速感受器将转速信号转变为模拟电信号，中间放大及配汽特性的非线性校正采用模拟电路，控制信号与油动机行程反馈信号差动后经功率伺服放大输入到电液转换器(或称电液伺服阀)，控制油动机的行程。系统得到简化，控制精度得到提高，但模拟电路存在温漂、时漂，复杂非线性校正和控制算法难以实现。转速调节、功率调节、功—频调节控制运算PID中间放大器电液转换器功率放大器油动机汽轮机发电机功率转速功率设定汽压图6-7汽轮机模拟电液调节系统框图转速信号：转速感受器产生的转速脉冲，经计算机脉冲计数器计数后，功率等信号：由A/D转换变为数字信号。中间放大及配汽：非线性校正几各种复杂控制算法由软件实现。特点：系统简单，控制精度高，可靠性强，维修方便，自动控制水平高。数字电液调节（DEHdigitalelectrichydrauliccontrol）6.2.1汽轮机调节系统静态特性的四方图四方图完整描述调节系统转速感受特性、中间放大特性、配汽特性和功率—转速静态特性的四象限图。四方图对机械液压、模拟电液、数字电液调节系统均适用，但表述方式有所不同。II象限转速感受特性—转速与一次控制信号关系III象限中间放大特性—一次控制信号与油动机行程关系IV象限配汽特性—油动机行程与机组功率关系I象限调节系统静态特性—功率与转速关系第二节汽轮机调节系统的静态特性ZmnN速度变动率速度变动率，又称速度不等率，用来描述四方图中I象限曲线的斜率。汽轮机空负荷时所对应的最大转速与额定负荷下所对应的最小转速差，与额定转速的比，称为速度变动率。即1.描述了单位转速变化所引起的汽轮机出力的增减。2.并网时，各机组因调节系统速度变动率的不同，产生的功率相对改变是不同的。利用静态特性线斜率与速度变动率的关系求得:001PnPnmaxmin0100%nnn3.在电网频率变化相同情况下，δ的机组功率相对变化就小。反之，δ小的机组功率相对变化就大。4.增强机组一次调频能力，δ应取得小些。5.带基本负荷机组，δ应取大些。6.一般速度变动率为5%。7.δ不小于3.0%，过小的δ不利于机组稳定运行，电网频率稍有变化就会使汽轮机产生较大的功率改变。8.δ不宜过大，对机械液压调节系统，在机组甩负荷时，过大的速度变化率使调节系统的响应速度减慢，有可能引起超速。9.一般大于6%，甩负荷后稳定转速过高，也不利于机组的安全。局部速度变动率实际的调节系统，因转速感受和中间放大及配汽机构均存在非线性，这样，在整个调节范围内，速度变动率并不是常数。另一方面，从实际运行方面，也不希望速度变动率均匀分布。按速度变动率的定义推广得局部速度变动率速度变动率的分布低负荷(0～10%)处机组并网带初负荷时，为避免负荷过大变化引起的热冲击，希望低负荷处速度变动率大些。这样，并网带初负荷时，即使电网频率有较大波动，也不会引起负荷大的波动。满负荷(90～100%)处由于机组的过负荷能力是有限的，一般不希望机组过大超负荷，故在此区域内速度变动率可取得大些，但不超过整体速率变动率的3倍。速度变动率的合理分布两端大、中间小且连续平滑变化。00100%PdndPn合理的静态持性曲线滞缓率由于动、静部件间存在摩擦，传动机械间存在旷动间隙，滑阀凸肩与油口间存在盖度。这些非线性因素的存在，使得调节系统上、下行程特性线不重合，将此现象称为滞缓。定义：调节系统上、下行程(即增、减负荷)特性线上，相同功率处转速偏差与额定转速的比，称为调节系统的滞缓率。即：120100%nnnε对调节系统的影响：1.滞缓率对机组调节品质和运行稳定性产生不良影响。2.滞缓是响应的死区，单机运行时产生转速漂移；3.并网运行时产生负荷波动；4.功率的晃动：5..对机械液压调节系统，要求滞缓率小于0.6%；6.对电液调节系统，要求滞缓率不大于0.2%。7.波动在大小不仅与滞缓率有关，而且反比于速度变动率；8.不能完全没有滞缓，在数字电液控制系统中，设置一定大小的死区，避免控制系统过度频繁动作造成部件磨损。005.1PPP调节系统迟缓的产生迟缓在四方图上的表示同步器与静态特性线平移同步器的作用同步器为用于平移静态特性线的装置，单机运行时改变转速，并网运行时改变功率。1.静态特性线表明，机组不同功率下所对应的转速是不等的。2.一次调频在满足外界负荷要求时，并不能满足频率要求。3.为在单机运行时既满足负荷需求，对能使频率达到额定值，必须平移特性线。4.机组并网运行时，机组的转速决定于电网的频率，在转速一定时，要改变机组出力，必须移动静态特性线。单机运行时同步器的作用负荷改变而转速不变并列运行时同步器的作用电网总负荷不变的绝对值相等与22211111PPPPPPPP同步器的工作范围上极限机组达到电网同步转速后，由同步器操作由空负荷带至满负荷，静态特性线向上移动的范围至少为；如果考虑机组低参数时仍能达到额定出力，即油动机及调门过开，向上的范围则要求更大；电网高周波运行时，同步器向上操作的范围加大。因此，对速度变动率为5%的调节系统，上极限一般为7％。下极限机组启动过程中在达到同步器动作转速后，由操作同步器使机组达到额定