汽轮机调节保安系统及设备.docx

汽轮机调节保安系统及设备第一节 概述汽轮机调节与保护系统是实现汽轮机启停、带负荷运行、防止机组在事故工况下严重超速、保护机组安全的转速（或频率）与负荷（或功率）的自动调节装置一个好的调节系统在运行中应能适应各种运行工况的要求，即及时地调节汽轮机的功率，使它满足外界负荷的变化需要，同时又要维持电网的频率在50Hz左右，使两者有机地互相联系起来一、汽轮机运行对调速系统的要求汽轮发电机组在运行中，作用在子上的力矩有：蒸汽作用在汽轮机转子上的主动力矩Md；转子旋转时叶轮和轴颈等产生的磨擦阻力矩Mf；发电机转子在磁场中旋转时受到的电磁阻力矩Mem若视汽轮发电机组的转子为刚体，则根据刚体转动的定律，转子的运动方程式为式中，I和ω分别为汽轮发电机组转子的转动惯量和旋转角速度；τ为时间1、电负荷变化后转速变化规律当功率平衡时，即Md＝Mf+Mem时，Idω/dτ＝0时，由于I≠0，则dω/dτ＝0，也就是说转子的角速度等于常数；当用户耗电量减少时，引起电磁阻力矩Mem相应减少，如果保持主动力矩Md和磨擦阻力矩Mf不变，则Md＞Mf+Mem，dω/dτ＞0，也就是说转子角速度增加，供电频率随之增加反之，当用户耗电量增加时，转子角速度ω减少，供电频率降低。

2、汽轮机运行对调节系统的要求一个好的调节系统在运行中应能满足如下要求：1）当电网频率不变时，调节系统应能保证机组的转速不变2）当蒸汽参数或供电频率在允许范围内变化时，调节系统仍能维持机组在零负荷至满负荷之间稳定运行，并能保证汽轮发电机组能顺利并网或解列3）当负荷变化时，调节系统应能保证机组安全地从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况，而不发生较大的和长时间的摆动4）当机组突然甩去全负荷时，调节系统应能保证机组维持空转5）调节系统中的保护装置，应能在被监控的参数超过规定的极限值时，迅速自动动作，自动控制机组负荷或使机组紧急停机，以保证机组的安全3、调节系统的静态特性和动态特性根据汽轮机运行对调节系统的要求，在运行中，汽轮机调节系统的静态特性和动态特性也应达到一定的指标静态特性是指在各稳定状态下，汽轮机功率与转速之间的关系将这种关系绘制成曲线即为静态特性曲线速度变动率和迟缓率是衡量静态特性的两个重要指标在额定参数下，对于单机运行汽轮机，其空负荷时所对应的最大转速nmax和额定负荷时所对应的最小转速nmin之差，与汽轮机额定转速n0之比，称为该调节系统的速度变动率δ，即由于调节信号传递过程的延时及各部件的阻力和空行程，当外负荷变化使转速变化时，汽轮机的功率并未随之变化，而是当转速变化到某一数值时功率才开始变化，例如转速升高至n1时功率开始减小或转速降低至n2时功率开始增加。

因此在调节系统的静态试验时，升负荷和降负荷过程各有一条静态特性曲线，且不相重合，形成一个带状区域，称为不灵敏区或调节死区在此带状区域内调节汽门的开度失控通常，用迟缓率ε来表示这种调节迟缓现象式中，n1、n2分别表示机组在同一功率下的最高转速和最低转速；n0为额定转速汽轮机运行时，调节系统静态特性曲线的形状应达到以下三点要求：1）应保证n=f(p)是单调递减函数，以保证静态稳定性2）在空负荷附近静态特性曲线应陡一些（即局部速度变动率δ要大一些），其目的是控制机组的转速与电网频率同步，顺利并网，且并网后所造成的负荷冲击性较小3）对于带基本负荷时机组，在额定负荷附近静态特性曲线应陡一些，以便在电网负荷变化引起频率变化时，保证机组的输出功率基本不变汽轮机调节的动态特性主要是表征平衡被破坏后动态过渡过程的特性其一是动态稳定性，即可控制机组从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况；其二是动态超调量Δnmax，即机组经受最大扰动（甩全负荷）后过渡过程的最大转速与新的稳定工况转速的差值，一般要求nmax＜107～108%n0；其三是过渡时间，要求动态过渡时间尽可能短，一般希望转速至多波动2～3次二、汽轮机调节系统的分类汽轮机调节系统有不同的分类方式：按机组型式划分时，可分为凝汽式机组、供热抽汽式机组和背压式机组的调节系统，而凝汽式机组中的再热式和非再热式机组的调节系统也有区别的。

按调节系统的类型来划分，可分机械式调节系统、液压式调节系统、功率一频率电液调节系统和数字电液调节系统，后者是用计算机来控制的，又称为采样控制系统除中、小型电厂汽轮机用前两种调节系统外，现代发电用的大型机组，都是采用功频电液调节系统和由此发展起来的数字电液调节系统三、中间再热式汽轮机的调节特性中间再热机组调节系统的特点，是由再热机组与非再热机组的区别而引起的由于再热机组的再热器及其与汽轮机之间的联接管道一起形成庞大的蒸汽容积（又称再热蒸汽容积），导致其调节系统有许多新的特点再热机组的第二个特点是动态特性差由于再热机组的容积时间常数Tv一般为8～12秒，而大型机组的转子飞升时间常数Ta一般只有6～8秒，因此，在机组甩负荷时，即使高压调节汽门能同时完全关闭，中间再热容积内贮存的蒸汽量，也能使汽轮机超速40～50%为此，再热机组必须设置高压调节汽门和中压调节汽门，以便在机组甩负荷时，两种调节汽门同时关闭，以确保机组的安全当机组增加了中压调节汽门后，机组运行的经济性将有所降低为了减少机组在运行时的节流损失，调节汽门的动作规律应不相同，高压调节汽门应全程可调在负荷高于1/3额定负荷时，中压调节汽门处于全开状态，机组的负荷仅由高压调节汽门来控制；在低于1/3额定负荷时，机组的功率才由高压调节汽门和中压调节汽门同时控制。

再热机组的第三个特点，是汽轮机和锅炉的协同配合问题根据再热汽轮机的调节规律，从额定负荷到1/3额定负荷的范围内，当机组的负荷降低时，中间再热蒸汽的压力，随着机组的功率成正比下降；而在1/3额定负荷到零的范围内，由于中低压缸调节门参予调节，此压力维持不变由于在主要负荷范围内，再热蒸汽压力随着机组的功率变化而变化，因此，不允许联通不同再热机组的再热器而对于一台锅炉来说，新蒸汽与再热蒸汽流量之间有一定的比例关系，并据此来设计再热器的受热面积，因此，在机组正常运行时，也应保持这一比例关系，这样，两台再热锅炉之间的主蒸汽管道，也不能联通基于上述原因，再热机组的主汽管道系统，应采用单元制热力系统从调节角度看，汽轮机与锅炉的动态特性有所不同，再热汽轮机的时间常数为6～8秒，而锅炉则不一样，当负荷变化时，从改变燃料到蒸汽量的改变，需要一定的时间，对一般电站锅炉，时间长达100～250秒因而，变工况运行将给单元机组的控制带来困难，为了克服这个困难，应采取协调控制或预测控制的办法，以使锅炉和汽轮机都能较快地适应外界负荷的变化从锅炉和汽轮机的启停和甩负荷工况来看，一般再热汽轮机的空载汽耗量为3～8%额定蒸汽量，而再热器的冷却蒸汽量则为百分之十几，要做到同时满足两种蒸汽量的要求，则汽轮机的高压缸应设置旁路。

同样，机组甩负荷时，高压调节汽门和中压调节汽门将同时关闭，而再热器的冷却排出的蒸汽，也要通过旁路最后排入冷凝器因此，也要设置旁路及其调节系统，以解决它们与主机调节系统的相互配合问题第二节 调节保安系统的组成汽轮机的调节保安系统采用数字式电调系统（DEH)，液压部分采用高压抗燃油系统（EH)DEH硬件即可以与DCS的硬件相同，也可以是独立的硬件本调节保安系统大致可分为DEH系统（电子部分），EH供油系统，EH执行机构，危急保安系统、ETS(电子部分）和TSI系统几大部分1、EH系统的总的功能是接受DEH信号操纵汽轮机的进汽阀以调节通过汽轮机的蒸汽流量EH系统可分为EH供油系统、EH执行机构EH供油系统是以高压抗燃油作为工质，为各执行机构及安全部套提供动力油源并保证油的品质EH执行机构用来直接控制各汽阀的开度EH执行机构共包含有主汽门油动机2台，高压调门油动机4台，再热主汽门油动机2台和再热调节汽阀油动机4台油动机的开启、关闭或开度的大小均由DEH的电信号控制，同时还设有由AST油压控制的联锁保护功能2、危急保安系统由危急遮断控制块、隔膜阀、超速遮断机构和综合安全装置等组成，为系统提供超速保护及危急停机等功能。

ETS(电子部分）是汽机的紧急停机装置，它根据汽轮机安全运行要求，接受就地一次仪表、TSI二次仪表及其他系统要求汽机停机的信号，控制停机电磁阀，使机组紧急停机，保护汽轮机TSI是汽轮机的监测保护系统，在汽轮机盘车、启动、运行和超速试验以及停机过程中，可以连续显示和记录汽轮机转子和汽缸机械状态参数，并在超出预置的运行极限时发出报警，当超出预置的危险值时发送停机信号给ETS，使机组自动停机660MW机组新蒸汽及再热蒸汽温度为566℃，而透平油自燃着火温度为350℃，为防止高压透平油管路破裂而引起的电站火灾事故，本机组各进汽阀油动机动力用油均采用高压抗燃油而各轴承用油及发电机密封用油均为透平油因而形成两个独立的供油系统第三节 DEH系统660MW超临界汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系（DigitalElectro-Hydraulic Control System，简称DEH），它是把固体电子线路（数字计算机系统）与高压抗燃油系统的优点结合起来，使汽轮机调节系统执行机构（油动机）的尺寸大大缩小由于该系统装有先进的微型计算机，所以能够解决各种各样的、日趋复杂的汽轮机控制问题，并且具有可靠性高、维护性好等特点。

一、DEH的主要功能（DEH技术协议未到，以下内容参考）1、DEH具有“自动”（ATC）、“操作员自动”、“手动”三种运行方式2、汽机的自动升速、同步和带负荷、DEH提供在汽机寿命消耗允许条件下按照汽轮机所处不同热状态和蒸汽参数相适应的合理升速率；实现汽机从盘车转速到额定转速的自动升速控制自动升速系统的设计，充分考虑蒸汽旁路系统的设置，以适应投入蒸汽旁路系统和不投旁路运行的启动升速方式，该系统应该包括：所有必须的预先检查，以满足进行自动升速的最低条件；所有调节汽机升速率的必要运算和监视过程；汽机升速率限制；汽轮发电机组的自动同期；能满足不同启动运行方式（冷态、温态、热态、极热态）的要求；带初始负荷；汽轮机负荷限制；DEH的操作显示设备应在主控制台上，以便运行人员能在升速过程的任何阶段进行控制监视；同时系统能连续监视升速过程；并能显示所有与升速相关的参数，对运行人员提供指导在升速或带负荷过程中的任何阶段都能进行运行方式的切换选择3、负荷控制系统根据协调控制（CCS）或运行人员给出的负荷指令，自动调节汽轮发电机出力该装置监视主机状态、汽轮发电机组辅助设备状态、汽机热应力及各限制机组出力的过程变量。

当出现非常工况（如真空降低、汽压降低等）时，系统将把负荷指令信号限制到一个适当值，并发出负荷限制报警信号并给出接点输出4、阀门试验及阀门管理运行人员可在试验台上对阀门进行试验，可实现阀门开闭状态的和离线试验DEH还应具有阀门管理功能（汽机进汽方式选择）5、热应力计算和控制功能系统可计算高压转子和中压转子的热应力，自动设定升速率，实现转速自动控制，实时热应力值将同极限值比较当任一热应力超过极限值时，应发出保持转速或保持负荷的信号在机组运行过程中，系统还可根据汽机转子热应力对汽机周期性寿命消耗进行计算并累计，计算结果将在CRT显示及打印6、当CCS投入时，DEH系统应满足锅炉跟踪、汽机跟踪、机炉协调、定压变压运行、快速减负荷（RUNBACK）、手动等运行方式的要求7、DEH具有OPC超速保护功能，并可通过DEH操作员站完成汽机超速试验8、显示、报警和打印能通过CRT向运行人员提供汽轮机启动和运行过程中的全部信息（如参数曲线等）及每一步骤的操作指导9、系统具有检查输入信号的功能，一旦出现故障时。