淺析汽輪機自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

殷磊

摘 要：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要的功能體現(xiàn)在三方面，一是確保汽輪機能夠安全運行；二是達到用戶所需功率的要求；三是確保汽輪機能夠保持穩(wěn)定的轉速，即確保電網(wǎng)周波穩(wěn)定。也正是基于上述幾點，相關人員才大力研發(fā)汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以使其功能更加的突出。

關鍵詞：汽輪機；自動調(diào)節(jié)；系統(tǒng)

1 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)

保證機組的高品質輸出、系統(tǒng)正常運行，滿足使用需求是汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要功能。壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)以及轉速調(diào)節(jié)是汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見的三種調(diào)節(jié)方式。

壓力調(diào)節(jié)：供熱式汽輪機常采用壓力調(diào)節(jié)模式。波紋管調(diào)壓器是其常用工具。在調(diào)節(jié)壓力時，以壓力作為信號作用于波紋管，通過與彈簧在物理的作用下壓力變形，從而實現(xiàn)位移輸出。

流量調(diào)節(jié)：流量調(diào)節(jié)常常應用于流體機械如驅動高爐鼓風機的變速汽輪機中。通常通過孔板兩側之間的壓力差測出流量信號。

轉速調(diào)節(jié)：在任何汽輪機中，都對工作轉速有一定的標準和要求，因而都有調(diào)速器設置。機械式與飛錘式離心調(diào)速器是早期使用的主要方式。要將轉速信號轉變?yōu)槲灰?，該調(diào)速器主要通過重錘繞軸旋轉，其產(chǎn)生一定的離心力使得彈簧變形。采用這種方式雖然工作可靠，但是其轉速范圍較窄，而且其傳動還需要減速裝置，工作效率較低。二十世紀五十年代初，機械式高速離心調(diào)速器的出現(xiàn)，能夠通過主軸直接傳動，其位移輸出的實現(xiàn)主要是由重錘所產(chǎn)生的離心力讓鋼帶由于受力變形。

2 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結構

第一，隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不斷改進，產(chǎn)生了電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。不斷增加單機容量，機組采用滑式壓與單元制運行方式，同時使用再熱機組，以及不斷增加的機組停、啟次數(shù)，機組電網(wǎng)集中調(diào)度問題從而產(chǎn)生電液調(diào)節(jié)。電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行器由液壓元件組成，控制器由機構元件組成，其具有閉環(huán)轉速與超速跳閘的調(diào)節(jié)功能。但是閉環(huán)轉速調(diào)節(jié)范圍較窄，與此同時，系統(tǒng)的速度方面相對較低。因為汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是固定的靜態(tài)特性，汽輪機的間隙引起的遲緩較大，從而導致汽輪機的靜態(tài)特性無法隨意更改和變化。

第二，隨著數(shù)字技術與現(xiàn)代計算機技術廣泛應用于各個行業(yè)中，將其應用到汽輪機技術中葉得以有效實現(xiàn)，這極大的推動了汽輪機的技術發(fā)展。其中，電氣液壓控制系統(tǒng)就是計算機技術與數(shù)字技術的有效結合產(chǎn)生的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種電氣液壓控制系統(tǒng)控制器正常運轉實現(xiàn)，是建立在數(shù)字計算機的基礎上的。其執(zhí)行部分仍然是液壓系統(tǒng)。近年來，隨著不斷應用和發(fā)展的分散的系統(tǒng)，很多大型機組中的電調(diào)都采用以分散控制為系統(tǒng)原理，從而有效控制機組。

3 運行對調(diào)速系統(tǒng)的要求

3.1調(diào)速系統(tǒng)應能保證：當蒸汽參數(shù)和電網(wǎng)頻率在允許范圍內(nèi)變化時，機組能從滿負荷到空負荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，并保證機組能順利并網(wǎng)和解裂。

3.2當負荷變化時，調(diào)速系統(tǒng)應能保證機組從一穩(wěn)定工況安全她過度到另一穩(wěn)定工況，而不發(fā)生較大的長期的負荷擺動。

3.3為了保證機組穩(wěn)定運行，各種因素引起的負荷擺動應在允許范圍內(nèi)；

3.4當機組突然甩電負荷時，調(diào)速系統(tǒng)應能保證機組轉速最大升高值小于超速保護裝置動作轉速。

4 中間再熱機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點及種類

4.1中間再熱機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點

由于中間再熱容積的存在，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中采取相應措施的意義在于，既保證機組運行的安全性與經(jīng)濟性，又提高它對負荷的適應性。為了保證安全，中間再熱機組除了設置高壓缸調(diào)節(jié)閥外，還設置了中低壓缸調(diào)節(jié)閥，以便在機組甩負荷時，該兩個調(diào)節(jié)閥同時關閉，停止新汽和再熱蒸汽的進入，并通過旁路排走中間容積的蒸汽以防止機組的超速。為了解決功率滯后的矛盾，提高機組對負荷的適應性，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增設動態(tài)校正器，實現(xiàn)過調(diào)調(diào)節(jié)。由于中間再熱式機組是采用單元制主蒸汽系統(tǒng)，汽輪機負荷對鍋爐的影響比母管制系統(tǒng)敏感，所以需要汽輪機與鍋爐之間的協(xié)調(diào)配合。

4.2中間再熱機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的種類

汽輪機的調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)根據(jù)其轉速感受機構及中間放大器的結構不同，可以分為機械液壓調(diào)節(jié)，模擬電液調(diào)節(jié)和數(shù)字電液調(diào)節(jié)三種型式。

4.2.1機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由杠桿，曲柄等機構作信號放大和液壓流量控制閥作功率放大。機械傳動機構曠動間隙的存在，液壓控制部件易受油液污染的影響，使調(diào)節(jié)品質和運行穩(wěn)定，可靠性不是很理想。

4.2.2模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是基于模擬電路的連續(xù)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它將電子技術與液壓控制技術有機地結合在一起，綜合了電子元件檢測靈敏，精度高，線性好，遲緩小，傳輸速度快，調(diào)整方便，能實現(xiàn)復雜調(diào)節(jié)規(guī)律，以及液壓元件驅動功率大，慣性小的優(yōu)點。模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制功能和調(diào)節(jié)品質較機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了很大的提高，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的甩負荷動態(tài)特性，增強了機組的安全性。

4.2.3數(shù)字電液控制系統(tǒng)

數(shù)字電液控制系統(tǒng)（簡稱DEH）是以計算機代替模擬電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制運算的模擬電路，以發(fā)揮計算機控制運算、邏輯判斷與處理能力強及軟件組態(tài)靈活、方便的優(yōu)勢，將汽輪機運行的狀態(tài)監(jiān)測、順序控制、調(diào)節(jié)和保護融為一體。數(shù)字電液控制系統(tǒng)是由電子控制器、操作系統(tǒng)、執(zhí)行機構、保護系統(tǒng)和供油系統(tǒng)組成，它實現(xiàn)的主要功能是：汽輪機自動控制程序（ATC）；汽輪機功率的自動調(diào)節(jié)；汽輪機的自動保護；機組和DEH系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測。

5 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性

5.1影響甩負荷動態(tài)特性的主要因素

影響汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的因素來自于本體設備（如再熱器等的中間容積、轉子等）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)部件兩個主要方面。

5.2本體設備對動態(tài)特性的影響

5.2.1 轉子時間常數(shù)Ta。轉子時間常數(shù)Ta表示了轉子的轉動慣量與額定轉矩的相對大小；

5.2.2蒸汽中間容積常數(shù)Tρ。蒸汽中間容積常數(shù)Tρ表示了中間容積內(nèi)蒸汽的作功能力與機組額定功率的比值。

6 調(diào)速系統(tǒng)的功能

蒸汽和發(fā)電機隨轉速的變化如圖所示：當轉速n增加明蒸汽主力矩減小，發(fā)電機反力矩增加；當轉速n減小時，蒸汽主力矩增加，發(fā)電機反力矩減小。A點是兩力矩平衡狀態(tài)點：曲線1，2之交點。

6.1當外界負荷減少時，反力矩由曲線2變到曲線2，而主力矩曲線1不變。其工作點由A移到B，機組轉速由（自平衡能力：當不考慮調(diào)速系統(tǒng)的功能作用下，負荷變動時，機組能自動保持平衡狀態(tài)的能力）。

6.2當調(diào)速系統(tǒng)動作，減小進汽量，主力矩曲線由1變?yōu)?'，與反力矩曲線2交于C點，機組轉速變?yōu)榻咏?/p>

7 結語

汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個較為復雜的系統(tǒng)，具有多個不穩(wěn)定的因素，如調(diào)節(jié)系統(tǒng)型線性不佳、調(diào)節(jié)系統(tǒng)不等率太小、靜態(tài)特性曲線不合理等因素，也會引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。掌握調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見的不穩(wěn)定因素，便于科學處理調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定穩(wěn)定，及時進行重點試驗檢查，確保汽輪機組的安全運行。

參考文獻

[1]黃廣森.汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)故障的分析與判斷[J].無線互聯(lián)科技.2011

[2]曹乃卓.機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造及可靠性研究[J].水利電力機械.2010

（作者單位：江蘇南熱發(fā)電有限責任公司）