汽轮机及辅 助设备（常家芳）汽轮机(一 3) - 图文

第四章 汽轮机调节与保护

4.1 汽轮机调节系统的基本原理及组成 4.1.1 汽轮机自动调节的任务

电能的产生具有无法储存的特点，决定了发电厂必须随时根据电力用户的需要来改变电能的产量。也就是当用户的用电量发生变化时，汽轮机的输出功率必须作出相应的改变，以使发电机发出的电能适应电力用户的要求。

汽轮发电机组的电功率主要取决于汽轮机的进汽参数、排汽压力和蒸汽流量。如果汽轮机的进汽参数和排汽压力均保持不变，则机组发出的电功率基本上与汽轮机的进汽量成正比。因此，当电力用户的用电量，即外界负荷增加时，汽轮机的进汽量应增大；反之，则进汽量应减少。

如果外界负荷增加（或减小）时，汽轮机的进汽量不相应增大（或减少），则汽轮机的转速将会自行减小（或增大），以使汽轮发电机组发出的电功率与外界电负荷相适应，机组将在另一转速下运行，这就是汽轮机的自调节性能。

由于外界电负荷的变化常常是很大的，如果仅仅依靠自调节性能，将会使汽轮机转速经常性产生很大的变化。特别是当发电机出线端发生故障，甩去全部负荷时，汽轮机将出现最大的转速飞升。所以，仅仅依靠汽轮机的自调节性能，必将发生严重事故。此外，仅依靠自调节性能，还会与汽轮机运行的客观要求不相符合。除了不能保证电能质量（电频率、电压）外，还会使汽轮发电机组并网发生困难。当转速变化很大时，汽轮机的速度比变化很大，效率就降低。所以，汽轮机的自调节性能无法满足运行的要求。

于是，就必须在汽轮机上安装自动调节系统，利用汽轮机转速变化的信号，对汽轮机进行调节。因此，调节系统的任务是：当外界负荷改变，汽轮机转速有一很小变化时，就自动改变进汽量，使机组发出的功率与外界电负荷相适应，并保证调节后机组转速的偏差不超过规定的范围。

95

4.1.2 调节系统的类型

根据调节系统的原理和性能，可将其分为：直接调节与间接调节系统、有差调节与无差调节系统、速度调节与功率调节系统。下面分别介绍它们的工作原理和性能。

4.1.2.1 直接调节与间接调节系统

图1-79（a）为汽轮机直接调节系统示意图。当外界电负荷减小时，将使汽轮机转速升高，离心式调速器1的飞锤向外扩张，使滑环A向上移动，通过杠杆2关小调节阀，汽轮机的进汽量减小，汽轮发电机组发出的电功率也相应减小，从而与外界负荷建立起新的平衡；反之亦然。由此可知，自动调节系统不仅能使机组转速保持在一定的范围内，而且还能使进汽量与功率相平衡。该系统的基本原理可用图1-79（b）的方框图来表示。

图1-79 直接调节系统示意图和方框图

(a)示意图；(b)方框图

1－调速器；2－杠杆；3－调节汽门；

?－转速；?－调节汽门开度

在上述调节系统中，调节阀是由调速器本身直接带动的，所以称为直接调节系统。

由于调速器的能量有限，一般难以直接带动汽轮机的调节阀，所以将调速器滑环的位移通过油动机从能量上加以放大后，间接带动汽轮机的调节阀，从而构成间接调节系统。图1-80（a）是一种最简单的一级放大调节系统。利用调速器滑环带动错油门滑阀，再借助压力油的作用，使油动机带动调节阀。当外界电负荷

96

减小，转速升高时，调速器滑环A向上移动，通过杠杆2带动错油门5的滑阀向上移动；此时，错油门的上油口与压力油相通，而下油口则与排油口相通，压力油进入油动机上油腔，而其下油腔与回油口相通，所以在油动机活塞上形成较大的压差，推动活塞向下移动，关小调节阀，减小汽轮机的进汽量，从而使机组功率与外界相适应；反之亦然。

当转速升高，调速器滑环带动错油门滑阀上移时，油动机活塞向下移动，而油动机活塞的位移又通过杠杆带动错油门滑阀向下移动；当错油门滑阀恢复到中间位置时，压力油不再与油动机相通，活塞停止运动，机组就达到了新的功率平衡，调节系统也达到了新的平衡状态。

油动机活塞的运动是由错油门滑阀位移所引起的，而活塞位移反过来又影响错油门滑阀的位移，这种作用称为反馈，杠杆2称为反馈杠杆。由于油动机活塞对错油门滑阀的反馈作用与调速器滑环对错油门滑阀的作用是相反的，所以称为负反馈。

图1-80（b）为间接调节系统原理方框图。

图1-80 间接调节系统示意图和方框图

（a）示意图；(b)方框图

1－调速器；2－杠杆；3－油动机；4－调节汽门；5－错油门；

4.1.2.2 有差调节与无差调节系统

从图1-80（a）可以看出，当调节系统处于不同负荷的稳定工况时，调节阀的开度各不相同，油动机活塞的位置也相应改变。而在调节过程结束，调节系统处于稳定状态时，错油门滑阀必定处于中间位置。因此，通过杠杆的联系，调速器滑环也必然处于与油动机活塞位置相对应的另一位置，即汽轮机的转速将改变。

97

也就是说，当外界电负荷改变，调节系统动作结束后，机组并不能维持原来的转速，不同的负荷将对应不同的转速，只是转速变动的范围较小，这种调节称有差调节。

在有差调节中，采用的是刚性反馈，只要油动机活塞位置一定，就有一定的反馈量，而且不随时间的变化而变化。还有另外一种反馈，其反馈作用只发生在油动机活塞最初运动阶段；当调节过程结束后，反馈作用也就消失，这种反馈称为弹性反馈。采用弹性反馈可以做到无差调节。

图1-81为具有弹性反馈的无差调节系统原理图。缓冲油缸中，活塞上、下油腔中的油通过针阀控制的小孔相通，由于针阀的节流作用，油的流动很慢。当外界电负荷变化引起转速改变时，开始阶段可以认为缓冲油缸与其中的活塞没有相对移动，相当于一个整体。此时，调节系统与图1-80（a）的杠杆反馈的间接调节系统相同。稳定时，错油门滑阀处于中间位置，油动机活塞和调节阀的

图1-81 具有弹性反馈的无差调节

系统原理图

不同位置所对应的调速器滑环位置也不相同，是有差调节。但同时，因M点位置改变，上部与它相连的弹簧所受的拉力就发生相应的变化，使缓冲油缸的活塞慢慢移动，其移动速度由活塞上、下油腔中经针阀流过的油量决定。弹簧力使M点缓慢移动，与此同时也使错油门滑阀和油动机活塞相应移动，进行缓慢调节，直至M点恢复原来位置，弹簧力消失后才能不动；这时错油门滑阀也处于中间位置，调速器滑环恢复原先位置，即转速不变，称为无差调节。对于无差调节，在其整个调节过程中，最初阶段是有差调节，以保证系统稳定；然后才缓慢地让反馈量减小，使静态偏差变小，最终达到无差调节的目的。

无差调节常被应用于供热汽轮机的调节系统中，使其供热压力维持不变；而凝汽式汽轮机的速度调节系统中，一般不采用无差调节。

98

4.1.2.3 速度调节与功率调节

图1-79和图1-80所示的直接调节与间接调节系统中，都是以汽轮机的转速作为调节信号。即，根据转速的变化来控制调节阀的开度，改变汽轮机的进汽量的，因 …… 此处隐藏：1529字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……