第五篇 调节保安系统

1南汽汽轮机调节保安系统主讲人目录第一节汽轮机调节的任务第二节典型调节系统简介第三节调速系统基本原理第四节南汽汽轮机调节保安系统4.1基本原理4.2基本构成4.3DEH系统功能4.4供油系统4.5保安系统4.6监测仪表系统4.7调节保安系统的试验电能不能大量储存，火电厂发出的电力必须随时满足用户要求，即在数量、质量要求同时满足用户要求。（1）数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电力负荷根据用户要求来调整发电大小，以满足用户要求。（2）供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中，电压可以通过变压器解决。电网频率则直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率高，转速低则频率低。因此汽轮机必须具备调速系统，以保证汽轮发电机组根据用户要求，供给所需电力，并保证电网频率稳定在一定范围之内。（3）火电厂自身安全的需要：汽轮发电机组工作时，转子、叶轮、叶片等承受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比。转速增加，离心力将迅速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏，出大事故。第一节、汽轮机调节的任务一、汽轮机调节的任务•供电品质：电压，频率–频率的稳定取决于原动机出力和电网负载的平衡。维持频率的稳定要求：原动机出力＝负载–汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求进行调整。–除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速保护、轴向位移保护等）。电网的电压调节发电机的励磁系统电网的频率调节汽轮机的调节系统汽轮机的调节系统以机组转速为调节对象，习惯上称为：调速系统旋转方向××××××××××××汽轮机发电机ETtT汽轮机蒸汽产生的原动力矩摩擦力矩fT转子的电磁阻力矩力矩的变化•驱动力矩–汽轮机结构、转速一定时，进汽量或整机理想焓降增加，驱动力矩增大•电磁阻力矩–发电机电磁阻力矩随定子电流增大而增大。–在励磁电流不变时，定子电流随外界负荷和转子转速增加而增加即：电磁阻力矩随外界负荷和转子转速增加而增大•摩擦阻力矩–随转子转速的增加而增大汽轮机自动主汽门调节汽门调节系统～功率给定转速给定汽压给定二、汽轮机控制系统的发展第一代机械液压式调节系统组成:离心飞锤,油动机,错油门、阀门等。缺点:迟缓大,响应速度低,故障几率高。第二代模拟式电液控制系统(AEH)组成:模拟电路,电液转换器,油动机、阀门等。特点:迟缓较小,可调性较好第三代数字电液控制系统(DEH)组成:数字控制器,电液转换器及油动机,阀门等特点:迟缓小,控制灵活,精度高–汽轮机数字电液调节系统DEH（DigitalElectro-HydraulicControlSystem），包括计算机系统和高压抗燃油系统，属于离散控制。考虑压力、功率、频率等多种信号，实现较强的综合、判断和逻辑处理，是较为完善的调节系统。–采用DEH控制可以提高调门的控制精度，为实现CCS协调控制及提高整个机组的控制水平提供了基本保障，更有利于汽轮机的运行。使得汽轮机调节系统有关部套尺寸小、结构紧凑、调节质量大大提高。调速器～直接调节的原理图齿轮调节汽门滑环第二节：汽轮机液压调节系统泄油口泄油口压力油错油门油动机调节汽门调速器间接调节的原理图负荷降低转速升高油动机活塞下降滑环向上离心飞锤向外油动机活塞上部进油调节汽门关闭错油门活塞上升负荷满足需要第三节汽轮机调速系统的基本原理一简单的汽轮机自动调速系统1主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。2油路：高压油，排油。3工作原理当外界负荷N减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油通过滑阀油口进入油动机上油室，油动机下油室与排油相通，活塞下移，关小调节阀，减小进汽量，机组功率减小。同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而动作方向相反。二、液压调节系统的基本结构汽轮机的型式很多，不同型式的机组所采用的调节系统也各有特点，例如具有高速弹性调速器的液压调节系统、径向泵液压调节系统、旋转阻尼液压调节系统等。2.1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。在汽轮机调节保护系统中，转速感受机构主要有离心式和电磁式两类。在离心式中有机械式和液压式两种，其中机械式有高速弹性调速器和飞锤或飞环式超速危急保安器；液压式中有径向钻孔脉冲泵和旋转阻尼器两种。2.2阀位控制机构（传动放大机构）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。液压调节系统中常用的有随动滑阀、碟阀和压力变换器等中间放大元件。系统组成油动机，又称液压伺服马达，是汽轮机调节系统中驱动调节汽门的执行机构。它能自动、连续、精确地复现来自中间放大环节输入信号的变化规律，使调节汽门的开度达到并保持在预定的控制状态。油动机具有惯性小、驱动力大、动作快、能耗低的突出优点，这是目前电磁式驱动机构不可比拟的。油动机是一个典型的反馈控制位置随动系统。油动机原理图2.3、配汽机构配汽机构是将油动机活塞的行程转变为汽轮机的进汽量，起到放大油动机的驱动力、校正行程一流量特性的作用。配汽机构是由配汽传动机构(或称操纵机构)和调节汽门两部分组成。调节汽门的结构2.3.1调节汽门调节汽门，或称调节阀，简称调门，通过改变升程调节进入汽轮机的蒸汽量。对调节汽门，要求有良好的空气动力学特性和升程一流量特性，流动损失小，流场稳定，开启的提升力平稳变化且尽可能小。调节汽门有多种型式，但球面型线应用最广，它是由门芯(阀碟)、门座(阀座)、门杆(阀杆)等组成。2.3.2配汽传动机构配汽传动机构，或称汽门操纵机构，是将油动机活塞行程转变为调节汽门的升程。对喷嘴调节汽轮机，多个调节汽门按顺序依次开启，因此配汽传动机构还起到行程——流量校正作用。配汽传动机构主要有提板式、凸轮式或楔形斜面式、杠杆式等。对于小型机组，主要采用结构较为简单的提板式。对大型机组，特别是数字电液调节系统，通常单个油动机带动单个调节汽门，其传动机构采用杠杆式。三、液压调节系统静态特性3.1静态特性：调节系统是根据转速偏差信号Δn来动作的，通过调节系统的动作来改变调节气门的开度，功率相应改变，系统稳定在新的状态下。也就是说，调节结果并不使转速恢复原稳定值，而存在一定的稳态偏差，这种调节特性叫做调节系统的静态特性。静态特性曲线：稳定运行状态，汽轮发电机组转速与功率的关系曲线称为调速系统的静态特性曲线。3.2四方图调节系统由转速感应机构、传递放大机构、配气机构和调节对象组成，系统的静态特性也取决于各组成部分的静态特性。由于调节系统各组成部分存在着参数对应关系的非线性因素，因此实际系统的静态特性不是直线，而是曲线。调节系统的四方图3.3速度变动率速度变动率δ是指汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差，与汽轮机额定转速之比。%1000minmaxnnn=3~6%3.4一次调频•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。3.5静态特性曲线的要求–n=f(P)单调递减函数–空负荷附近陡一些，便于转速与电网同步，顺利并网，并网后转速波动负荷冲击小，热应力小–满负荷防止过载，静态特性曲线也较陡–带基本负荷的机组，在额定负荷下陡一些，调峰机组特性曲线较平Pn2n13.6迟缓率ε•在调速系统调节过程中,存在着迟缓现象,使得调速系统的静态特性线不再是一根,而是一条带状区域。通常用迟缓率ε来表示迟缓程度的大小：120100%nnn液压调节系统ε0.3~0.5%电液调节系统ε0.1%3.7静态特性曲线的平移-------同步器同步器是调速系统的部件之一。操作同步器，可使汽轮机在同一转速下有不同的功率，或者是在同一功率下有不同的转速。同步器作用：1、汽轮机单机运行时，保证机组在任何负荷下转速不变；2、汽轮机并列运行时，通过同步器可以进行负荷在各机组间的重新分配，此时机组转速保持不变。3.8二次调频•在机组并网运行时，通过同步器或改变功率给定值，实现电网负荷的重新分配，将电网频率调回到预定的质量范围内的调频过程————二次调频。四、液压调节系统动态特性4.1动态特性：是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、调节阀开度等参数随时间的变化规律。甩负荷后转速过渡过程0nn1稳定性运行机组受到干扰后离开平衡位置，经调节系统作用后，能过渡到新的平衡状态；或者在扰动撤消后，能恢复到原来平衡位置，这样的系统就是稳定系统。2精确性超调量：在过渡过程中，转速超过最后稳定值的最大转速偏差量称为超调量，即一般要求汽轮机甩负荷后的转速升高不超过危急保安器动作转速，而且有一定余量（3%左右）；危急保安器动作转速为(1.10~1.12)n0，因此，最高转速不超过(1.07~1.09)n0。一般，n(0.02~0.04)n03快速性过渡时间：机组经扰动之后，从原来的平衡状态过渡到新的平衡状态所需要的时间称为过渡时间。过渡时间不能太长，一般在5~50秒。%)6.(..........)1(0maxnnn4.2动态稳定指标4.3影响动态特性的主要因素1转子飞升时间常数Ta：在额定功率时的蒸汽力矩(Mt0)作用下，机组转速由0上升到额定转速时所需要的时间。随着机组容量增加，蒸汽力矩(Mt0)增加，则转子飞升时间常数Ta降低。对于中小型机组，Ta=11~14秒；高压机组，Ta=7~10秒；中间再热机组，Ta=5~8秒。机组越大，时间常数Ta越小，越容易超速。2中间容积时间常数Tv：蒸汽在额定流量Go下，以多变过程充满中间容积并达到密度ρ所需要的时间。中间容积V越大，参数越高，则中间容积时间常数Tv越大。G越大，中间储汽越多，作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。对于中间再热机组来说，除了本身容积之外，还有再热器再热蒸汽管道，容积很大。因此必需有中压调节阀。3速度变动率的影响a.速度变动率越大，甩负荷后的机组转速飞升越高。要求速度变动率不大于6%；b.速度变动率越小，超调量（n）越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。要求速度变动率不小于3%。一般为0.04~0.05。4油动机时间常数Tm的影响a.油动机时间常数Tm越大，最大转速越高，过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负荷增大了超调量，调节品质差。b.油动机时间常数Tm太小，则要增加主油泵的功率，引起调速系统摆动。一般为0.1~0.3S左右。5迟缓率的影响迟缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓率大，调节阀关闭迟缓，转速超调量大。4.4改善动态特性的措施–减小调节系统迟缓率–适当整定调节系统速度变动率–适当减小油动机时间常数–机组甩负荷时，同步器快速跟踪到空负荷位置–减弱中间再热器所增加的中间容积，（中压主汽门）五、DEH的基本控制原理给定A/D数字计算机D/A电液伺服阀油动机D/AD/A功率采样器压力采样器转速采样器汽轮发电机R(T)n汽轮机DEH调节系统原理方框图5.1相比液压调节系统，功频电液调节系统增加了功率反馈回路。功率反馈回路调节的特点：机组运行中，如果出现內扰（蒸汽参数变化），则会出现功率偏差，功率调节回路有良好的抗內扰性能，能自动保持汽轮发电机组的功率为给定值。在功率反馈未投入时，不能精确的控制机组的功率与设定值相同。对于集控运行来说，投运该回路对锅炉的影响。5.2相比功频电液调节系统，DEH增加了调节级压力校正回路。调节级压力控制回路的特点：调节级压力回路抗干扰能力强、响应速率快，有利于克服再热环节的功率滞后现象和提高机组的负荷适应性。但它对系统最后处于新的稳定状态仅起到粗调作用。此外在此种控制方式下，要求锅炉燃烧必须跟上。5.3DEH的闭环主回路：外环：与转速输入信号对应的转速校正回路中环：与功率输入信号对应的功率校正回路内环：