汽轮机调速培训课件

周 宝 明
主 讲
汽轮机调速系统培训教程
第一章 调节系统的特性
第二章 中间再热式汽轮机的调节
第三章 汽轮机保护装置 第四章 汽轮机供油系统及主要设备
第一章
调节系统的基本概念
第一节 调节系统的任务及组成
一、汽轮机调节系统的任务 1 供应用户足够的电力，及时调节汽轮机的 功率以满足外界的需要。
2 使汽轮机的转速始终保持在额定范围内，从 而把发电频率维持在额定值左右。
一、调节系统静态特性曲线地绘制
调节系统静态特性曲线，不能直接求出， 调节系统静态特性曲线一般是通过试验方 法求得。即通过四象限图间接求得调节系 统静态特性曲线。 四象限图的绘制: n
X(或p1) m
p
二、速度变动率和迟缓率 （一）速度变动率 n nmax nmin

p
nmax nmin no
一定的转速变化下，有一相应固定不变的功率变 化，适应外界负荷变化的要求。否则势必引起转 速(频率)的进一步变化，延滞调节的过渡过程，造 成电网频率和调节系统的不稳定
(2)由于再热汽轮机存在中间再热容 积，使得中、低压缸的功率改变滞后 于调节汽阀的变化，这也破坏了汽阀 开度与功率之间的变化关系，使得单 冲量的频率调节难于适应电网对汽轮 机调节系统的要求。

第二节 典型调节系统

一、上海汽轮机厂生产的N300汽轮机调节系统 在运行时，由连接于转子前端的旋转阻尼出来的一次油压P1信号 送至放大器，一次油压变化经放大后形成二次油压P2，送至低油 压选择器，与负荷限制器输出油压Px在低油压选择器中进行低值 比较，比较后的低油压信号PA，经1：1流量放大器流量放大后输 出控制油压Pa，经磁力断路油门控制8只油动机用以操纵高压调 节汽门的开度。 中压调节汽门的控制是由主汽门油动机控制油压PK与高压油动机 控制油压Pa在低油压选择器B中进行低值比较，比较后的低值油 压信号PB经1：1流量放大器流量放大后得到控制油压Pb，经磁力 断路油门控制4只中压油动机，操纵中压调节汽门的开度。
一、同步器的作用和原理
必须指出：一次调频不能维持电网频率不变，只能 缓和电网频率的改变程度。这时需要同步器增、减 某机组的功率，以恢复电网频率，这一过程称为二 次调频。
只有经过二次调频后，才能精确的使电网频率保持 恒定。
显然，由于有了一次调频的存在，二次调频的负担 就大大减轻了。
二、同步器的类型 1.改变弹簧初紧力的同步器 具有旋转阻尼调节系统中的同步器即为改变弹 簧初紧力的同步器 2.改变杠杆支点位置的同步器 具有高速弹簧片调速器的调节系统中的同步器 即为改变杠杆支点位置的同步器
100100
速度变动率是衡量调节系统品质的一个重要指标， 它反应了汽轮机由于负荷变化所引起转速变化的大小： 速度变动率越大，反映在静态特性上越陡；反之静态 特性曲线越平。
（二）迟缓率
△n

n no

100 100
迟缓率对汽轮机的正常运行是十分不利的， 因为它延长了汽轮机从负荷发生变化到调节阀开 始动作的时间，造成汽轮机不能及时适应外界负 荷的变化。 如果迟缓率过大，在汽轮机突然甩负荷后， 将使转速上升过高以致引起超速保护装置动作； 对孤立运行的机组，将产生较大的负荷摆动，对 并列运行机组，将会产生较大的负荷漂移。 由此可见迟缓率是反映调节系统品质的又一 重要指标。
三、速度变动率和迟缓率对并列运行机组的影响 （一）速度变动率对并列运行机组负荷分配的影响 一次调频：当外界负荷发生变化时，将使电网频率 发生变化，从而引起电网中各机组均自动地按其静 态特性承担一定的负荷变化，以减少电网频率地改 变。
△n △p1 △p2
结论：并列运行机组当外界负荷变化时， 速度变动率越大、机组的额定功率越小， 分配给该机组地变化负荷量就越小；反之 则越大。因此待基本负荷的机组其速度变 动率应选大一些，使电网频率变化时负荷 变化较小，即减少参加一次调频作用。而 带尖峰负荷的调频机组，速度变动率应选 小一些。
3．一般工况
现以外界负荷增加为例来讨论。当外界负荷增加时，电 网频率降低，转速模拟电压un相应减小，此时uN、uN＊、 un＊ 均未变，因而PID校正单元的翰入信号为正频率偏差信 号u△n，经PID作用后输出u，调节汽阀开大，机组功率增加。 功率增大而引起反馈送回的功率模拟信号uN也增大，但功率 给定uN＊ 未变，因此功率偏差uN＊－ un出现负值，该负的功 率偏差信号与正的频率偏差信号在PID中相比较。如果功率 偏差的负电压信号正好等于频率偏差的正电压信号，则两者 互相抵消，PID输入为零，调节过程结束，如果功率偏差的 负电压信号不能完全抵消频率偏差的正电压信号，PJD的输 入就不为零，使调节系统继续动作，增大机组功率直到功率 偏差信号和频率偏差信号相平衡，PID输入为零，调节系统 动作才；告结束，达到一个新的稳定工况。
（二）迟缓率对运行的影响
（1）机组孤立运行时，造成机组转速摆动，其波动 范围（相对值）即为ε
（2）机组并列于电网运行时，由于转速决定于电网 频率，不能任意摆动，这种单值对应关系的破坏则 反映在功率上，造成功率可在一定范围内自发变化。
Εn0
δn0 =
= p p
△p
δn0
△p
Εn0
ΕHale Waihona Puke δpn△p
pp
第四节 同步器
二、汽轮机调节系统的组成 （一）直接调节 （二）间接调节 负荷变化 蒸汽流量变化
调节对象
转速变化
执行机构
传动机构
感受机构
第二节 国产典型凝汽式汽轮机调节系统
一、具有旋转阻尼调速器的液压调节系统
二、具有高速弹簧片调速器的液压调节系统
三、具有径向钻孔调速油泵的液压调节系统
四、凝汽式汽轮机调节系统的特点
2．并网运行 机组并入电网后，频率由电网决定， 一般认为电网频率是稳定不变的，则测 频网路不起作用，功频调节实际成为单 一的功率调节。汽轮机的实发功率通过 测功单元转换为直流模拟电压信号一 UN(负号表示负反馈信号)，它与功率给 定信号UN ＊ 在PID校正单元内比较，综合 后，输出电压控制信号，再经电液转换 器转换为液调信号去控制油动机动作， 改变机组负荷。



在冷态启动时，由主汽门启动，高压调节汽门的控制 油压很高，所以高压调节汽门全开，而中压调节汽门 就随主汽门进行调节。当主汽门切换到调节汽门控制 后，主汽门油压升高，主汽门全开，而由高压调节汽 门控制机组，当机组负荷达到30%额定负荷后，中压 调节汽门全开，就不进行节流调节了，以提高经济性。 中压主汽门受安全油控制，只要安全油一建立，中压 主汽门就全开，所以中压主汽门只能全开或全关，不 参与调节。
第二章 中间再热式汽轮机的调节


第一节中间再热式汽轮机的调节特点
1、凝汽式汽轮机的调节系统特点 （1）用高压调节汽门动态过调方法来弥补中、低压缸功率滞后。 （2）设置中压调速汽门以减少甩负荷时中间再热容积中蒸汽造 成的超速。 （3）设置旁路系统以解决负荷机炉特性不匹配的问题。 2、抽汽式汽轮机的调节系统特点 为了保证电热两种负荷分别变化时，调节一负荷而不影响另一负 荷，调节系统应满足一些自治条件：第一静态自治条件—电负荷 改变热负荷不变时的自治条件；第二静态自治条件—热负荷改变 电负荷不变的静态自治条件。 如图7-3所示 返回
第三节 汽轮机调节系统静态特性
整个调节系统的输入量是汽轮机的转速n，输出 量是汽轮机的功率p，在静态下它们之间的对应关系 即为调节系统的静态特性，其关系曲线称为调节系统 的静态特性曲线。 调节系统的静态特性可以表达为
P n

x m P n x m
汽轮机调节系统的静态特性曲线可以近似 地看做直线
3.汽轮机转子飞升时间常数
转子飞升时间常数可以理解为当转子上受到额定蒸汽力矩的作 用，转子从静止升至额定转速时所需要的时间。显然，转子飞 升时间常数越小，越容易升速，控制就越困难。系统稳定性就 越差，反之则越好。
4.油动机时间常数 油动机时间常数的物理意义为：当滑阀油口在最大开度时，油 动机从全开到全关所需要的时间。这一时间的长短决定了油动 机动作的快慢。显然，油动机时间常数越小油动机动作越迅速， 调节系统的稳定性也就越好，反之稳定性越差。 5.容积时间常数 汽轮机中有一些有害容积的存在，使得调节气阀开度变化后通 过汽轮机的蒸汽流量不能立即改变到应由数值，这种现象对调 节过程是不利的。这种不利的程度可以用容积时间常数来反映。
1．单机运行 机组在并网前或单机运行时，其功率由外 界决定，因而测功回路不起作用，功频调节变 成单一的频率调节。此时机组的转速信号通过 测频单元转换成相应的模拟电压信号一un(因 是负反 馈信号 ，故取 负值 ) 和转速给 定信号 un＊ (直接由电源取得，其值由人工整定) 送 入PID校正单元见图进行运算放大，输出一控 制电压信号u，再经电液转换器转换为液压变 化信号p控制油动机的动作，以改变机组的转 速。
I(dw/dt）＝ Me- Mel
用电负荷减少，则反动力矩Mel相应减少，如果 主动力矩Me应保持不变，则Me- Mel大于零， (dw/dt）大于零，即转子的角加速度增加。反之 则。
由此可见，汽轮机转速的变化取决于输入、输出 功率的平衡，就能使转速稳定，否则转速就发生 变化。汽轮机调节系统的功能就是感受转速的这 种变化，控制调节汽阀，使输入和输出功率重新 平衡，并使转速保持在规定范围内。
二、功频－电液调节的基本原理
图示为功频电液调节的 原则性方框图 。主要由 电调和液控两大部分组 成 。液控部分即错油门 和油动机结构 ，电调部 分由测频单元 ，测功单 元，给定单元，比例微 分 积 分 校 正 单 元 ( PID） 和电液转换器等构成 。 对于电调 、液调并存的 机组还设有液调部分和 电液跟踪单元 ，保证电 调和液调始终同步 ，以 便随时切换之用。
(3)以前所讲的调节，都是假定在汽轮机的初，终 参数不变的条件下外界负荷变化进行的调节。但 汽轮机运行时，凝汽器真空，蒸汽的初参数的任 何变化也会导致汽轮机功，率的改变。汽轮机初， 终参数的变化对汽轮机的干扰称为内部扰动，简 称内扰，外界负荷的变化对汽轮机的干扰称为外 部干扰，简称外扰。单冲量的频率调节在外扰时 可借助于调速器的动作，调节汽轮机的功率。但 产生内扰时却不能借助调速器来调节汽轮机的功 率，这就是说单冲量的频率调节没有抗内扰的能 力。而双冲量的功率—频率调节采用功率和频率 两个冲量综合起来去控制调节汽阀，获得了比频 率调节要好得多的效果。