汽轮机-调节系统n

Centaur 40 燃气轮机
发电机
VP40(98)-006
Centaur 40 发电机组
VP40(98)-007
Centaur 40双轴燃气轮机
喷嘴壳体和喷嘴总成
排气收集器
燃料喷嘴 压缩机扩散器总成 压缩机壳体总成 压缩机转子总成
附属驱动装置总成
涡轮排气扩散器 驱动轴总成
燃烧室总成 气体燃料歧管 压缩机可变导叶总成 进口空气总成
有二次调频的能力。
图2-5负荷—转速串级控制
燃气轮发电机组的功率－频率静态特性根据其 采用的调节算法而不同。当转速采用P 调节时, 其静态特性见图2-6 。
在P 调节作用下,稳态时实际转速n 与其给定值 nc 是有差的。在不同的转速给定值nc 下，Ne －n 的静态特性线不同； nc 越高,稳态时同一 转速值所对应的功率Ne 越高；在同一nc 下， Ne 随着n 的升高而降低。
－转速的串级调节策略；外回路为功率调节 回路，它根据功率偏差ΔNe = Nec - Ne 来改 变转速设定值nc , 为保证功率的无差调节，外 回路中设置积分器；内回路为转速的P调节算 法，它根据外回路输出的转速给定值进行有 差调节，输出为燃料量指令Gf。
图2－9
图2－4
有差转速控制算法
• 根据要求的转速基准信号(Speed Reference）TNR与实际转速 TNH之差，正比例地改变FSR，实现
产品改进
• 使用Centaur 50 叶片,挡板和轮盘 • 减小叶片应力
标准 Centaur 40 动力涡轮 转子
改进转子采用Centaur 50挡板叶片 设计和 Centaur 40 轮毂
VP40(98)-015
Centaur 40 燃气轮机

青岛捷能汽轮机之汽轮机调速系统篇青岛捷能汽轮机之汽轮机调速系统篇电调一：自动调节1、自动调节：使被调量或被调参数按要求规律变化。

2、蒸汽轮机自动调节的基本方法：● 汽轮机的工作介质：蒸气● 发电用汽轮机的能量转换过程：蒸汽的内能——轴系的机械能（动能）——电能● 函：● 汽轮机的功率公式：N=D0xΔHxη0i/3600 KWD：蒸汽流量 kg/hΔH：蒸汽透平的绝热函降 kJ/kgη0i：汽轮机的内效率N：功率● 被调量或调节参数：表象看：转速、功率、排汽压力、进汽压力、抽汽压力等●实际调节量或参数：蒸汽流量、调节汽阀的开度I二：电调系统的定义、分类和组成1、电调系统的定义：在全液压调节的基础上，某些环节由电子产品所代替的调节系统。

优点：精度高、更稳定、操作方便缺点：安全性能低——通过冗余和保护来解决2、分类：厂内产品：KD系列 K系列按反馈方式分：电反馈、液压反馈、机械反馈按所选用的电调产品分：Woodward系列、ABB系列、HLS系列、新华系列等号管放大机构/运算机构压力变换器错油门CPU、调节滑阀错油门CPU错油门CPU错油门执行机构油动机、调节汽阀连杆油动机、调节汽阀连杆油动机、调节汽阀连杆油动机、调节汽阀连杆反馈机构杠杆、反馈套筒反馈套筒、节流孔位移传感器杠杆三：常用的电调产品及介绍（1）组成：数字调节器+电液转换器（2）厂家：WoodWard、HLS、新华等（3）作用：数字调节器（CPU）：采集各种需要的数据和接收用户的指令，按照预先设定的程序进行运算、判断、比较等操作，决定输出的状态或大小。

指令电液转换器：把数字调节器输出的电信号转换成一定的液压信号(5)外观：505/505E：正面：显示屏、数字键、功能键、选择键等背面：接线端子、通讯接口、电源接口(6)输入/输出（以505E为例）输入：模拟量 8个 2个必选（转速输入）+6个可选开关量 16个 4个必选：停机NC、复位、转速升、转速降12个可选（如果是发电用机组，GB（发电机油开关）和TB（电网油开关）是必选的）输出：模拟量 8个 2个必选（执行器）+6个可选开关量 8个 2个必选：报警、停机NC6个可选（7）电源：三种 24VDC110VAC/110VDC220VAC505E/505本身具备断电延时功能，以便断电时顺利地切换到UPS供电。

由于电网中绝大多数属于第二类 负载有功功率与频率成正比变化的负载
外界负荷减小时，阻力矩减 小，主力矩如不变，则转速 升高
当外界负载条件一定时，电 磁阻力矩是随转速的增加而 迅速增加。
➢ 在平衡状态下，Mt1=Me1，
d 0
dt
➢ 则角速度ω=常数，转速n=常数，机组稳定在某一转 速下运行。
Mt1与Me1两曲线交点A， 即为平衡工况点。 转速为na
随着转速的升 高，主力矩逐 渐减小。
电磁阻力矩与转速关系取决于外界负载的特 性，电网中的负载大致可分为三类
➢ 频率变化对有功功率没有直接影响的负载， 如照明、电热设备等；
➢ 有功功率与频率成正比变化的负载，如金 属切削机床、磨煤机等；
➢ 有功功率与频率成三次方或高次方变化的 负载，如鼓风机、水泵等。
转 速 变
化
Δn
油动机
错油门
Δx
感受机构 （调速器）
传动放大机构
负反馈 （杠杆）
机械液压调节系统 (MHC ) (mechanical hydraulic control)
汽轮机的调节系统采用机械元件作为控制器，转速 作为控制信号，而执行器采用液压元件。
1.机械液压调节系统的调节功能比较单一，只能根据转速 变化信号进行调节----外扰
汽轮机的主力矩可用下式表示
Mt
1000PT
1000PT
2 n
60
9549 PT n
PT——汽轮机内功率（kW）；
➢ 若将 PT=G△Htηri代入上式则得
Mt
9549tri
G n
△Ht——汽轮机理想焓降（kJ/kg）； ηri——汽轮机的内效率；
G——汽轮机的蒸汽流量（kg/s）。

汽轮机调速系统常见故障及解决方法摘要:随着我国的社会经济的不断提升，广大的人民群众对于日常生活中的各个方面的工作要求越来越高了，尤其是电力输送方面。

在近年来相关的民生新闻以及调查结果来看，电力输送方面的问题开始呈现出一种逐年增长的趋势，其中的主要原因就是汽轮机的调速系统经常会出现一定量的问题，导致电力的生产也出现了消极的反应。

所以说，面对着这种情况，我们必须做出一些相关的解决措施，以保证相关联的共享工作能够顺利的进行下去。

再有，随着社会经济的发展，其中各项工作对于电力的需求一定会是只增不减的。

所以，在接下来的文章中，我们将会对汽轮机调速系统中存在着的常见故障进行详细的分析阐述，并且针对这些问题还会提出一些建设性的解决措施和解决方案。

关键词:汽轮机；调速系统；常见故障；解决方法；研究分析引言随着时间的推移和时代的不断改革创新，我国的广大人民的基本生活水平也得到了非常巨大的提升，但是在这种发展情况之下，我国广大的人民群众对于日常生活中的各种基本需求也有了更加高的要求，其中一项就是对于日常生活中的电力需求。

众所周知，火力发电是目前我国比较主流的一种电力生产方式，而汽轮机则是火力发电结构当中非常重要的一项动力组成，所以在本文中我们将对火力发电中的汽轮机调速系统的常见故障进行一定的阐述，并且针对这些比较常见的故障我们会进行一定的研究分析，试图提出一些建设性的解决方式、方案。

一、目前火力发电中汽轮机调速系统的原理汽轮机是高速旋转的机械，它将热能转换为动能，驱动发电机转动，发电机将动能转换为电能，输送到电网。

汽轮机调节系统有机械、液压和电液等基本类型，均以转速、功率和蒸汽压力作为控制对象汽轮机是高速旋转的机械。

对于不同类型的汽轮机，按照其对象特性和运行方式，配置有不同类型的调节系统。

汽轮机调节系统是以汽轮机转速、发电机功率和可调整抽汽压力为被调量，实施调节与控制，使其按一定规律变化，以满足机组运行要求。

在机组启动过程中调节、控制汽轮机转速;机组并网后调节、控制输出功率;在机组甩负荷时控制转速的飞升。

一次调频 外负荷变化
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
二次调频 外负荷不变，主动改变某些 机组的功率 评：电网对频率的主动调节
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
不同点：
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
迅速改变电网中参加 一次调频机组的功率
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
（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：
nmax nmin 100%
n0
n
nmax
nmin
速度变动率决定了 静态特性曲பைடு நூலகம்的倾 斜程度
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
不同机组对速度变动率 的要求 一般 的 范围为3%~6%
尖峰负荷机组 较小，一般为3%~4%， 也不能过小
n
0
带基本负荷机组 较大，一般为 4%~6%， 也不能过大
n
机组超速 保护动作
转速
P
n
甩全负荷 后，机组
3300 3270
3180 转速稳态
即(2850~3210) r/min
P0 P
第一节 汽轮机自动调节和保护的基本原理
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。
速度变动率对机组运行的影响

对象特性对动态特性的影响： 转子时间常数: 转子在额定驱动力矩下，转速由0上升到额
定转速所需的时间 中间容积时间常数：以额定工况进汽量向中间容积充汽，
使其空间中的蒸汽比容达到额定状态比容所需的时间 调节系统特性对动态特性的影响： 速度变动率： δ增大，则波动时间缩短，波动幅度减
小，但飞升转速提高。 滞缓率：越小越好 油动机时间常数：增大，则抗内扰能力提高，但飞升转速
摩擦阻力矩
随转子转速的增加而增大
同步发电机特性
同步发电机的端电压决定于无功功率，频率决 定于有功功率。
无功功率决定于励磁，有功功率决定于原动机 的功率。
故电网的电压调节归励磁系统，频率调节归汽 轮机的功率控制系统。
汽轮机的主蒸汽系统简化结构
Ｓ
电
自
动
动
主
主
汽
汽
门
Байду номын сангаас
门
汽轮机
调 节 汽 门
力小 满负荷防止过载，静态特性曲 n2
线也较陡
带基本负荷的机组，在额定负
荷下陡一些，调峰机组特性曲
P
线较平
同步器的作用
同启 控动步制时器汽:外轮界机负进荷汽不量变，,能够改变调节nn阀1 开度的机构
控制升速过程中转速，
n2
创造并网条件。
并网带负荷后
当外界负荷大幅度波动时，调整同步器位置能 P 改变调节系统静态特性曲线（平移），使机组
一、设置调节系统的原因：
供电品质：电压，频率，相位 频率的稳定取决于原动机出力和电网负载
的平衡。 维持频率的稳定要求：原动机出力＝负载 汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求
进行调整。

（3）执行机构。 作用是接受放大后的调节信号，调节汽轮机的进气量， 即改变汽轮机的功率。 （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。当汽 轮机进汽量改变时，汽轮发电机组发出的功率、转速也发 生相应的改变。
第三节
汽轮机调节系统的 静态特性、动态特性
一、汽轮机调节系统的静态特性
稳定工况下，汽轮机的功率与转速之间的对应关系称 为调节系统的静态特性。 （一）四方图
三、油动机
我国电站调节系统中主要采用断流式双侧进油或单 侧进油两种型式油动机。
优点：体积小，提升力大 双侧进油断流式 缺点：一旦压力油失去无法调节 单侧进油式 优点：失去压力油时能关闭汽门 缺点：提升力小，体积大
图4-28 油动机原理方框图
对油动机的性能评价，在静态方面是提升力系数，在 动态方面是时间常数。 1、最大提升力和提升力系数 产生开启汽门的最大提升力：
1 2 0 d
2 dm p p Q Q A nsb d
1 2 m s 0 d
当错油门油口为最大开度 S max 时，油动机活塞腔室的 进、排油量达到最大值，即
Q
max
ns b
max
1
s

p p
0 d
油动机时间常数Tm 表示在错油门滑阀油口开度最大时， 油动机活塞在最大进油条件下走完整个工作行程所需的时 间。即：
dn P 100% dP n
0 0
机组在满负荷附近，过小的速度变动率在电网频率降 低时容易使机组过载，危及机组的运行安全，所以，在机 组满负荷处的速度变动率也应取得大一些。 曲线形状要求： 1、沿功率增加方向向下倾斜； 2、连续、平滑不应有突跃点和水平段； 3、在空负荷、较低负荷和满负荷处较陡

恒压变量柱塞泵外形图
系列柱塞泵结构剖面图
供油泵工作状态
•输出压力为14.5MPa时→高压油推动控制阀→ Q↓ •输出流量等于所需流量时→变量机构维持某一位置 •系统需增加或减少流量时→变量机构改变输出流量 →维持系统压力14.5MPa •系统瞬时需要增加流量时→蓄能器参与供油
建议：1、两台泵2周至一个月互相切换一次；
• 1.转子飞升时间常 数
• 2.中间容积时间常 数
• 3．转速变动率 • 4.油动机时间常数 • 5.迟缓率
DEH系统概述
第三节 功频电液调节系统
•
功率－频率电液调节系统是指系统中采用转
速和功率两个控制信号，测量和运算采用电子
元件，而执行机构仍用油动机的调节系统，简
称“功频电调”。
•
一、功频电液调节系统的基本工作原理
Mpa(g） • 为机组轴承和盘车供润滑油；（轴承油压
0.0785~0.118Mpa(g) ） • 为发电机供氢密封油； • 为机械超速遮断及手动遮断供安全油； 2、高压抗燃油系统（EH油系统） (磷酸脂抗燃油 12~14 Mpa(g ),燃点5600C 以上.） ▪ 为调节系统供控制油
三、润滑油系统设备介绍
供油装置设备
●蓄能器：系统瞬间用油量很大时，参与供油。
泵出口处一套：25L (高压) 执行机构中四套：40L (高压) 回油路中四套：10L (低压)
①高压蓄能器 PN2 ：8.96MPa
检测：
PN2 ＜8.3 MPa充氮
N2
2 HP 1
②低压蓄能器 检测：
PN2 :0.21MPa PN2 ＜0.163 MPa充氮
态特性确定机组功率变化请求信号。 有多种运行方式，可自动/手动切换

图3-7中的高压调节阀的顺序阀开启顺序
可设计为GV1/GV2，GV3 GV4，即GV1和
GV2同时开启，然后是GV3，GV4最后开
启。关闭顺序与此相反。 高压缸配汽
高压调节阀GV2
高压调节阀GV4
Ⅱ
Ⅳ
高压调节阀GV3
Ⅲ
Ⅰ
高压调节阀GV1
高压主汽阀TV1
高压主汽阀TV2
过热器蒸汽 图3—7汽轮机阀门布置图
4
4
4
LiSIN LiSEQ Li
i 1
i 1
i 1
显然，这个问题有很多解。为简化问题， 可以设定边界条件：
Li Fi (LiSIN , LiSEQ )
满足该边界条件的最简单解是
Li kSIN LiSIN kSEQ LiSEQ
式中：kSIN为单阀系数；kSEQ为顺序阀系数。 当阀门处于单阀方式时：kSIN =1, kSEQ=0 当阀门处于顺序阀方式时： kSIN =0, kSEQ=1
图3-9 顺序阀控制各阀位计算
高压调节阀阀位指令及阀切换
在单阀／顺序阀方式切换时，一个很重 要的问题是尽量避免阀门的抖动和负荷的 波动，做到均衡平稳地切换。为此，要求 阀门管理回路在实现方式切换期间，保持 通过阀门的总流量不变。为此，把整个切 换分成若干步进行，经过若干个有限的控 制周期完成切换。
控
制
调 节 投 入级 压 力
并 网
机 及 阀 门
液 转 换 、 油
动
蒸 汽 容 积
投
控
入
制
调
频
投
K1
入
频率 校正
调节级压 力测量
功率 测量
中
、
中 间 再 热 器

中华人民共和国电力行业标准汽轮机调节控制系统试验导则DL/T 711－1999中华人民共和国国家经济贸易委员会E54备案号：6791—2000中华人民共和国电力行业标准DL/T 711－1999汽轮机调节控制系统试验导则Test guide of steam turbine governing system2000－02－24 发布2000－07－01 实施1 范围 (4)2 引用标准 (4)3 术语、符号、定义和单位 (4)4 技术规范和要求 (6)5 试验准备 (9)6 保安系统试验 (10)7 调节系统静态特性试验 (13)8 调节系统动态特性试验 (15)9 编写试验报告 (22)附录A(标准的附录)汽轮机调节控制系统方框图 (22)附录B(标准的附录)测功法甩负荷试验结果的修正方法 (23)附录C(标准的附录)调节系统空负荷试验改变转速的方法 (23)附录D(提示的附录)国产典型机组动态参数 (24)附录E(提示的附录)常规法与测功法甩负荷试验方法的特点 (24)中华人民共和国国家经济贸易委员会发布前言本导则是根据原电力工业部下达的1998年电力行业标准计划项目(综科教［1998］28号文)的安排制定的。

该导则规定了汽轮机调节控制系统的性能标准，提出了统一的静态、动态和保安系统的试验方法，以及对试验仪器、仪表的要求。

为电站驱动发电机的汽轮机机械型、液压型、电液型调节控制系统的调整试验、验收试验和考核试验的标准和方法提供依据。

导则中的规定与要求，根据我国的国情，综合了国内外有关标准，力求与国际标准接轨。

调节控制系统的基本术语、专业术语和技术规范，参照了IEC标准。

试验方法以我国有关规程的规定为基础进行编制，增加了试验项目，使导则内容更加规范化、标准化和实用化。

本导则的附录A、附录B、附录C都是标准的附录。

本导则的附录D、附录E都是提示的附录。

本导则归口单位：电力行业电站汽轮机标准化技术委员会。

汽轮机DEH调节系统简介四、汽轮机DEH调节系统简介' E8 Q2 J1 Z- E" \调节系统的发展大致经过了以下几个阶段：机械式调速器调节系统，液压式调速器调节系统，模拟式功频电液调节系统(AEH)，数字式功频电液调节系统(DEH)。

目前大机组上广泛采用了DEH调节系统。

（一）DEH调节系统的原理( J5 _5 k9 h0 W5 o8 vDEH调节的原理方框图如图3.5.4所示，该系统与AEH系统的主要区别是用数字计算机代替原有的调节器。

c `; r; y6 l$ {/ ]; B数字计算机又称为中央处理单元，调节算法程序预先编好存于计算机中，当转速、功率和给定信号输入计算机时，计算机按程序计算结果输出信号，经过处理后控制调节汽门。

采样器是将实测的功率和转速模拟量信号输入模／数转换器(A／D)。

模／数转换器用来将模拟量转换成数字量；数／模转换器(D／A)是将数字量转换成模拟量。

电液伺服阀即电液转换器，用来将电气信号转换成油压信号，以驱动油动机。

, M' d) p5 }* L8 t 由方框图可见，转速和功率信号形成两个反馈回路，当外界负荷变化时，汽轮机转速变化，频率采样器产生的模拟电压信号通过模数转换器转换成数字量，转速变化的数字量输入计算机，计算机输出计算结果，经过数模转换器输出模拟量，此信号再输入电液伺服阀，从而控制阀门开度，使汽轮机功率相应改变。

同理，功率变化信号也经过采样器和模数转换器，其数字量输入计算机，将此信号与转速相应信号比较，当转速和功率两个信号的变化值相互抵销时，调节系统动作结束。

这就是DEH的简单调节原理。

7 l) {" D# n" }- `, f8 c) J: \. Z （二）DEH系统的组成# Y8 u* U0 X S/ N国产引进型300MW汽轮机调节系统采用的是DEHⅢ型控制系统。

如图3.5.5(请点击）为简化的DEH及其附属系统方框图。

如图中，通过调节系统使汽轮机的进汽量减小，Mt减小，如曲线1’ 所示，1’和2’的交点转速为nc，转速变化幅度小。
（3）为保障事故工况的安全设置保护系统，在调节汽门前设置主汽门， 使事故时主汽门和调节汽门同时快速关闭，使机组快速停机。
调节系统的任务：
（1）及时调节汽轮发电机组所发功率，以满足用户数量上的要求； （2）调节汽轮机转速，维持在允许的工作范围内； （3）在危急事故工况下，快速关闭调节汽门或主汽门，使机组维持空转
三、调节系统任务
（1）设置调节系统原因： 自平衡能力的缺点：
负荷的可变化范围不大，不能满足外界从零负荷到满负荷的需要； 负荷变化时，靠自平衡能力转速波动太大，负荷变化10％，转速变化
20%-30％，而电力规范规定转速波动<=30转/分。
（2）当外界负荷变化，通过调节汽轮机的进汽量或焓降来改变功率，与 外界负荷变化相适应，同时稳定机组转速在允许范围内。
4、Me与n(w)关系―发电机特性
（1）第一类负载：所消耗的功率与转速无关，是纯电阻负载，如电炉，照明 （2）第二类负载：所消耗的功率与转速一次方成正比，如车床 （3）第三类负载：所消耗的功率与转速的立方成正比，如水泵，风机 各种负载组成了发电机的电磁反力矩。
结论：
（1）同样的负载设备下，n增大，Me增大 （2）负载设备减少，Me减小
（5）反馈机构(feedback control)
总结：调速系统的三大组成部分
（1）转速感受机构 作用：感受汽轮机转速的变化，并把它转换成其他物理量变化。
（2）传动放大机构
作用：把转速感受机构来的信号进行放大，然后带动配汽机构进行调节。 图中包括错油门，油动机，传动放大杠杆，反馈杠杆等。 （3） 配汽机构 接受传动放大机构的控制，通过改变阀门开度，改变进汽量和蒸汽焓值， 以改变汽轮机功率，使之与外界负荷相适应。