第五篇 调节保安系统

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
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。
系统组成
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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。
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。
• 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
二、汽轮机控制系统的发展
汽压给定
调节系统
汽轮机
自 动 主 汽 门
调 节 汽 门
功率给定
转速给定
～
调节汽门的结构
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
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
汽轮机
汽轮机蒸汽 产生的原动 力矩 摩擦力矩
发电机
转子的电 磁阻力矩
Tt
Tf
× × × × × ×
× × × × × ×
TE
旋转 方向
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
– 汽轮机数字电液调节系统DEH（Digital Electro-Hydraulic Control System ），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 。
第二节：汽轮机液压调节系统 调速器
滑 环
齿轮
调节汽门
～
直接调节的原理图
调速器
泄油口
压力油 泄油口
错油门
油动机 调节汽门
间接调节的原理图
负荷降低
转速升高 离心飞锤向外 滑环向上 错油门活塞上升
油动机活塞上部进油
油动机活塞下降 调节汽门关闭 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
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。
五、DEH的基本控制原理
D/A 功率采样器
D/A
压力采样器 R(T)
给定
A/D
数字计算机
D/A
电液伺服阀
油动机
汽轮发电机
n
转速采样器
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。

n0
100%
液压调节系统 ε<0.3~0.5% 电液调节系统 ε<0.1%
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。
南汽汽轮机调节保安系统
主讲人
1
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
第四节
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
调速系统基本原理
南汽汽轮机调节保安系统
基本原理 基本构成 DEH系统功能 供油系统 保安系统 监测仪表系统 调节保安系统的试验
第一节、汽轮机调节的任务
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。
nmax nmin 100% n0
=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。
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。
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
n1 n2
P
3.6 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 n1 n2 度的大小：