3汽轮机调节与保护

可见，对并列运行的机组，当外界负荷变化时，速度变动率小的机组负荷变动 百分数大；而速度变动率大的机组负荷变化百分数小。因此，对于不同性质的机 组应有不同的速度变动率 ,承担尖峰及变动负荷的机组 ,其速度变动率应较小些， 取为3~4%；带基本负荷的机组，则速度变动率应大些，取4~6%，以便在电网频 率变化时，仍尽量保持基本负荷不变。然而，随着电网容量的增大以及电网负荷 峰谷差的扩大,大容量机组也需参加一次调频,故速度变动率已趋于选较小值。 若某机组的调速系统采用无差弹性 反馈，则其油动机活塞的位臵与转速 无关，即静态特性是一水平线，机组 的速度变动率为零，当电网负荷变动 时该机将在油动机行程范围内首先承 担这种变动。若多台机组采用无差弹 性反馈，则机组间的负荷分配将为静 不定 ; 这些都是运行中不希望发生的 ,
P P0
由此可知，并列运行时，机组自发性负荷晃动的大小不仅和迟缓率 ε有关，而 且也和速度变动率δ有关。为了减小负荷晃动，不仅希望迟缓率ε较小，而且速度 变动率δ亦不宜太小。一般允许的自发性负荷晃动为：
P (1.5 ~ 2)%P 0 虽然迟缓率 ε越小越好，但过高的要求会给制造带来困难，一般 要求迟缓率ε <0.3~ 0.5%。
14 2014-8-21
DEH 调节系统是当前汽轮机调节系统的最新发展，它集中了两大最新 成果：固体电子学新技术——数字计算机系统；液压新技术——高压抗燃 油系统，从而使前轴承箱尺寸和油动机的尺寸大大缩小。 由于计算机的逻辑判断与处理功能特别强，只要通过开发软件，便很易 实现机组对调节系统的复杂要求 ,并可在同一机组上实现不同的控制方式; 如能在带负荷时从喷嘴调节 (顺序阀调节 )转换成节流调节 (单阀控制 )，并 可在线进行各汽门的活动试验；可以由运行人员确定是否进行滑压运行， 并可随时改变滑压运行范围；调节特性、凸轮特性等均以数字模型编制在 软件中，修改程序或调整某些参数便可改变这些特性，而无需改变任何硬 件设备；当锅炉也用计算机来进行控制时，可以十分方便地进行机炉协调 控制，甚至最优控制等。这些对于模拟电液调节系统来说，却是不易办到 的，有些甚至是无法实现的。 DEH 系统由于有功率反馈及转速反馈，故可严格按照选定的特性线参 与一次调频，其调节品质及精度更优于模拟电液调节系统； DEH 系统能 够自启动、自动监测和自动加负荷；可进行数据传递，具有故障诊断、事 故追忆、图像显示和制表打印等；可实现运行管理和人机对话等。 DEH 系统的采用，可大大提高机组的自动化水平，改善机组的负荷适
11 2014-8-21
3.1.3.4 同步器
用途 (1)在单机运行时，使用同步器可以保证机组在任何负荷下保持转速不变。 (2)在机组并网运行时，通过同步器可以改变汽轮机的功率，使各台机组承担给 定负荷，调整电网频率，以维持电网周波稳定—二次调频。 (3)在机组并网前，用同步器可改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速，使发 电机与电网同步并列。正由于有此用途，故称其为同步器。 一次调频与二次调频概念 (1)一次调频是按并列运行机组的静态特性自动分配负荷，而二次调频要靠同步 器人为地进行； (2)并列运行的机组通常都参与一次调频，但一次调频通常不可能保持电网周波 不变而只能减小周波变化的程度； (3)一次调频可以认为是暂态的。即当电网负荷变化后，二次调频来不及立即保 证电网有功功率的供求平 衡，暂时由一次调频来维 持电网周波不致有过大变 化而造成严重后果，当二 次调频使周波恢复正常后, 一次调频作用便消失。
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。
6
2014-8-21
1. 机组间负荷的自动分配与一次调频 下图为两台并列运行汽轮机的静态特性曲线。两台机的额定功率分别为P1和P2, 速度变动率分别为δ1和δ2。当外界负荷改变时,两机的转速改变Δn值相同,功率改 变分别为ΔP1和ΔP2 。若近似地认为静态特性线为一直线,则由相似三角形性质可 得:
n P P 1 1 2 2 ⇒ n0 P P2 1
P 1 P : 2 2 : 1 P P2 1
这也就是汽轮机的调速系统不采用无 差调节的原因。
7
2014-8-21
汽轮发电机组单列运行时，如果慢慢地将负荷从满负荷降到零，则转速将由额 定转速n0上升为(1+δ)n0。但是, 如果机组突然从电网解列 , 从全负荷突降至零时, 转速将迅速升高, 其最高数值取决于调速系统的动态特性, 一般要求甩负荷后最大 的飞升转速不超过 (1+1.5δ)n0,并要求甩全负荷时超速保护装臵不动作。为此速度 变动率不应过大，一般速度变动率的上限为 6%，否则甩负荷时易使超速保护动 作，自动主汽门关闭，机组停车，从而增加了故障消除后重新开机并列的操作， 延长了事故处理的时间。
2. 甩负荷时的转速飞升
3. 局部速度变动率δ'
实际调节系统各机构的特性线不一定 都是直线，故静态特性线并不是一根直 线(右图中的a)。因而，对于同样的转速 变化Δn，在不同负荷区引起功率的变化 ΔP是不同的。所以，对非直线形静态特 性而言，电网频率改变所引起的一个机 组功率的改变，不是决定于整机的速度 变动率，而是决定于静态线上工作点的 斜率，即局部速度变动率。所谓局部速 度变动率 δ' ，就是静态线上某一点的斜 率，其表达式为：
1

2014-8-21
2. 间接调节系统
2
2014-8-21
3. 间接调节系统的基本机构
从上面的讨论中可以看出，调节系统的基本机构有以下四个： (1) 转速感受机构。其作用是感受转速的变化，并将其转变为能 使调节系统动作的信号如位移、油压或电压的变化等。转速感受机 构通常又称为调速器。 (2) 传动放大机构。其作用是将调速器送来的信号进行放大，并 将放大的信号送至执行机构——配汽机构。 (3) 执行机构。其作用是接受放大后的调节信号，调节汽轮机的 进汽量，即改变汽轮机的功率。 (4) 反馈机构。反馈的作用是使调节系统稳定。传动放大机构在 向执行机构发信号的同时，还发出一个信号使滑阀复位并使油动机 活塞停止运动。实现反馈的设备元件称为反馈机构。因为反馈信号 通常是在传动放大机构中起作用的，因此有些书籍将反馈机构划归 在传动放大机构中。
8
n P / 100% n0 P0
2014-8-21
为了防止负荷的突然变动 ,保持负荷的稳定 ,特性曲线必须是连续平滑 的，且没 有突变。其形状主要取决于机组在电网中所处的地位。 对于带基本负荷的大容量机组，在曲线的初始段(约10%P0负荷以下)，要求δ'稍 大些。其目的一方面是为了提高机组在空负荷时的稳定性，以便于机组的顺利并 网；另一方面是为了防止机组并网后电网频率降低时，自动过多地带上负荷，使 机组加热过快而产生过大的热应力和差胀。在额定功率附近也采用比较大的局部 速度变动率δ'，使机组稳定工作在经济工况附近，以获得较高的经济性，且当电 网频率降低时不易自动带上过大的负荷引起机组严重超载而发生危险。为避免甩 负荷时危急保安器动作，调节系统总的速度变动率不应超过一定值，既然在特性 曲线的两端取了较大的δ'，则中间段必然减小δ'。然而,为避免出现局部不稳定， δ'≮2%。因此，大容量机组调速系统静态特性曲线的理想形状如下图中的曲线 1 所示。 对于调峰机组，因其升负荷率较大，可以不 考虑低负荷时因电网频率降低而带负荷较快的 问题，δ'不必取较大值。但在过负荷区,为避免 电网频率降低时机组的严重超载，应使特性曲 线陡些。这样，调峰机组调速系统静态特性曲 线的理想形状将如右图中的曲线2所示。
3 2014-8-21
3.1.2 高速弹性调速器调节系统简介
4
2014-8-21
3.1.3 调速系统静态特性
3.1.3.1 调速系统静态特性
汽轮机功率与转速在准静态过程的一一对应关系，称为调速系统的静态特性。 调速系统是由转速感受机构、传动放大机构和执行机构组成的，因此，调速系 统的静态特性曲线也是由这些环节的静态特性所确定的。通过计算或实验得到各 组成环节的静特性曲线后，即可用作图法求取调节系统的静态特性。 方法是：分别将转速感受机构、传动放大机构和执行机构静特性线分别画在第 二、三、四象限中,再用投影法在第一象限中绘制出调速系统的静态特性曲线(下 图)，该图称为四象限图或四方图。 四象限图的四个坐标参数中的转速、功率和油动机行程是固定的，而第二、三 象限间的坐标参数则因系统而异, 如高速弹性调速器调节系统为挡油板的位移x， 而旋转阻尼调速系统则可以取一次油压 p1 或二 次油压 p2等。究竟取用何参数 ,考虑的原则是： 所取参数应是易于在试验中读取以及在调速系 统调整工作中常用来调整的参数。通常油压、 转速和功率等参数的增减方向比较明确 ,但位移 不明确,故应标定零点并规定正负方向。一般以 转速增加时调速器的位移方向为正，以初始动 作位臵为零位；对控制油动机动作的滑阀，以 使油动机产生正向移动的滑阀位移方向为正； 对断流式滑阀以稳定位臵为零位，节流式滑阀 以功率为零时的位臵为零位；油动机以功率增 加的移动方向为正，以零负荷的位臵为零。
12 2014-8-21
3.2 数字电液调节系统
3.2.1 基本调节原理及概述
电液调节系统发展的初期，曾经采用过功频电液调节系统，它实际上 是一种用模拟电压(或电流)来控制的系统，将其称为模拟电液调节系统则 更加严格和准确。从本质上说，它仍属于常规调节系统。 随着计算机技术的发展，以及计算机性能价格比的不断提高，用微型 数字计算机来控制的电液调节系统，很快便取代了尚未完善发展的模拟电 液 调 节 系 统 。 这 种 新 型 调 节 系 统 习 惯 上 简 称 为 DEH(Digital ElectroHydraulic Control System)系统或数字电液调节系统。
第三章 汽轮机调节与保护系统简介
3.1 汽轮机传统调节系统 3.1.1 基本概念
3.1.1.1 汽轮机调节的任务 保证汽轮发电机组能根据用户的需要 及时地提供足够的电力； 调整汽轮机的转速使它维持在规定的 范围内。故调节系统通常又称为调速系