汽轮机调节保安系统介绍.pptx

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,汽轮机调节保安系统介绍,研发部孙云超,2008年5月20日,前言,汽轮机调节保安系统的作用主要是使机组的被调量（转速压力等）能按一定的规律变化以适应负荷的要求。

另外，当机组运行参数发生事故时，能使汽轮机紧急停机，起到保护作用。

2,调节保安系统的结构型式有液压式和电子液压式等。

调节保安系统所采用的工质，常用的是透平油，其油压一般为0.49-2.94MPa。

对驱动用汽轮机，汽轮机用于驱动压缩机、风机、水泵等旋转机械设备，驱动汽轮机要求转速变化大，一般要求70105额定转速，所以必须用电-液调节保安系统。

无论是全液压还是电-液调节系统，其调节原理是相同的。

调节系统的特性有静态和动态两种，并通过实验来验证，以确保设计要求。

一、调节系统的静态特性,调节系统在平衡状态下的特性，可用四象限图来表示，如图1-1所示。

图11四象限图第二象限为汽轮机转速n与油压p的特性，也称调节系统感受机构的特性。

第三象限为调速器油压p与油动机行程h的特性，也称调节系统放大机构的特性。

第四象限为油动机行程h与汽轮机功率N的特性，也称调节系统执行机构的特性。

根据以上三根曲线，可在第一象限上作图求出调节系统转速n与功率N的静态特性曲线。

如图1-1第一象限汽轮机转速n与功率N的关系曲线AB，即调节系统的静态特性曲线。

3,调节系统的静态特性,汽轮机调节系统静态特性应满足如下要求：

1.1迟缓率由于摩擦和阻力的存在，静态特性曲线上行、下行具有不重合性，用迟缓率来表示，如图1-2所示。

图12不灵敏区n为同一功率下的转速上下行最大偏差值，n0为额定转速。

迟缓率=n/n0100%一般要求0.20.5%，对小机组可以偏大一点，对大机组要偏小一点。

迟缓率大，说明调节灵敏度小。

4,调节系统的静态特性,1.2可调倾斜特性静态特性曲线具有随功率增加而转速下降的可调倾斜特性，如图1-3所示。

图13静态特性的倾斜性倾斜特性用转速不等率表示，一般取=36%。

=（n1-n2）/n0100%n1空负荷时转速n2满负荷时转速n0额定转速，对发电用汽轮机n0=3000r/min,5,调节系统的静态特性,当汽轮机组瞬间甩去全部负荷时，其动态超速量较静态转速偏差值（n1-n2），一般大50%，即甩全负荷时动态超速量为1.5（n1-n2）=1.5n0，速度变动率愈大，甩全负荷时动态转速升高值愈大。

以电站汽轮机为例，为了汽轮机甩全负荷时不使超速危急保安器动作,转速不等率不应大于6%。

当为6%时，甩全负荷时动态超速量为：

1.5n0=1.50.063000=270r/min，此时汽轮机转速为3270r/min，而危急遮断器的动作转速为：

110112%n0=33003360r/min，所以不会引起危急保安器动作。

如果转速不等率太小，在同样转速变化下，功率摆动大，说明调节系统的稳定性差，所以一般规定转速不等率3%和6%。

1.3调速系统静态特性线的上限和下限值如图14所示，静态特性线可以上下平移，当同步器处于下限位置或上限位置时，调节系统静态特性线也有一对应的下限线AB或上限线CD。

操作同步器时，静态特性线可以在AB至CD的范围内平行移动。

同步器上下限位置调整得合适与否，对汽轮机的正常运行影响很大。

在电液调节的情况下，没有同步器，可以在WW505编程时设定，当驱动发电机时空负荷时最高转速设定为n0+7%n0;最低转速设定为n0-5%n0,n0=3000r/min。

6,调节系统的静态特性,图14同步器的工作范围,7,调节系统的静态特性,a）上限值：

空负荷时同步器的上限位置为n0+7%n0在电网高周波（50.5HZ,对应转速3150r/min），和汽轮机进汽参数在低参数和背压在高参数同时出现时，仍能保证汽轮机带额定负荷，同步器在空负荷必须有一个适当的上限值。

如图14所示，如果上限线位于CD位置时，在额定参数和额定周波下，是能保证汽轮机带上额定负荷，但在出现允许高周波的情况下，则允许高周波线（虚线）将与CD线交于非额定负荷点上，也就是说CD的上限位置无法在高周波的情况下带上额定负荷。

只有CD线的上限位置，才能在高周波的情况下刚好带上额定负荷。

但在高周波和低参数同时出现的情况下，虽然调节汽阀的开度没有变化，但由于蒸汽作功能力下降，又不能带足额定负荷。

也就是说，考虑高周波和低参数同时出现，同步器的上限位置应该比CD还要高一点。

经验表明，汽轮机空载转速的D点为n0+7n0左右时，CD的上限位置就能满足要求。

即D点的转速为3000+0.073000=3210r/min。

如果该机组的转速不等率=5，则同步器处于上限位置时，带上额定负荷时的C点转速应为3000+0.073000-n0=3060r/min。

8,调节系统的静态特性,b）下限值:

空负荷时同不器的下限位置为n0_-5%n0在电网低周波（49.5Hz，对应转速2970r/min），和汽轮机进汽为高参数和背压为低参数同时出现时，汽轮机仍能并网或解除汽轮机的全部负菏，同步器在空负荷时必须有一个适当的下限值。

如图14所示，如果下限位置是AB,那么在额定周波和汽轮机进汽排汽参数在额定值情况下，该下限位置能并网或解除汽轮机的全部负荷。

但如果出现允许低周波的情况，则AB就会与允许低周波线（虚线）相交，只有下限位置处于AB时，方能允许低周波的情况下刚好能并网或解除汽轮机的全部负荷。

这时如果出现允许的高参数、低背压情况，虽然调节汽阀的进汽量没有增加，但每公斤蒸汽的作功能力增加，因而使汽轮机在这个调节汽阀开度下又带上了负荷。

也就是说，考虑允许低周波、汽轮机高参数、低背压同时出现的情况下，要使汽轮机能并网或解除汽轮机的全部负荷，同步器下限线的位置必须移到比AB线更低的AB线的位置。

经验表明，当B点的位置处于-5n0左右时，AB的下限位置能满足要求。

也就是说，B点的转速应为:

3000-0.053000=2850r/min。

如该机的速度变动率=5%，则同步器处于下限位置带全负荷时A点的转速为3000-0.053000-n0=2700r/min。

所以，一般同步器的工作范围在空负荷时都调成（75）n0左右。

9,二、调节系统的动态特性,图21甩负荷时转速变化曲线,10,调节系统的动态特性,动态特性表征调节系统在运动过程中的特性。

当汽轮机甩全负荷时，是外界对机组最大，最快的扰动。

因而，通常以三项指标来衡量动态特性，即稳定性，超调量，过渡时间（或称衰减时间）。

稳定性机组受到外界扰动（比如负荷变动）而离开原来的稳定状态后，能过渡到新的稳定状态，或者扰动除去后，能恢复到原来的稳定状态。

这种动态过程称为稳定的过渡过程，它的稳定性是好的。

否则，就是不稳定的动态过程，其稳定性就很差。

超调量它表示动态过程中，调节系统的被调量（如转速）超过给定值（如静态稳定值）的最大偏差量。

11,调节系统的动态特性,如图21所示:

超调量=式中nmax转速的最大值n静态稳定转速甩负荷时，规定转速不能大于危急遮断器动作转速，一般为33003360r/min，所以规定超调量3%。

2.3过渡时间过渡时间又称衰减时间，它是指过渡过程中，调节系统的被调量（如转速）达到给定值（如静态稳定值）的某个范围内（如98%），所需要的时间。

通常转速波动幅值小于5n0时，即为稳定时间。

一般希望甩全负荷后，过渡时间小于10秒。

摆动次数不超过23次。

12,三、电液调节保安系统原理,汽轮机调节系统可分为二种方式，一种全液压的调节系统，另一种是数字电-液调节系统（DEH）。

对工业用驱动汽轮机，都采用电液调节保安系统。

电液调节保安系统的原理和前面介绍的调节系统原理是相同的，它的静态特性和动态特性都要满足上述要求。

对不同型号、不同功率、不同参数的汽轮机其调节系统不相同，如凝汽式和背压式汽轮机用WW505或PEAK150就可以，对抽汽凝汽式汽轮机就得用WW505E。

如用户自备的ITCC具有电调功能，可不用电调速器，将汽轮机转速信号直接输入ITCC，ITCC输出420mA电流给电液转换器，电液转换器输出0.150.45MPa的油压信号给错油门，控制汽轮机调节汽阀的开度，改变汽轮机的进汽量，从而达到运行要求。

内蒙博源联合化工厂2700kW背压式汽轮机的调节系统，就是由ITCC代替了电调速器的功能。

装有四个转速探头，一个用于就地转速显示，另外三个转速信号输入ITCC系统，ITCC系统具有电调功能。

如图31所示：

13,电液调节保安系统原理,图31博源联化2.7MW背压汽轮机调节保安系统图,14,新蒸汽,电液调节保安系统原理,图3-2是一个典型的驱动用凝汽式汽轮机电液调节保安系统,它是用WW505电调节器对汽轮机进行控制的。

图32凝汽式汽轮机电液调节保安系统,15,电液调节保安系统原理,电-液调节保安系统主要有五部分组成：

1）WOODWARD505电调速器；2）电液转换器；3）液压伺服机构、调节汽阀；4）安全保护系统；5）油站和蓄能器组成。

它的工作原理是把汽轮机的运行参数信号（转速）输入WOODWARD505电调速器。

WOODWARD505将4-20mA的电信号输入电液转换器（WWCPC或VOITH阀），电液转换器输出0.15-0.45MPa的压力油，经汽轮机液压放大机构放大，使油动机从0-100%上下移动，变换调节汽阀的开度，从而改变汽轮机进汽量，调节转速，满足运行的要求。

下面分别介绍各个部分的主要作用和功能。

3.1WOODWARD505电调速器WW505是WOODWARD505数字式调节器的简称。

主要用于控制单个或分量程执行机构的汽轮机控制。

WW505用于凝汽式和背压式汽轮机，WW505E用于抽汽凝汽和抽汽背压式汽轮机。

WW505允许用户在不同控制场所实现现场编程，也可以用菜单驱动软件编写发电机或机械传动装置的控制程序，也可以单独使用，也可以与DCS系统联合使用。

经常与三取二PROTECH203超速保护装置配合使用，共同完成汽轮机组的保护。

WW505常被使用作为汽轮机控制的主要元件。

用来控制汽轮机的升速、日常监控、事故联锁等。

WW505的外形和开孔尺寸如图33所示：

16,电液调节保安系统原理,图33WW505的外形图和开孔尺寸,17,电液调节保安系统原理,3.2电液转换器:

VOITH阀或WWCPC目前广泛使用的电液转换器有两种，一种是WOODWARDCPC，另一种是VOITH阀。

WOODWARDCPC对油清洁度要求较高，现在很少使用，大多用VOITH阀。

VOITH阀接收420mA的设定输入，对外输出油压范围为0.150.45MPa，用于汽轮机调节汽阀的控制，使调节汽阀的开度从0100%变化，以适应外界负荷变化的要求。

WOODWARDCPC的外形如图34所示：

图34wwCPC外形图,18,电液调节保安系统原理,VOITH阀的外形如图35所示：

图35VOITH阀外形,19,电液调节保安系统原理3.3液压伺服机构液压伺服机构一般由错油门、油动机、速关阀，启动阀、调节汽阀及杠杆等组成。

从CPC或VOITH阀来的调节信号油压经液压伺服机构放大，控制油动机活塞移动，通过调节杠杆，改变调节汽阀开度，调节汽轮机进汽量，从而达到控制汽轮机转速的目的。

图36为液压伺服机构连接示意图。

20,电液调节保安系统原理,图36液压伺服机构连接图,21,电液调节保安系统原理,鄂联化汽轮机电调系统改造安装图,22,电液调节保安系统原理,安全保护系统安全保护系统包括机械液压保安系统和电气保安系统两部分。

机械液压保安系统主要由危急遮断器、危急遮断油门、试验控制阀、主汽门等组成。

当任一保安装置动作时，保安油路被切断，保安油压降为零，主汽门、调节汽阀迅速关闭。

电气保安系统由仪表监测保护系统、电调节器超速保护系统（经常与三取二PROTECH203超速保护装置配合使用）、电磁阀等组成。

蓄能器蓄能器的作用是稳定调节油压，其容积根据汽轮机的功率来定，如NXQA-50/6-LBIAO表示它的容积为60