汽轮机调节系统
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
无论采用何种形式的控制系统，汽轮机调节的基本任务依然是转速控制与负荷控制，从五六十年代引入模拟电液调节系统以来这个基本任务就没有明显的变化。
汽轮机是一种将热能转换成动能的旋转机械。
来自锅炉的高压蒸汽经主汽门和调节汽阀进入汽轮机，通过膨胀做功将能量传递给汽轮机转子，带动同步发电机进一步将动能转换成电能。
汽轮机的功率通常由位于第一级喷嘴前的调节汽阀来控制，假定调节汽阀前蒸汽参数为定值，排汽的背压也维持不变，则汽轮机的功率大致与蒸汽流量成正比。
现在我们来分析作用于汽轮发电机组转子上的蒸汽力矩和发电机转矩的关系，前者是主动力矩，后者是反动力矩，根据牛顿第二定律可列出下列方程式中： J—汽轮发电机组的转动惯量(kg·m·s2)ω—转子旋转的角速率(s-1)MT—汽轮机的蒸汽力矩(kgf·m)MG—发电机的电磁转矩(kgf·m)只有当MG = MT时，dω/dt=0，ω=常数，即汽轮机的主动力矩等于发电机的阻力矩时，汽轮发电机组才以稳定的转速运转。
但两个转矩平衡的情况只是暂时的，在外界负荷改变时MG也将变化，另外MT也会受到一些参数的影响而变化。
发电机转矩一般与转速有关，以MG=f(n)表示，称为发电机特性，它主要取决于外界负载的特性。
例如，当发电机转速(电网频率)改变时，电网中电动机的转速也随之改变，对应于拖动水泵或风机的电动机，则其阻力转矩与转速的平方成正比；对于带动金属切削机床之类的电动机，其阻力转矩与转速的一次方成正比；对于电阻类负荷(如白炽灯)，则阻力转矩与转速无关。
这样就可以用下式表示在各种负载下的发电机阻力转矩曲线MT1和MG1的交点a即为汽轮机带动发电机在转速na时的一个稳定工况。
这时，如果负载有变化，发电机转矩特性改变到MG2 ，而汽轮机的进汽量保持不变，那么新的平衡点为b，即汽轮发电机组以nb转速稳定运转。
这说明，在这种情况下，从理论上讲汽轮发电机组即使没有自动调节系统，它也可以从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况。
汽轮机调节系统
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
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。
汽轮机调速系统
汽轮机调速系统1. 引言汽轮机调速系统是汽轮机发电站中的重要控制系统之一，它通过调整汽轮机的转速来实现发电机的稳定运行。
本文将介绍汽轮机调速系统的工作原理、组成部分以及常见故障排除方法。
2. 工作原理汽轮机调速系统的工作原理是通过控制汽轮机的供汽量来调节转速。
具体而言，当发电负荷发生变化时，调速系统会感知到负荷变化，并相应地调整汽轮机进汽阀的开度，以保持发电机的稳定输出电压和频率。
3. 组成部分汽轮机调速系统主要由以下几个组成部分构成：3.1 调速器调速器是整个调速系统的核心部分，它负责接收负荷变化信号并将其转化为对进汽阀开度的控制信号。
调速器通常采用PID控制算法来实现对汽轮机转速的精确控制。
3.2 速度传感器速度传感器用于测量汽轮机的转速，并将转速信号反馈给调速器以进行控制。
常见的速度传感器有霍尔传感器、光电传感器等。
3.3 进汽阀进汽阀负责控制汽轮机的供汽量，它根据调速器的控制信号来调整阀门的开度，以实现对汽轮机转速的调节。
3.4 负荷传感器负荷传感器用于感知发电负荷的变化，并将变化信号反馈给调速器。
根据负荷的变化情况，调速器能够相应地调整进汽阀的开度。
4. 常见故障排除方法汽轮机调速系统可能会出现各种故障，常见的故障包括传感器故障、阀门漏气、控制回路故障等。
下面是一些常见故障的排除方法：4.1 传感器故障当速度传感器或负荷传感器发生故障时，调速系统无法正常感知负荷变化，进而无法对进汽阀进行正确的调节。
此时，应检查传感器的连接情况，确认传感器是否损坏，并及时更换故障传感器。
4.2 阀门漏气阀门漏气会导致汽轮机调速系统失去对进汽阀的精确控制，造成转速不稳定甚至失速。
在排除阀门漏气的故障时，首先要检查阀门的密封情况，如有泄漏现象应及时进行维修或更换。
4.3 控制回路故障控制回路故障可能会导致调速系统无法正确计算并输出控制信号，导致汽轮机转速不稳定。
在排除控制回路故障时，需要检查控制回路的连接情况，确认各个元件是否正常工作，并对故障元件进行修理或更换。
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汽轮机调节系统
汽轮机调节系统是指自动化的控制系统，用于控制、监测和调节汽轮机的运行状态和性能。
它由一系列传感器、执行器、逻辑控制器和人机界面组成，可以自动实现汽轮机的启动、运行及停机等过程，并保证汽轮机的稳定运行和安全性能。
一、汽轮机调节系统的组成
1. 传感器
汽轮机传感器主要包括温度传感器、压力传感器、转速传感器等。
这些传感器可以监测汽轮机的运行状态和性能，输出运行参数的信号给控制系统，以进行调节和控制。
2. 执行器
汽轮机执行器包括流量控制阀、进气阀、汽门调节器、涡轮控制器等。
这些执行器根据控制信号，对汽轮机的进气量、排气量、转速等进行调节，以保证汽轮机的运行稳定。
3. 逻辑控制器
汽轮机逻辑控制器是汽轮机调节系统的核心部件，它根据传感器和执行器的信号，利用控制算法和逻辑关系，控制汽轮机的运行状态和性能。
它可以自动控制汽轮机的启动、运行、停机等过程，并保证汽轮机的安全性能。
4. 人机界面
汽轮机人机界面是指操作员通过控制系统进行监测和操作的界面，通常使用触摸屏、显示屏、键盘等。
它可以显示汽轮机的运行状态、报警信息等，同时也可以进行参数设置、运行模式切换、系统调试等操作。
二、汽轮机调节系统的工作原理
1. 自动控制模式
汽轮机调节系统采用自动控制模式，即汽轮机运行过程中，系统自动调节汽轮机的运行参数，以保证汽轮机的稳定运行。
它通过控制汽轮机的进气量、排气量、转速等参数，实现对汽轮机的控制和调节。
2. 开环控制和闭环控制
汽轮机调节系统采用开环控制和闭环控制相结合的方式来控制汽轮机的运行参数。
在汽轮机启动的初期，采用开环控制来控制汽轮机的进气量、排气量等参数，以获得稳定的运行状态。
后期，采用闭环控制来进行精细控制，根据传感器的反馈信号进行调节，保证汽轮机的稳定运行。
3. 报警保护
汽轮机调节系统采用多级报警保护措施，当汽轮机出现故障或超过安全范围时，及时发出报警信号，以保障汽轮机的安全性能。
同时，系统还具有自动停机和自动断电保护功能，确保汽轮机及周边设备的安全运行。
三、汽轮机调节系统的应用
汽轮机调节系统广泛应用于发电厂、化工厂、钢铁厂等各种工
业领域的汽轮发电系统中。
它可以实现汽轮机的自动控制和调节，
提高汽轮机的运行效率，保证汽轮机的稳定运行和安全性能。
同时，还可以实现远程控制和监测，方便管理和维护。
总之，汽轮机调节系统是现代工业发展的必要条件之一，它可
以提高生产效率，降低人力和物力成本，确保设备和人员的安全性，是自动化和智能化的典型代表。