汽轮机控制、监视和保护

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1、随着高参数、大容量、中间再热机组的广泛使用，要求进一步提高中间再热机组的功率动态响应性能、抗蒸汽参数扰动的能力及自动化水平，以满足电网调频、集中控制和综合自动化的需要。在此情况下，人们研制出了数字式汽轮机功率频率控制系统。汽轮机控制系统是控制汽轮发电机组启动、升速和发电运行的重要装置。没有它将无法保证在发电运行时的安全经济运行。第一节　　　　中间再热式汽轮机的控制特点中间再热式汽轮机的原则性系统图如图所示。锅炉过热器来的新蒸汽经高压主汽门和高压调节汽门进入高压缸作功，自高压缸排出的蒸汽又引回到锅炉的再热器，经过再热器加热后的蒸汽温度一般又达到与新汽温度相同的温度，然后经中压主汽门和中调节汽

2、阀进入中低压缸作功，最后排入凝汽器，由于采用了中间再热，汽轮机被中间再热器分成高压部分和中、低压部分。这就对汽轮机的动态特性有了显著的影响。图再热式汽轮机原则性系统图一、中间再热容积的影响再热式机组的特点之一是，再热器和再热器与汽轮机之间的连接管道一起形成的庞大蒸汽容积（简称再热器蒸汽容积），其时间常数一般为，加之再热汽轮机的转子时间常数一般只有，因此，甩负荷时，即使高压缸调节汽门能同时完全关闭，中间再热容积中所储存的蒸汽量，也能使汽轮机超速，这是不允许的。为此，中间再热机组设置了高压缸和中低压缸的调节汽门，以便在机组甩负荷时，两种调节汽门同时关闭，以确保机组的安全。为了减少机组在运行时的

3、节流损失，汽门的调节规律应按照图来设计。在负荷高于额定负荷的时，中低压缸调节汽门处于全开状态，机组的负荷仅由高压缸调节汽门来控制；在低于额定负荷的时，机组的负荷才由高和中低压缸调节汽门同时控制。再热机组的第二个特点是，由于中间再热容积的存在，导致机组总功率的“滞后”。从图中看出，当外界要求增加机组的负荷时，调节系统将把高压缸调节汽门开大，此时，流量增加，高压缸的功率随着增加；而中低压缸的功率，则是随着再热器内蒸汽压力的逐渐升高而增大。同时，由于中间再热蒸汽压力气的升高，高压缸前后的压差将逐渐减小，其功率略有下降。因此，汽轮机的总功率，不是立即增加至电网所要求的数值，而是缓慢地增加，这情况随

4、着中低压缸功率占整机功率比重的增大而变得更加显著。由于机组总功率的“滞后”，限制了机组参加一次调频任务，所以，在调节系统中，必须解决功率“滞后”的问题。图再热机组高和中低压缸图在没有动态校正时，中间调节汽门的调节规律　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　再热机组功率的变化中低压缸调节汽门的开度；一高压缸的功率；中压缸的功率；高压缸调节汽门的开度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　低压缸的功率；机组的总功率二、汽轮机和锅炉的协调配合大容量再热机组一般均采用锅炉汽轮机单元制运行，因而提高机组的负荷适应性，就不仅是汽轮机，还涉及到锅炉问题。我们知

5、道，电力系统的负荷变化是一个随机过程，对于一般的负荷变化，若变化速度较快，要通过改变锅炉燃烧率来调节机组功率是远远来不及的，只能利用锅炉的一些蓄能来应付。因此，提高单元机组的负荷适应性，主要取决于对锅炉蓄热利用的程度。这样锅炉和汽轮机的运行和控制方式就直接关系到对蓄热的利用。同时，从提高电力系统运行可靠性的要求来看，机组本身运行的可靠性就是一个严重的问题。所以，在进行一台机组的控制系统设计时，应从整体来进行考虑，这是一个工程设计优劣与成败的关键。第二节　　　　功频电液控制的原理及各环节的数学模型一、工作原理图是功频电液控制系统的基本工作原理图。系统中测功测频、控制器、功放、给定等称为电控部

6、分，油动机为液压控制部分。电液转换器是将电信号转换成液压控制信号的装置，它是电控部分与液压控制部分的联络部件，即接口装置。下面简述其工作原理。图功频电液控制系统原理图一汽轮机；一发电机；一调节阀门；油动机当外界负荷增加时，汽轮机转速下降，测频单元感受了转速变化，产生一个与转速偏差成比例的电压信号，输入到控制器，经运算后输入到电液转换器的感应线圈，当线圈的电磁力克服了弹簧的支持力后，使高压抗燃油（油）进入油动机底部，使油动机上行开大了调节阀门，增大了汽轮的功率，与外界负荷变化相适应。汽轮机的功率增加后，测功元件感受到了这一变化后，输出一负的电压信号，到控制器，如果，且两者的极性相反，其代数和

7、为零，此时的输出不变，因此控制系统的一个过渡过程动作结束。当外界负荷减小时其控制过程与上述相反。当新汽压力降低变化时，在同样阀门开度下汽轮机的功率减少，这时测功单元输出电压信号减小，因此在入口仍有正电压信号存在，使输出信号继续增加，经功放、电液转换器和油动机后又开大调节阀门，直到测功元件输出电压与给定电压完全抵消时，即使的入口信号代数和为零时才停止动作。由此可见，采用了测功单元后可以消除新汽压力变化对功率的影响，从而保证