透平自动调节第一部分

透平自动调节固有调节特性二、主要内容1.自动调节—使被调量或被调参数按要求规律变化；2.自动检查—连续地或巡回地监督生产过程并进行必要的自动记录；3.安全保护设备及讯号设备；4.自动操纵及程序控制设备(机床、发射架)；5.远距离集中控制(卫星、航天飞机)。三、发展状况20世纪30年代，军用无线电技术，频率特性和稳定性判据，经典控制理论50年代，计算机技术，现代控制理论理论：系统：安全保护设备发展最早最快，自动检查监督设备发展最慢。在电厂中，转速控制是必须的，超速保护是不可缺少的，但锅炉、燃料的调节在自动调节失灵时可以用人工调节来代替。透平自动调节主要分析透平调节系统的工作原理、特点、运行要求和对象特性。0.2透平自动调节一、固有特性和运行要求1.运行要求①电压不变；②频率不变；③功率等于负荷（电能不可储存）2.固有特性03600oiDHND—蒸汽流量，kg/h；H0—透平的绝热焓降，kJ/kg；ηoi—透平的相对内效率。(kW)NMnM—透平转矩；n—转速。3.固有特性的改变我国工业用电：50Hz±0.5Hz机组转速要求3000r/min，偏离越多，供电品质越差。固有静态特性AA线：一定进汽量时透平转矩M1和转速n的关系（输入特性、透平特性）BB线：一定负载时发电机的电磁阻力矩M2和转速n的关系（输出特性、负载特性）转矩变化时，转速不能维持恒定，因此需要改变机组的固有静态特性固有特性的改变通过阀门开度的改变，AA线移到了A’A’，转矩下降时，通过调节阀门开度，改变机组的固有特性，从O点到O’点，使得转速变化较小。c.直接调节与间接调节喷嘴调节、节流调节、旁通调节a.透平自动调节的方式b.透平自动调节的本质固有特性的改变直接调节（杠杆）间接调节（放大器）d.透平自动调节的方式MMHAEHDEH4.调节对象分析冷凝式、中间再热式、抽汽透平、发电、压缩机、鼓风机静态特性与电网要求系统及其主要部件小透平轴承的润滑一般采用甩油环，没有专门的供油系统。调节系统也无需供油，因此凡是可采用直接调节的地方都普遍采用。基本的汽轮机调节装置调速器对应每个转速n，调速器套均有一个具体的相应位置Z，这种一一对应关系就是n~Z曲线，又叫调速器的静特性。执行机构直接调节的执行机构就是杠杆组，调速器套筒（位置Z）通过杠杆组使调节阀（开度h）按相应比例变动。如果杠杆传动比是常数，Z~h特性线是直线。调节阀结构特性：阀门开度h与其流通面积f之间的关系。工作特性：阀门开度h与介质流量G之间的关系。结构特性决定阀门的一定上行线，但我们更关心工作特性，因为它关系到机组的静态特性，今后把阀门工作特性称为阀门特性。阀门开度不大时，通过阀门的流量为临界流量，随开度增加而增加。当阀门开度h达到d/4时，流量受阀座尺寸限制，几乎不再随h增大而增加。原因：42ddh所以4dh阀门特性minnmaxn不均匀度：空载时的转速。cpnnn)(minmaxcpn：满载时的转速。：一般为和的平均值。但透平发电机组中因转速变化范围不大，为方便起见，在任何情况下均采用额定转速来计算。maxnminncpnHN透平发电机组静态特性静态特性与四象限图四象限图四象限图清楚地表明了元件特性和透平发电机组静态特性之间的相互关系。N：功率。n：转速。Z：调速器套筒位置。h:阀门开度。运行要求合理的静态特性形状，就是通过合理设计元件特性来达到的。四象限图不灵敏度在调节系统中，由于存在摩擦、间隙等原因（间接调节中还可能存在滑阀和滑阀套油口间的重叠度），不可避免的要产生一不灵敏区域。不灵敏区越大，灵敏度越差，单值对应性的破坏越严重，且可能导致机组稳定性的破坏和动态超速的激增，对机组运行非常不利。不灵敏度越小越好，但工艺，结构和成本方面存在困难，目前一般取不灵敏度。00nnnnnAB取额定转速。0n%5.0~3.00n不灵敏区不灵敏区的叠加和的关系NH：：NHNN假定机组=5%，=0.5%。单机运行时，机组功率与电负荷平衡，机组转速在=0.5%范围内随意不定。机组在电网中并列运行时，转速与电网频率严格保持同步，转速基本恒定，机组功率将在较大范围内随意不定。如果将，代入上式，将达10%。%5%5.0NHN和的关系对并列运行的影响机组的并列运行并列运行对静态特性的要求重要结论电负荷改变，因而引起电网频率变化时，并列机组间负荷根据各自静态特性自动分配。越大，则分配给该机组的负荷越小。电负荷改变，因而引起电网频率变化时，电网中的全部并列运行的机组均自动按其静态特性承担一定的负荷变化以减小频率的改变，这叫做一次调频。一次调频为有差调节，不能精确维持电网频率不变。并列运行的机组，他们的一般应该很相近。电网的容量越大，电网特性越平，同样电负荷的变化时，分配给每台机组的负荷变化就越少，电网的频率变动也越小。并列运行对静态特性移动范围的要求当电网频率为50Hz时，所有并列机组转速均为3000r/min，由于静态特性是单值对应的，所以静态特性必须能在A范围内移动。为了在电网频率降低的情况下机组能方便的并入电网，静态特性必须向下移动B，目前一般取B=5%。同样，为了机组可能的过载或在略高于50Hz的频率及低参数高背压下仍能发出额定功率，静态特性还必须向上移动C。一般取C=1~2%。静态特性的移动范围HN实现同步器的方法运行的要求，静态特性必须在一定范围内移动，实现这种特性线移动的装置，通常叫做同步器。静态特性是由各元件静态特性联合组成的，只要移动敏感元件或执行机构中的任一元件的静态特性，就可以达到移动静态特性的目的。辅助弹簧同步器的工作弹簧紧力放松，静态特性向下移动。同步器同步器的功用单机运行时，如果发电机的负载不变，则阀门位置几乎不变，当旋紧同步器的辅助弹簧提高转速给定时机组转速必然增加。实际调节阀开度略有增加。并列运行时，转速几乎不变，当旋紧同步器的辅助弹簧提高功率给定时，调速器套筒必然左移，因而增加调节阀开度，使机组功率增加，如果电网的负荷不变，实际频率会略有提高。单机运行时调整机组的转速，即同步器一定位置规定了机组的一定转速，叫做“转速给定”；并列运行时调整机组的功率，即同步器一定位置规定了机组的一定功率，叫做功率给定。当电网频率正常时，可通过同步器调整各机组间的功率分配（负载的总功率并不改变）。当电网频率不正常时（即电网输出输入的能量不相适应），可通过同步器增加或者降低某些机组的功率以恢复电网的正常频率，这叫做二次调频。从电网的角度看调节阀实际受双重作用控制调节系统的自动控制，即通过调速器控制调节阀以保证要求的静态特性形状。由运行人员就地控制或集中遥控同步器调整阀门开度以移动静态特性，满足各种运行条件下的不同要求。甩负荷：发电机组瞬间从电网解列，失去电负荷。若从100％负荷甩负荷到0，称为甩100％负荷；若从50％负荷甩负荷到0，称为甩50％负荷；甩负荷后带厂用电称为小岛运行危急遮断器：防止机组出现超速事故的装置，在机组转速达到额定转速的110~112%动作使得机组紧急停机。超速试验：通过同步器的工作，使得机组转速达到额达转速的110～112％，以试验危急遮断器动作转速是否正确的试验。静态特性静态特性不仅对静态，而且对动态都有很大影响。因此我们不但要选择恰当的不均匀度，而且要有正确的静态特性形状。从发展的趋势看，不均匀度应该逐渐减小。因为小说明了机组的静态特性调节偏差小，参与一次调频的能力强，更易维持电网的频率在较小范围内波动以保证较好的供电品质；同时也增加了调节系统动作的快速性。小结同步器四象限图单机运行时改变机组转速，并列运行时改变机组功率。在电力系统中，主控室就是通过同步器来实现二次调频和合理分配电负荷以达到经济运行的目的。为了满足各种不同的运行条件，同步器必须有一定的工作范围，而且这个范围还要有再调整的可能。发电用冷凝式透平调节系统的工作，归根到底是控制阀门开度，调节阀受到调节器和同步器的双重控制作用以满足运行中的各种不同的要求，由静态特性的变换可以较清楚的看出。从四象限图可进一步看出，静态特性与各元件特性都是单值对应的，它的各种变换都是通过元件特性来保证的，调节系统中任一元件特性的改变都可能引起静态特性的改变。因此，四象限图是调节系统静态设计和调整的主要根据。典型系统分析断流式调节系统系统组成断流式调节系统图500KW汽轮机调节系统方块图大反馈是一种负反馈。目的：保证规定的给定值能较精确的维持。滑阀控制油动机，油动机运动送回影响滑阀，这是油动机的反馈，这样的局部反馈通常叫做反馈。实现这种反馈的滑阀套则叫做反馈滑阀套。这种局部反馈也是一种负反馈，其反馈时间延迟比大反馈短，因而增加了调节系统工作的稳定性。断流式调节系统图滑阀直接由调速器带动旋转而滑阀套没有旋转，解决了调速器旋转部件和不旋转部件的连接问题，且使滑阀和滑阀套之间的静摩擦变为动摩擦，提高了灵敏度。调速器弹簧横装，从结构上减小调速器的不灵敏度。缩小阀门尺寸。汽密性较差，蒸汽参数越高，漏汽严重。断流式放大器的工作特性在任何稳定工况，油口关闭，无经常性耗油。但为调节阀的快速动作，油动机要耗费大量的压力油。工作能力极大，且与调速器套筒的位置无关。平衡状态下滑阀始终在滑阀套的中间位置。其静态特性与杠杆相似。断流式调节系统的静态等价系统自定位能力极强，较好保证单值对应性。反馈越弱，不均匀度越小，信号放大倍数越大，输出的控制信号越强。对油压不敏感。通流式调节系统通流式调节系统越大，则阀门开度越大。阀门开度的先后次序靠弹簧紧力的大小保证。紧力小者先开，大者后开。同步器的实现：移动滑阀套。较高滑阀位置对应较低的静态特性。调速器滑阀的上端面是微斜的，大大提高调节系统的灵敏度。所有调节阀同时开启时属节流配汽，相继开启时为喷管配汽。xP喷管配汽改善了阀门特性并减小了阀门的提升力。单阀与多阀的比较缺点：多阀较单阀更接近于直线，但由于存在曲折，使静态特性局部也有曲折，机组在这些区域工作时稳定性较差。改善方法：在阀门开启过程中采用适当的重叠度；阀门带一定锥度。阀门提升力一般在刚开启时达最大值。通流式放大器的静态特性常数xxdPdhdzdPdzdhZ~h特性为一条直线的条件是dh/dz=常数。若F代表油动机活塞的有效面积，k代表弹簧刚度，则：dhkdPxF因此常数kFdzdPdzdhx当结构一定时，F和k均为常数，所以z~h特性为直线的条件转化为：常数dzdPx/流入调节空的流量：)(2Q1111xPPgf流出控制油孔的流量：在任何平衡工况，通流式放大器的通流量：设流量系数，排油压力。则得：1f2f)(2Q2222PPgfx21QQQ2102PxxPfPPf2112121)/(1ffPPx设调速器控制油口为矩形油口，宽度b是常量，高度H随调速器滑阀位置而变，则zHbf22111fzHbPPx因、b、均为常数，可得~z关系曲线，由公式和图形可以看出，~z关系线是非线性的，=常数的条件不满足，因而=常数的条件也不能满足。1P1fxPxPdzdPx/dzdh/通过上面讨论，可以看出下面几点：采用矩形控制油口时，通流式放大器的特性是非线性的，不能满足静态特性的要求。如果有可能使调速器滑阀的工作行程减至很小，则z~h曲线的工作段仍可以看成是线性的。通过专门设计油口型线，可使z~特性线接近直线。BBC系统有采用。xP矩形油口的~z特性xP矩形油口对静态特性影响型线油口通过以上讨论，我们得出一个重要且普遍适用的结论：改变通流式放大器滑阀的油口宽度可以改变静态特性的局部不均匀度，油口减窄对应了不均匀度的增加，反之，油口增宽对应不均匀度的减小。通流放大器的工作性能在任何稳定工况下，都有经常性耗油。工作能力较断流式放大器小。采用矩形油口时，控制滑阀的位移z应尽量小，否则应采用特殊油口。弹簧起反