第一章 汽轮机自动调节的基本概念.ppt

第一章第一章 汽轮机自动调节的基本概念汽轮机自动调节的基本概念第一节第一节 汽轮机自动调节的基本内容汽轮机自动调节的基本内容 一、汽轮机调节系统的一、汽轮机调节系统的基本任务基本任务:保证供电的保证供电的数量数量和和质量质量 数量数量 电能不能大量储存，根据用户的电力需要调整汽轮机功率功率P P 质量质量 电压电压U U 汽轮机转速转速n n 发电机励磁电流调节i 频率频率f f 汽轮机转速转速n n p-发电机磁极对数（大多一对）n=3000rpm f=50Hz我国我国电力工业技术管理法规电力工业技术管理法规要求：要求：电网频率变化范围：电网频率变化范围：3000MW3000MW以下以下0.5Hz0.5Hz；3000MW3000MW及以上及以上0.2Hz0.2Hz 机组转速允许变化范围就是机组转速允许变化范围就是:3000+30rpm(+12rpm)3000+30rpm(+12rpm)二、汽轮机调节系统的二、汽轮机调节系统的基本内容基本内容 1 1、自动检测系统、自动检测系统 DAS TSI 2 2、自动保护系统、自动保护系统 OPC（CIV、LDA、OPC）ETS 机械超速和手动脱口机械超速和手动脱口 3 3、自动调节系统、自动调节系统n、P、其它子系统（、其它子系统（MCS）4 4、程序控制系统、程序控制系统 ATC 第二节第二节 汽轮机自动调节系统的发展汽轮机自动调节系统的发展 一、机械液压式调节系统（一、机械液压式调节系统（MHCMHC）MHC mechanical hydraulic controlMHC mechanical hydraulic control 采用机械离心式控制器。采用机械离心式控制器。摩擦、间隙、死区，疲劳断裂等问题。摩擦、间隙、死区，疲劳断裂等问题。二、电气液压是调节系统（二、电气液压是调节系统（EHCEHC）EHC electric hydraulic controlEHC electric hydraulic control 2 2个控制器个控制器 存在切换问题存在切换问题三、模拟式电液调节系统（三、模拟式电液调节系统（AEHAEH）AHC analog electric hydraulic controlAHC analog electric hydraulic control 模拟电路组成（模拟电路组成（电液转换器连接电液转换器连接）四、数字式电液调节系统（四、数字式电液调节系统（DEHDEH）DHC digital electric hydraulic controlDHC digital electric hydraulic control 小型计算机，微机，小型计算机，微机，DCSDCS 第三节第三节 汽轮机自动调节系统的基本原理汽轮机自动调节系统的基本原理汽轮机调节系统的基本任务汽轮机调节系统的基本任务:数量：数量：P P 质量：质量：n n 假设有一台汽轮机拖动一台发电机单独向外供电，且没假设有一台汽轮机拖动一台发电机单独向外供电，且没有调节系统有调节系统 机组运行时，转子上受到三个力矩的作用：机组运行时，转子上受到三个力矩的作用：M MT T-汽轮机的主动力矩；汽轮机的主动力矩；M ML L-发电机的反力矩发电机的反力矩;M MF F-摩擦力矩。摩擦力矩。根根 据据 牛牛 顿顿 第第 二二 定定 律律，转转 速速 的的 变变 化化 与与 力力 矩矩 的的 关关 系系 为为：式中：式中：JJ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；转子旋转的角速度。转子旋转的角速度。若忽略摩擦力若忽略摩擦力 则有：则有：稳定工况：稳定工况：M MT T =M=ML L =C n=C =C n=C负荷减小时：负荷减小时：M MT T M ML L n n 稳定在较高转速运行稳定在较高转速运行负荷增大时：负荷增大时：M MT T M ML L n n 稳定在较低转速运行稳定在较低转速运行 为有自平衡能力对象为有自平衡能力对象 自平衡能力相当薄弱，当外界负载变化时，要通过相当大的自平衡能力相当薄弱，当外界负载变化时，要通过相当大的转速变动才能达到新的平衡。一般，负荷变化转速变动才能达到新的平衡。一般，负荷变化1010，转速将变化，转速将变化20-30%20-30%。转速的巨大变化，不仅不能满足供电品质的要求，而且。转速的巨大变化，不仅不能满足供电品质的要求，而且也将威胁机组自身的安全。也将威胁机组自身的安全。为了保证负荷变化时，减小转速波动，必须配调节系统。在为了保证负荷变化时，减小转速波动，必须配调节系统。在负荷变化负荷变化(M(ML L)时，改变汽轮机进汽量，从而改变时，改变汽轮机进汽量，从而改变M MT T,从而保证供电从而保证供电质量。质量。一、机械液压式调节系统一、机械液压式调节系统 -为有差调节系统为有差调节系统1 1、直接调节、直接调节 重锤位移直接带动调节阀重锤位移直接带动调节阀 缺点：调速器能力有限缺点：调速器能力有限 工作过程：工作过程：1、当转速升高时，重锤在离心力的作用下向外张开，使滑环、当转速升高时，重锤在离心力的作用下向外张开，使滑环向上移动向上移动2、通过刚性的杠杆关小调节汽阀，使转速下降、通过刚性的杠杆关小调节汽阀，使转速下降3、当转速降低时，动作过程相反、当转速降低时，动作过程相反 调节的任务就在于：随着机组角速度的变化，来增加或调节的任务就在于：随着机组角速度的变化，来增加或减少蒸汽流量，以此来保持能量平衡。减少蒸汽流量，以此来保持能量平衡。注：注：1、汽轮机的负荷都是通过转速（电网频率）的变化来调节的、汽轮机的负荷都是通过转速（电网频率）的变化来调节的2、调速器滑环的位置与汽轮机的阀门位置是一个固定的对应、调速器滑环的位置与汽轮机的阀门位置是一个固定的对应关系关系,也就是说也就是说一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的应的2 2、间接调节、间接调节 调节器所带的不是调节阀，而是断流式滑阀调节器所带的不是调节阀，而是断流式滑阀-错油门错油门 有差调节：稳定时，不同的功率对应不同的转速。有差调节：稳定时，不同的功率对应不同的转速。工作过程：工作过程：1 1、调速器带动的是油动机滑阀，而由压力油来驱动阀门、调速器带动的是油动机滑阀，而由压力油来驱动阀门2 2、当转速升高时，滑环向上移动，通过刚性的杠杆带动油动机滑、当转速升高时，滑环向上移动，通过刚性的杠杆带动油动机滑阀向上移动，油口阀向上移动，油口a a打开，压力油进入油动机上部，同时油口打开，压力油进入油动机上部，同时油口b b打开，油动机下部的油排回油，油动机打开，油动机下部的油排回油，油动机5 5活塞向下移动，关小调活塞向下移动，关小调节汽阀，使转速下降节汽阀，使转速下降3 3、同时反过来，油动机、同时反过来，油动机5 5活塞向下移动带动滑阀活塞向下移动带动滑阀4 4向下移动，当油向下移动，当油动机滑阀动机滑阀4 4回到原来的中间位置时，油口回到原来的中间位置时，油口a a、b b关闭，油动机恢复关闭，油动机恢复到静止状态到静止状态4 4、当转速降低时，动作过程相反。、当转速降低时，动作过程相反。注：注：1 1、调速器带动的不是阀门，而是一个断流式的滑阀，由油动机活、调速器带动的不是阀门，而是一个断流式的滑阀，由油动机活塞上下的压差来驱动阀门，因此，塞上下的压差来驱动阀门，因此，可以通过增大油动机的活塞可以通过增大油动机的活塞面积或供油压力面积或供油压力，以产生足够的力来带动阀门运动。，以产生足够的力来带动阀门运动。2 2、由于阀门停止运动时，滑阀、由于阀门停止运动时，滑阀4 4必须回到中间位置，因此调速器必须回到中间位置，因此调速器滑环的位置与汽轮机的阀门位置仍然是一个固定的对应关系。滑环的位置与汽轮机的阀门位置仍然是一个固定的对应关系。也就是说也就是说一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的。一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的。二、汽轮机调节系统的静态特性二、汽轮机调节系统的静态特性 P-nP-n关系关系1 1、定义：在调节系统的作用下，稳定状态时，功率、定义：在调节系统的作用下，稳定状态时，功率P P与转速与转速n n之间的对应关系。之间的对应关系。象限：调节系统的静态特性象限：调节系统的静态特性 P-nP-n关系关系象限：调速器的静态特性：象限：调速器的静态特性：x=x=f(nf(n)象限：油动机和错油门的静态特性：象限：油动机和错油门的静态特性：m=m=f(xf(x)象限：调节阀的升程流量特性：象限：调节阀的升程流量特性：P=P=f(mf(m)滑环位置滑环位置油动机行程油动机行程2 2、评价调节系统静态特性的主要指标、评价调节系统静态特性的主要指标 （）（1 1）转速不等率）转速不等率 -曲线倾斜程度曲线倾斜程度 定义：定义：空载时的转速空载时的转速 满负荷时的转速满负荷时的转速 汽轮机额定转速汽轮机额定转速注：注：A A、决定一次调频的能力的强弱、决定一次调频的能力的强弱 一次调频：一次调频：在电网中并列运行的机组，在电网的有功功率平衡状态遭在电网中并列运行的机组，在电网的有功功率平衡状态遭到破坏而引起电网的频率偏离给定值时，网内各并列运行机组到破坏而引起电网的频率偏离给定值时，网内各并列运行机组的调节系统将根据各自的转速调节特性，快速改变自身的有功的调节系统将根据各自的转速调节特性，快速改变自身的有功功率，以期尽快恢复电网的有功功率平衡，阻碍电网的频率偏功率，以期尽快恢复电网的有功功率平衡，阻碍电网的频率偏离规定值，这种电网频率的快速调整方法离规定值，这种电网频率的快速调整方法 即由调节系统自动调即由调节系统自动调节机组功率，以减小电网频率改变幅度的方法。节机组功率，以减小电网频率改变幅度的方法。1#机组承担多 2#机组承担少B B、对甩负荷后机组转速影响、对甩负荷后机组转速影响 ，瞬时超速，影响，影响，调节能力，6%C C、对运行稳定性影响、对运行稳定性影响 ，调频能力，系统稳定性，3%所以，一般所以，一般 3%3%6%6%（2 2）迟缓率）迟缓率 定义：在某一功率下，转速定义：在某一功率下，转速上升的特性上升的特性线与转速线与转速下降的特性下降的特性 线之间的转速差与额定转速线之间的转速差与额定转速n n0 0之比。之比。最大转速迟缓率：最大转速迟缓率：迟缓率越大，从汽轮机转速变化到调节气阀动作所需的迟缓率越大，从汽轮机转速变化到调节气阀动作所需的时间间隔越长，使机组不能及时适应外界负荷的变化。时间间隔越长，使机组不能及时适应外界负荷的变化。单机运行：转速波动 并网运行：会引起负荷摆动 甩负荷时易超速保护装置动作。一般要求：一般要求：0.5%0.5%新机组：新机组：0.2%0.2%3 3、调节系统静态特性曲线的合理形状、调节系统静态特性曲线的合理形状 曲线斜率满足曲线斜率满足 3%3%6%6%，带状区间的宽窄带状区间的宽窄 0.5%0.5%，连续、平滑，沿功率增加方向逐渐向下倾斜。连续、平滑，沿功率增加方向逐渐向下倾斜。（1 1）曲线在空负荷要陡一些，以利于机组并网和低负荷暖机。）曲线在空负荷要陡一些，以利于机组并网和低负荷暖机。（2 2）曲线在满负荷附近也要陡一些，尽量维持在经济功率范围）曲线在满负荷附近也要陡一些，尽量维持在经济功率范围运行，并防止电网频率下降时机组超负荷量过大。运行，并防止电网频率下降时机组超负荷量过大。三、静态特性的平移和同步器三、静态特性的平移和同步器静特性：静特性：P-nP-n单值对应关系单值对应关系 单机运行单机运行 机组转速取决于负荷，无法保证供电频率。机组转速取决于负荷，无法保证供电频率。并列运行并列运行 机组只能发出与电网频率对应的固定功率，不能机组只能发出与电网频率对应的固定功率，不能 任意改变负荷。任意改变负荷。所以要设置专用的调节装置所以要设置专用的调节装置同步器，保证调节系统基本同步器，保证调节系统基本任务的完成。任务的完成。1 1）单机运行时）单机运行时 利用同步器（垂直）平移静特性，使利用同步器（垂直）平移静特性，使转速转速n n在任何功率在任何功率P P下均可保持在额定值。下均可保持在额定值。P P1 1-n-n1 1 平移平移 P P2 2-n-n1 1 垂直平移静特性改变机组的转速垂直平移静特性改变机组的转速2 2）并列运行时）并列运行时 利用同步器平移静态特性，将负荷在机组之间重新分配，利用同步器平移静态特性，将负荷在机组之间重新分配，并维持电网频率不变。并维持电网频率不变。二次调频：二次调频：利用同步器调整机组功率，以保证电网频率不变利用同步器调整机组功率，以保证电网频率不变的过程的过程。平移静态特性增减机组功率平移静态特性增减机组功率3 3）并网前）并网前 利用同步器调整机组空转转速，使其与电网频率同步后利用同步器调整机组空转转速，使其与电网频率同步后并入电网。并入电网。平移静态特性的方法：平移静态特性的方法：平移静态特性曲线可以通过平移四象限图中的平移静态特性曲线可以通过平移四象限图中的 、象限的任一曲线实现，但由于改变油动机活塞行程与汽轮象限的任一曲线实现，但由于改变油动机活塞行程与汽轮机功率关系（机功率关系（象限）比较困难，因此通常采用平移调速器象限）比较困难，因此通常采用平移调速器的静特性和平移放大机构的静特性的办法。的静特性和平移放大机构的静特性的办法。例：间接调节系统中：例：间接调节系统中：1 1、改变测速元件特性：改变飞锤调速器的弹簧刚度，即改变、改变测速元件特性：改变飞锤调速器的弹簧刚度，即改变 象限的调速器特性象限的调速器特性 2 2、改变综合放大其特性：改变油动机滑阀在杠杠上的连点，、改变综合放大其特性：改变油动机滑阀在杠杠上的连点，即改变即改变象限的放大执行机构的特性。象限的放大执行机构的特性。四、液压调节系统的动态特性四、液压调节系统的动态特性 P10 P10 全甩负荷时机组转速变化的动态特性全甩负荷时机组转速变化的动态特性1 1、稳定性、稳定性:2 2、精确性、精确性:最大动态偏差不超过最大动态偏差不超过107%-109%107%-109%3 3、快速性、快速性:tsts小于小于5-50s5-50s五、中间再热式汽轮机的特点五、中间再热式汽轮机的特点 1 1）机炉配合方面）机炉配合方面 再热机组必须采用单元制，再热机组必须采用单元制，空负荷、低负荷机炉配空负荷、低负荷机炉配合带来问题。合带来问题。冷却再热器。冷却再热器。设旁路系统。设旁路系统。2 2）负荷适应性）负荷适应性 A A、原因：由于再热器及其连接管道的庞大容积、原因：由于再热器及其连接管道的庞大容积功率滞后功率滞后 所以负荷适应性差，一次调频能力所以负荷适应性差，一次调频能力 B B、方法：动态过调、方法：动态过调 用高压缸过调功率弥补中低压缸滞后的功率。用高压缸过调功率弥补中低压缸滞后的功率。3 3）甩负荷性能方面）甩负荷性能方面 A A、原因：由于再热器及管道中存留的蒸汽，在高压主汽阀、原因：由于再热器及管道中存留的蒸汽，在高压主汽阀TVTV、高压调节汽阀、高压调节汽阀GVGV全关时仍可是机组超速全关时仍可是机组超速40%-50%40%-50%，引起超，引起超速保护装置动作而停机。速保护装置动作而停机。B B、方法：在中压缸前设置中压主汽阀、方法：在中压缸前设置中压主汽阀RSVRSV和中压调节汽阀和中压调节汽阀IVIV。当机组甩负荷时，同时关。当机组甩负荷时，同时关GVGV、IVIV，避免超速。，避免超速。为减少节流损失，为减少节流损失，IVIV只在启停和低负荷时用，只在启停和低负荷时用，30%30%负荷后，负荷后，IVIV处于全开状态。处于全开状态。4 4）单元机组控制运行方式）单元机组控制运行方式 采用协调控制方式，机炉采用协调控制方式，机炉作为一个整体。作为一个整体。CCCC BF BF TF TF BASE(MAN)BASE(MAN)作业：作业：1 1、汽轮机调节系统的基本任务是什么？、汽轮机调节系统的基本任务是什么？2 2、讲述直接式和间接式调节系统的工作原理。、讲述直接式和间接式调节系统的工作原理。3 3、什么是汽轮机调节系统的静态特性？评价调节系统、什么是汽轮机调节系统的静态特性？评价调节系统静态特性的主要指标有那些，并对指标解释说明。静态特性的主要指标有那些，并对指标解释说明。4 4、解释一次调频和二次调频。、解释一次调频和二次调频。5 5、中间再热式汽轮机有哪些特点？、中间再热式汽轮机有哪些特点？