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1、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 本文概要介紹汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)的任務(wù)、系統(tǒng)的基本組成和不同類型調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，著重分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性對(duì)機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)性能和安全、穩(wěn)定運(yùn)行的影響，以汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的典型部件為例，介紹調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作原理和靜態(tài)特性計(jì)算。 關(guān)鍵詞 汽輪機(jī)；調(diào)節(jié)汽門；電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的任務(wù)和系統(tǒng)組成 汽輪機(jī)是發(fā)電廠的原動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，向電網(wǎng)輸送符合數(shù)量和供電品質(zhì)(電壓與頻率)要求的電力。由同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性已知，發(fā)電機(jī)的端電壓決定于無(wú)功功率，

2、而無(wú)功功率決定于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁；電網(wǎng)的頻率(或稱周波)決定于有功功率，即決定于原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。因此，電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)歸發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，頻率調(diào)節(jié)歸汽輪機(jī)的功率控制系統(tǒng)。這樣，機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差改變調(diào)節(jié)汽門的開度，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量及焓降，改變發(fā)電機(jī)的有功功率，滿足外界電負(fù)荷的變化要求。由于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以機(jī)組轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)對(duì)象，故習(xí)慣上將汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為調(diào)速系統(tǒng)。 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理性構(gòu)成如圖1所示。轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成一次控制信號(hào)；中間放大器對(duì)一次控制信號(hào)作功率放大，并按調(diào)節(jié)目標(biāo)作控制運(yùn)算，產(chǎn)生油動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)；油動(dòng)機(jī)是一種液壓位置伺服馬達(dá)，按中間放大器的控制信號(hào)

3、產(chǎn)生帶動(dòng)配汽機(jī)構(gòu)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)力，并達(dá)到預(yù)定的開度位置；配汽機(jī)構(gòu)是將油動(dòng)機(jī)的行程轉(zhuǎn)變?yōu)楦髡{(diào)節(jié)汽門的開度，通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)的非線性傳遞特性，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量與油動(dòng)機(jī)行程間校正到近似線性關(guān)系；同步器作用于中間放大器，產(chǎn)生控制油動(dòng)機(jī)行程的控制信號(hào)，單機(jī)運(yùn)行時(shí)改變汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)改變機(jī)組的功率；啟動(dòng)裝置在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)用于沖轉(zhuǎn)、并提升轉(zhuǎn)速至同步器動(dòng)作轉(zhuǎn)速。： 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速感應(yīng)機(jī)構(gòu)、專動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、和反饋機(jī)構(gòu)組成。 1、轉(zhuǎn)速感應(yīng)機(jī)構(gòu)：它能感應(yīng)轉(zhuǎn)速的變化并將其轉(zhuǎn)變成其他物理量的變化，送至傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)是將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮慰刂菩盘?hào)的元件。在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)主要

4、有離心式和電磁式兩類。在離心式中有機(jī)械式和液壓式兩種，其中機(jī)械式有高速?gòu)椥哉{(diào)速器和飛錘或飛環(huán)式超速危急保安器；液壓式中有徑向鉆孔脈沖泵和旋轉(zhuǎn)阻尼器兩種。 2、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)：由于轉(zhuǎn)速感應(yīng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的信號(hào)往往功率太小，不足以直接帶動(dòng)配汽機(jī)構(gòu)，因此，傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)的作用是接受轉(zhuǎn)速感應(yīng)機(jī)構(gòu)的信號(hào)，并加以放大，然后傳遞給配汽機(jī)構(gòu)，使其動(dòng)作。 3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：它的作用是接受傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)的信號(hào)來(lái)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。 4、反饋機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)在將轉(zhuǎn)速信號(hào)放大傳遞給配汽機(jī)構(gòu)的同時(shí)，還發(fā)出一個(gè)信號(hào)使滑閥復(fù)位，油動(dòng)機(jī)活塞停止運(yùn)動(dòng)。這樣才能使調(diào)節(jié)過(guò)程穩(wěn)定。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)其轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)及中間放大器的結(jié)構(gòu)不同

5、，可分為機(jī)械液壓調(diào)節(jié)、模擬電液調(diào)節(jié)和數(shù)字電液調(diào)節(jié)三種型式。 2機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 　　機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由杠桿、曲柄等機(jī)械機(jī)構(gòu)作信號(hào)放大和液壓流量控制閥作功率放大。飛錘感受轉(zhuǎn)速的變化，并轉(zhuǎn)變?yōu)榛h(huán)的位移；斷流式錯(cuò)油門控制油動(dòng)機(jī)活塞腔室的進(jìn)、排油，當(dāng)錯(cuò)油門滑閥偏離居中位置時(shí)，分別開啟油動(dòng)機(jī)活塞上、下腔室的進(jìn)、排油口，使油動(dòng)機(jī)活塞帶動(dòng)調(diào)節(jié)汽門開啟或關(guān)閉；在油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)時(shí)，又帶動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，使錯(cuò)油門滑閥向著居中位置移動(dòng)。當(dāng)油動(dòng)機(jī)活塞的位移復(fù)現(xiàn)調(diào)速器滑環(huán)位移的變化規(guī)律時(shí)，錯(cuò)油門滑閥回到居中位置，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。隨著機(jī)組容量的增大，開啟調(diào)節(jié)汽門驅(qū)動(dòng)力要求的提高，特別是中間再熱機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽門動(dòng)態(tài)校正要

6、求的提出，機(jī)械液壓調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓控制回路變得十分復(fù)雜。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)曠動(dòng)間隙的存在，液壓控制部件易受油液污染的影響，使調(diào)節(jié)品質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性不很理想。因機(jī)組的功率信號(hào)無(wú)法由機(jī)械或液壓機(jī)構(gòu)來(lái)感受，故機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)僅能起到調(diào)速系統(tǒng)的作用。另一方面，配汽機(jī)構(gòu)采用較為固定的機(jī)械機(jī)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)噴嘴、節(jié)流等多種運(yùn)行方式的靈活切換。 3模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 　　模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是基于模擬電路的連續(xù)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它將電子技術(shù)與液壓控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，綜合了電子元件檢測(cè)靈敏、精度高、線性好、遲緩小、傳輸速度快、調(diào)整方便、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜調(diào)節(jié)規(guī)律，以及液壓元件驅(qū)動(dòng)功率大、慣性小的優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)、運(yùn)算采用

7、電子元件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓部件，兩者中介的核心部件是電液伺服閥(俗稱電液轉(zhuǎn)換器)。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率經(jīng)傳感器或變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)電子線路放大、運(yùn)算，產(chǎn)生油動(dòng)機(jī)行程的控制信號(hào)，輸?shù)絇ID(比例、積分和微分)凋節(jié)回路，然后經(jīng)模擬電路功率放大作用于電液轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生控制油動(dòng)機(jī)行程的液壓信號(hào)，經(jīng)中間放大后使油動(dòng)機(jī)按調(diào)節(jié)指令動(dòng)作。模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理性框圖如圖6-7所示，系統(tǒng)中設(shè)有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、功率調(diào)節(jié)回路和功-頻調(diào)節(jié)回路，在機(jī)組單機(jī)運(yùn)行時(shí)控制轉(zhuǎn)速；并網(wǎng)非調(diào)頻工況時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組功率；并網(wǎng)調(diào)頻運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)功-頻調(diào)節(jié)，克服"內(nèi)擾"和再熱器中間容積時(shí)滯效應(yīng)的影響。功率設(shè)定可遠(yuǎn)方遙控設(shè)置，便于電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC

8、)。蒸汽壓力輸入可實(shí)現(xiàn)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制。模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制功能和調(diào)節(jié)品質(zhì)較機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了很大的提高，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的安全性。 4 數(shù)字電液控制系統(tǒng) 數(shù)字電液控制系統(tǒng)(Digital Electro-Hydraulic Control System，簡(jiǎn)稱DEH)是以計(jì)算機(jī)替代模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制運(yùn)算的模擬電路，發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制運(yùn)算、邏輯判斷與處理能力強(qiáng)及軟件組態(tài)靈活、方便的優(yōu)勢(shì)，將汽輪機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、順序控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)融為一體。特別是液壓系統(tǒng)采用高壓抗燃油(三芳基磷酸脂)后，簡(jiǎn)化了液壓控制回路，提高了油動(dòng)機(jī)的推動(dòng)力。調(diào)節(jié)汽門由各自油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可使機(jī)

9、組實(shí)現(xiàn)噴嘴、節(jié)流等多種運(yùn)行方式靈活切換，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行控制的靈活性。由于數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，維修調(diào)試方便，冗余控制、多層保護(hù)和自檢、自診斷功能使調(diào)節(jié)品質(zhì)、運(yùn)行可靠性和機(jī)組的安全性均較模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了很大提高。數(shù)字電液控制系統(tǒng)是由電子控制器、操作系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、保護(hù)系統(tǒng)和供油系統(tǒng)組成，它實(shí)現(xiàn)的主要功能是： 　　(1)汽輪機(jī)自動(dòng)程序控制(ATC)。通過(guò)監(jiān)測(cè)高、中壓汽缸溫度和蒸汽溫度，計(jì)算出轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力。在汽輪機(jī)允許的應(yīng)力范圍內(nèi)，以最大的速率、最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)機(jī)組由盤車、沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)到帶負(fù)荷的全自動(dòng)程序化操作。 　　(2)汽輪機(jī)功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)功率的

10、自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)有操作員自動(dòng)、遠(yuǎn)方控制和電廠計(jì)算機(jī)控制三種模式。根據(jù)電網(wǎng)的要求，可選擇調(diào)頻運(yùn)行方式或基本負(fù)荷運(yùn)行方式。在機(jī)組冷、熱態(tài)啟動(dòng)中，能自動(dòng)地根據(jù)啟動(dòng)狀態(tài)控制調(diào)節(jié)汽門的開度。 　　(3)汽輪機(jī)的自動(dòng)保護(hù)。設(shè)有三層超速保護(hù)，即超速保護(hù)控制(OPC)、危急遮斷控制(ETS)和機(jī)械超速保護(hù)與手動(dòng)遮斷脫扣。超速保護(hù)控制是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)103％n0時(shí)，OPC電磁閥動(dòng)作，快速關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)汽門；ETS是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到110％n0時(shí)，自動(dòng)停機(jī)遮斷(AST)電磁閥動(dòng)作，快速關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。此外，當(dāng)出現(xiàn)低潤(rùn)滑油壓、推力軸承磨損、低真空、高壓排汽溫度高等危急事故時(shí)，ETS通過(guò)AST電磁閥使機(jī)組快速停機(jī)；機(jī)械超速保護(hù)是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升高至112％n0時(shí)動(dòng)作，關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。 　(4)機(jī)組和DEH系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)視和顯示機(jī)組及DEH系統(tǒng)的重要參數(shù)、運(yùn)行曲線、歷史趨勢(shì)和故障，以及指示操作按鈕的狀態(tài)。