《汽轮机原理》第七章汽轮机自动调节

1,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 静态特性：功率与转速之间的一一对应关系 （一）四方图 调节系统的静态特性曲线是由转速感受机构、中间放大机构和执行机构的静态特 性曲线所组成。将三环节的静态特性曲线分别画在直角坐标系的第二、三、四象 限，将调节系统的静态特性曲线画在直角坐标系的第一象限，组成四象限图。,2,（二）速度变动率（不等率）,1、定义：汽轮机空负荷时所对应的最大转速与额定负荷时的最小转速之差，与额定转速的比值。用表示：,2、一次调频：并网运行的机组，当外界负荷变动而引起电网频率变化时，网内各机组调速系统同时动作，自动增减负荷，以适应外界负荷变动的要求。这一过程称为一次调频。机组功率改变的相对量为：,表明：速度变动率愈大，单位转速变化所引起的功率变化就愈小,3,3、速度变动率的选定： （1）对于承担基本负荷的机组，希望运行稳定，速度变动率应取大一些，一般为(46)%； （2）对于承担尖峰负荷的机组，希望增强对负荷的适应性，速度变动率应取小一些，一 般为(34)%。 （3）为了保证机组在甩负荷时，其超速保护装置不动作，对速度变动率有一定的要求： 上限为6%。 4、局部速度变动率：实际上，调速系统的静态特性曲线为一曲线，在不同的功率下 有不同的速度变动率，即局部速度变动率。这样，在电网频率变动时，各机组的功率变化取决于工作点的局部速度变动率，而不是系统总速度变动率。,4,5、速度变动率的分布： （1）通常在机组010负荷范围内，对其最大局部速度变动率不作限制； （2）一般在90100负荷范围内，最大局部速度变动率不大于整体速度变动率的3倍。 （3）中间段的最小局部速度变动率不得小于整体速度变化率的40。,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,5,（三）、迟缓率,1，迟缓现象：如下图，当外界负荷下降而转速上升时，机组功率并不马上降低。而是当转速上升到一定程度时，功率才开始下降。同样， 当外界负荷上升机组转速下降时，机组功率并不马上增加，而是当 转速降低到一定时，功率才开始上升。即，机组在 同一功率下有不同的转速，或者说在同一转速下有不同的功率。这就是调速系统的迟缓现象。,6,2、产生迟缓的原因：调速系统的各部件存在着摩擦、铰练间隙、滑阀重叠度。这样，各部件的静态特性曲线就不是一条线，而是一个带状区域。因此，当电网频率变化时，机组功率并不马上变动而是有一段迟缓。通常用迟缓率（不灵敏度）来表示这种迟缓程度的大小。 3、迟缓率：同功率处的转速偏差与额定转速 之比，即,7,4、迟缓率对汽轮机运行的影响 (a) 单机运行：功率不变； (b)并列运行：转速(频率)不变,对机组运行的影响： 过大，会引起调节系统的不稳定单机运行，会引起转速的自振， 并列运行，会引起功率的晃动，,8,5，迟缓率的大小：调速系统的迟缓率为各部件迟缓率的累积。为了减小负荷摆动，一般要求不大于0.5%，最好不大于0.3%。要减小迟缓率，则应在各元件的设计、制造、安装和运行个方面予以减小。,9,（四）同步器与静态特性曲线平移 1. 同步器的作用 (1) 单机运行:当功率由 P1上升到P2时，转速将由n0降为n2，不能满足供电质量要求。 而同步器则可以平移调速系统的静态特性曲线，使机组的转速不变。 同步器定义：平移调节系统静态 特性线的装置。,(2) 并列运行时，用同步器改变汽轮机功率，并可在各机组间进行负荷重新分配，保持电网频率基本不变，称为电网二次调频。,在平移特性曲线前(实线)，两台机组的总功率为,在平移特性曲线后(虚线)，两台机组的总功率为,11,将四方图第象限中的转速感受特性线上、下平移，如图 (a)所示,称为第一类同步器。将第象限中的传递特性线左右平移，如图(b)所示,称为第二类同步器。目前，实际使用中以第二类同步器为主。,12,如图 所示,为第一类同步器,13,2.同步器的调节范围：,除了满足在额定参数、额定转速下机组能从满负荷到0负荷稳定运行外，还应考虑蒸汽参数、真空和电网周波等的变化。同步器的调节范围： （1）同步器最小调节范围。为使机组在正常蒸汽参数、额定转速时能带满负荷，并能卸去全部负荷，最小调节范围至少为 ；即AABB,14,（2）静态特性线的下限位置：应能保证在电网频率下降、初参数上升而背压下降时，能使机组减负荷到零。 （3）静态特性线的上限位置：应能保证在电网频率升高、初参数偏低而背压升高时，能使机组带满负荷。 同步器的调节范围 一般为57。,15,二、汽轮机调节系统的动态特性,（一）动态特性基本概念 1.静态特性与动态特性 * 静态特性：是指汽轮机稳定工况下的特性（n-P)，不涉及两个稳定工况之间的过渡过程； * 动态特性：是研究调速系统从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程。动态特性是指过渡过程中，机组的功率、转速、调节阀开度等参数随时间的变化规律。,16,2.调速系统的动态过程曲线 a 无振荡的单调过渡过程 b 小幅振荡快速衰减 c 大幅振荡慢衰减,17,3.影响调节系统动态特性的主要因素 （1）稳定性 运行中，当受到扰动激励离开原来稳定工况后，能很快地过渡到新稳定工况，或扰动消失后能回复到原来稳定工况，即调节系统是稳定的。对于实际的调节系统，除满足稳定性基本要求外，还应留有一定的稳定性裕度。,18,（2）动态超调量 甩负荷过程中被调量转速的动态超调量可表示为 注意： 在机组甩负荷工况下，转子的转速飞升不致使超速保安器动作，甩负荷后的最高飞升转速应低于超速保安器整定的动作转速。,19,（3）静态偏差值 在机组额定功率下从电网中解列、甩去全部负荷后，转速的静态偏差值就是甩负荷后的稳定转速与额定转速的差，即 。机组甩负荷数量不同，静态偏差值是不等的。,20,（4）过渡过程调整时间 定义：扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到基本稳定所经历的时间。 评定被调量是否达到稳定，通常用被调量与静态偏差值的误差，当|()-()|时，即认为被调量已达到稳定。 在汽轮机调节系统动态特性分析中，通常将允许偏差取为静态偏差值的5，即=5。很明显，一般过渡过程调整时间为数秒或数十秒，最长不应超过1min。,21,（二）影响甩负荷动态特性的主要因素 1. 机组本体设备对动态特性的影响：,(1).转子飞升时间常数Ta:转子的转动惯量与额定转矩的相对大小。 机组甩负荷后最大动态飞升转速 ： 转子惯性愈大，甩负荷后最大飞升转速愈小。 随着机组容量增加，转矩增加较转子惯性增大来得快，故大机组转子时间常数小于小机组，一般大型机组的转子时间常数约为89s 。,22,（2）蒸汽中间容积时间常数Tv：中间容积内蒸汽的做功能力与机组额定功率的比值。 Tv越大，中间容积内蒸汽作功能力越强，使汽轮机转速额外飞升越大。 在大型机组中，导汽管及调节汽室的蒸汽中间容积时间常数约为0.20.25s，再热器蒸汽中间容积的时间常数约为9s左右。,23,2.调速系统对动态特性的影响 (1).速度变动率 a. 越大，甩负荷后的机组转速飞升越高，故 不大于6%； b. 越小，超调量越大，波动次数多，衰减慢，稳定性差。 所以要求不小于3%。一般为0.040.05。,24,（2）油动机时间常数Tm a. Tm越大，最大转速越高，过渡曲线摆动大，过渡时间长，甩全负荷增大了超调量，调节品质差。 b. Tm太小，则要增加主油泵的功率，引起调速系统摆动。,（3）迟缓率 迟缓率对动态特性的影响是不利的。迟缓率越大，调节阀关闭迟缓，转速超调量大。,25,作业：,1、解释专业名词：调速系统的静态特性、速度变动率、迟缓率、一次调频、二次调频、油动机时间常数。 2、叙说同步器的作用。 3、画出调速系统四象限图，并说明各部分的意义。 4、带不同负荷的机组对速度变动率有何要求？ 5、画出合理的调速系统静态特性曲线，并说明为什么。,