汽轮机调节系统发展史
《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）。
汽轮机调节系统及其引起的负荷摆动现象分析
汽 轮机调节 系统 的发展 过程 大致 经历 了机械 液
压式 调 节 系 统 （ ＭＨＣ） 电 气 液 压 式 调 节 系 统 、 （ Ｈ ） 模 拟式 电气 液 压 调 节 系统 （ Ｅ 、 Ｅ Ｃ 、 Ａ Ｈ） 以及 数 字式 电气 液 压 控 制 系 统 （ Ｅ 四 个 过 程 。其 中 ， Ｄ Ｈ）
了由调节系统所 引起 的汽轮机负荷摆动 问题 ， 并对 油质不 良、 油压 变动等 主要 因素进行 了专题论 述 ， 出 给 了具体解 决方 案 ， 保证 了汽轮机的安全稳定运行 。
关键词 ： 汽轮机 ； 调节系统； 油压波动 ； 负荷 中图分类号 ：Ｋ ６ Ｔ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ５ ２ ９ （０ １ １ ． ０ ２ ０ １０ ． ７ ８ ２ １ ）２ ０ ８ — ３
收稿 日期 ：０ １１ — ２１— １ ０ ０ 作者简介 ： 吕保 民（９ ８一） 男 ， １６ ， 山西原平人 ， 工程师 ， 从事 电厂生产技术工作 。
８ ２
吕保 民： 汽轮机调 节系统及其 引起 的负荷摆 动现象分析
第２ ０卷第 １ ２期
厂的安全经济生产 。２ １ 年 １ ０１ 月至 ６月期间 ， 该厂 对 ２号机负荷摆动情况进行 了详细调查 ， 调查情况 如表 １ 。
２ 电调系统故障引起 的汽轮机负荷摆动现象
由上述 Ｄ Ｈ的工作 原理 可知 ， Ｅ 在整个 调节 系统 中， 液压油 是指令 得 以传 递执 行 的媒 介 ， 一般 说 来 ， 大机 组 由于机组 容量 大 ， 汽压 力高 ， 节所 需 的执 蒸 调
从 控制原 理上 讲 ，Ｅ Ｄ Ｈ控 制 系 统 与传 统 的调 节 系统十 分类似 ， 二者 最大 的不 同在 于 Ｄ Ｈ采 用 了大 Ｅ 量 的电子元件 或 系统来取 代传 统调 节系统 中 的机 械 式感应 机构 、 放大 机 构 以及 信 号 反馈 机 构 。图 １所 示为典 型 的 Ｄ Ｈ结 构与 工作原 理框 图 。 Ｅ 电控部 分主 要包 括 用 于操 作 Ｄ Ｈ 系统 的操 作 Ｅ 员站 ， 通讯 物理接 口的 ＨＵ Ｂ以及 实 现 ＩＯ模块 安装 ／
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
汽轮机调节级
汽轮机调节级汽轮机调节级是汽轮机中的重要组成部分，它的主要作用是控制汽轮机的转速和负载，保证汽轮机的稳定运行。
汽轮机调节级的主要内容包括以下几个方面：一、调节级的结构和原理汽轮机调节级通常由调节阀、调节器、调节杆、调节杆传动机构等组成。
调节阀是调节级的核心部件，它通过开启或关闭调节孔来控制汽轮机的进气量，从而实现对汽轮机转速和负载的控制。
调节器是调节阀的控制装置，它通过接收来自汽轮机控制系统的信号，控制调节阀的开度，从而实现对汽轮机的调节。
二、调节级的工作原理汽轮机调节级的工作原理是基于汽轮机的自动调节原理。
当汽轮机的负载发生变化时，调节器会接收到来自汽轮机控制系统的信号，控制调节阀的开度，从而调节汽轮机的进气量，使汽轮机的转速和负载保持稳定。
当汽轮机的负载增加时，调节器会逐渐打开调节阀，增加汽轮机的进气量，从而使汽轮机的转速和负载保持稳定。
反之，当汽轮机的负载减少时，调节器会逐渐关闭调节阀，减少汽轮机的进气量，从而使汽轮机的转速和负载保持稳定。
三、调节级的调试和维护汽轮机调节级的调试和维护是保证汽轮机正常运行的重要环节。
在调试过程中，需要对调节器、调节阀、调节杆等进行检查和调整，确保其正常工作。
在维护过程中，需要对调节器、调节阀、调节杆等进行清洗和润滑，以保证其长期稳定运行。
四、调节级的优化和改进随着汽轮机技术的不断发展，汽轮机调节级也在不断优化和改进。
目前，一些先进的汽轮机调节级采用了数字化控制技术，能够实现更加精确的调节和控制。
此外，一些新型的调节阀和调节器也在不断研发和应用，能够提高汽轮机的效率和可靠性。
总之，汽轮机调节级是汽轮机中的重要组成部分，它的正常工作对汽轮机的稳定运行至关重要。
因此，我们需要加强对汽轮机调节级的研究和应用，不断优化和改进汽轮机调节级的结构和性能，以提高汽轮机的效率和可靠性。
第四章 汽轮机的调节
第三节
汽轮机调节系统的 静态特性、动态特性
一、汽轮机调节系统的静态特性
稳定工况下，汽轮机的功率与转速之间的对应关系称 为调节系统的静态特性。 （一）四方图
三、油动机
我国电站调节系统中主要采用断流式双侧进油或单 侧进油两种型式油动机。
优点：体积小，提升力大 双侧进油断流式 缺点：一旦压力油失去无法调节 单侧进油式 优点：失去压力油时能关闭汽门 缺点：提升力小，体积大
图4-28 油动机原理方框图
对油动机的性能评价，在静态方面是提升力系数，在 动态方面是时间常数。 1、最大提升力和提升力系数 产生开启汽门的最大提升力：
1 2 0 d
2 dm p p Q Q A nsb d
1 2 m s 0 d
当错油门油口为最大开度 S max 时，油动机活塞腔室的 进、排油量达到最大值，即
Q
max
ns b
max
1
s
p p
0 d
油动机时间常数Tm 表示在错油门滑阀油口开度最大时， 油动机活塞在最大进油条件下走完整个工作行程所需的时 间。即：
dn P 100% dP n
0 0
机组在满负荷附近，过小的速度变动率在电网频率降 低时容易使机组过载，危及机组的运行安全，所以，在机 组满负荷处的速度变动率也应取得大一些。 曲线形状要求： 1、沿功率增加方向向下倾斜； 2、连续、平滑不应有突跃点和水平段； 3、在空负荷、较低负荷和满负荷处较陡
汽轮机的调节及油系统
汽轮机的调节及油系统当汽轮机轴直接与泵、鼓风机、压缩机等机器相连结时，这些机器的负荷变化会引起汽轮机轴功率的变化。
我们要求汽轮机能在各种可能遇到的运行情况下，安全可靠。
又有较好的运行特性，在长期正常运行时要求有好的经济性。
对于一般汽轮机要求在维持额定转速的条件下调变功率，以满足负荷需要。
也就是汽轮机的功率应满足外界负荷的要求，才能维持转速的稳定。
即N汽＝N负。
否则，就不能维持转速稳定。
如果发出的功率N汽高于N负。
那么转速便要升高。
由此可见，要维持汽轮机的转数稳定的基本条件，仍是汽轮机的功率与负荷需要的功率取得平衡。
由于汽轮机的功率与蒸汽消耗量之间有一定的关系，负荷的变化就要引起汽轮机蒸汽消耗量的对应变化。
所以，汽轮机的调节，可以通过一些机构来改变汽轮机的进汽量，以达到汽轮机功率的改变。
调节系统的任务是：调节汽轮机的转速使之在稳定工况下的规定值维持不变，当负荷变化时，保证转速的偏差不超过所规定的范围。
一．简单的调节系统（原理）如图6－8所示是最简单的调节系统简图。
调速器1是离心飞锤式调速器，它的作用是感受转速变化的信号，它是由两个调速器轴旋转的飞锤和弹簧组成。
它通过一组减速齿轮或蜗轮蜗杆传动，由汽轮机主轴带动。
汽轮机转动后，调速器跟着一起转动。
飞锤由于绕调速器旋转而产生离心力。
离心力的大小和它的旋转半径成正比又和它的转速平方成正比。
当汽轮机在某一转速稳定进行时，飞锤由于离心力飞到一定位置，刚好使离心力同弹簧的收缩力以及滑环套筒等的总重量相平衡。
当汽轮机转速有变化时，假如变高了，离心力就增加了，超过弹簧的收缩力，使飞锤向外飞出一些，在新的位置上重新平衡。
这样汽轮机每一个不同的转速，调速器的飞锤就相应地有一个不同的位置。
飞锤的位置由滑环a的位移变成调速器的行程。
所以当转速变化时使a点上下移动。
a点移动就是讯号。
由于滑环的位移，使连杆ab以b点为支点作逆时针转动，并带动了错油门2的活塞向上移动，于是打开了通向油动机去的油路，使从油泵来的高压油，经错油门流入油动机活塞3上部油室，而油动机活塞下部的油将被油动机活塞压向油箱。
汽轮机调节系统详细概述
汽轮机调节系统详细概述汽轮机调节系统是一种通过控制汽轮机的燃料供给和汽轮机负荷来实现对汽轮机运行状态进行调节的系统。
它是汽轮机控制系统的一个重要组成部分，主要用于实现汽轮机的稳定运行、负荷调节和应对突发负荷变化等功能。
下面将对汽轮机调节系统的工作原理、组成以及关键技术进行详细概述。
汽轮机调节系统的工作原理主要包括测量和控制两个过程。
首先，通过各种传感器对汽轮机的运行参数进行实时测量，包括汽轮机的转速、温度、压力、燃料供给量等。
这些测量值会被送至汽轮机调节系统中的控制器，用于分析和判断汽轮机的运行状态。
控制的过程是汽轮机调节系统的核心部分，主要包括燃料控制和负荷调节。
燃料控制是通过控制汽轮机的燃料供给量来调节汽轮机的输出功率，实现负荷的调节。
燃料控制系统通常由燃气喷嘴、燃气调节阀、燃气控制系统等组成。
当负荷增加时，系统会向燃料控制系统发送信号，要求增加燃料供给量；当负荷减少时，系统则会减少燃料供给量。
这样可以确保汽轮机在不同负荷下的运行稳定。
负荷调节是指根据负荷需求实时调整汽轮机的输出功率。
负荷调节系统通常由减压器、逆功率装置、液力偶合器等组成。
当外部负荷变化时，系统会自动调整汽轮机输出功率，以满足负荷需求。
例如，当外部负荷减少时，逆功率装置会减小汽轮机的负荷，以防止汽轮机速度过高；当外部负荷增加时，逆功率装置则会增加汽轮机的负荷，以保证汽轮机的稳定运行。
汽轮机调节系统还包括一些附属部件，如漏气阀、排泄系统等，用于处理汽轮机在运行过程中可能出现的问题。
漏气阀用于控制汽轮机排气，保证系统的安全稳定。
排泄系统用于排除系统中积累的气体和杂质，以确保系统的正常工作。
汽轮机调节系统的关键技术主要包括传感技术、控制算法以及安全保护技术等。
传感技术负责实时获取汽轮机运行参数的测量值，并将其传输至控制器进行处理。
控制算法根据传感器传来的信号，利用各种控制策略进行运算和判断，并得出控制命令。
安全保护技术用于监测汽轮机运行状态，一旦检测到异常情况，系统将会采取相应的保护措施，避免发生事故。
汽轮机的调节系统
汽轮机的调节系统1. 引言汽轮机是目前工业中广泛使用的一种热能转换设备，它通过热能转化为机械能，驱动发电机或者其他设备的运转。
为了确保汽轮机在运行过程中的安全性、稳定性和效率性能，调节系统在其中起到至关重要的作用。
本文将介绍汽轮机调节系统的基本原理、组成部分和工作原理。
2. 汽轮机调节系统的基本原理汽轮机调节系统的基本原理是根据负荷变化和同步机组调度要求，通过调节汽轮机的燃料供应和蒸汽调节器的工作，控制汽轮机的转速和功率输出。
调节系统的目标是保持汽轮机稳定运行在特定的负荷和转速下，以提供可靠的电力输出。
3. 汽轮机调节系统的组成部分汽轮机调节系统通常由以下几个主要部分组成：3.1 控制器控制器是汽轮机调节系统的核心部分，它负责检测汽轮机的当前运行状态和环境条件，根据设定参数进行逻辑判断和控制信号输出。
控制器通常由计算机或者可编程控制器构成，具备高度的自动化和智能化能力。
3.2 传感器传感器用于监测汽轮机的各种参数，如转速、温度、压力等。
通过传感器的数据采集和信号传输，控制器可以实时获取汽轮机的工作状态，并根据需要进行调节。
3.3 调节阀调节阀是汽轮机调节系统中的核心部件之一，用于调节汽轮机的蒸汽流量和压力。
通过控制调节阀的开度和关闭，调节系统可以实现对汽轮机功率输出和转速的精确控制。
3.4 燃料控制器燃料控制器负责控制燃料供应系统，保证汽轮机在不同负荷下的燃料供应和燃烧稳定。
燃料控制器根据汽轮机负荷的变化，调整燃油阀门的开度，以控制燃烧过程和燃油的消耗。
3.5 数据记录和分析系统数据记录和分析系统用于记录汽轮机的运行数据和参数，并对数据进行分析和处理。
通过对数据的分析，可以了解汽轮机的运行状况和性能，为运维人员提供参考和决策依据。
4. 汽轮机调节系统的工作原理汽轮机调节系统的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：•监测：通过传感器对汽轮机各项参数进行实时监测，包括转速、温度、压力等。
•检测：控制器根据传感器数据检测汽轮机的当前运行状态和工作负荷。
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汽轮机调节系统发展史
本文从机械液压式调节系统MHC、电气液压式调节系统EHC、纯电调节系统模拟式电液调节系统AEH、数字式电液调节系统DEH几个方面分析了汽轮机调节系统发展史。
标签：汽轮机；调节系统；发展史
1 汽轮机调节系统发展
1.1 机械液压式调节系统MHC
20世纪初开始使用，属于早期的汽轮机调节系统，也称液调，全称机械液压式调节系统（Mechanical Hydraulic-Control，MHC）。
主要由转速感应机构，传动放大机构，执行机构，反馈装置等部件组成。
当用户用电量减少时，转速上升，调速飞锤离心力增大，带动滑环向上移动，滑环通过杠杆使调节气门向下关小，从而减小汽轮机进汽量，机组功率减小。
直接调节系统力矩较过小，无法满足调节汽门的正常开关，配汽机构在配汽机构中加入液压元件，便很好的解决了这一难题。
转速上升，滑阀通过杠杆带动错油门阀芯向上移动，压力油通过阀芯油口进入油动机活塞的上部，同时油动机的下油室与泄油口接通，油动机活塞向下移动，关小汽机调节汽阀，同时杠杆以滑阀为中心带动错油门阀芯下移回中，切断油动机上下腔室油口，压力油停止流通，调速系统达到一个新的平衡状态。
这也形成了最初的机械液压调节系统——离心式液压调节系统。
液压执行机构因响应快，力矩大，传动平稳，调节范围广至今仍在使用。
此时的调速系统按调节系统感应机构分类，有机械离心式调速器和液压式调速器。
机械离心式调速器有两种，一种如上介绍的低速重锤式离心调速器；另一种为高速弹簧片式离心调速器。
而液压式离心调速器，以转速为输入信号，油压为输出信号。
常见的有径向钻孔泵调速器和旋转阻尼调速器。
这种带同步器的液压式调节系统结构复杂，反应慢，由于机械间隙引起的迟缓率较大，且静态特性只能平移不可以按要求进行改变，不能满足现代机组需求，慢慢的退出历史舞台。
但该调节系统能够满足机组的日常运行要求，所以很多厂至今仍在使用。
1.2 电气液压式调节系统EHC
随着汽轮发电机组单机容量的不断增大和电网自动化水平的提高，以及电器元件的发展和利用，产生了电气液压控制系统（Electro-Hydraulic Control，EHC），简称电液控制装置。
其特点是电、液调速系统并存，多用于机械液压式调节系统的改造。
两个控制器，一个控制器由电气元件组成，控制人员通过电气元件发送信号经电液转换器改变成液压控制信号，代替原来液压感受系统中的油压信号来控制油动机。
第二个控制器仍由机械液压式备用。
执行机构仍保留液压式。
电液控制装置信号处理能力强，控制精度高而且操作简单易于调整。
由于此时的电气元件还不成熟，经常发生故障，无法达到汽轮机调节系统的要求。
在国内配置的电液并存式机组，只有一小部分试用过电调系统，能够较长时间投运电调系统的极为罕见。
1.3 纯电调节系统模拟式电液调节系统AEH
20世纪50年代，随着电子元件可靠性的提高，开始采用模拟式纯电调系统（Analog Electric-Hydraulic Control，AEH）。
模拟电调的电子部分可以对传送来的信号进行综合处理，精确度高，对不同运行工况适应性强，操作方便。
其代表是505/505E调节系统。
根据调节对象的不同可分为转速调节，功率调节，功率——频率调节。
虽然在功能上和可靠性上比前两代系统都有了很大程度的提高，但是由于其大量使用模拟仪表元件，存在温漂、时漂，复杂非线性矫正和控制算法难以实现，元件故障率高等问题。
1.4 数字式电液调节系统DEH
20世纪80年代随着计算机技术的发展和其在自动化控制领域的应用，用计算机的数字模拟运算程序代替电气元件的模拟电调，形成计算机电气液压控制系统（Digital Electric-Hydraulic Control，DEH），简称数字电液控制装置。
包括计算机系统和高压抗燃油系统，属于离散控制。
考虑压力、功率、频率等多种信号，实现较强的综合、判断和逻辑处理是较为完善的调节系统。
采用DEH控制提高了调速系统的控制精度，通过逻辑运算实现自动开机、冲转、带负荷，自动化程度高，为实现数字化电厂打下基础。
2 扩展：汽轮机DEH改造
江苏益州热力有限公司一期采用青岛捷能CN6-4.9/0.785汽轮机，调速系统由厂家将液压调节系统改造为DEH调节系统。
2015年10月调试时，拉阀试验不成线性，CV给定20%行程，实际開度5mm（高调行程80mm，此时应为16mm）；给定90%时高调门开度满行程。
高压油泵切换为主油泵运行一次脉冲油压由0.4Mpa掉到0.3Mpa，二次脉冲油压由0.55Mpa掉至0.45Mpa。
因为孤网运行，有差调节。
电负荷波正常波动30KW，转速波动50r/min，无法保证发电质量，较大的频率波动对电气设备损害很大；电负荷下降时转速很容易达3090Rpm，OPC超速保护动作，无法保证汽轮发电机组安全生产。
经公司领导与厂家协商，
由南京科远提供技术支持将1#机组由DEH调节控制系统更改为汽轮机DCS控制系统。
汽轮机DCS控制系统采用独立的油路系统，出口油压12MPa。
其工作原理是，由操作人员通过计算机发出调节指令的逻辑信号通过DCS计算由控制柜转换为电信号，控制电磁阀对油动机的液压缸进行充油或卸油，油动机带动调门随之开大或关小，以达到相关调节的目的。
反馈装置将检测到的目标信号转变成4——20mA的电信号，由I/O卡件更改成数字信号发送回计算机进行对比，当负荷达到目标值时，DCS发出终止调节的命令。
此调节系统在原油路系统保留润滑、保安油路，取消啟动阀，将调节部分独立出来，以转速为目标值，简化了启动方式，改造后的转速波动为12Rpm。
因为没有二次调频，有差调节对测速装置，PID积分、微分计算要求很高。
将初压、初温——功率曲线，背压——功率曲线用数字逻辑做入程序之中，对负荷进行预判，提前做出微调也可以改善频率波动。
参考文献：
[1]沈士一等.汽轮机原理[M].中国电力出版社，1992（06）.
[2]李建刚.汽轮机设备及运行（第二版）[J].2010（01）.。