1、第六章 汽轮机调节,哈尔滨工程大学核能科学与工程教研室,1.汽轮机调节的任务与型式,汽轮机是发电厂的原动机，驱动发电机旋转产生电能，向电力系统输送符合数量和品质（电压与频率）要求的电力。电能目前尚不能大规模储存的特点，决定着发电机输出的电能即发即用。在用户电力负荷（即电力消耗）要求改变时，发电厂应通过控制进入汽轮机的蒸汽量或蒸汽参数调整其功率输出，使发电机的电能适应外界电力负荷要求。同时在电网或热网出现事故时，又要能保证机组自身的安全。汽轮机的调节系统，就是为满足这些要求而设置的。 由发电机的运行特性知，发电机端电压决定于无功功率，无功功率决定于发电机励磁；电力系统频率决定于有功功率，即决定于
2、原动机驱动功率。因此，发电厂电压由发电机励磁系统调节，频率由汽轮机功率控制系统调节。,1.1汽轮机调节的任务,电力供应需满足的要求： 量的要求，满足电力用户对电力的需求。 质的要求，电压和频率达标。 供电频率过高或是过低，不仅影响供电的质量，而且影响电厂本身的安全和经济性。要求电网频率变动范围为0.5Hz，即转速变化范围为30r/min。 汽轮机与发电机的特性线： 汽轮发电机组运行时，作用在转子上的力矩有：汽轮机蒸汽驱动力矩Mt；发电机电磁阻力矩Me，机械摩擦阻力矩Mf。在负荷较高时，机械阻力矩可忽略不计。,1.1汽轮机调节的任务,蒸汽主力矩Mt与功率、转速的关系,电磁力矩Me与功率、转速的关
3、系 三类负载：有功功率与频率变化没有直接影响；有功功率与频率成正比变化；有功功率与频率成三次方或高次方变化。绝大多数为第二类负载。 汽轮发电机组的自平衡能力 汽轮机发电机组依靠自身力矩与转速之间的变化特性可以自发的从一个工况调整到另一个稳定工况，这种调整能力称为汽轮发电机组的自平衡能力。,1.1汽轮机调节的任务,调节的任务：及时调整汽轮机的功率，使它能满足外界负荷变化的需要，同时保证转速在允许的范围内。,1.2汽轮机调节系统的型式,汽轮机调节系统按其结构特点可划分为液压调节系统和电液调节系统两种型式： 液压调节系统 组成：机械部件和液压部件 特点：调节精度低，反应速度慢，调节功能少，工作可靠性
4、高，能满足机组的基本调节功能。 电液调节系统 组成：电气部件，液压部件 特点：快速，灵敏，准确，精度高，静态特性和动态特性都好 分类：功频电液调节系统，数字电液调节系统（DEH）,2.液压调节系统,调节对象：调节系统对其作用的那个装置（汽轮发电机组）叫作调节对象。 被调量：被系统调节的物理量，如转速、汽轮机功率等。 给定值：被调量应保证达到的值，如汽轮机功率给定值、汽轮发电机组给定值 等。 扰动：引起被调量变化的各种因素，如外界负荷、汽轮机功率给定值、蒸汽参数 的变化。 反馈：将信号的一部分返回到输入端的过程。 闭环与开环：调节系统的被调量与输入量之间存在反馈的回路叫作闭环，不存在 反馈的回路
5、叫作开环。 过渡过程：系统受扰动后动作，输入量或系统中其它中间参数随时间变化的过 程。,2.1液压调节系统的工作原理,2.1.1液压调节系统的转速控制原理,2.1.2典型液压调节系统的工作过程（一）,转速感受机构,阀位控制机构,配汽机构,2.1.2典型液压调节系统的工作过程（二）,转速感受机构,阀位控制机构,配汽机构,2.1.2典型液压调节系统的工作过程（三）,转速感受机构,阀位控制机构,配汽机构,2.2调节系统的静态特性,（一）液压调节系统静态特性线 转速存在偏差(n0)情况下，通过调节装置的动作使调节汽阀开度改变，汽轮机功率相应改变，达到新的稳定状态，新的汽轮机功率Pi和转速n与原稳定值存
6、在一定稳态偏差，这种调节特性称液压调节系统转速有差调节特性，即液压调节系统的静态特性。 评价调节系统静态特性曲线的指标：转速变动率、迟缓率。,（二）转速变动率 1.转速变动率定义 机组单机运行状态下，电功率从零增加到额定值P0时，稳定转速从n1降为n2，转速的改变值n= n1-n2与额定转速n0之比的百分数称为调节系统的速度变动率（或称转速不等率）。,2.2调节系统的静态特性,2.2调节系统的静态特性,2.转速变动率对一次调频影响,一次调频定义： 电负荷改变引起电网频率变化时，电网中并列运行的各台机组均自动地根据自身的静态特性线承担一定负荷的变化以减少电网频率的改变，这种调节过程称为一次调频。
7、一次调频不能维持电网频率不变,2.2调节系统的静态特性,具有不同局部速度变动率的静态特性曲线,3.局部转速变动率,电网频率改变引起的功率变动取决于工作点附近静态特线性的斜率（局部转速变动率），根据运行的不同要求确定： 低功率段（约10%P0），曲线斜率较大利于机组并网，提高低功率运行稳定性。 额度功率附近，曲线斜率较大较好的经济性，电网频率低时不超载。 中间功率段，曲线斜率较小机组在此段有较强一次调频能力，总的平均转速变动率不超规定范围，通常要求最小局部转速变动率不小于2%。,（三）迟缓率 1.迟缓率（不灵敏度）定义 迟缓现象：摩擦、间隙、滑阀过封度及油的粘滞力调节系统静态特性带，转速上升时沿
8、上行线变化，下降时沿下行线变化。 在同一功率下因迟缓而出现的最大转速变动量n与额定转速n0的比值百分数被定义为迟缓率，即,考虑迟缓的调节系统静态特性曲线,2.2调节系统的静态特性,2.迟缓对机组运行的影响 单机运行：迟缓引起转速摆动，最大摆动量为n= n0 。 并网运行：转速取决于电网频率，迟缓引起功率漂移，最大量为P。,2.2调节系统的静态特性,（四）同步器 1.同步器用途： (1)调整单机运行机组的转速。操作同步器，可以改变某个机构调节参数之间的对应关系，使调节系统静态特性线产生平移。 (2)调整并网运行机组的功率。操作同步器连续平移静态特性曲线，就能连续增减并网机组的负荷。同步器起着“功
9、率给定”的作用。,2.2调节系统的静态特性,2.2调节系统的静态特性,（四）同步器 1.同步器用途：,(1)调整单机运行机组的转速：单机运行时静态特线性的平移,2.2调节系统的静态特性,（四）同步器 1.同步器用途：,(2)调整并网运行机组的功率：同步器调整并网机组之间的负荷分配,2.2调节系统的静态特性,（四）同步器 1.同步器用途：,(2)调整并网运行机组的功率：并列机组的二次调频,同步器的工作范围,2.2调节系统的静态特性,（四）同步器 2.同步器的调节范围： 指操作同步器能使调节系统静态特线性平行移动的范围，满足机组顺利地加载到满负荷和卸到空负荷的要求，不仅在正常周波和额定蒸汽参数时满足，而且在电网周波和蒸汽参数在允许范围内变化情况下也能满足。,2.3调节系统动态特性,调节系统动态特性 描述的是调节系统受到扰动后，被调量随时间的变化规律。 （一）动态特性指标 1.稳定性；2.超调量；3.快速性。,机组甩负荷时的转速过渡过程 (a)稳定过渡过程；(b)不稳定过渡过程,机组甩全负荷时的转速过渡过程,2.3调节系统动态特性,调节系统动态特性 （二）影响动态特性的主要因素 1.转子飞升时间常数Ta；2.中间容积时间常数TV；3.转速变动率；4.油动机时间常数Tm；5.迟缓率。,转速变动率对动态特性的影响,油动机时间常数对动态特性的影响,
