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1、第六章第六章 汽轮机调节保护系统汽轮机调节保护系统1 1 1 1、调节保护系统的任务、调节保护系统的任务、调节保护系统的任务、调节保护系统的任务2 2 2 2、调节保护系统的组成、调节保护系统的组成、调节保护系统的组成、调节保护系统的组成3 3 3 3、调节系统的静态特性、调节系统的静态特性、调节系统的静态特性、调节系统的静态特性4 4 4 4、调节系统的动态特性、调节系统的动态特性、调节系统的动态特性、调节系统的动态特性5 5 5 5、汽轮机电液调节系统、汽轮机电液调节系统、汽轮机电液调节系统、汽轮机电液调节系统1、调节保护系统的任务、调节保护系统的任务n调节系统任务调节系统任务n1 1）汽
2、轮机未并网时的转速调节）汽轮机未并网时的转速调节n2 2）汽轮机并网后的功率调节）汽轮机并网后的功率调节n3 3）汽轮机并网后的频率调节）汽轮机并网后的频率调节n保护系统任务保护系统任务n1 1）汽轮机超速）汽轮机超速n2 2）轴承润滑油压低）轴承润滑油压低n3 3）凝汽器真空恶化）凝汽器真空恶化n4 4）转子轴向位移增大）转子轴向位移增大23调节保护系统类型调节保护系统类型n机械液压（机械液压（Mechanical Hydraulic Control System）由纯机械由纯机械(如杠杆、曲柄、凸轮等如杠杆、曲柄、凸轮等)、液压、液压(错油错油门、油缸等门、油缸等)部件组成。部件组成。系统
3、复杂，驱动力大、控制精度低，维修困难，系统复杂，驱动力大、控制精度低，维修困难，可靠性较差。可靠性较差。n数字电液（数字电液（Digital Electric Hydraulic Control System）模拟测量、数字控制、液压伺服执行。模拟测量、数字控制、液压伺服执行。系系统统简简单单，驱驱动动力力大大、控控制制精精度度高高、响响应应速速度度快快，可靠性强，维修方便，自动控制水平高。可靠性强，维修方便，自动控制水平高。4转速调节对象转速调节对象n转子的转动方程转子的转动方程n式中，式中，J 汽轮发电机组转子的转动惯量汽轮发电机组转子的转动惯量n 转子的旋转角速度转子的旋转角速度n Mt
4、汽轮机蒸汽转矩汽轮机蒸汽转矩n Mg发电机电磁转矩发电机电磁转矩 n Mf各种阻力矩各种阻力矩 5XHDEH III 转速调节原理6中间再热汽轮机的调节中间再热汽轮机的调节7n再热器储存大量蒸汽，在机组甩负荷时再热器储存大量蒸汽，在机组甩负荷时,即使即使高压调门关闭，再热器蒸汽进入汽轮机仍有可高压调门关闭，再热器蒸汽进入汽轮机仍有可能产生严重超速，为此能产生严重超速，为此设置中压调节汽门设置中压调节汽门。n为减小中压调门节流损失，通常在机组负荷为减小中压调门节流损失，通常在机组负荷30%30%以上时中压调门全开。以上时中压调门全开。n再热器储汽量变化产生的动态滞后，限制了机再热器储汽量变化产生
5、的动态滞后，限制了机组响应外界负荷变化要求的速度，要求组响应外界负荷变化要求的速度，要求高压调高压调门过开或过关门过开或过关，由高压缸增发或少发，由高压缸增发或少发补偿补偿再热再热器动态滞后，提高负荷响应速度。器动态滞后，提高负荷响应速度。n采用旁路系统及机炉协调控制采用旁路系统及机炉协调控制CCSCCS。中间再热汽轮机的调节中间再热汽轮机的调节8汽轮机的功率调节汽轮机的功率调节9n影影响响汽汽机机功功率率的的因因素素：高高中中压压调调门门开开度度、初初终终参参数、中间再热容积的参数；数、中间再热容积的参数；n采采用用功功率率反反馈馈回回路路，动动态态修修正正调调门门开开度度，能能有有效效提提
6、高高功功率率控控制制速速度度和和精精度度，消消除除“内内扰扰”影影响响；然然而而，在在发发电电机机甩甩负负荷荷时时将将“瞬瞬间间反反调调”，引引起起汽机超速（可投入汽机超速（可投入OPCOPC保护）；保护）；n采采用用功功率率反反馈馈回回路路，可可降降低低阀阀门门管管理理中中对对开开度度流量线性度的要求，降低顺序阀的重叠度；流量线性度的要求，降低顺序阀的重叠度；n采采用用调调节节级级压压力力反反馈馈可可快快速速消消除除主主汽汽压压力力波波动动影影响；但实际应用时影响功率控制精度。响；但实际应用时影响功率控制精度。汽轮机的功率调节汽轮机的功率调节102、调节保护系统的组成、调节保护系统的组成n转
7、速感受机构转速感受机构n将转速信号转变为一次控制信号将转速信号转变为一次控制信号n中间放大机构中间放大机构n对一次控制信号放大，作控制运算，输出油动机对一次控制信号放大，作控制运算，输出油动机控制信号控制信号n油动机油动机n油动机接受控制信号，活塞行走到指定位置油动机接受控制信号，活塞行走到指定位置n配汽机构配汽机构n将油动机位移转变为汽轮机调门开度将油动机位移转变为汽轮机调门开度11启动装置启动装置转速感受转速感受同步器同步器中间放大中间放大保护系统保护系统油动机油动机配汽机构配汽机构汽轮机汽轮机调节保护系统组成调节保护系统组成12机械液压调节系统示例一13机械液压调节系统示例二14油动机油
8、动机15调节汽门调节汽门16调节汽门调节汽门17转速传感器转速传感器183、调节系统静态特性、调节系统静态特性n四方图四方图n额定参数工况下，汽轮机功率、转速之间的关系，额定参数工况下，汽轮机功率、转速之间的关系，称为调节系统的静态特性。称为调节系统的静态特性。n将转速感受机构、中间放大机构、配汽机构的静将转速感受机构、中间放大机构、配汽机构的静态输入、输出画在一个直角坐标系中，可得调节态输入、输出画在一个直角坐标系中，可得调节系统四方图。系统四方图。n转速升高时，应关小调门，故静态特性曲线的方转速升高时，应关小调门，故静态特性曲线的方向是向是转速升高而负荷减小转速升高而负荷减小。19Pzmn
9、n图示机械调速系统：图示机械调速系统：n当转速当转速n n，滑，滑环环位位移移zz；n油油动动机活塞位移机活塞位移mm；n阀门阀门开度开度，进进汽量汽量，汽机功率，汽机功率PP，抑制抑制 nn；n转速转速功率关系表现功率关系表现为为nn，PP。20n速度变动率定义：速度变动率定义：n转速变化与功率变化转速变化与功率变化的关系：的关系：n局部速度变动率局部速度变动率速度变动率速度变动率21速度变动率速度变动率n速度变动率速度变动率通常取通常取0.03-0.060.03-0.06；n较大时，相同的转速偏差引起的阀门动作较小，较大时，相同的转速偏差引起的阀门动作较小，一次调频能力小；一次调频能力小；
10、n较大时，电网频率波动对功率影响较小，适应较大时，电网频率波动对功率影响较小，适应低负荷暖机和高负荷防过载；低负荷暖机和高负荷防过载；n较大时，比例调节稳定性好，适应并网前的转较大时，比例调节稳定性好，适应并网前的转速调节。速调节。n速度变动率速度变动率较小时，效果相反。较小时，效果相反。22速度变动率速度变动率n 图示机械调速系统速度变动率图示机械调速系统速度变动率：23n转速感受、中间放大、配汽机构各环节产生动转速感受、中间放大、配汽机构各环节产生动作迟缓，并逐渐叠加。（摩擦、间隙、盖度）作迟缓，并逐渐叠加。（摩擦、间隙、盖度）n定义为相同功率处转速的相对偏差。定义为相同功率处转速的相对偏
11、差。n迟缓率的危害？迟缓率的危害？功率或频率晃动功率或频率晃动n调节系统对迟缓率的最低要求（机械液压系统调节系统对迟缓率的最低要求（机械液压系统0.4%,0.4%,数字电液系统数字电液系统0.06%0.06%）迟缓率迟缓率24n负荷的频率特性与负负荷的频率特性与负荷的组成情况有关荷的组成情况有关 ：n1 1）电阻设备的功率）电阻设备的功率与频率无关与频率无关n2 2）感应电动机功率）感应电动机功率与频率近似成正比与频率近似成正比n3 3）有的负载其转矩）有的负载其转矩与转速的平方、三次与转速的平方、三次方成正比方成正比 n4 4）该曲线在小范围）该曲线在小范围内可用直线近似内可用直线近似Pf负
12、荷静态频率特性负荷静态频率特性25n系系统统的的运运行行频频率率位位于于负负荷荷静静态态频频率率特特性性曲曲线线和和发发电电机机组组的的负负荷荷特特性性曲曲线的交点。线的交点。n如如果果交交点点恰恰好好在在额额定定频频率率点点，这这时时电电力力系系统统的的有功功率平衡。有功功率平衡。n一一次次调调频频：用用电电负负荷荷从从P P0 0增增加加到到P P1 1，频频率率从从f f0 0降低到降低到f f1 1。n二二次次调调频频：命命令令汽汽轮轮机机负荷增加相同幅度。负荷增加相同幅度。f1P1fPP0f0一次调频、二次调频一次调频、二次调频26n例例1 1：某某电电网网由由3 3台台300MW3
13、00MW机机组组组组成成，3 3台台汽汽轮轮机机调调节节系系统统的的速速度度变变动动率率分分别别为为3%3%、4%4%和和5%5%。当当电电网网频频率率为为50Hz50Hz时时3 3台台机机组组发发出出额额定定功功率率。现现因因外外界界负负荷荷减减小小使使电电网网频频率率升升高高0.1Hz0.1Hz，试试问问：此此时时电电网网的的总总负负荷荷为为多多少少？各台机组的负荷分配又是怎样？各台机组的负荷分配又是怎样？n例例2 2：考虑实际一次调频框图：考虑实际一次调频框图：课堂练习课堂练习274、调节系统动态特性、调节系统动态特性n动态特性指标动态特性指标n1）稳定性）稳定性n2）动态超调量）动态超
14、调量n3）静态偏差）静态偏差n4）过渡过程时间）过渡过程时间28甩负荷动态特性的影响因素甩负荷动态特性的影响因素n汽轮机甩负荷最大飞升转速和过渡过程时间，取汽轮机甩负荷最大飞升转速和过渡过程时间，取决于以下因素：决于以下因素：n1）转子时间常数）转子时间常数n2）蒸汽中间容积时间常数）蒸汽中间容积时间常数n3）速度变动率）速度变动率n4）油动机时间常数）油动机时间常数n5）调节系统迟缓率）调节系统迟缓率295、汽轮机电液调节系统、汽轮机电液调节系统nDEH系统设备由两部分组成系统设备由两部分组成n1）电子部分）电子部分n2）液压部分）液压部分303132操作画面操作画面33油动机系统油动机系统
15、34电液伺服阀电液伺服阀（Electro-hydraulic Servo-valves）35电液伺服阀电液伺服阀n线圈通入直流电，控制电流在衔铁上产生磁通，线圈通入直流电，控制电流在衔铁上产生磁通，衔铁旋转（例如顺时针）；衔铁旋转（例如顺时针）；n挡板在衔铁带动下向左移动，使左侧喷油口通流挡板在衔铁带动下向左移动，使左侧喷油口通流面积减小，引起滑阀左侧油压增大面积减小，引起滑阀左侧油压增大；n滑阀右移，高压油进入油动机活塞下腔室，活塞滑阀右移，高压油进入油动机活塞下腔室，活塞上移，调门开启；上移，调门开启；n滑阀右移时，弹簧管受逆时针反馈力矩，弯曲变滑阀右移时，弹簧管受逆时针反馈力矩，弯曲变形
16、，与衔铁所受的主动力矩相互抵消，平衡时滑形，与衔铁所受的主动力矩相互抵消，平衡时滑阀位移保持不变，油口开度不变；阀位移保持不变，油口开度不变；n控制电流、主动力矩、反馈力矩、油口开度、油控制电流、主动力矩、反馈力矩、油口开度、油流量、油动机活塞移动速度，近似线性关系。流量、油动机活塞移动速度，近似线性关系。36373839传感器传感器传感器传感器ETS控制柜（PLC）电磁阀电磁阀显示操作面板危急遮断系统危急遮断系统40本章思考题本章思考题n1）什么是一次调频？什么是二次调频？）什么是一次调频？什么是二次调频？n2）汽轮机调节系统为什么要采用功、频调节？）汽轮机调节系统为什么要采用功、频调节？n
17、3）中间再热汽轮机为什么会存在功率滞后现象？）中间再热汽轮机为什么会存在功率滞后现象？n4）旁路系统有什么作用？）旁路系统有什么作用？n5）如何预防汽轮机超速？）如何预防汽轮机超速？n6）调节系统静态特性四方图各象限代表什么意义？）调节系统静态特性四方图各象限代表什么意义？n7）什么是调节系统静态特性的速度变化率？其大小对机）什么是调节系统静态特性的速度变化率？其大小对机组运行稳定性和一次调频能力有何影响？组运行稳定性和一次调频能力有何影响？n8）迟缓率是什么？对机组运行稳定性和安全性有何影响）迟缓率是什么？对机组运行稳定性和安全性有何影响？n9）局部速度变动率在整个调节范围内应如何分布？）局部速度变动率在整个调节范围内应如何分布？n10）汽轮机调节系统动态特性主要有哪些指标？）汽轮机调节系统动态特性主要有哪些指标？n11）调节系统动态特性受到哪些因素的影响？）调节系统动态特性受到哪些因素的影响？n12）电液转换器是怎样工作的？）电液转换器是怎样工作的？41