汽轮机调节系统
汽轮机调节保护系统
汽轮机调节保护系统汽轮机调节保护系统是指通过一定的技术手段和方法，对汽轮机的调节和保护进行有效的控制和管理。
该系统主要是通过对汽轮机的行为和状态进行监测和分析，以便及时发现和解决问题，保证汽轮机的正常运行，并确保汽轮机的安全和稳定。
汽轮机调节保护系统主要通过以下几个方面保证汽轮机的稳定性和安全性：1. 调节控制系统：对于汽轮机的控制系统来说，一定是至关重要的。
通过合理的调节，能够保证汽轮机的平稳运行，减少机械故障的发生。
调节控制系统主要包括：稳压控制系统、转速控制系统、温度控制系统、压力控制系统等。
2. 轴承监测系统：汽轮机在运行时，其轴承也是非常重要的，一旦轴承有故障或者异常，就可能导致汽轮机的故障或事故发生。
轴承监测系统主要是通过对轴承进行动态监控，及时发现轴承的故障或者异样情况，对其进行有效修复或调整。
3. 系统安全控制：汽轮机是一种高速旋转的机械设备，其安全性非常重要。
系统安全控制主要是通过对汽轮机的各个部位进行安全监测和控制，对可能导致事故的因素进行及时的排查和排除。
4. 故障排除与修复：在汽轮机运行时，可能会遇到各种各样的故障和问题，如果不能及时处理，就会导致更严重的后果。
因此，故障排除与修复是非常重要的一环，在出现问题时，需要及时处理，避免事情的扩大。
总体来说，汽轮机调节保护系统是为了确保汽轮机的正常运行，而设计的一种高级的技术方案。
这一系统能够对汽轮机进行全方位的监测和分析，并能够及时发现和解决问题，保证汽轮机的安全和稳定。
因此，无论是对于汽轮机相关企业还是汽轮机的使用者来说，都非常重要。
在实际使用中，需要充分发挥汽轮机调节保护系统的优势，及时调整和整合相关的技术手段和手法，为汽轮机的安全和稳定提供保障。
汽轮机调节系统
第五节、汽轮机的供油系统
一、汽轮机：
主油系统
主油箱
润 滑 油 冷 油 器
n1 n2 100% n0
2、速度变动率对一次调频的影响
并列机组的负荷分配；
速度变动率不可过小，否则引起负荷晃动；3%～ 6%；
速度变动率不可过大，否则引起甩负荷超速；
3、局部速度变动率
n n1
n0
Δx
0
Δm
n2
pe 100%
（三）迟缓率
1、迟缓现象
2、迟缓率的定义：机组在同一功率下的最高转速与最低 转速之差，与额定转速之比，称为迟缓率；
一、调节系统的静态特性 （一）调节系统的静态特性曲线 静态特性：在稳定运行工况下，转速和功率之间的关系。
n
转速感受机构曲线
静态特性曲线
Δx 传动放大机构曲线
Δm
pe 配汽执行机构曲线
静态特性曲线图称为四方图或四象限图；
（二）速度变动率
1、速度变动率的定义：当机组孤立运行时，功率零负荷 所对应的最大转速与额定负荷对应的最小转速之差， 与额定转速之比称谓速度变动率；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ动态超调量： max 100%
3、快速性（过渡时间）
（二）影响动态特性的主要因素 1、调节对象对动态特性的影响： 1）转子飞升时间常数Ta： 2）蒸汽中间容积时间常数Tv： 2、调节系统对动态特性的影响： 1）转速不等率δ（速度变动率）： 2）油动机时间常数Tm： 3）迟缓率：
第四节、危急遮断系统
第一节、概述
一、汽轮机调节系统的任务
汽轮机调速系统
汽轮机调速系统
汽轮机调速系统是指用于控制汽轮机转速的系统，其目的
是保持汽轮机转速稳定，在负载变化或其它干扰条件下能
快速、准确地调整汽轮机的输出功率。
汽轮机调速系统主要包括以下几个部分：
1. 测速装置：用于测量汽轮机转速的装置，通常使用磁电
式测速器或光电测速器。
2. 调节器：接收测速装置的转速信号，并根据预设的转速
设定值和负载要求，产生控制信号调节汽轮机的输出功率。
3. 作动器：接收调节器的控制信号，并通过执行机构调节
汽轮机的进气阀门或蒸汽调节阀门，控制汽轮机的蒸汽流
量或进气量。
4. 反馈装置：返回汽轮机转速的反馈信号给调节器，用于
闭环控制。
常见的反馈信号包括机械式转速计或数字式转
速计。
5. 电气控制系统：用于提供供电、信号传输和逻辑控制的电气系统，包括电源、信号处理器、PLC等。
汽轮机调速系统的工作原理是根据转速测量值与设定值之间的差异，通过调整汽轮机的进气阀门或蒸汽调节阀门，改变汽轮机的负荷，从而保持转速稳定。
调节器不断地与测速装置和反馈装置交互信息，根据转速偏差的大小快速调整控制信号，实现转速的闭环控制。
汽轮机调速系统的稳定性和灵活性对于汽轮机的正常运行和负载波动的适应性非常重要。
良好的调速系统能够使汽轮机在负载变化时快速响应，保持稳定的转速，同时又能防止因过大的调整幅度造成的震荡和不稳定现象。
可以通过设计合理的控制算法和优化系统参数来提高汽轮机调速系统的性能。
《汽轮机》课件一、调节系统简介
外界负荷减小时，阻力矩减 小，主力矩如不变，则转速 升高
当外界负载条件一定时，电 磁阻力矩是随转速的增加而 迅速增加。
➢ 在平衡状态下，Mt1=Me1，
d 0
dt
➢ 则角速度ω=常数，转速n=常数，机组稳定在某一转 速下运行。
Mt1与Me1两曲线交点A， 即为平衡工况点。 转速为na
随着转速的升 高，主力矩逐 渐减小。
电磁阻力矩与转速关系取决于外界负载的特 性，电网中的负载大致可分为三类
➢ 频率变化对有功功率没有直接影响的负载， 如照明、电热设备等；
➢ 有功功率与频率成正比变化的负载，如金 属切削机床、磨煤机等；
➢ 有功功率与频率成三次方或高次方变化的 负载，如鼓风机、水泵等。
转 速 变
化
Δn
油动机
错油门
Δx
感受机构 （调速器）
传动放大机构
负反馈 （杠杆）
机械液压调节系统 (MHC ) (mechanical hydraulic control)
汽轮机的调节系统采用机械元件作为控制器，转速 作为控制信号，而执行器采用液压元件。
1.机械液压调节系统的调节功能比较单一，只能根据转速 变化信号进行调节----外扰
汽轮机的主力矩可用下式表示
Mt
1000PT
1000PT
2 n
60
9549 PT n
PT——汽轮机内功率（kW）；
➢ 若将 PT=G△Htηri代入上式则得
Mt
9549tri
G n
△Ht——汽轮机理想焓降（kJ/kg）； ηri——汽轮机的内效率；
G——汽轮机的蒸汽流量（kg/s）。
汽轮机介绍之调节系统之主汽门及液压控制部分
汽轮机介绍之调节系统之主汽门及液压控制部分主汽门及液压控制部分是汽轮机调节系统的核心组成部分，主要用于控制和调节汽轮机的工作状态和运行参数。
本文将从主汽门和液压控制两个方面进行介绍。
一、主汽门主汽门是汽轮机的关键部件之一，它负责控制汽轮机的输出功率和调节转速。
主汽门通常由阀门、驱动装置、传感器和控制系统组成。
1.阀门：主汽门通常采用旋转阀门或滑油阀来控制蒸汽的流量，旋转阀门通过改变阀门开度来调节蒸汽进入汽轮机的量，从而控制汽轮机的转速和负荷。
滑油阀则通过调节滑油的流量来改变阀门开度。
2.驱动装置：主汽门的驱动装置通常有电动驱动装置和液压驱动装置两种。
电动驱动装置通过电机驱动旋转阀门进行动作，液压驱动装置通过改变液压系统的压力来控制阀门的开闭。
3.传感器：主汽门通过传感器获取相关的工作参数，如压力、温度、转速等，以便向控制系统提供反馈信号，从而实现对汽轮机的精确控制。
4.控制系统：控制系统是主汽门的核心，它接收传感器的反馈信号，并根据设定值进行比较和计算，然后通过驱动装置控制阀门的开度，从而实现对汽轮机转速和负荷的控制调节。
液压控制部分主要由液压系统、液压执行机构和相关传感器组成，用于控制和调节主汽门的开度。
1.液压系统：液压系统是液压控制部分的核心，它主要由液压泵、油箱、液压阀和液压管路组成。
液压泵负责提供压力源，将液压油送入液压执行机构，液压阀则负责控制液压系统的压力和流量。
2.液压执行机构：液压执行机构主要由液压缸组成，液压泵将液压油送入液压缸，通过液压力来推动主汽门的开闭动作。
液压执行机构具有响应速度快、控制精度高的优点，能够满足汽轮机对转速和负荷的快速调节要求。
3.传感器：液压控制部分还包括一些传感器，用于检测液压系统的压力、流量和温度等参数，以便向控制系统提供准确的反馈信号，实现对主汽门的精确控制。
总的来说，主汽门及液压控制部分是汽轮机调节系统中至关重要的组成部分，它通过液压控制来调节蒸汽流量，实现对汽轮机的精确控制和调节。
汽轮机调速系统原理
汽轮机调速系统原理
汽轮机调速系统是通过控制汽轮机的燃料供给和负载调节，使其在不同负荷条件下保持稳定运行的一种控制系统。
其原理主要包括几个方面：
1. 反馈控制原理：汽轮机调速系统通过测量转速信号、负载信号以及燃烧器供气压力等参数，形成反馈信号，并与设定值进行比较。
通过比较的结果，控制调速阀的开度，以实现转速的调整和稳定。
2. PID控制原理：调速系统中常采用PID控制器。
PID控制器
通过比较实际转速与设定值之间的误差，即偏差，根据比例、积分和微分三个控制量来调节调速阀的开度。
比例控制器根据误差大小来快速响应，积分控制器用于消除稳态误差，微分控制器用于减小系统的超调量和震荡。
3. 负载调节原理：汽轮机负载调节的原理是通过调整燃料供给量来实现的。
当负荷增加时，调速系统信号作用于燃料调节阀，使其开度增大，增加燃料供给，以增加汽轮机输出功率。
反之，当负荷减少时，信号作用于燃料调节阀，使其开度减小，减少燃料供给，以减少汽轮机输出功率。
4. 燃烧器供气控制原理：燃烧器供气控制是调速系统的重要部分之一。
其原理是根据燃烧器的氧气需求来调整供气压力。
当转速下降或负载增加时，氧气需求相应增加，调速系统信号作用于调节阀，使其打开，增加供气压力，以满足燃烧器的要求。
反之，当转速上升或负载减小时，供气压力相应减小，以节约
能源。
通过以上原理的综合作用，汽轮机调速系统能够实现稳定运行和负载变化的快速响应。
这不仅保证了汽轮机的运行安全和可靠性，也提高了能源利用效率。
汽轮机-调节系统
定转速所需的时间 中间容积时间常数：以额定工况进汽量向中间容积充汽，
使其空间中的蒸汽比容达到额定状态比容所需的时间 调节系统特性对动态特性的影响： 速度变动率： δ增大，则波动时间缩短，波动幅度减
小，但飞升转速提高。 滞缓率：越小越好 油动机时间常数：增大，则抗内扰能力提高，但飞升转速
摩擦阻力矩
随转子转速的增加而增大
同步发电机特性
同步发电机的端电压决定于无功功率，频率决 定于有功功率。
无功功率决定于励磁，有功功率决定于原动机 的功率。
故电网的电压调节归励磁系统，频率调节归汽 轮机的功率控制系统。
汽轮机的主蒸汽系统简化结构
Ｓ
电
自
动
动
主
主
汽
汽
门
Байду номын сангаас
门
汽轮机
调 节 汽 门
力小 满负荷防止过载，静态特性曲 n2
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
P
线较平
同步器的作用
同启 控动步制时器汽:外轮界机负进荷汽不量变，,能够改变调节nn阀1 开度的机构
控制升速过程中转速，
n2
创造并网条件。
并网带负荷后
当外界负荷大幅度波动时，调整同步器位置能 P 改变调节系统静态特性曲线（平移），使机组
一、设置调节系统的原因：
供电品质：电压，频率，相位 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。
汽轮机调节系统的基本工作原理
汽轮机调节系统的基本工作原理汽轮机调节系统是指通过对汽轮机的控制，保持其运行稳定和安全可靠的系统。
该系统通过对汽轮机的负荷、转速和温度等参数进行调节，使汽轮机在各种工况下都能保持稳定的运行状态。
汽轮机调节系统的基本工作原理是根据汽轮机的负荷需求和运行状态，通过控制汽轮机的控制阀和调速器等设备，调节汽轮机的负荷、转速和温度等参数，使其保持在合适的运行范围内。
汽轮机调节系统需要监测汽轮机的运行状态。
通过传感器等装置，实时监测汽轮机的负荷、转速、温度和压力等参数，并将这些参数传输给调节系统。
然后，调节系统根据监测到的汽轮机参数，判断当前的运行状态和负荷需求，并与预设的运行参数进行比较。
根据比较结果，调节系统决定是否需要调整汽轮机的负荷、转速和温度等参数。
在调整过程中，调节系统会通过控制汽轮机的控制阀和调速器等设备，对汽轮机的进汽量、排汽量、燃烧量和蒸汽流量等进行调节。
通过调节这些参数，调节系统可以控制汽轮机的负荷、转速和温度等，使其适应不同的负荷需求和运行状态。
调节系统还需要保证汽轮机的安全运行。
在汽轮机发生异常情况时，调节系统会及时采取应对措施，控制汽轮机的运行参数，防止汽轮机发生过载、过热或其他故障。
除了对汽轮机运行参数的调节和保护，调节系统还可以提供运行数据的记录和分析功能。
通过对汽轮机的运行数据进行记录和分析，调节系统可以评估汽轮机的性能和运行状况，为运维人员提供参考和决策依据。
总的来说，汽轮机调节系统的基本工作原理是通过监测汽轮机的运行状态，根据负荷需求和运行参数进行比较，通过控制汽轮机的控制阀和调速器等设备，调节汽轮机的负荷、转速和温度等参数，以保持汽轮机的稳定运行和安全可靠。
该系统在汽轮机的运行中起到至关重要的作用，能够提高汽轮机的运行效率和可靠性，保证其在各种工况下都能正常运行。
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一次调频 外负荷变化
评：并网机组对外负荷变化引起的电网频率 变化的自动响应
二次调频 外负荷不变，主动改变某些 机组的功率 评：电网对频率的主动调节
目的不同
一次调频 目的是 减少电网频率变化量，但不能 保证频率在合格范围内
不同点：
二次调频 目的是把电网频率调整到合格范围
要求不同
一次调频：快速性
迅速改变电网中参加 一次调频机组的功率
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
（二）速度变动率
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，称为调节系统的速度变动率，或
称为速度不等率，其表达式为：
nmax nmin 100%
n0
n
nmax
nmin
速度变动率决定了 静态特性曲பைடு நூலகம்的倾 斜程度
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
不同机组对速度变动率 的要求 一般 的 范围为3%~6%
尖峰负荷机组 较小，一般为3%~4%， 也不能过小
n
0
带基本负荷机组 较大，一般为 4%~6%， 也不能过大
n
机组超速 保护动作
转速
P
n
甩全负荷 后，机组
3300 3270
3180 转速稳态
即(2850~3210) r/min
P0 P
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
三、调节系统动态特性
（一）动态特性基本概念
汽轮机调节系统是由多个环节组成的复杂闭环系统，部件运动 惯性、油流流动阻力和蒸汽中间容积等的存在，使得调节系统由一 个稳定工况到另一稳定工况时经历着复杂的过渡过程。
速度变动率对机组运行的影响
n 单机运行
p 机组单机供电外负荷变化或并列运行机组从电网
nn’22 n1
中解列空载运行时
调节系统使机组转速沿静态特性曲线变化， 从而减少转速变化。
速度变动率决定了外负荷变化时的转速变化量
P2 P1
p
并网运行
汽轮发电机组在并网运行期间，其转速与电网频率对应，电网 中所有发电机组输出功率的总和与所有负载消耗功率的总和平衡
P
表示。
n1
n2
100%
n0
n 100%
n0 n1,n2表示在机组同一功率 下的最高和最低转速
P2 P1
△m
p 迟缓率 越小越好
n0是汽轮机的额定转速
液压调节系统 0.2% ~ 0.5%
功频电液调节 0.06%
系统
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
汽轮机单机运行，迟缓率引起机组转速自振
n
n
n n0
n0
n0
P
P
P0 P
汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动
P
n0 n0
P0
P0
㈣同步器与二次调频
一次调频结束 后电网频率不 合格怎么办？
电网频率不变时， 如何改变机组负
荷？
一次调频只能减缓电网 电网频率变化时 ，并列运 频率的变化但不能保证 行机组按照速度变动率自 频率在合格范围内 动分配负荷
n0 变化量 6%
3180
动态过程转速最大
3000
3000 p
超调量一般为1.5 n0
t
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
㈢ 迟缓率
n 调节系统，升速过程和
减速过程各有一根静态
曲线，不相重合，形成
一条带状，它表示该调
A
节系统阻力的大小，通
常用调节系统的迟缓率
△z n
n2 n1
P0
P P0
连续，平滑，单调，无突变点
n P1
P2 P0
连续向功率增加方向倾斜向下
不允许有水平段 （1）并列容易
零负荷、低负荷及 （2）低负荷时负荷变动较小
满负荷处较陡
（3）满负荷时不会过载
使整体速度变动率在合格范 中间区域较平坦 围内，且保持一定的一次调
频能力中间段的最小局部速 度变动率不得小于整体速度 变化率的40％
机组转速不变,或在电网频率超出合格范围时进行二次调频。 作用
汽轮机单机运行时，可以确保机组在任何负荷下保持转速
不变。
思考题：机组甩全负荷时如何
一次调频与二次调频的异同点：
减少稳态转速的上升？
相同点：都是由于电网总功率与总负载平衡被打破，都会引起电 网频率变化
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
引起的原因不同
在参加一次调频的各机组间 以两台机组并列运行为例说明
荷变化量 如何分配？
可见，在外负荷变化
n
n
引起电网频率变化时，
参加一次调频的机组
n2 n1
按照各自速度变动率 自动分配总负荷变化 量。
△P1 P1
P
△P2 P2
P
速度变动率小的机组，承担负荷变化大，一次调频能力强。
速度变动率大的机组，承担负荷变化小，一次调频能力弱。
时，电网频率保持稳定。也就是说，并网机组的转速是由电网中
所有机组共同调节的。
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
当外负荷变化时，电网所有机组的总功率与电负荷失衡，引起电
网频率变化，要求并网机组迅速按各自静态特性曲线改变功率，
使电网变化等于总负荷变化，减少电网频率的变化量，这个过程
叫做一次调频。
电网总负
二次调频 精确性 调整电网频率到合格范围
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
（五）汽轮机运行对调节系统静态特性的要求
转速感受机构特性 实际调节系统 配汽机构特性 非线性
静态特性曲线并非直线
中间放大传递特性
各处速度变动率不同 曲线上该点的斜率 局部速度变动率
n
n
n0
合理的特性曲线的形状
' n n0 100%
过程？
n2 n1
△P1 P1
P
△P1+△P2 P2 P
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
n
n
外负荷不变，网
内机组如何改变
所带负荷，例如
n1
某机组需停机检
修，怎么办？
0 △P1 P1
P
P2 △P2 P’2 P
凡是能够平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器
汽轮机并列运行时，可以进行负荷在各机组建的重新分配，此时
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
（六）同步器的调节范围
蒸汽参数
正常蒸汽参数 满足 额定转速工况
要求以外 为 真空 变化预留足够的调节范围 电网频率
n
F
0.07n0
E A
0.05n0
B C
D
同步器的调节范围
F E
A n0 0.025n0
B C D
一般为静态特性曲线空负荷对 应的转速范围为(-5%~+7%)n0
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
n
什么过程 ？
平移静态特性曲线 a
b
n2 n1
b 维持转速不变 a
c
什么过程？
b
c
二次调频，电网频率不正常时，通过平
移某些机组的静态特性曲线，增加或减
P2 P1
P
棕色箭头表示
小这些机组功率，以恢复电网的正常频 率，这称为二次调频
n
什么过程？ n
蓝色箭头表示什么