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1、汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng) 本文概要介紹汽輪機調(diào)節(jié)保護的任務、系統(tǒng)的基本組成和不同類型調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)的特點，著重分析汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動、靜態(tài)特性對機組功率、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)性能和安全、穩(wěn)定運行的影響，以汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)的典型部件為例，介紹調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作原理和靜態(tài)特性計算。 關鍵詞 汽輪機；調(diào)節(jié)汽門；電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)的任務和系統(tǒng)組成 汽輪機是發(fā)電廠的原動機，驅(qū)動同步發(fā)電機旋轉(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)電機的運行特性已知，發(fā)電機的端電壓決定于無功功率，

2、而無功功率決定于發(fā)電機的勵磁；電網(wǎng)的頻率(或稱周波)決定于有功功率，即決定于原動機的驅(qū)動功率。因此，電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)歸發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，頻率調(diào)節(jié)歸汽輪機的功率控制系統(tǒng)。這樣，機組并網(wǎng)運行時，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差改變調(diào)節(jié)汽門的開度，調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量及焓降，改變發(fā)電機的有功功率，滿足外界電負荷的變化要求。由于汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以機組轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)對象，故習慣上將汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為調(diào)速系統(tǒng)。 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理性構(gòu)成如圖1所示。轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)是將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成一次控制信號；中間放大器對一次控制信號作功率放大，并按調(diào)節(jié)目標作控制運算，產(chǎn)生油動機的控制信號；油動機是一種液壓位置伺服馬達，按中間放大器的控制信號

3、產(chǎn)生帶動配汽機構(gòu)動作的驅(qū)動力，并達到預定的開度位置；配汽機構(gòu)是將油動機的行程轉(zhuǎn)變?yōu)楦髡{(diào)節(jié)汽門的開度，通過配汽機構(gòu)的非線性傳遞特性，汽輪機的進汽量與油動機行程間校正到近似線性關系；同步器作用于中間放大器，產(chǎn)生控制油動機行程的控制信號，單機運行時改變汽輪機的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)運行時改變機組的功率；啟動裝置在機組啟動時用于沖轉(zhuǎn)、并提升轉(zhuǎn)速至同步器動作轉(zhuǎn)速。： 汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速感應機構(gòu)、專動放大機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、和反饋機構(gòu)組成。 1、轉(zhuǎn)速感應機構(gòu)：它能感應轉(zhuǎn)速的變化并將其轉(zhuǎn)變成其他物理量的變化，送至傳動放大機構(gòu)。轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)是將速度信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮慰刂菩盘柕脑Ｔ谄啓C調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)主要

4、有離心式和電磁式兩類。在離心式中有機械式和液壓式兩種，其中機械式有高速彈性調(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、傳動放大機構(gòu)：由于轉(zhuǎn)速感應機構(gòu)產(chǎn)生的信號往往功率太小，不足以直接帶動配汽機構(gòu)，因此，傳動放大機構(gòu)的作用是接受轉(zhuǎn)速感應機構(gòu)的信號，并加以放大，然后傳遞給配汽機構(gòu)，使其動作。 3、執(zhí)行機構(gòu)：它的作用是接受傳動放大機構(gòu)的信號來改變汽輪機的進汽量。 4、反饋機構(gòu)：傳動放大機構(gòu)在將轉(zhuǎn)速信號放大傳遞給配汽機構(gòu)的同時，還發(fā)出一個信號使滑閥復位，油動機活塞停止運動。這樣才能使調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定。汽輪機的調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)根據(jù)其轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)及中間放大器的結(jié)構(gòu)不同

5、，可分為機械液壓調(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機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 　　機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由杠桿、曲柄等機械機構(gòu)作信號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；斷流式錯油門控制油動機活塞腔室的進、排油，當錯油門滑閥偏離居中位置時，分別開啟油動機活塞上、下腔室的進、排油口，使油動機活塞帶動調(diào)節(jié)汽門開啟或關閉；在油動機活塞移動時，又帶動杠桿運動，使錯油門滑閥向著居中位置移動。當油動機活塞的位移復現(xiàn)調(diào)速器滑環(huán)位移的變化規(guī)律時，錯油門滑閥回到居中位置，調(diào)節(jié)過程結(jié)束。隨著機組容量的增大，開啟調(diào)節(jié)汽門驅(qū)動力要求的提高，特別是中間再熱機組高壓調(diào)節(jié)汽門動態(tài)校正要

6、求的提出，機械液壓調(diào)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)和液壓控制回路變得十分復雜。機械傳動機構(gòu)曠動間隙的存在，液壓控制部件易受油液污染的影響，使調(diào)節(jié)品質(zhì)和運行穩(wěn)定、可靠性不很理想。因機組的功率信號無法由機械或液壓機構(gòu)來感受，故機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)僅能起到調(diào)速系統(tǒng)的作用。另一方面，配汽機構(gòu)采用較為固定的機械機構(gòu)，無法實現(xiàn)噴嘴、節(jié)流等多種運行方式的靈活切換。 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)，它將電子技術與液壓控制技術有機地結(jié)合在一起，綜合了電子元件檢測靈敏、精度高、線性好、遲緩小、傳輸速度快、調(diào)整方便、能實現(xiàn)復雜調(diào)節(jié)規(guī)律，以及液壓元件驅(qū)動功率大、慣性小的優(yōu)點。檢測、運算采用

7、電子元件，執(zhí)行機構(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)。汽輪機的轉(zhuǎn)速和功率經(jīng)傳感器或變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)電子線路放大、運算，產(chǎn)生油動機行程的控制信號，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)生控制油動機行程的液壓信號，經(jīng)中間放大后使油動機按調(diào)節(jié)指令動作。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，在機組單機運行時控制轉(zhuǎn)速；并網(wǎng)非調(diào)頻工況時調(diào)節(jié)機組功率；并網(wǎng)調(diào)頻運行時實現(xiàn)功-頻調(diào)節(jié)，克服"內(nèi)擾"和再熱器中間容積時滯效應的影響。功率設定可遠方遙控設置，便于電網(wǎng)自動發(fā)電控制(AGC

8、)。蒸汽壓力輸入可實現(xiàn)機爐協(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)的甩負荷動態(tài)特性，增強了機組運行的安全性。 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，簡稱DEH)是以計算機替代模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制運算的模擬電路，發(fā)揮計算機控制運算、邏輯判斷與處理能力強及軟件組態(tài)靈活、方便的優(yōu)勢，將汽輪機運行的狀態(tài)監(jiān)測、順序控制、調(diào)節(jié)和保護融為一體。特別是液壓系統(tǒng)采用高壓抗燃油(三芳基磷酸脂)后，簡化了液壓控制回路，提高了油動機的推動力。調(diào)節(jié)汽門由各自油動機驅(qū)動，可使機

9、組實現(xiàn)噴嘴、節(jié)流等多種運行方式靈活切換，增強了機組運行控制的靈活性。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)擴展靈活，維修調(diào)試方便，冗余控制、多層保護和自檢、自診斷功能使調(diào)節(jié)品質(zhì)、運行可靠性和機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)行機構(gòu)、保護系統(tǒng)和供油系統(tǒng)組成，它實現(xiàn)的主要功能是： 　　(1)汽輪機自動程序控制(ATC)。通過監(jiān)測高、中壓汽缸溫度和蒸汽溫度，計算出轉(zhuǎn)子熱應力。在汽輪機允許的應力范圍內(nèi)，以最大的速率、最短的時間實現(xiàn)機組由盤車、沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)到帶負荷的全自動程序化操作。 　　(2)汽輪機功率的自動調(diào)節(jié)。汽輪機功率的

10、自動調(diào)節(jié)設有操作員自動、遠方控制和電廠計算機控制三種模式。根據(jù)電網(wǎng)的要求，可選擇調(diào)頻運行方式或基本負荷運行方式。在機組冷、熱態(tài)啟動中，能自動地根據(jù)啟動狀態(tài)控制調(diào)節(jié)汽門的開度。 　　(3)汽輪機的自動保護。設有三層超速保護，即超速保護控制(OPC)、危急遮斷控制(ETS)和機械超速保護與手動遮斷脫扣。超速保護控制是當機組轉(zhuǎn)速超過103％n0時，OPC電磁閥動作，快速關閉高、中壓調(diào)節(jié)汽門；ETS是當機組轉(zhuǎn)速達到110％n0時，自動停機遮斷(AST)電磁閥動作，快速關閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。此外，當出現(xiàn)低潤滑油壓、推力軸承磨損、低真空、高壓排汽溫度高等危急事故時，ETS通過AST電磁閥使機組快速停機；機械超速保護是當機組轉(zhuǎn)速升高至112％n0時動作，關閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。 　(4)機組和DEH系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)視和顯示機組及DEH系統(tǒng)的重要參數(shù)、運行曲線、歷史趨勢和故障，以及指示操作按鈕的狀態(tài)。