汽轮机原理-9-1汽轮机控制系统的任务和系统组成
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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。
南华大学 热能与动力工程系
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。
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2.调节系统的种类
机械液压调节（MHC:mechanical hydraulic
control ) 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。
方式的切换。
南华大学 热能与动力工程系
模拟电液调节(AEH analog electric hydraulic
control)
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。
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二、汽轮机控制系统的基本原理
1.原理性调节系统
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2.机械液压调节系统
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三、汽轮机调节系统的组成和种类
1.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
，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。
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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。
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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。
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第一节 汽轮机控制系统的任务和系统组成 一、发电厂汽轮机控制系统的任务
1.负荷调节
外界负荷
电网频率
一次调频
同步器动作
动作
锅炉协调动作
与外界平衡
机组转速 调节阀 转速恢复
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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
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南华大学 热能与动力工程系
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
锅炉
主汽门 调节汽门
发电机 转速
汽轮机 功率
图6-1 汽轮机调节保护系统原理性框图
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再热器 过热器
HP IP
M em M f
LP
GEN
M st
南华大学 热能与动力工程系
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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
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。
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调节系统
其它保 保护系统 护信号
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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。
造成“
内扰” 蒸汽压力的变化将影ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，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。
南华大学 热能与动力工程系
功率 功率设定 转速调节、
功率调节、 汽压 功—频调节 转速 控制运算
功率 电液 中间
PID
放大器 转换器 放大器 油动机 汽轮机 发电机
图6-7 汽轮机模拟电液调节系统框图
南华大学 热能与动力工程系
数字电液调节（DEH digital electric hydraulic control）
第九章 汽轮机控制系统
南华大学 热能与动力工程系
9—1 汽轮机控制系统的任务和系统组成 9—2 汽轮机机械液压调节系统 9—3 汽轮机控制系统的工作特性 9—4 中间再热汽轮机控制保护的特点 9—5 汽轮机的数字电液控制系统 9—6 DEH的计算机系统 9—7 DEH的系统特性 9—8 供热式汽轮机的控制
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
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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。
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2.调节系统的种类
机械液压调节（MHC:mechanical hydraulic
control ) 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。
方式的切换。
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模拟电液调节(AEH analog electric hydraulic
control)
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。
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二、汽轮机控制系统的基本原理
1.原理性调节系统
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2.机械液压调节系统
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三、汽轮机调节系统的组成和种类
1.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
，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。
南华大学 热能与动力工程系
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。
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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。
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第一节 汽轮机控制系统的任务和系统组成 一、发电厂汽轮机控制系统的任务
1.负荷调节
外界负荷
电网频率
一次调频
同步器动作
动作
锅炉协调动作
与外界平衡
机组转速 调节阀 转速恢复
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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
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南华大学 热能与动力工程系
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
锅炉
主汽门 调节汽门
发电机 转速
汽轮机 功率
图6-1 汽轮机调节保护系统原理性框图
南华大学 热能与动力工程系
再热器 过热器
HP IP
M em M f
LP
GEN
M st
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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
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。
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调节系统
其它保 保护系统 护信号
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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。
造成“
内扰” 蒸汽压力的变化将影ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，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。
南华大学 热能与动力工程系
功率 功率设定 转速调节、
功率调节、 汽压 功—频调节 转速 控制运算
功率 电液 中间
PID
放大器 转换器 放大器 油动机 汽轮机 发电机
图6-7 汽轮机模拟电液调节系统框图
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数字电液调节（DEH digital electric hydraulic control）
第九章 汽轮机控制系统
南华大学 热能与动力工程系
9—1 汽轮机控制系统的任务和系统组成 9—2 汽轮机机械液压调节系统 9—3 汽轮机控制系统的工作特性 9—4 中间再热汽轮机控制保护的特点 9—5 汽轮机的数字电液控制系统 9—6 DEH的计算机系统 9—7 DEH的系统特性 9—8 供热式汽轮机的控制
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