第九章汽轮机控制系统

上一内容下一内容回主目录返回第九章汽轮机控制系统第一节汽轮机控制系统的任务和系统组成第二节汽轮机机械液压调节系统第三节汽轮机控制系统的工作特性第四节中间再热汽轮机控制保护的特点上一内容下一内容回主目录返回第一节汽轮机控制系统的任务和系统组成一、汽轮机调节的任务二、汽轮发电机组的自调节特性三、调节系统的基本工作原理四、调节系统的分类上一内容下一内容回主目录返回电力生产要满足以下几个条件：数量电压频率相位对于汽轮机调节系统来说，主要完成数量和频率的调节。一、汽轮机控制系统的任务上一内容下一内容回主目录返回一、汽轮机控制系统的任务上一内容下一内容回主目录返回汽轮发电机组能与外界负荷形成自动调节调节过程如下：当外界负荷需求增大时，电流增大，阻力矩也增大，汽机转速下降，蒸汽驱动力矩增大，与阻力矩相等。机组与外界负荷达到了平衡。一、汽轮机控制系统的任务上一内容下一内容回主目录返回一、汽轮机控制系统的任务当外界负荷变动时，若依靠自调节特性，汽轮机发电机组的转速变化将会很大。例如负荷变动10%时，转速变动将达20%~30%后才能重新平衡。必须依靠汽轮机调节系统，当外界负荷改变时，能自动调节进汽量，使蒸汽主力矩随之改变。上一内容下一内容回主目录返回汽轮机控制系统的任务：当外界负荷变化时，通过改变相应的进汽量，使汽轮机发电机组在转子转速变化不大的条件下达到新的平衡。由机组内部因素造成机组有功功率及电力系统频率波动的扰动称之为“内扰”。既调节转速又调节功率的调节系统称为功频调节系统。为保护汽轮机在各种事故工况下的安全，除要求调节系统快速响应和动作外，还需设置保护系统。一、汽轮机控制系统的任务上一内容下一内容回主目录返回一、汽轮机控制系统的任务汽轮机控制系统应满足的要求：1）单机运行时，能有效地控制汽轮机的转速，并使机组安全、平稳并网。2）并网运行时，快速响应外界的负荷扰动，并从一种工况安全、平稳地过渡到另一种工况，且使调节后的转速偏差控制在允许的范围内。3）在机组出现甩全负荷和其它危及机组运行的安全事故时，能快速切断蒸汽供给。上一内容下一内容回主目录返回二、控制系统的基本原理调节气阀的阀体上作用有很大的蒸汽力，调速器的驱动力很难开启调节气阀和保持其开度。调节气阀常用的执行机构是电磁驱动或液压驱动或气力驱动机构。上一内容下一内容回主目录返回二、控制系统的基本原理上一内容下一内容回主目录返回三、调节系统的基本组成和种类上一内容下一内容回主目录返回三、调节系统的基本组成和种类1.直接调节系统2.间接调节系统上一内容下一内容回主目录返回直接调节系统直接调节系统的特点1、调速器通过杠杆直接带动配汽机构（所以称作直接调节）2、在稳定功率下，当功率下降时，转速升高，机组功率与转速一一对应。3、调速器能力有限，只能用于功率很小的汽轮机上，结构简单。调节过程原理框图上一内容下一内容回主目录返回直接调节系统直接调节示意图上一内容下一内容回主目录返回间接调节系统间接调节系统的特点1、调节汽阀先把信号转给放大器，然后放大器再调节汽阀。（所以称间接调节）(功率和信号放大)2、在稳定功率下，当外界功率下降时，转速升，机组功率与转速一一对应。3、具有中间放大机构，调节能力加大，主要应用于大型机组的调节，结构相对复杂。间接调节系统机构间接调节系统原理框图上一内容下一内容回主目录返回间接调节系统上一内容下一内容回主目录返回间接调节系统上一内容下一内容回主目录返回间接调节系统一个闭环的汽轮机自动调节系统工程可分为下列四个组成部分:1.转速感受机构:2.传动放大机构;3.执行机构;4.调节对象;上一内容下一内容回主目录返回第二节汽轮机机械液压调节系统1.全液压调节系统2.功频电液3.DEH调节系统演示图：全液调节一全液压二油动机DEH系统：也是一种功率——频率调节系统不同的是：给定、比较、PID运算部分在数字计算机内进行模拟电调—连续控制DEH———离散控制（采样控制）上一内容下一内容回主目录返回全液调节一上一内容下一内容回主目录返回上一内容下一内容回主目录返回全液压二上一内容下一内容回主目录返回油动机上一内容下一内容回主目录返回全液压调节系统全液压调节系统就是把转速信号转化为液压信号,并且对液压信号进行传输放大,最后,油动机调节阀门开度,改变进汽量.所以叫做液压调节系统.我国10万,20万国产机组都采用这种调节方式.上一内容下一内容回主目录返回全液压调节系统局限性1、只能对外扰进行调节，不能对内扰进行调节2、主要依靠液压信号实现，液压信号放大倍数有限，传递迟缓，调节灵敏度不高，迟缓率较大。外扰-------内扰-------上一内容下一内容回主目录返回功频电液功频电液就是汽轮机调节系统采用转速和功率这两个模拟信号，测量和计算采用电子元件（模拟电路），而执行机构仍用油动机。这种调节系统称为模拟功频电液（AEH）调节系统。上一内容下一内容回主目录返回功频电液上一内容下一内容回主目录返回功频电液启动工况并网及带负荷工况调频工况甩负荷工况停机工况1、额定参数运行2、滑压运行上一内容下一内容回主目录返回功频电液优点1、克服机组内扰2、采用电子元件，使得灵敏度、精度高，线性好，迟缓小，传输速度快。上一内容下一内容回主目录返回数字电液调节系统数字电液（DEH）调节系统(1)电液调节系统是汽轮机调节系统采用转速，功率和压力等模拟信号。(2)经数模转换，并由计算机处理后，发出指令信号去控制执行机构油动机。这种调节系统称为数字电液调节（DEH）系统上一内容下一内容回主目录返回数字电液调节系统上一内容下一内容回主目录返回数字电液调节系统优点1、采用分散采样器，多增了压力、主温等采样数据，降低了系统的危险性。2、集中控制，调节精度更高。上一内容下一内容回主目录返回数字电液调节系统上一内容下一内容回主目录返回第三节汽轮机控制系统的工作特性一、控制系统的静态特性二、控制系统的动态特性上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性*bthh*bthh气轮机机械液压调节系统示意图气轮机调节系统是由转速感受器、中间传动放大器和配汽机构三大环节组成。PnzmG上一内容下一内容回主目录返回nzfnPPfm气轮机调节系统的四象限图转速感受特性是调速器的一次信号与转速的传递关系：mmfz中间传动放大环节传递特性是油动机活塞的行程与一次信号的传递关系：配汽特性通常表示为机组的电功率输出与油动机活塞行程间的传递关系：一、控制系统的静态特性（一）四象限图上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性（二）速度变动率•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，称为调节系统的速度变动率或速度不等率，通常用δ表示，即minnmaxn0nmaxmin0100%nnn速度变动率表示了单位转速变化引起的气轮机功率的增（减）量，即机组有功功率的静态频率特性。上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性0(1)PP0011PnPn转速偏移量下机组功率改变的相对量为：汽轮机的功率为：上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性电力系统频率的一次调整上一内容下一内容回主目录返回调节系统速度变动率与传递系数间的关系：汽轮机调节系统速度变化率分布001100%nmPPnfff一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回（三）迟缓率在汽轮机调节系统中，相对运动部件间不可避免地存在动、静摩擦，机械传动机构中存在着旷动间隙，滑阀存在一定的盖度，这些非线性因素的存在，使转速感受特性和传递特性发生畸变，最终表现在静态特性曲线上，使之偏离理想工况。一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性迟缓率描述了机组功率基本不变时所对应转速波动的大小，也表示了机组输出功率对转速波动不灵敏区（死区）的大小。12nnn0n1200100%100%nnnnn定义：在控制系统的静态特性曲线上，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ε表示，即上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性调节系统迟缓率在四象限图上的表示上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回（四）同步器与静态特性曲线平移1、同步器的作用(1)单机运行时，启动过程中提升机组转速到达额定值，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；(2)并列运行时，在各机组间进行负荷重新分配，承担电网二次调频任务，保持电网频率基本不变。（二次调频）一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性单机运行时同步器的作用上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性具有同步器的机械液压调节系统上一内容下一内容回主目录返回2、同步器的调节范围（如下页图所示）(1)同步器最小调节范围。(2)静态特性线的下限位置。(3)静态特性线的上限位置。一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回主调频厂的选择：电力系统中各发电机组均装有调速器，所以每台运行的机组都参与一次调频（除非机组已满载）。二次调频则不同，一般只选定系统中极少的电厂担任二次调频。负有二次调频任务的电厂称为调频厂。调频厂又分成主调频和辅调频厂。只有在主调频厂调节后，系统频率仍不能满足要求时，才启用辅调频厂。而非调频厂按分配的负荷发电。一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回调频厂应满足以下条件：（1）具有足够的调整容量。（2）具有较快的调整速度（3）在调整范围内经济性较好。（一般采用水调频，不行则采用火电调节）一、控制系统的静态特性上一内容下一内容回主目录返回二、控制系统的动态特性静态问题是讨论一个稳定点到另一个稳定点的关系，而汽机动态问题是讨论，汽机从一个稳定点到另一个稳定点的过程。动态特性就是一个稳定点到另一个稳定点的指标。1、稳定性2、动态超调量3、过渡过程调整时间上一内容下一内容回主目录返回二、控制系统的动态特性上一内容下一内容回主目录返回从图上可以看出，有三种情况，可以稳定，最后一次情况：一般要求明显振荡次数小于3-5次。二、控制系统的动态特性上一内容下一内容回主目录返回2、动态超调量（甩负荷实验得到）二、控制系统的动态特性上一内容下一内容回主目录返回3、过渡过程调整时间扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到基本稳定所经历的时间称为边渡过程调整时间。评定被调量是否达到稳定，通常用被调量与静态偏差值的误差Δ，当|φ(τ)-φ(∞)|=Δ时，即认为被调量已达到稳定。在汽轮机调节系统动态特性分析中，通常将允许偏差Δ取为静态偏差值的5％，即Δ=5％Δn0。很明显，我们要求调节系统的过渡过程调整时间尽可能短些，一般为数秒或数十秒，最长不应超过1min二、控制系统的动态特性上一内容下一内容回主目录返回二、控制系统的动态特性上一内容下一内容回主目录返回第四节中间再热汽轮机控制保护的特点一、中间再热调节系统带来的问题二、中间再热机组的调节特点上一内容下一内容回主目录返回中间再热机组的调节上一内容下一内容回主目录返回中间再热调节系统带来的问题一、中间再热调节系统带来的问题（一）中间容积的影响（二）采用单元制的问题上一内容下一内容回主目录返回中间再