第四章汽輪機的調節保護系統

第一節汽輪機的調節系統一、汽輪機調節系統的作用

在外界負荷變化時，及時地調節汽輪機功率，以滿足用戶用電量變化的需要；同時保證汽輪發電機組的工作轉速在正常允許范圍之內，保證供電質量。分析：負荷與轉速的關系：汽輪機受著兩個力矩的作用：蒸汽主力矩和電磁阻力矩。穩定工況下，蒸汽主力矩等于電磁阻力矩。負荷增加時，電磁阻力矩大于蒸汽主力矩，機組轉速下降；負荷減小，蒸汽主力矩大于電磁阻力矩，機組轉速增加。二、汽輪機調節原理調節系統感受轉速的變化，并根據轉速變化改變調門開度，改變汽輪機進汽量，使蒸汽主力矩與電磁阻力矩重新達到新的平衡，并維持汽輪發電機轉速基本不變。如圖：離心式調速器調節系統液壓調節系統組成：調速器錯油門（滑閥）油動機調節閥外界負荷減小轉速增加滑環上移滑閥上移油動機活塞下移調門開大滑閥下移至斷油位置調速器ABCp0泄油泄油離心式調速器調節系統簡圖傳動齒輪滑環杠桿錯油閥油動機調節閥壓力油回油bac徑向鉆孔泵調節系統徑向鉆孔泵調節系統：徑向鉆孔泵與汽輪機主軸連在一起，汽輪機轉速的變化導致徑向鉆孔泵出口油壓的變化。三、汽輪機調節系統的組成給定值轉速感受機構配汽機構汽輪機n(轉速)反饋機構滑閥油動機（一）感應機構1、作用：感受汽輪機轉速的變化，并將其轉變成其它物理信號（位移、油壓）。2、感應機構的類型：機械式、液壓式（徑向鉆孔泵調速器、旋轉阻尼調速器）（二）傳動放大機構1、對調速器（感應機構）的輸出信號進行傳遞放大。輸入是：調速器送來的位移或油壓輸出是：油動機活塞的位移2、傳動放大機構按工作原理分成斷流式和貫流式兩種。斷流式：穩定狀態時錯油門處于斷開位置，油動機中沒有油流動。貫流式：通過改變油口的面積（即改變油口的節流程度），使油壓產生較大的變化值，以獲得較大工作能力的放大機構。如壓力變換器。3、調節系統的負反饋：錯油門動作引起油動機動作，而油動機的動作又引起錯油門向相反的方向動作。

負反饋的作用：使調節系統穩定。4、油動機的類型（三）配汽機構（執行機構）1、作用：將油動機的位移信號轉化為蒸汽流量信號。2、配汽機構組成：開啟（傳動）裝置、調節閥國產汽輪機多采用噴嘴調節法控制汽輪機的進汽量。提板式傳動機構的調速汽閥：正確調整調速汽閥的重疊度（當前一個調速汽閥后蒸汽壓力達到閥前壓力的90%時，下一個調速汽閥應隨即開啟）（四）調壓器（供熱機組特有裝置）：調節供汽壓力，使其在一定的變化范圍內。原理：調壓器滑閥下部蒸汽的作用力和上方彈簧的作用力相平衡。滑閥處于某一平衡位置。當蒸汽壓力變化時，滑閥運動，改變脈沖油口的大小，引起脈沖油壓改變，從而使錯油閥和油動機及調速汽閥改變。Pnp△m配汽機構特性曲線傳遞特性曲線調速器特性曲線調節系統靜態特性曲線調節系統的四象限圖cPn四、調節系統的靜態特性曲線1、穩定工況下，汽輪機轉速與功率之間的關系稱為調節系統的靜態特性曲線。

2、調節系統的速度變動率

汽輪機空負荷時的穩定轉速與滿負荷時的穩定轉速之間的差值與額定轉速之比的百分數稱為調節系統的速度變動率。取δ=3%～6%np速度變動率決定了靜態特性曲線的傾斜程度速度變動率對機組運行的影響：單機運行：npP2n2P1n1調節系統使機組轉速沿靜態特性曲線變化并網運行速度變動率決定了外負荷變化時的轉速變化量n’2機組單機供電外負荷變化時汽輪發電機組在并網運行期間，其轉速與電網頻率對應，電網中所有發電機組輸出功率的總和與所有負載消耗功率的總和平衡時，電網頻率保持穩定。也就是說，并網機組的轉速是由電網中所有機組共同調節的。當外負荷變化時，電網所有機組的總功率與電負荷失衡，引起電網頻率變化，要求并網機組迅速按各自靜態特性曲線改變功率，使電網變化等于總負荷變化，減少電網頻率的變化量，這個過程叫做一次調頻。在參加一次調頻的各機組間以兩臺機組并列運行為例說明電網總負荷變化量如何分配？P1n1nPnPn2P2△P1△P2在外負荷變化引起電網頻率變化時，參加一次調頻的機組按照各自速度變動率自動分配總負荷變化量。速度變動率小的機組，承擔負荷變化大，一次調頻能力強。速度變動率大的機組，承擔負荷變化小，一次調頻能力弱。不同機組對速度變動率的要求尖峰負荷機組較小，一般為3%～4%，一般的范圍為3%～6%也不能過小nP極端情況機組功率在零負荷和滿負荷間晃動，不能穩定運行。np30003180甩全負荷后，機組轉速穩態變化量3270nt30003180動態過程轉速最大超調量一般為3300機組超速保護動作轉速帶基本負荷機組較大，一般為也不能過大4%～6%，3、遲緩率P2P1PnP0

調節系統，升速過程和減速過程各有一根靜態曲線，不相重合，形成一條帶狀，它表示該調節系統阻力的大小，通常用調節系統的遲緩率表示。n1,n2表示在機組同一功率下的最高和最低轉速n0是汽輪機的額定轉速遲緩率越小越好液壓調節系統功頻電液調節系統汽輪機單機運行，遲緩率引起機組轉速自振汽輪機并列運行，遲緩率引起機組的功率的晃動nPnPP0五、同步器與二次調頻一次調頻結束后電網頻率不合格怎么辦？一次調頻不能保證頻率在合格范圍內電網頻率變化時，并列運行機組按照速度變動率自動分配負荷電網頻率不變時，如何改變機組負荷？運行中機組負荷的擺動值與調節系統的遲緩率成正比，與調節系統的速度變動率成反比。nPP2n2P1n1平移靜態特性曲線維持轉速不變二次調頻，電網頻率不正常時，通過平移某些機組的靜態特性曲線，增加或減小這些機組功率，以恢復電網的正常頻率，這稱為二次調頻n2△P2△P1+n1P1P2△P1nPnP藍色箭頭表示什么過程？棕色箭頭表示什么過程？abc在機組負荷不變時改變轉速；作用nP△P2nPP’2n1P2P1△P10外負荷不變，網內機組如何改變所帶負荷，例如某機組需停機檢修，怎么辦？凡是能夠平移調節系統靜態特性曲線的裝置稱為同步器同步器實質上是人為改變調門開度的機構。（如圖）在轉速不變時改變負荷。目的不同一次調頻減少電網頻率變化量，但不能保證頻率在合格范圍內

二次調頻把電網頻率調整到合格范圍

要求不同一次調頻：快速性二次調頻：精確性一次調頻與二次調頻的異同點：相同點：都是由于電網總功率與總負載平衡被打破，都會引起電網頻率變化引起的原因不同一次調頻外負荷變化二次調頻外負荷不變，主動改變某些機組的功率六、汽輪機運行對調節系統靜態特性的要求nP0非線性轉速感受機構特性配汽機構特性中間放大傳遞特性實際調節系統靜態特性曲線并非直線合理的特性曲線的形狀連續，平滑，單調，無突變點連續向功率增加方向傾斜向下不允許有水平段（1）并列容易（2）低負荷時負荷變動較小（3）滿負荷時不會過載零負荷、低負荷及滿負荷處較陡中間區域較平坦使整體速度變動率在合格范圍內，且保持一定的一次調頻能力中間段的最小局部速度變動率不得小于整體速度變化率的40％七、典型調節系統簡介徑向鉆孔泵調節系統：第二節汽輪機的保護裝置汽輪機保護裝置的作用：在機組故障時，能及時迅速地切斷汽輪機的進汽、迅速停機，避免事故擴大。按照電力生產法規汽輪機基本的保護有：超速保護、軸向位移保護、低油壓保護、低真空保護。一、自動主汽門（汽輪機保護裝置的執行機構）1、作用：在啟動過程中用以控制汽輪機轉速，從而控制暖機速度（高壓汽輪機用電動主汽門的旁路閥啟動）；保護裝置動作時，迅速切斷汽輪機進汽，保證設備的安全。2、原理：油動活塞下的油壓與彈簧力平衡，當需要緊急停機時，手打危急保安器或保安器自動動作后，油動活塞下的油被泄掉，油動活塞便在彈簧力的作用下被迫關閉。主汽閥操縱座（主汽閥油動機）和主汽閥（大、小閥碟）要求主汽閥關閉的時間不大于1s。二、超速保護裝置1、作用：當汽輪機轉速達到額定轉速的110%~112%時，動作停機。2、超速保護裝置的組成危急遮斷器：感受汽輪機是否超速（超速的發信觸發裝置）。安裝在汽輪機轉子前端徑向鉆孔泵的短軸上，由汽輪機主軸驅動。有飛錘式和飛環式兩種。危急遮斷油門：保護的執行機構，泄掉安全油，關閉主汽門。3、工作原理在危急遮斷器動作轉速內，壓縮彈簧的緊力大于飛錘或飛環質量偏心所產生的離心力。當達到動作轉速后，后者的離心力遠遠超出彈簧的預緊力，飛錘或飛環擊出，使危急遮斷油閥動作，關閉主汽閥、調速汽閥等，使機組自動停機，達到防汽輪機嚴重超速的目的危急遮斷器三、軸向位移保護1、作用：為防止汽輪機轉子因軸向推力過大產生較大軸向位移，造成動、靜摩擦，因此當轉子軸向位移超限時，軸向位移保護裝置發出信號，執行停機。2、軸向位移遮斷器（中小型汽輪機采用，而大機組采用：電磁感應式軸向位移保護裝置）工作原理：正常運行時，噴油嘴和擋盤的間隙為0.5mm，當間隙為1.2mm時，即軸位移為0.7mm時，噴油嘴的排油量增加，而與此相聯的滑閥下部油室油壓下降，滑閥在上部彈簧力作用下下移，引起高壓油進入脈沖油路，使脈沖油壓升高，調節汽閥關閉。同時使主汽閥油動活塞下方的油經磁力斷路油閥、危急遮斷油閥，從軸向位移遮斷器的油孔排出，主汽閥關閉。3、磁力斷路油閥（一種綜合性的電動保護裝置）作用：當機組出現異常，如超速、潤滑油壓低、真空惡化、背壓機的背壓低至極限值、發電機跳閘等，只要電磁回路接通，磁力斷路油閥就動作停機。工作原理：當電磁鐵回路接通時，磁力斷路油閥動作，使主汽閥油動機活塞下方的壓力油經排油口排走，主汽閥立即關閉。同時高壓油經油口進入脈沖油路，使脈沖油壓升高，調速汽閥迅速關閉。四、低油壓保護作用：為防止汽輪機組軸承因斷油燒壞引起重大事故，當油壓低于規定值時，則根據油壓降低的程度，依次發出報警信號、啟動交流潤滑油泵及直流潤滑油泵、停機及停盤車。五、低真空保護作用：當真空值低于某規定值時，為防止軸向推力過大，排汽溫度過高等事故，低真空保護自動動作，限制機組的負荷或停機。第三節汽輪機的供油系統一、供油系統的作用1、向調節系統、保護裝置供高壓油2、向汽輪發電機組的各個軸承供低壓潤滑油，用來潤滑并冷卻軸承。二、供油系統的組成如圖：1、油箱：儲油并分離油中的水分、沉淀物及空氣。2、主油泵：裝在汽輪機主軸前端正常運行時，向系統供油。3、啟動油泵（調速油泵）：在啟動過程中代替主油泵向系統供油。當主油泵投入運行后作為備用。4、交流潤滑油泵（事故油泵）：在機組故障或停機后盤車過程中向潤滑系統供油。5、直流潤滑油泵(事故油泵)：當交流潤滑油泵故障或廠用電失去時投入，保證機組順利停機。6、冷油器：控制潤滑油溫在一定的范圍內（3545℃）。冷油器中水側壓力應低于潤滑油側壓力，油側壓力一般0.15Mpa左右，水側壓力0.12Mpa左右，防止水進入油系統中使油質變差。7、注油器：利用少量高壓油獲得大量低壓油，向主油泵入口及軸承潤滑系統供油。如圖：以汽輪油泵作為啟動油泵，電動油泵作為輔助潤滑油泵。第四節典型機組調節系統CB12-4.9/1.177/0.172汽輪機徑向鉆孔泵調節保安系統一、調節系統

調節系統由壓力變換器及同步器，高壓進汽一號錯油閥及油動機；中間調節抽汽二號錯油閥及油動機，背壓調整器及抽汽調整器等組成。高壓油動機控制著6個提板式調速汽閥，低壓油動機控制著旋轉隔板，實現對抽汽壓力的調節。脈沖油泵作為轉速感應元件，同時向調節系統和潤滑油系統供油。汽輪機可按電負荷運行（功率調節），也可按熱負荷運行（壓力調節，轉速調節退出工作）。電負荷及熱負荷不可同時調節。調節系統的主要參數：速度不等率4%；抽汽壓力不等率10%；背壓不等率10%；同步器轉速調整范圍-4%~6%；調節系統遲緩率0.3%；主油泵在3000rpm時，出口油壓1.2MPa，入口0.1MPa；穩定負荷連續運行時轉速瞬間變化不大于±０．５％；汽輪機甩掉全負荷時，最大轉速飛升不大于８％。壓力變換器作為轉速調節的放大元件，將脈沖油泵的一次油壓轉換為壓力變換器滑閥的位移，改變１、２號脈沖油壓，使１、２號錯油閥及高低壓油動機動作，改變汽輪機功率。

抽汽壓力調節器及背壓調節器，是抽汽及背壓的感應元件及放大元件，壓力變化時，使調壓器１、２號脈沖油壓窗口開度變化，脈沖油壓變化，高、低壓油動機動作。調節系統的四種工況：１、以電負荷運行抽汽調壓器和背壓調壓器不投入，以轉速調節部分控制汽輪機運行。２、按兩種熱負荷方式運行按此方式運行時，機組必須并入電網，并用同步器帶上１／３的負荷，分別投入抽汽壓力調壓器及背壓調壓器。排汽壓力