汽轮机DEH调节系统

第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理电力生产的任务供给用户的电能数量质量按照用户随时变化的用电需要，及时改变发出的功率电压调整励磁机的电流60nPf频率n-汽轮机转速P-发电机电机对数，对全速机为1电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz(转速波动±12r/min)系统容量较小（3000MW）时，偏差值可以放宽到±0.5Hz(转速波动±30r/min)一、自动调节的概念1.自动调节的任务⒉转子运动方程第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理095559555mactiTtGhPMnn231234eMkknknkn转子上的力矩蒸汽主力矩发电机电磁阻力矩摩擦阻力矩fM30tednIMMd转子运动方程相对很小，可以忽略,0tednMMd,0,tednMMnd力矩转速Mt1Me2Me1naanbbMt2cnc①电网负载与功率平衡时：如图a点，n=na如图b点达到新平衡，n=nb②电网负载减少，阻力矩特性线变为Me2，如机组进汽量不变(,)tenMM汽轮发电机组的自调节特性。力矩转速Mt1Me2Me1naanbbMt2cnc③电网负载减少,0,tednMMnd如机组感知到转速上升减少进汽量0,,tenGMnM如图c点达到新平衡，n=ncacabnn必须在汽轮机上安装自动调节系统第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理当外界电负荷发生改变时，汽轮机转速有一个很小的变化时，自动改变进汽量，使发出的功率与外界电负荷相适应。并保证调节后的机组转速的偏差不超过规定的小范围。汽轮机自动调节系统的任务：第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理2.直接调节和间接调节调节汽门由调速器本身直接带动，称为直接调节直接调节当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，感知转速的变化的装置叫调速器o汽轮机调速器调节汽门n间接调节系统n汽轮机调节汽门调速器油动机+_第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理压力油回油bac3.当外界负荷变化时，调节系统动作结束后，机组并不维持转速不变，不同的负荷对应不同的稳定转速，只是转速的变动较小，这种调节是有差调节。有差调节根本原因，反馈是刚性反馈采用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调压系统，维持压力不变。无差调节第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理4.速度调节和功率调节根据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度，称为速度调节系统根据汽轮机的转速和功率来控制调节汽门的开度，称为功率调节--功频电液调节η给定汽轮机电液转换器测频元件错油门油动机功率放大PI调节器测功元件UpUfUfp第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理二、调节系统的静态特性（一）静态特性曲线及四方图稳定状态下，汽轮机的功率和转速之间的关系，称为调节系统的静态特性。Pn△z△mP1P2配汽机构特性曲线传递特性曲线调速器特性曲线调节系统静态特性曲线调节系统的四方图（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：第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理maxmin0100%nnnmaxn速度变动率对机组运行的影响单机运行npnpminnP2n2P1n1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。并网运行速度变动率决定了外负荷变化时的转速变化量n’2速度变动率决定了静态特性曲线的倾斜程度机组单机供电外负荷变化时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。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电网总负荷变化量如何分配？P1n1nPnPn2P2△P1△P2第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理可见，在外负荷变化引起电网频率变化时，参加一次调频的机组按照各自速度变动率自动分配总负荷变化量。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。不同机组对速度变动率的要求尖峰负荷机组较小，一般为3%～4%，一般的范围为3%～6%也不能过小nP0极端情况机组功率在零负荷和满负荷间晃动，不能稳定运行。0第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理0n6%np30003180甩全负荷后，机组转速稳态变化量3270nt3000318001.5n动态过程转速最大超调量一般为3300机组超速保护动作转速带基本负荷机组较大，一般为也不能过大4%～6%，第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理㈢迟缓率P2P1PnP0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，它表示该调节系统阻力的大小，通常用调节系统的迟缓率表示。1200100%100%nnnnn0.2%~0.5%0.06%n1,n2表示在机组同一功率下的最高和最低转速n0是汽轮机的额定转速迟缓率越小越好液压调节系统功频电液调节系统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汽轮机并列运行，迟缓率引起机组的功率的晃动nP0nn0n0000nPPPnnPP00nP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？一次调频只能减缓电网频率的变化但不能保证频率在合格范围内电网频率变化时，并列运行机组按照速度变动率自动分配负荷电网频率不变时，如何改变机组负荷？第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理nPP2n2P1n1平移静态特性曲线维持转速不变ab什么过程？bc什么过程？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，增加或减小这些机组功率，以恢复电网的正常频率，这称为二次调频n2△P2△P1+n1P1P2△P1nPnP蓝色箭头表示什么过程？棕色箭头表示什么过程？abc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。汽轮机并列运行时，可以进行负荷在各机组间的重新分配，此时机组转速不变,或在电网频率超出合格范围时进行二次调频。作用nP△P2nPP’2n1P2P1△P10外负荷不变，网内机组如何改变所带负荷，例如某机组需停机检修，怎么办？凡是能够平移调节系统静态特性曲线的装置称为同步器思考题：机组甩全负荷时如何减少稳态转速的上升？第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理一次调频与二次调频的异同点：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一次调频外负荷变化二次调频外负荷不变，主动改变某些机组的功率评：并网机组对外负荷变化引起的电网频率变化的自动响应评：电网对频率的主动调节第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理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：快速性二次调频：精确性迅速改变电网中参加一次调频机组的功率减少电网频率的变化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0n'00100%nnPPnnP02P1Pn非线性转速感受机构特性配汽机构特性中间放大传递特性实际调节系统静态特性曲线并非直线各处速度变动率不同局部速度变动率曲线上该点的斜率合理的特性曲线的形状连续，平滑，单调，无突变点连续向功率增加方向倾斜向下不允许有水平段第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（1）并列容易（2）低负荷时负荷变动较小（3）满负荷时不会过载零负荷、低负荷及满负荷处较陡中间区域较平坦使整体速度变动率在合格范围内，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％（六）同步器的调节范围满足正常蒸汽参数额定转速工况要求以外，预留足够的调节范围为蒸汽参数波动真空变化电网频率波动第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理AABBCC0.025n00.05n0nPn0P0DD0.07n0EEFF同步器的调节范围一般为静态特性曲线空负荷对应的转速范围为(-5%～+7%)n0即(2850～3210)r/min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。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理甩负荷后转速过渡过程不稳定过渡过程fdea无振荡的过渡过程b小幅振荡快速衰减的过渡过程c大幅振荡慢衰减过渡过程稳定过程d等幅振荡e发散振荡f一直飞升不稳定过程第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理（二）对调节系统动态特性的要求1.稳定性汽轮机运行中，当受到扰动激励离开原来的稳定工况后，能很快地过渡到新的稳定工况，或扰动消失后能回复到原来的稳定工况，这样的调节系统是稳定的。调节系统稳定性的判别，可由系统的传递函数按自动控制理论中系统稳定性的判据来分析、计算。对于实际的调节系统，除满足稳定性基本要求外，还应留有一定的稳定性裕度。2.动态超调量对于汽轮机调节系统，被调量转速的动态超调量σ可表示为maxmaxmax0max0nnn最大飞升转速的相对量第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理3.静态偏差值（）=转速调节系统中，有差调节系统的静态偏差值00nPnP=-为在机组甩全负荷工况下，转子的转速飞升不致使超速保安器动作，甩负荷后的最高飞升转速应低于超速保安器整定的动作转速((110%～112%)n0)，取7%～9%max4.过渡过程调整时间T扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到基本稳定所经历的时间称为过渡过程调整时间。（）-（）Δ为一个给定的转速微小偏差，第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理5.震荡次数在汽轮机调节系统动态特性分析中，通常将允许偏差Δ取为静态偏差值的5％，即。过渡过程调整时间尽可能短，一般为数秒或数十秒，最长不应超过1min。05%n在调整时间T内被调量的震荡次数。明显的振荡不应超过2～3次。（三）影响动态特性的一些主要因素为经时间T后的转速相对值.（）02max12vanTnTTT甩负荷时的动态最大飞升转速0ivWTP00aTJTM其中转子时间常数Ta表示了转子的转动惯量与额定转矩的相对大小。转子的惯性愈大，甩负荷后的最大飞升转速就愈小。随着机组容量的增大，机组转矩增加较转子惯性增大来得快，故大型机组的转子时间常数小于小型机组，1.调节对象对动态特性的影响(1)转子飞升时间常数Ta甩负荷时负荷下降百分数12,TT油动机的滞后时间和关闭时间aT转子飞升时间常数J转子的转动惯量0额定角速度0TM汽轮机额定转矩vT蒸汽容积时间常数0P汽轮机额定功率iW调节汽门后各中间容积中的蒸汽膨胀功第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理一般中间再热机组的转子时间常数约为5～8s。第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理(2)蒸汽容积时间常数TvTv表示了中间容积内蒸汽的做功能力与机组额定功率的比值Tv愈大，表明中间容积内蒸汽的做功能力愈强，机组甩负荷后，即使调节汽门全部关闭，各中间容积内的蒸汽继续膨胀做功，也会使机组转速额外飞升。中间容积导汽管及调节汽室(约0.2～0.25s)设计时应尽可能减小蒸汽中间容积设中压调节汽门和中压主汽门再热管道与再热器(约9s左右)第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理2.调节系统对动态特性的影响(1)速度变动率δδ愈大最高飞升转速和稳态值变大转速变化大，反馈大，减小动态超调量和振荡次数，缩短过渡过程的调整时间δ愈小最