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1、汽轮机调节保护及供油系统,课题一、汽轮机调节系统的基本原理及组成 课题二、调节系统静态特性课题三、调节系统动态特性课题四、中间再热式汽轮机的调节课题五、汽轮机DEH系统课题六、汽轮机保护系统课题七、汽轮机供油系统,汽轮机调节系统的基本原理及组成,汽轮机调节的任务汽轮机调节系统的基本原理汽轮机调节系统的组成汽轮机的调节系统种类,汽轮机调节的任务,保证汽轮发电机组能根据用户的需要及时地提供足够的电力。调整汽轮机的转速，使它维持在规定的范围内。作用在转子上的力矩有三个：蒸汽作用在转子上的主力矩Mt、发电机的电磁阻力矩Me、摩擦力矩Mf。汽轮机的调节系统按其调节阀动作时所需能量的供应来源可分为直接调节
2、和间接调节两大类。,(1)转速感受机构。其作用是感受转速的变化，并将其转变为能使调节系统动作的信号，如位移、油压或电压的变化等。转速感受机构通常又称为调速器。(2)传动放大机构：由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不能直接带动执行机构，因此需要把信号放大，然后再传递给执行机构，使其动作.反馈机构：它的作用是使滑阀恢复平衡位置，保持调节系统稳定工作(3)配汽机构：包括传动装置和调节汽门，其作用是接受传动放大机构放大后的信号来使调节汽门的开度发生变化，以改变汽轮机的进汽量。如调节汽门和油动机活塞的连杆。(4)调节对象:对汽轮机调节来说，调节对象就是汽轮发电机组。,汽轮机的调节系统种类,机械液压
3、调节系统机械液压调节系统是由杠杆、曲柄等机械机构作信号放大和液压流量控制阀作功率放大 旋转阻尼液压调速系统模拟电液调节系统 数字电液控制系统,机械液压调节系统,高速弹性调速器调速系统,模拟电液调节系统,模拟电液调节系统是基于模拟电路的连续控制调节系统，它将电子技术与液压控制技术有机地结合在一起 检测、运算采用电子元件，执行机构为液压部件，两者中介的核心部件是电液伺服阀(俗称电液转换器)。汽轮机的转速和功率经传感器或变送器转变为电信号，经电子线路放大、运算，然后经模拟电路功率放大作用于电液转换器，产生控制油动机行程的液压信号，经中间放大后使油动机按调节指令动作。,调节系统静态特性,汽轮机调节系统
4、的输入量为转速n，输出量为功率P。在稳定工况下，汽轮机功率与转速的对应关系，称为汽轮机调节系统的静态特性。调节系统静态特性曲线四方图的绘制 速度变动率及其对机组运行的影响 迟缓率及其对机组的影响 同 步 器,调节系统静态特性曲线四方图的绘制,以坐标原点为中心，四个坐标向外发射的方向为正方向。一般规定，转速、功率、油压以增加方向为正；油动机行程以使功率增加方向为正；调速器滑环、压力变换器活塞、碟阀等元件，以转速增加方向的位移为正。四个坐标参数中，转速、功率和油动机行程是固定的，而第二、三象限的横坐标视调速器而异如高速弹性调速器为挡油板位移x，旋转阻尼、径向泵为出口油压p1。,返 回,速度变动率及
5、其对机组运行的影响,汽轮机空负荷时所对应的最大转速nmax与额定负荷时所对应的最小转速nmin之差，与额定转速n0的比，称为调节系统的速度变动率或速度不等率，通常用表示速度变动率对机组运行的影响并列运行机组的负荷分配特性 甩负荷时的速度变动 局部速度变动率的影响,返 回,并列运行机组的负荷分配特性,对并网运行的机组，当外界负荷变化引起电网频率变动时，各机组的调速系统将根据各自的静态特性，自动增、减负荷，以维持电网的周波。这一过程称为一次调频。速度变动率小的机组，在电网负荷变动时的负荷变动大。速度变动率大的机组，负荷变动百分数小。因此，带尖峰负荷的机组应小些，一般选取34；带基本负荷的机组应大些
6、，一般选取46。,外界负荷增加p,转速起初都降低n,n,I号机组增加功率 P1,号机组增加功率 p2,返 回,甩负荷时的速度变动,一般要求甩负荷后最大飞升转速不大于(1+15)n。，并要求危急遮断器不动作，因此应小于6，以保证机组突然甩负荷时，超速保护装置不致于动作。,返 回,局部速度变动率的影响,所谓局部速度变动率，是指静态特性线上任意一点的斜率，用百分数表示，称为该点的局部速度变动率。为保证机组运行稳定，要求局部速度变动率不小于2.5。,返 回,迟缓率及其对机组的影响,在调速器工作范围内，同一功率下可能的最大转速变动量与额定转速之比，称为调节系统的迟缓率(或不灵敏度)，用表示，即迟缓对机组
7、运行的影响 迟缓率大，从汽轮机转速变化到调节阀动作的时间间隔长，造成机组不能及时适应外界负荷的变化。(1)孤立运行时的转速摆动 机组孤立运行时，机组功率始终与外界负荷相平衡，迟缓的影响反映在转速上，表现为转速在迟缓区内任意摆动。（2）并列运行时的负荷晃动 机组并列运行时转速由电网频率决定，迟缓的影响反映在功率上，表现为功率在迟缓区内发生晃动(漂移)，机组并网运行时，负荷飘移的大小与迟缓率成正比，与速度变动率成正比。,返 回,同 步 器,同步器的作用 1、汽轮机在孤立运行时，利用同步器可以调整机组的转速，保证机组在任何负荷下转速稳定，即保持供电频率不变。2、汽轮机在并列运行时，利用同步器可以将负
8、荷在各机组之间重新分配，而机组的转速仍保持不变(均对应电网频率的转速)。第一类同步器 第二类同步器同步器的调节范围,返 回,第一类同步器：通过平移转速感受特性线，即将第象限中的转速感受特性线上、下平移第二类同步器：平移中间传递放大特性线来实现，即将第象限中的传递特性线左右平移,返 回,调节系统动态特性,当调节系统受到扰动后，从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态的动态过程中的特性，称为调节系统的动态特性。调节系统的动态特性品质优劣，主要根据下面三项指标来评价，即稳定性、超调量和过渡过程时间。,稳定性,当运行机组在受到干扰而离开平衡状态后，经过调节系统调整能够回到新的或原来的平衡状态，则认为调节系统
9、是动态稳定的。,返 回,超调量,在转速过度过程中，最高转速与最后稳定转速之差，称为转速超调量。,返 回,中间再热式汽轮机的调节,采用中间再热给汽轮机带来的问题采用单元制的影响 再热器保护 锅炉和汽轮机的负荷配合问题 锅炉的热惯性问题低压缸功率滞后当外界负荷增加，汽轮机转速降低，调节系统将调节阀开大。中间再热机组存在着流量和功率的变化滞后于调节阀开度变化的现象。目前解决这一问题的措施，主要是采用高压调节阀过调的办法。调节系统中，使高压缸过调的装置称为校正器。甩负荷性能恶化设置中压调节阀加速器（或称微分器）改善中间再热式汽轮机调节性能措施,改善中间再热式汽轮机调节性能措施,单元机组的调节方式目前有
10、炉跟机、机跟炉、机炉协调控制方式设置旁路系统。当锅炉的蒸汽量大于汽轮机的耗汽量时，其多余的蒸汽通过旁路排入凝汽器，以达到协调机炉负荷、保护再热器、回收工质以及消除噪声的目的。设置中压主汽门及中压调节汽门。采用加速器装置，甩负荷时将调节汽门以最快的速度关闭，使转速飞升达最小。采用高压缸调节汽门动态过调法解决功率变化滞延。,中间再热,数字电液控制系统,(Digital Electro-Hydraulic Control System，简称DEH)是以计算机替代模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，发挥的优势，将汽轮机运行的状态监测、控制调节和保护融为一体。液压系统采用高压抗燃油(三芳基磷酸脂)后，
11、简化了液压控制回路，提高了油动机的推动力。DEH调节系统是当前汽轮机调节系统的最新发展，它集中了两大最新成果：固体电子新技术数字计算机系统；液压新技术高压抗燃油系统,DEH调节系统原理框图,该系统的调节规律是PI(比例、积分)调节，而且是多回路串级调节系统。,DEH 调节系统的基本控制原理,(1）串级 PI 调节方式，该方式是最基本的运行方式，此时，系统具有调节级汽室压力、发电机功率和转速 3 种反馈，PI2为内回路，PIl 为外回路。(2）单级 PIl调节方式，该情况相当于 K2倒向旁路，系统只有发电机功率和转速反馈，调节级汽室压力信号被切除。(3）单级 PI2 调节方式，该情况相当于 Kl
12、 倒向旁路，系统只有调节级汽室压力和转速反馈，发电机功率信号被切除。,DEH调节系统组成,按系统的硬件组成可分为:电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统可分为数字与液压两大部分：在DEH调节系统中，通过计算机来处理、比较、综合和运算后的数字量，经DA转换成模拟量，再与执行机构来的位移反馈讯号进行比较，其输出经功率放大器放大后去控制电液伺服阀(电液转换器)，把电讯号转换成液压讯号；该讯号再经错油门和油动机进行末级放大，最后去控制各主汽门和调节汽阀。功率放大器以前的部分称为数字部分，而把电液转换器及其以后的部分称为液压部分EH系统。,135MW汽轮机DEH控制器和液压控制系统,DEH调
13、节系统主要功能,DEH调节系统具有自动调节、程序控制、监视、保护等方面的功能 DEH调节系统总体功能概括为四个方面：DEH调节系统的运行方式选择；汽轮机的自动调节；汽轮机的监控汽轮机的超速保护。,DEH调节系统的运行方式,DEH调节系统为使用者设置了四种运行方式可供选择，它们为：二级手动 一级手动 操作员自动 自动透平控制(ATC)相邻两种运行方式都可相互切换，且可做到无扰切换。,汽轮机的负荷自动调节功能,汽轮机的负荷自动调节有两种情况。冷态启动时，机组并网带初负荷（5 额定负荷）后，负荷由高压调节汽阀进行控制；热态启动时，在机组负荷未达到 35 额定负荷以前，由高、中压调节汽阀控制，以后，中
14、压调节汽阀全开，负荷只由高压调节汽阀进行控制。,汽轮机启停运行监控系统的功能,监控系统在机组启停和运行中，对机组和DEH装置两部分的运行状态均进行监控，其内容包括操作状态按钮指示、状态指示和CRT画面。其中对DEH装置监控的内容包括重要通道、电源、内部程序运行情况等；CRT画面包括机组和系统的重要参数、运行曲线、变化趋势和故障显示等。,汽轮机超速保护系统的功能,(1)甩全负荷超速保护 机组运行中若发生油开关跳闸，迅速关闭调节汽阀，在延迟一段时间后，如不出现升速，再开调节汽阀使机组保持空负荷运行。(2)抛负荷保护 当电网发生瞬间短路或某一相发生接地等故障，引起发电机功率突降时，为了维持电网的稳定
15、性，保护系统将迅速地把中压调门关闭一下，然后再开启，以维持机组的正常运行。(3)超速保护 该保护有103(OPC)和110(电超速)保护两种。OPC是指当汽轮机转速超过3090rmin时，迅速将高调门和中调门同时关闭数秒钟；电超速保护是指汽轮机转速超过3300rmin时，将所有汽门同时关闭，进行紧急停机，与此同时，旁路系统也将协同动作，以保证再热器的冷却并减少工质损失。,电液调节系统组成,电液调节系统主要由四个部分组成：电子调节装置、阀位控制装置（电液伺服装置）、配汽机构、调节对象。在 DEH 中，电子调节装置中的各电子调节器采用数字量传送信号，在输入、输出接口处采用必要的模数转换器和数模转换
16、器。与液压调节系统相比，电液调节系统主要是用电子调节装置替代了转速调节机构，其次是用电液伺服装置替代了液压伺服装置。,电子调节装置,1转速测量元件：主要由磁阻发信器与频率（转速）变送器组成2、功率测量元件该半导体薄片被称为霍尔元件。当霍尔元件用于测量发电机功率时，将发电机出线电压经电压互感器转换成电流 1。另将发电机电流经电流互感器后，接至励磁绕阻上，产生磁场 B。电动势 vH 的幅值正比于电流和磁场强度的乘积，也就是正比于发电机电流和电压的乘积，即,阀位控制装置,阀位控制装置也被称作电液伺服装置，它主要由阀位控制器、电液转换器、油动机及阀位反馈测量元件等组成。电液转换器是将电调装置发来的电信
17、号控制指令转换为液压信号的转换、放大部件，它是电液调节系统中的一个关键部件 油动机用作调节信号的最后一级放大，油动机活塞位移用来控制调节汽阀的开度，要求输出功率大。,油动机的基本原理,油动机是一个典型的反馈控制位置随动系统，主要由错油门、油动机活塞(或称油缸)及反馈机构等组成错油门起着控制进、出油动机活塞腔室的流量或活塞运动速度的作用；静反馈起到消除静态偏差的作用，使油动机活塞的行程与输入信号保持一致；动反馈起着消除动态超调、抑制过渡过程振荡的作用。,油动机型式,断流式双侧进油或单侧进油两种型式油动机,错油门滑阀,错油门滑阀可分为断流式和节流式两种 断流式滑阀特点是：稳定工况下滑阀处于中间位置
18、，此时滑阀的凸肩盖住油口，切断油口通往油动机上下腔的通路。为此，滑阀上的凸肩应比油口稍高，这个高出的数值称为盖度(过封度),配汽机构,配汽机构是将油动机活塞的行程转变为汽轮机的进汽量，起到放大油动机的驱动力、校正行程一流量特性的作用。配汽机构是由配汽传动机构(或称操纵机构)和调节汽阀两部分组成。调节汽阀，或称调节阀，简称调门，通过改变升程调节进入汽轮机的蒸汽量。对调节汽阀，要求有良好的升程一流量特性，一般希望尽量接近直线；流动损失小；开启的提升力平稳变化且尽可能小。大型机组大多采用内置预启门(或称预启阀)的调节汽阀,调节阀的升程特性,阀门的升程特性是指通过阀门的蒸汽流量与阀门升程之间的关系,安
19、排各个调节阀开启的先后关系时，通常在前一阀尚未开足时就开启后一阀，即两阀升程之间具有一定的重叠度。这一提前开启的相对值称为调节阀的重叠度。,DEH的液调部分EH控制系统,危急遮断系统,EH油遮断系统,(1)汽门全部独立，并且各自有一套独立的油动机、隔离阀、逆止阀、过滤器、电液转换器和快速卸载阀等。(2)所有的油动机，都是单侧进油油动机。其开启是依靠高压抗燃油为动力油，关闭是靠弹簧力。(3)执行机构是把油动机、隔离阀、逆止阀、快速卸载阀及电液转换器等组合成一体的组合阀门结构。,高压主汽门和高压调节汽阀的组合执行机构,高压主汽门和高压调节汽阀的执行机构，是一种控制型的执行机构。这种控制型执行机构的
20、特点是阀门可被控制在任意的中间位置上，其调节过程是根据所选控制方式及外界负荷的变化规律来进行的。,电液转换器,电液转换器的任务是把电气讯号转换为液压讯号,当两侧线圈的电流不平衡时，由于电磁力的作用会使衔铁及挡板发生偏转，从而将电讯号转换成位移量。喷管与挡板间隙的变化，引起四通滑阀两端面的油压产生压差；在差压的作用下滑阀移动，打开油动机活塞下与高压油或回油相通的控制窗口，从而可控制汽门的开度。,快速卸载阀,快速卸载阀是一个由遮断油控制的溢流阀，它可以在机组发生故障时紧急停机。,危急遮断系统,危急遮断系统有两套：电磁阀遮断系统及机械遮断系统。电磁阀遮断系统 一种是超速防护系统OPC（Overspe
21、ed Protect Controller)。该系统动作时只关闭高压调节汽阀和中压调节汽阀，主汽门并不关闭，不造成汽轮机停机。另一种是自动停机跳闸系统AST(AutoStopTrip)。当该系统动作时，所有汽门全部关闭，实现紧急停机。AST危急遮断的项目有：电超速；轴承油压低；EH油压低；真空低；轴向位移大；手动跳闸。危急遮断系统由危急遮断控制块(包括4个AST电磁阀和2个OPC电磁阀)、1个隔膜阀、2个单向阀(逆止阀)以及一些压力开关等组成。,AST电磁阀,正常运行时，带电关闭;在危急情况,失电打开4个AST电磁阀在液压回路上采用串联加并联的连接方式,超速防护电磁阀,机械超速遮断系统,125
22、MW机组的保护系统,（1）供运行人员手动紧急跳闸使用的危急跳闸手柄；（2）防止超速的危急保安器；（3）供电动跳闸用的电磁阀,125MW机组的保护系统跳闸功能,跳闸功能：1）转速升至额定转速的111；2）轴向位移超过1.2mm；3）转子相对膨胀量超过规定值；4）轴承回油温度超过75；5）润滑油压力低于0.0350.045MPa；6）凝汽器真空降低至0.0063MPa；7）轴承振动超过规定值0.25mm（轴的绝对振动值）；8）遥控停机信号。,汽轮机超速保护装置,超速保护的类型 机械超速保护 危急保安器为超速保护装置的信息感受机构，主要有飞锤式和飞环式两种，其基本工作原理相同。危急保安器的动作转速，
23、一般为额定转速的110112倍，即3300rmin3360rmin；为了在正常运行中能试验危急保安器，要求复位转速高于额定转速，复位转速一般为3050rmin。电超速保护 电超速防护功能 电超速保护,机械超速保护,危急保安器为超速保护装置的信息感受机构，主要有飞锤式和飞环式两种，其基本工作原理相同。当汽轮机的转速小于某一数值时，飞锤(飞环)的离心力小于弹簧对它的作用力，飞锤(飞环)不动；一旦转速大于该数值，飞锤(飞环)飞出，该转速即称为危急保安器的动作转速 危急遮断油门接受危急保安器的信号而动作，并且将动作结果传给自动主汽阀，使主汽阀打闸停机。,轴向位移保护装置轴向推力增大的原因低油压保护装置
24、 油压降低的原因低油压保护装置作用低真空保护 真空下降的原因低真空保护装置作用,汽轮机的其它保护,汽轮机运行中，引起转子轴向推力增大的原因:汽轮机发生水冲击。隔板汽封间隙增大。动叶片结垢 新蒸汽温度急剧下降。真空下降。汽轮机超负荷运行 危害汽轮机转子轴向推力增大，将使推力轴承过负荷，破坏油膜，推力瓦块乌金烧熔；同时，轴向推力增大将使轴向位移增大，转动部件与静止部件之间的轴向间隙消失，因而动、静部件发生摩擦和碰撞，将造成严重损坏事故.,保护,油压降低 的原因：主油泵外壳与叶轮间磨损，使油泵的轴向间隙增大，因而油泵的输出油量减少；油泵进油滤网堵塞或阻力太大，从而降低出油压力 油系统逆止阀不严造成油
25、回流；各轴承的压力进油管及连接法兰漏油等危害润滑油压过低，将导致润滑油膜破坏，不但要损坏轴瓦，而且能造成动静之间摩擦等恶性事故,保护,当润滑油压降低时，按照油压降低的程度，依次自动地发出报警信号，启动辅助油泵，跳闸停机及停止盘车。,保护,真空下降的原因(1)循环水泵发生故障。如水泵吸入管侧漏气或滤网堵塞，使冷却水量减少或中断。(2)凝汽器冷却水管脏污。(3)抽气装置发生故障，不能正常抽气。(4)凝汽器水位升高，淹没了部分冷却水管或抽汽口。(5)由于管道振动或检修的原因，造成真空系统不严密，使空气漏人凝汽器。（6）轴封汽源不足或中断,保护,作用当真空降低到一定数值时，发出报警信号，真空降至规定的
26、极限值时，能自动停机。当真空降至零，凝汽式汽轮机排汽产生正压时，能自动停机，还会使排汽缸安全门动作，以保护汽轮机免受损坏。凝汽器真空低值83Kpa减负荷凝汽器真空低值73Kpa 报警停机,保护,125MW机组供油系统,供油系统的作用 供汽轮发电机组各轴承作润滑油，减少轴承的摩擦损失，并带走因摩擦产生的热量和由转子传来的热量。向调节系统和保护装置供油。供油系统型式 单一工质供油系统 双工质的供油系统 135MW汽轮机供油系统的主要设备,单一工质供油系统,供油,供油,双工质的供油系统,将润滑油和调节油分开，即润滑系统采用透平油，调节系统采用高压抗燃油单独供油的方式。由油箱、油泵、蓄能器、过滤器、卸荷阀和抗燃油再生器等组成。,供油,供油,油中带水,引起油中带水的原因(1)轴封漏汽进入轴承室后凝结成水，并和油混合起来；(2)冷油器铜管破裂，冷却水进入油系统；(3)补充油时带入水；(4)潮湿的空气冷凝时产生的水；(5)对水冷发电机而言，转子漏水进入轴承座。解决措施(1)消除和减少轴封漏汽(2)防止轴封漏汽进入轴承内。(3)防止蒸汽漏人油箱。(4)防止冷油器漏水，运行中冷油器水侧压力应低于 油侧压力,供油,
