汽輪機調節系統

汽輪機是發電廠的原動機，驅動同步發電機旋轉產生電能，向電網輸送符合數量和供電品質（電壓與頻率）要求的電力。由同步發電機的運行特性可知，發電機的端電壓決定於無功功率，而無功功率決定於發電機的勵磁；電網的頻率決定於有功功率，即決定於原動機的驅動功率。因此，電網的電壓調節歸發電機的勵磁系統，頻率調節歸汽輪機的功率控制系統。這樣，機組併網運行時，根據轉速偏差改變調節汽門的開度，調節汽輪機的進汽量及焓降，改變發電機的有功功率，滿足外界電負荷的變化要求。由於汽輪機調節系統是以機組轉速為調節對象，故習慣上將汽輪機調節系統稱為調速系統。

基本介紹

• 中文名：汽輪機調節系統
• 外文名：Steam turbine governing system
• 作用：調整汽輪機內功率，滿足電力需求
• 特點：電網頻率與功率同步調節
• 套用：電網

汽輪機調節系統的基本組成

調節系統主要由轉速感受機構、中間放大機構、油動機、配汽機構、同步器及啟動裝置組成，其原理性框圖如圖所示。

汽輪機調節保護系統原理性框圖

轉速感受機構又稱調速器，是將轉子的轉速信號轉變成一次控制信號， 按照工作原理可分為機械式、液壓式和電子式三大類。中間放大器對一次控制信號功率放大，並按調節目標做控制運算，產生油動機的控制信號。油動機是一種液壓位置伺服馬達，按中間放大器的控制信號產生帶動配汽機構動作的驅動力，並達到預定的開度位置。配汽機構是將油動機的行程轉變為各調節汽門的開度，通過配汽機構的非線性傳遞特性，汽輪機的進汽量與油動機行程間校正到近似線性關係。同步器作用於中間放大器，產生控制油動機行程的控制信號，單機運行時改變汽輪機的轉速，併網運行時改變機組的功率;啟動裝置在機組啟動時用於沖轉，並提升轉速至同步器動作轉速。

汽輪機直接調節與間接調節系統

下圖a為汽輪機直接調節系統示意圖。當外界電負荷減小時，將使汽輪機轉速升高，離心式調速器1的飛錘向外擴張，使滑環A向上移動，通過槓桿2關小調節閥，汽輪機的進汽量減小，汽輪發電機組發出的電功率也相應減小，從而與外界負荷建立起新的平衡；反之亦然。由此可知， 自動調節系統不僅能使機組轉速保持在一定的範圍內，而且還能使進汽量與功率相平衡。該系統的基本原理可用圖b的方框圖來表示。在上述調節系統中，調節閥是由調速器本身直接帶動的，所以稱為直接調節系統。

直接調節系統的方框圖與示意圖

由於調速器的能量有限，--般難以直接帶動汽輪機的調節閥，所以將調速器滑環的位移通過油動機從能量上加以放大後，間接帶動汽輪機的調節閥，從而構成間接調節系統。下圖a是一種最簡單的一級放大調節系統。利用調速器滑環帶動錯油門滑閥，再藉助壓力油的作用，使油動機帶動調節閥。當外界電負荷減小，轉速升高時，調速器滑環A向上移動，通過槓桿2帶動錯油門5的滑閥向上移動;此時，錯油門的上油口與壓力油相通，而下油口則與排油口相通，壓力油進入油動機上油腔，而其下油腔與回油口相通，所以在油動機活塞上形成較大的壓差，推動活塞向下移動，關小調節閥，減小汽輪機的進汽量，從而使機組功率與外界相適應；反之亦然。

當轉速升高，調速器滑環帶動錯油門滑閥上移時，油動機活塞向下移動，而油動機活塞的位移又通過槓桿帶動錯油門滑閥向下移動；當錯油門滑閥恢復到中間位置時，壓力油不再與油動機相通，活塞停止運動，機組就達到了新的功率平衡，調節系統也達到了新的平衡狀態。油動機活塞的運動是由錯油門滑閥位移所引起的，而活塞位移反過來又影響錯油門滑閥的位移，這種作用稱為反饋，槓桿2稱為反饋槓桿。由於油動機活塞對錯油門滑閥的反饋作用與調速器滑環對錯油門滑閥的作用是相反的，所以稱為負反饋。下圖b為間接調節系統原理方框圖。

間接調節系統示意圖與方框圖

汽輪機保護系統

機組運行中，一旦從電網中解列、甩去全部電負荷，汽輪機巨大的驅動力矩可使轉子快速飛升，為防止超速毀機事故發生，要求調節汽門在極短的時間內全行程關閉。在事故工況下為有效切斷汽輪機的蒸汽供給，還必須設定主汽門，即使調節汽門]關閉不快或關閉不嚴時，也能防止機組超速。此外，對低真空、低潤滑油壓、大脹差、高振動等危及機組安全的惡性故障， 發生時必須快速停機。因此， 汽輪機除設定調節系統外，還設定保護系統，調節保護 系統全稱為控制系統。調節部分控制調節汽門，保護部分控制主汽門，但在主汽門關閉時，保護系統信號作用於調節系統，使調節汽門同時關閉。汽輪機調節保護系統原理性框圖如下。

汽輪機調節保護系統原理示意圖

對於不同的功率、不同形式的汽輪機，所設定的保護裝置也不完全相同。汽輪機設定以下自動保護裝置、超速保護裝置、串軸保護裝置、低油壓保護裝置以及低真空保護裝置。

汽輪機調節系統的任務

(1)在外界負荷與機組功率相適應時，保持汽輪機穩定運行。

(2)當外界負荷發生變化或機組負荷變化時，汽輪機的調節系統能相應的改變汽輪機的功率， 使之與外界或機組負荷相適應，建立新的平衡，並保持汽輪機的工作轉速在規定範圍內。

(3)對於抽汽式汽輪機，當工況發生變化時，調整抽汽壓力在規定範圍內。汽輪機的調節系統，除接受汽輪機的轉速變化信號外，還應接受被驅動機械所發的信號，即具有雙脈衝調節裝置。信號經放大，最後控制調節氣閥的開度，改變進入汽輪機的蒸汽量， 以適應外界負荷或蒸汽狀態的變化， 使汽輪機的轉速保持在一定範圍內。當機組轉速增加時， 應迅速關小調節氣閥;當機組轉速減小時，則應迅速開大調節氣閥，以建立新的平衡。調節系統還應滿足工藝系統的要求，保證機組定轉速運行和變轉速運行。石油化工裝置中的工業汽輪機，都是靠調節系統自動完成這一任務。

汽輪機調節系統的要求

(1)調節系統應保證機組在額定的參數下，安全、平穩地滿負荷至零負荷範圍內運行。當參數和頻率在允許範圍內變動時，調節系統應能使機組平穩地在滿負荷至零負荷範圍內運行，保證汽輪發電機組能順利地併網和解列。

(2)當主氣閥全開和蒸汽參數在額定情況下，調節系統應能維持汽輪機在空負荷下穩定運行，轉速不應有明顯擺動;當負荷變化時，調節系統應能保證機組平穩地從一個工況過渡到另一工況，不發生較大的和長期的負荷擺動(擺動值不大於額定負荷的2% )。

(3)由滿負荷突然降到空負荷時，能使汽輪機轉速保持在危急保全器動作轉速以下。

(4)同步器的工作範圍，空負荷的轉速應保證在額定轉速的95% ~ 107%範圍內，調節系統的速度變動率般在4% ~6%範圍內；遲緩率應在0.5%以內。

(5)當危急保全裝置動作後，應保證主氣閥、調節氣閥迅速關閉，主氣閥的關閉時間應不大於1s。

(6)變速調節汽輪機的調節，除接受機組轉速信號外，還應接受被驅動機械所發出的信號， 即應有雙脈衝調節裝置。