汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保護(hù)

第四章汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)

第一節(jié)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用

在外界負(fù)荷變化時，及時地調(diào)節(jié)汽輪機(jī)功率，以滿足用戶用電量變化的需要；同時保證汽輪發(fā)電機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速在正常允許范圍之內(nèi)，保證供電質(zhì)量。分析：負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：汽輪機(jī)受著兩個力矩的作用：蒸汽主力矩和電磁阻力矩。穩(wěn)定工況下，蒸汽主力矩等于電磁阻力矩。負(fù)荷增加時，電磁阻力矩大于蒸汽主力矩，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降；負(fù)荷減小，蒸汽主力矩大于電磁阻力矩，機(jī)組轉(zhuǎn)速增加。二、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)系統(tǒng)感受轉(zhuǎn)速的變化，并根據(jù)轉(zhuǎn)速變化改變調(diào)門開度，改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量，使蒸汽主力矩與電磁阻力矩重新達(dá)到新的平衡，并維持汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。如圖：離心式調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成：調(diào)速器錯油門（滑閥）油動機(jī)調(diào)節(jié)閥外界負(fù)荷減小轉(zhuǎn)速增加滑環(huán)上移滑閥上移油動機(jī)活塞下移調(diào)門開大滑閥下移至斷油位置調(diào)速器ABCp0泄油泄油離心式調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖傳動齒輪滑環(huán)杠桿錯油閥油動機(jī)調(diào)節(jié)閥壓力油回油bac徑向鉆孔泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)徑向鉆孔泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)：徑向鉆孔泵與汽輪機(jī)主軸連在一起，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化導(dǎo)致徑向鉆孔泵出口油壓的變化。三、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成給定值轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)配汽機(jī)構(gòu)汽輪機(jī)n(轉(zhuǎn)速)反饋機(jī)構(gòu)滑閥油動機(jī)（一）感應(yīng)機(jī)構(gòu)1、作用：感受汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，并將其轉(zhuǎn)變成其它物理信號（位移、油壓）。2、感應(yīng)機(jī)構(gòu)的類型：機(jī)械式、液壓式（徑向鉆孔泵調(diào)速器、旋轉(zhuǎn)阻尼調(diào)速器）（二）傳動放大機(jī)構(gòu)1、對調(diào)速器（感應(yīng)機(jī)構(gòu)）的輸出信號進(jìn)行傳遞放大。輸入是：調(diào)速器送來的位移或油壓輸出是：油動機(jī)活塞的位移2、傳動放大機(jī)構(gòu)按工作原理分成斷流式和貫流式兩種。斷流式：穩(wěn)定狀態(tài)時錯油門處于斷開位置，油動機(jī)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(jié)流程度），使油壓產(chǎn)生較大的變化值，以獲得較大工作能力的放大機(jī)構(gòu)。如壓力變換器。3、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的負(fù)反饋：錯油門動作引起油動機(jī)動作，而油動機(jī)的動作又引起錯油門向相反的方向動作。

負(fù)反饋的作用：使調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定。4、油動機(jī)的類型（三）配汽機(jī)構(gòu)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）1、作用：將油動機(jī)的位移信號轉(zhuǎn)化為蒸汽流量信號。2、配汽機(jī)構(gòu)組成：開啟（傳動）裝置、調(diào)節(jié)閥國產(chǎn)汽輪機(jī)多采用噴嘴調(diào)節(jié)法控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。提板式傳動機(jī)構(gòu)的調(diào)速汽閥：正確調(diào)整調(diào)速汽閥的重疊度（當(dāng)前一個調(diào)速汽閥后蒸汽壓力達(dá)到閥前壓力的90%時，下一個調(diào)速汽閥應(yīng)隨即開啟）（四）調(diào)壓器（供熱機(jī)組特有裝置）：調(diào)節(jié)供汽壓力，使其在一定的變化范圍內(nèi)。原理：調(diào)壓器滑閥下部蒸汽的作用力和上方彈簧的作用力相平衡?；y處于某一平衡位置。當(dāng)蒸汽壓力變化時，滑閥運(yùn)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(jī)及調(diào)速汽閥改變。Pnp△m配汽機(jī)構(gòu)特性曲線傳遞特性曲線調(diào)速器特性曲線調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線調(diào)節(jié)系統(tǒng)的四象限圖cPn四、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線1、穩(wěn)定工況下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與功率之間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線。

2、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動率

汽輪機(jī)空負(fù)荷時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與滿負(fù)荷時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之間的差值與額定轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動率。取δ=3%～6%np速度變動率決定了靜態(tài)特性曲線的傾斜程度速度變動率對機(jī)組運(yùn)行的影響：單機(jī)運(yùn)行：npP2n2P1n1調(diào)節(jié)系統(tǒng)使機(jī)組轉(zhuǎn)速沿靜態(tài)特性曲線變化并網(wǎng)運(yùn)行速度變動率決定了外負(fù)荷變化時的轉(zhuǎn)速變化量n’2機(jī)組單機(jī)供電外負(fù)荷變化時汽輪發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行期間，其轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率對應(yīng)，電網(wǎng)中所有發(fā)電機(jī)組輸出功率的總和與所有負(fù)載消耗功率的總和平衡時，電網(wǎng)頻率保持穩(wěn)定。也就是說，并網(wǎng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速是由電網(wǎng)中所有機(jī)組共同調(diào)節(jié)的。當(dāng)外負(fù)荷變化時，電網(wǎng)所有機(jī)組的總功率與電負(fù)荷失衡，引起電網(wǎng)頻率變化，要求并網(wǎng)機(jī)組迅速按各自靜態(tài)特性曲線改變功率，使電網(wǎng)變化等于總負(fù)荷變化，減少電網(wǎng)頻率的變化量，這個過程叫做一次調(diào)頻。在參加一次調(diào)頻的各機(jī)組間以兩臺機(jī)組并列運(yùn)行為例說明電網(wǎng)總負(fù)荷變化量如何分配？P1n1nPnPn2P2△P1△P2在外負(fù)荷變化引起電網(wǎng)頻率變化時，參加一次調(diào)頻的機(jī)組按照各自速度變動率自動分配總負(fù)荷變化量。速度變動率小的機(jī)組，承擔(dān)負(fù)荷變化大，一次調(diào)頻能力強(qiáng)。速度變動率大的機(jī)組，承擔(dān)負(fù)荷變化小，一次調(diào)頻能力弱。不同機(jī)組對速度變動率的要求尖峰負(fù)荷機(jī)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(jī)組功率在零負(fù)荷和滿負(fù)荷間晃動，不能穩(wěn)定運(yùn)行。np30003180甩全負(fù)荷后，機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)變化量3270nt30003180動態(tài)過程轉(zhuǎn)速最大超調(diào)量一般為3300機(jī)組超速保護(hù)動作轉(zhuǎn)速帶基本負(fù)荷機(jī)組較大，一般為也不能過大4%～6%，3、遲緩率P2P1PnP0

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

二次調(diào)頻把電網(wǎng)頻率調(diào)整到合格范圍

要求不同一次調(diào)頻：快速性二次調(diào)頻：精確性一次調(diào)頻與二次調(diào)頻的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：都是由于電網(wǎng)總功率與總負(fù)載平衡被打破，都會引起電網(wǎng)頻率變化引起的原因不同一次調(diào)頻外負(fù)荷變化二次調(diào)頻外負(fù)荷不變，主動改變某些機(jī)組的功率六、汽輪機(jī)運(yùn)行對調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的要求nP0非線性轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)特性配汽機(jī)構(gòu)特性中間放大傳遞特性實(shí)際調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線并非直線合理的特性曲線的形狀連續(xù)，平滑，單調(diào)，無突變點(diǎn)連續(xù)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(fù)荷時負(fù)荷變動較小（3）滿負(fù)荷時不會過載零負(fù)荷、低負(fù)荷及滿負(fù)荷處較陡中間區(qū)域較平坦使整體速度變動率在合格范圍內(nèi)，且保持一定的一次調(diào)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(diào)節(jié)系統(tǒng)簡介徑向鉆孔泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)：第二節(jié)汽輪機(jī)的保護(hù)裝置汽輪機(jī)保護(hù)裝置的作用：在機(jī)組故障時，能及時迅速地切斷汽輪機(jī)的進(jìn)汽、迅速停機(jī)，避免事故擴(kuò)大。按照電力生產(chǎn)法規(guī)汽輪機(jī)基本的保護(hù)有：超速保護(hù)、軸向位移保護(hù)、低油壓保護(hù)、低真空保護(hù)。一、自動主汽門（汽輪機(jī)保護(hù)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)）1、作用：在啟動過程中用以控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制暖機(jī)速度（高壓汽輪機(jī)用電動主汽門的旁路閥啟動）；保護(hù)裝置動作時，迅速切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽，保證設(shè)備的安全。2、原理：油動活塞下的油壓與彈簧力平衡，當(dāng)需要緊急停機(jī)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(guān)閉。主汽閥操縱座（主汽閥油動機(jī)）和主汽閥（大、小閥碟）要求主汽閥關(guān)閉的時間不大于1s。二、超速保護(hù)裝置1、作用：當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的110%~112%時，動作停機(jī)。2、超速保護(hù)裝置的組成危急遮斷器：感受汽輪機(jī)是否超速（超速的發(fā)信觸發(fā)裝置）。安裝在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子前端徑向鉆孔泵的短軸上，由汽輪機(jī)主軸驅(qū)動。有飛錘式和飛環(huán)式兩種。危急遮斷油門：保護(hù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，泄掉安全油，關(guān)閉主汽門。3、工作原理在危急遮斷器動作轉(zhuǎn)速內(nèi)，壓縮彈簧的緊力大于飛錘或飛環(huán)質(zhì)量偏心所產(chǎn)生的離心力。當(dāng)達(dá)到動作轉(zhuǎn)速后，后者的離心力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出彈簧的預(yù)緊力，飛錘或飛環(huán)擊出，使危急遮斷油閥動作，關(guān)閉主汽閥、調(diào)速汽閥等，使機(jī)組自動停機(jī)，達(dá)到防汽輪機(jī)嚴(yán)重超速的目的危急遮斷器三、軸向位移保護(hù)1、作用：為防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子因軸向推力過大產(chǎn)生較大軸向位移，造成動、靜摩擦，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向位移超限時，軸向位移保護(hù)裝置發(fā)出信號，執(zhí)行停機(jī)。2、軸向位移遮斷器（中小型汽輪機(jī)采用，而大機(jī)組采用：電磁感應(yīng)式軸向位移保護(hù)裝置）工作原理：正常運(yùn)行時，噴油嘴和擋盤的間隙為0.5mm，當(dāng)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(lián)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(jìn)入脈沖油路，使脈沖油壓升高，調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉。同時使主汽閥油動活塞下方的油經(jīng)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(guān)閉。3、磁力斷路油閥（一種綜合性的電動保護(hù)裝置）作用：當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)異常，如超速、潤滑油壓低、真空惡化、背壓機(jī)的背壓低至極限值、發(fā)電機(jī)跳閘等，只要電磁回路接通，磁力斷路油閥就動作停機(jī)。工作原理：當(dāng)電磁鐵回路接通時，磁力斷路油閥動作，使主汽閥油動機(jī)活塞下方的壓力油經(jīng)排油口排走，主汽閥立即關(guān)閉。同時高壓油經(jīng)油口進(jìn)入脈沖油路，使脈沖油壓升高，調(diào)速汽閥迅速關(guān)閉。四、低油壓保護(hù)作用：為防止汽輪機(jī)組軸承因斷油燒壞引起重大事故，當(dāng)油壓低于規(guī)定值時，則根據(jù)油壓降低的程度，依次發(fā)出報警信號、啟動交流潤滑油泵及直流潤滑油泵、停機(jī)及停盤車。五、低真空保護(hù)作用：當(dāng)真空值低于某規(guī)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(hù)自動動作，限制機(jī)組的負(fù)荷或停機(jī)。第三節(jié)汽輪機(jī)的供油系統(tǒng)一、供油系統(tǒng)的作用1、向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)裝置供高壓油2、向汽輪發(fā)電機(jī)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(tǒng)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(jī)主軸前端正常運(yùn)行時，向系統(tǒng)供油。3、啟動油泵（調(diào)速油泵）：在啟動過程中代替主油泵向系統(tǒng)供油。當(dāng)主油泵投入運(yùn)行后作為備用。4、交流潤滑油泵（事故油泵）：在機(jī)組故障或停機(jī)后盤車過程中向潤滑系統(tǒng)供油。5、直流潤滑油泵(事故油泵)：當(dāng)交流潤滑油泵故障或廠用電失去時投入，保證機(jī)組順利停機(jī)。6、冷油器：控制潤滑油溫在一定的范圍內(nèi)（3545℃）。冷油器中水側(cè)壓力應(yīng)低于潤滑油側(cè)壓力，油側(cè)壓力一般0.15Mpa左右，水側(cè)壓力0.12Mpa左右，防止水進(jìn)入油系統(tǒng)中使油質(zhì)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(tǒng)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(jié)典型機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)CB12-4.9/1.177/0.172汽輪機(jī)徑向鉆孔泵調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)

調(diào)節(jié)系統(tǒng)由壓力變換器及同步器，高壓進(jìn)汽一號錯油閥及油動機(jī)；中間調(diào)節(jié)抽汽二號錯油閥及油動機(jī)，背壓調(diào)整器及抽汽調(diào)整器等組成。高壓油動機(jī)控制著6個提板式調(diào)速汽閥，低壓油動機(jī)控制著旋轉(zhuǎn)隔板，實(shí)現(xiàn)對抽汽壓力的調(diào)節(jié)。脈沖油泵作為轉(zhuǎn)速感應(yīng)元件，同時向調(diào)節(jié)系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)供油。汽輪機(jī)可按電負(fù)荷運(yùn)行（功率調(diào)節(jié)），也可按熱負(fù)荷運(yùn)行（壓力調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)退出工作）。電負(fù)荷及熱負(fù)荷不可同時調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要參數(shù)：速度不等率4%；抽汽壓力不等率10%；背壓不等率10%；同步器轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍-4%~6%；調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率0.3%；主油泵在3000rpm時，出口油壓1.2MPa，入口0.1MPa；穩(wěn)定負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時轉(zhuǎn)速瞬間變化不大于±０．５％；汽輪機(jī)甩掉全負(fù)荷時，最大轉(zhuǎn)速飛升不大于８％。壓力變換器作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的放大元件，將脈沖油泵的一次油壓轉(zhuǎn)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(jī)動作，改變汽輪機(jī)功率。

抽汽壓力調(diào)節(jié)器及背壓調(diào)節(jié)器，是抽汽及背壓的感應(yīng)元件及放大元件，壓力變化時，使調(diào)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(jī)動作。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的四種工況：１、以電負(fù)荷運(yùn)行抽汽調(diào)壓器和背壓調(diào)壓器不投入，以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)部分控制汽輪機(jī)運(yùn)行。２、按兩種熱負(fù)荷方式運(yùn)行按此方式運(yùn)行時，機(jī)組必須并入電網(wǎng)，并用同步器帶上１／３的負(fù)荷，分別投入抽汽壓力調(diào)壓器及背壓調(diào)壓器。排汽壓力