汽轮机调节系统

第六章汽轮机调节系统•第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理•第二节液压调节系统•第三节中间再热式汽轮机的调节•第四节调节系统的试验和调整•第五节汽轮机功频电液调节•第六节背压和抽汽式汽轮机的调节第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理在我国，电网系统容量大于3000MW时，电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz(转速波动±12r/min)。系统容量小于3000MW时，偏差值可以放宽到±0.5Hz(转速波动±30r/min)一、概述1.自动调节的任务目前，电能还不能低成本、高效率储存，要求发电厂必须根据电力用户的需要及时改变电能的产量，以保证供电质量（电压和频率满足要求）。电力系统非正常状态下，供电频率允许偏差不超过±1.0Hz(转速波动±60r/min)。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理095559555mactiTtGhPMnn231234eMkknknkn转子上的力矩蒸汽主力矩发电机电磁阻力矩摩擦阻力矩30tednIMMd转子运动方程fM相对很小，可以忽略机组的转速，即电网频率由转子运动的平衡方程确定()30tednIMMd,0tednMMd,0,tednMMnd①电网负载与功率平衡时：，如图a点，n=na如图b点达到新平衡，n=nb②电网负载减少，阻力矩特性线变为Me2如机组进汽量不变(,)tenMM汽轮发电机组的自调节特性。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理力矩转速Mt1Me2Me1naanbb依靠机组的自调节特性，当外界负荷变化较大时，机组转速变化较大，不能满足供电频率、电压的要求。如图达到新平衡点c，n=nc调节系统感受转速变化，通过改变进汽量可以使机组发电功率与外界负荷适应，维持电网频率基本不变。③有自动调节系统，转速升高时，减小机组进汽量力矩转速Mt1Me2Me1naanbbMt2cnc第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理Me↓→n↑→G0↓→Mt↓(Mt1→Mt2)主力矩特性线变为Mt2，即汽轮机调节系统的任务：就是当外界电负荷改变，电网频率有一很小变化时，调节系统自动改变汽轮机的进汽量，使机组发出的电功率与外界电负荷相适应，且保证调节后机组转速的偏差不超过规定的范围。abacnn第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理2.直接调节和间接调节（1）直接调节当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，转速感受机构（调速器）感知转速的变化，通过传递放大机构将信号放大，传给配汽执行机构，改变调门开度。o直接调节系统示意图和方框图转速感受机构传递放大机构配汽机构调节汽门由调速器本身直接带动，称为直接调节。调节汽门汽轮机调速器μn第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（2）间接调节系统反馈是刚性反馈。bac压力油回油_n汽轮机调节汽门调速器油动机+反馈当外界负荷变化时，调节系统动作结束后，机组并不维持转速不变，不同的负荷对应不同的稳定转速，只是转速的变动较小，这种被调量调节前后不同的调节是有差调节。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理如被调量调节前后保持一致，成为无差调节。采用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调压系统，维持压力不变。3.有差调节与无差调节bac压力油回油无差调节系统示意图4.速度调节和功率调节根据汽轮机的转速单冲量来控制调节汽门的开度，为速度调节。根据汽轮机的转速和功率双冲量来控制调节汽门的开度，为功--频调节。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理UfP给定P-f关系UfUP汽轮发电机组油动机、调节汽门测速元件PI调节器测功元件功频电液转换器功率放大器功--频电液调节系统方框图第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理二、调节系统的静态特性（一）静态特性曲线及四方图稳定工况下，汽轮机功率和转速之间的关系，称为调节系统的静态特性。Pn△z△mP1P2配汽机构特性曲线传递特性曲线调速器特性曲线调节系统静态特性曲线调节系统的四方图油动机位移功率转速调速器位移第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（二）速度变动率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，称为调节系统的速度变动率，或称为速度不等率，其表达式为：maxmin0100%nnnmaxnnpminn速度变动率决定了静态特性曲线的倾斜程度δ大δ小p0汽轮发电机组并网运行时，其转速等于电网频率，电网中所有发电机组输出功率的总和与所有负载消耗功率的总和平衡时，电网频率保持稳定。也就是说，电网频率（并网机组的转速）是由电网中所有机组共同调节的。单机运行并网运行速度变动率决定了外负荷变化时的转速变化量。速度变动率对机组运行的影响第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理npP2n2P1n1n’2单机运行npP2P1n1n2并网运行P’1P’2第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理当外负荷变化时，并网机组的总功率与电负荷失衡，引起电网频率变化，并网机组按各自静态特性曲线改变功率，使电网频率变化等于总负荷变化，这个过程叫做一次调频。电网总负荷变化量在参加一次调频的各机组间如何分配？可见，在外负荷变化引起电网频率变化时，参加一次调频的机组按照各自速度变动率自动分配总负荷变化量。速度变动率小的机组，承担负荷变化大，一次调频能力强。速度变动率大的机组，承担负荷变化小，一次调频能力弱。P1n1nPnPn2P2P1’P2’△P2△P1δ1δ1δ2第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理一般δ的范围为3%~6%。0nnP06%np30003180甩全负荷后，机组转速稳态变化量3270nt3000318001.5n动态过程转速最大超调量一般为1.5倍的静态偏差3315机组超速保护动作转速(110-112)%n0不同性质机组对速度变动率δ的要求δ=7δ=6δ很小时，电网频率变化时，机组负荷变化很大，不安全。带基本负荷机组较大，一般为4%~6%；尖峰负荷机组较小3%~4%。不能太大或太小。P△z△mn第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（三）迟缓率调节系统，升速过程和降速过程各有一根静态线，不相重合，形成一条带，它表示该调节系统迟缓的程度，用调节系统的迟缓率表示。1200100%100%nnnnnn1,n2表示在机组同一功率下的最高和最低转速，n0是汽轮机的额定转速。0.2%~0.5%液压调节系统0.06%功频电液调节系统迟缓率越小越好。n1n2第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理汽轮机单机运行，迟缓率引起机组转速变化。汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动nP0nn0n0000nPPPnnPP00nP单机运行并网运行迟缓率对机组运行的影响（四）同步器与二次调频一次调频结束后电网频率不合格怎么办？一次调频只能减缓电网频率的变化但不能保证频率在合格范围内。电网频率变化时，并列运行机组按照速度变动率自动分配负荷电网频率不变时，如何改变机组负荷？第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理措施：使用同步器平移特性曲线。单机运行，机组负荷变化，如何维持机组转速不变？第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理P2n2n1电网负荷变化，平移静态特性曲线维持转速(频率)不变ab什么过程？bc什么过程？通过平移某些机组的静态特性曲线，增加或减小这些机组功率，以保证电网的正常频率，称为二次调频n1P1n2P2P1平移特性线，电网频率降低，机组负荷不变电网频率降低机组负荷增大abc负荷变频率变PnP1一次调频二次调频nPnP一次调频、二次调频的不同？单机运行时，调整机组转速，对机组进行并网、解列操作并列运行时，分配各机组的负荷，机组转速不变或在电网频率超出合格范围时进行二次调频。同步器作用nPn1P1利用同步器，可以对机组进行并网、解列操作凡是能够平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理P2n1P1nP单机运行并网运行第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（五）汽轮机运行对调节系统静态特性的要求0n'00100%nnPPnnP0（1）并列容易（2）低负荷时负荷变动较小2P1Pn（3）满负荷时不会过载连续，平滑，单调，沿功率增加方向向下倾斜；零负荷、低负荷及满负荷处较陡，中间区域较平坦合理的特性曲线的形状整体速度变动率在合格范围内，且保持一定的一次调频能力，中间段的最小局部速度变动率不得小于整体速度变化率的40％1.对特性曲线形状的要求2.同步器的调节范围第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理原则一般为静态特性曲线空负荷对应的转速范围为(-5%~+7%)n0即(2850~3210)r/min（1）电网频率较低，蒸汽初参数较高，终参数较低时机组能并网空转运行；（2）电网频率较高，蒸汽初参数较低、终参数较高能满发。n第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理P(D)P=0(Dnl)(D0)PePe(D’0)P=0(D’nl)n2n1n00.07n00.05n032102850上节主要内容1.衡量调节系统静态特性的指标：速度变动率、迟缓率,速度变动律的合理范围，迟缓造成机组转速或功率的晃动。3.为了适应机组的运行要求，需要对调节系统静态特性曲线能平移（同步器？），同步器的调整范围及确定原则。2.调节系统静态特性曲线的合理形状。三、调节系统动态特性（一）基本概念（动态特性）汽轮机调节系统是由多个环节组成的复杂闭环系统，部件运动惯性、油流流动阻力和蒸汽中间容积等的存在，使得调节系统由一个稳定工况到另一稳定工况时经历着复杂的过渡过程。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理稳定过渡过程不稳定过渡过程feda无振荡的过渡过程b小幅振荡快速衰减的过渡过程c大幅振荡慢衰减过渡过程稳定过程d等幅振荡e发散振荡f飞升超速不稳定过程被调量随时间的变化关系第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（二）调节系统动态特性的衡量指标及要求1.稳定性机组运行中，当受到扰动离开原来的稳定工况后，能很快地过渡到新的稳定工况，或扰动消失后能回复到原来的稳定工况，这样的调节系统是稳定的。稳定过渡过程不稳定过渡过程fed调节系统稳定性的判别，可由系统的传递函数按自动控制理论中系统稳定性的判据来分析、计算。调节系统是稳定的max2.动态超调量对于汽轮机调节系统，调节过程中被调量转速的动态超调量σ可表示为max0max0nnn为使机组甩负荷时，转子的转速飞升不致使超速保安器动作，甩负荷后的最高飞升转速应低于超速保安器整定的动作转速(110%~112%)n0。φmax取7%～9%，如δ=5%，有σ=40%～80%。为被调量最大动态相对值，max第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理3.静态偏差值（）=转速调节系统中，有差调节系统的静态偏差值功率变化量00PnnP什么工况出现这种情况？动态超调量不能太大静态偏差不能太大第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（）-（）Δ为一个给定的转速微小偏差，为经时间T后的转速相对值。（）4.过渡过程调整时间T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过渡过程调整时间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。过渡过程调整时间尽可能短，一般为数秒或数十秒，最长不应超过1min。05%n5.振荡次数在调整时间T内被调量的振荡次数。明显的振荡不应超过2~3次。2△T7.5r/min振荡次数少（2-3）过渡过程调整时间短1min第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（三）影响动态特性的一些主要因素1.调节对象对动态特性的影响衡量动态特性的指标有：稳定性、动态超调量、静态偏差值、过渡过程调整时间、振荡次数影响动态特性的因素：汽轮机甩负荷时的动态最大飞升转速VaTTTTnn2210max调节对象，即汽轮机，对五个指标的影响，λ—甩负荷百分比；T1,T2—油动机的滞后时间和关闭时间；Ta--转子飞升时间常数；Tv--蒸汽容积时间常数调节对象、调节系统对动态超调量、过渡过