背压式的抽汽背压式汽轮机电液调节系统.docx

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背压式的抽汽背压式汽轮机电液调节系统

1.背压式汽轮机调节

1.1背压式汽轮机工作过程

背压式汽轮机是一种既供电又供热的电热联供的汽轮机，背压式汽轮机工作原理示意图如图1所示

从锅炉来的新蒸汽经过主汽门TV和调节阀门GV，进入背压式汽轮机中膨胀做功。

从背压式汽轮机排出的具有一定压力的蒸汽通过阀门V2进入热用户的热网。

这种以电热联供的背压式汽轮机，可以提高循环效率，降低煤耗，到达充分利用能源的目的。

由于热用户对所需蒸汽的质量有一定的要求，即要求背压保持一定，而流量是变化的。

但因背压式汽轮机排汽的压力是根本保持不变的，所以蒸汽流量的改变必将引起发电量的变化。

因此，电用户和热用户之间如何协调工作是背压式汽轮机调节系统的任务

背压式汽轮机通常有两种运行方式，一种是按电负荷进展工作，另一种是按热负荷进展工作，根据不同的运行方式，对调节系统的要求也不尽一样。

按电负荷工作的背压式汽轮机通常与其它热源共同向热用户供汽。

热用户所需要的蒸汽量除了由背压式汽轮机提供外，还应有其它汽源。

例如：

抽汽式汽轮机，低压锅炉或锅炉的高压蒸汽经减温减压器等方案。

汽轮机供给热用户的蒸汽量取决于电负荷的要求，供汽量的变化由其它汽源加以补偿。

在这种情况下，背压式汽轮机按照满足电用户需要的运行方式工作，其调节系统和凝汽式汽轮机没有差异,即转速或负荷调节。

调速器的作用是调节背压式汽轮机的转速。

热用户所需的一定蒸汽压力的蒸汽是通过调节其他汽源供汽量来保证。

这时背压式汽轮机的调压器实际上是不起作用的。

大多数情况下，背压式汽轮机是按热负荷特性进展工作的，这时通过汽轮机的蒸汽量随热负荷变化而变化，汽轮机的功率由热负荷决定，电能的需要由并列运行的其他机组来承担。

按热负荷运行的机组，所需的蒸汽量由调压器进展调节。

当热用户所需用蒸汽量增加时，蒸汽管道中流出的蒸汽流量增加，因此流量平衡破坏，蒸汽压力降低，调压器测量到压力变化信号，经放大器传给执行元件，由执行元件开大调节阀门，增加进汽量，到达新的蒸汽流量平衡，保持背压根本不变。

当用户所需的蒸汽量减少时，各元件作用原理一样，但方向相反，同样可到达背压根本不变的目的。

在热负荷变化时，背压式汽轮机的电负荷也将引起相应的变化。

因此，必定引起电网的平衡状态被破坏，导致电网周波的变化，这时电网中所有的机组根据各自调节系统的静态特性进展负荷分配，即一次调频，改变各台机组的输出功率，建立起电网新的平衡关系。

背压式汽轮机中装有调速器，它的作用是在机组并网时使机组与电网同步，在机组并网后，按调节系统的静态特性曲线参加电网的一次调频，在机组甩负荷时进展转速调节，防止机组超速。

1.2背压式汽轮机液压调节系统

背压式汽轮机液压调节系统示意图见图2，在该系统中有两个敏感元件，即转速调节器1和压力调节器2，当汽轮机按热负荷工作时，汽轮机并入电网，转速保持不变，因此调速器滑环的位置也不变。

热负荷的增大将引起排汽管道中的压力下降，由于压力调节器2的作用，通过杠杆使错油门4下移高压油P0经错油门4进入到油动机5活塞下油室，使调节阀门开大，增加汽轮机的进汽量，从而使背压升高，建立新的平衡状态，当油动机活塞上移时，错油门4滑阀也上移，堵住了高压油P0到油动机的通路，油动机维持当前开度。

当热负荷减少时，调压器的动作方向与上述相反。

从图2所示的背压式汽轮机调节系统原理可见，当调速器滑环不动时，不同的调节阀位置，对应不同的调压器活塞的位移，因而压力调节系统是有差调节系统。

根据各元件的静态特性，可以做出调压系统的静态特性曲线，见图3。

它的绘制方法与转速调节系统的静态特性曲线相似，图中第II象限的曲线表示压力调节器的位移△X与汽轮机背压P之间的关系。

第Ⅲ象限的曲线表示压力调节器的位移△X与油动机位移△Z之间的关系。

第Ⅳ象限的曲线表示蒸汽流量与油动机位移△Z之间的关系。

由这三条曲线可用作图法求出第Ⅰ象限中压力调节系统的静特性曲线。

调压系统的不等率的定义和调速系统相似，它定义为最高压力PMAX与最低压力PMIN之差与平均压力Pa之比。

在实际应用中，为方便起见通常用额定压力P0带替平均压力Pa。

因此压力不等率可表示为：

≥

改变调压器弹簧的预紧力，可以平移调压器静态特性曲线，使压力调节系统的静态特性平移。

改变调压器弹簧的刚度，可以改变调压器静态特性曲线的斜率，使压力调节系统的不等率值改变。

当几台背压式汽轮机并列运行时，压力不等率决定各机组之间的热负荷分配。

压力不等率除了影响压力调节系统的静态特性以外，还与调压系统的动态过程有密切联系，它将影响系统的稳定性及过渡过程的品质。

由于热负荷对调压系统的静态精度要求较低，压力不等率δP取的较大，通常为10%～20%，有利于压力调节系统的稳定性。

1.3背压式汽轮机电液调节系统〔DEH〕

通常背压式汽轮机容量较小，一般在25MW、50MW，因此在系统油源的选择上根本上都选择低压透平油系统，这里只以透平油系统为例，介绍背压式汽轮机DEH控制系统。

1.3.1背压式汽轮机电液调节系统构成

背压式汽轮机DEH控制系统的构造如图4所示。

图中：

1、自动关闭器2、危急遮断错油门3、启动滑阀

4、调节阀油动机5、电液转换器

背压式汽轮机DEH系统可分为调节和保安两局部。

保安局部由自动关闭器1，危急遮断器2，启动滑阀3，跳闸电磁阀S1等部件组成，其核心部件是危急遮断器，它承受机械超速，手动打闸，跳闸电磁阀的跳闸指令和启动滑阀的挂闸指令，完成机组快速打闸停机以及挂闸开主汽门等任务。

调节局部由电液转换器5，油动机4组成，用于机组的调节控制。

根据所选设备的不同，可以构成伺服型，也可以构成比例型执行机构，对伺服型执行机构，油动机，电液转换器和控制装置中的伺服卡一起构成阀门伺服控制系统，实现阀门的定位控制，而比照例型执行机构，电液转换器承受控制装置的电信号并按比例确定阀门开度。

背压式汽轮机DEH的核心是电控装置，各过程信号的测量、监视、操作、控制、逻辑运算等都在电控装置中完成。

系统还有超速保护电磁阀S2，当机组甩负荷时，通过S2电磁阀快速泄掉油动机错油门下脉动油，使调节阀门迅速关闭，防止汽轮机超速。

背压式汽轮机的控制特性由计算机软件实现。

DEH控制装置

DEH控制装置包括机柜，工程师站，操作员站。

控制机柜装有计算机，模拟量，开关量和脉冲量的输入/输出组件，通讯接口组件和电源等，完成数字运算和逻辑运算，输出控制与保护指令。

工程师站：

建立和管理数据库，用于DEH系统开发，调试和维护，当该站处于在线状态时，可监视操作员站全部功能等，有时与操作员站合二为一。

操作员站：

可选择DEH系统控制方式，修改设定值和控制参数，操作控制系统，显示和确认报警等。

电液伺服机构

透平油电液调节系统的供油是由汽轮机主油泵提供，压力是20kg/c㎡（1.96Mpa）它为液压系统提供压力油，调节油和保安油，电液伺服机构主要是指电液转换器和油动机，在小容量机组中，电液转换器多采用进口的TM25和DDV型，TM25〔TA10〕是美国WOODWARD公司生产，它是一个输出位移型的电液转换器，双线圈，输入电流20～200mA，输出位移是25.4mm，这种类型电液转换器在实际应用中需要加装转换阀，并需配置专门的油源。

TM25电液转换器与油动机组成伺服控制回路如图5所示。

由图5可知，电液转换器，即TM25，它加了一个转换阀，控制油动机错油门下的脉动油，错油门下的恒定油压由油动机反响滑阀的排油来维持，油动机压力油由主油泵供给。

TM25的供油是由专用的供油系统供给，以使其不易卡涩,能可靠的工作。

目前用的最多的电液转换器是DDV，它是MOOG公司的产品，它与油动机组成的电液伺服控制回路见图6

油动机的压力油是由主油泵输出的P0直接供给，而电液转换器用油，为了防止卡涩，提高可靠性，需将P0经过精细滤油器，当然也可以采用独立油源，只是价格昂贵。

油动机反响滑阀取消了，取而代之的是测量油动机活塞杆的位移，用线性差动位移传感器〔LVDT〕，作为伺服控制回路的位移反响信号。

图中可调节流孔D用来调整初始位置及满足从全关到全开的关系。

1.3.2背压式汽轮机电液调节系统的根本原理

背压式汽轮机DEH控制系统原理图如图7所示：

该系统设有转速控制回路，功率控制回路，背压控制回路及OPC控制和超速保护等根本控制以及同期，调频限制，信号选择，判断等逻辑。

DEH控制系统通过控制调节阀门GV，实现对机组的转速〔或负荷〕和排汽压力的控制。

转速控制回路

转速控制回路完成机组启动升速，快速通过临界转速，同期以及OPC超速控制和正常停机及危急停机控制。

该回路的核心局部是“转速设定值〞它受转速给定，转速变化率，超速试验和同期给定等控制，它与机组的实际转速〔经3取2〕反响进展比较，其差值经PID调节器，控制调节阀门，实现转速闭环控制，同时将机组实际转速送到OPC超速控制和机组超速保护回路。

功率控制回路

功率控制回路完成机组并网后，带初始负荷及正常运行时的功率控制，它的“负荷设定值〞受负荷给定，负荷变化率及功率限制的控制。

“负荷设定值〞经一次调频信号修正后与机组的实际功率反响信号进展比较，其差值经PID调节器，它与机组背压控制回路输出流量信号切换选择工作，被选中的信号经电液转换器油动机去控制调节阀门GV。

背压控制回路

在背压式汽轮机中，背压调节回路是根本工作回路，“排汽压力设定值〞受背压限制及背压调整控制，它与实际背压进展比较，其差值经PID校正器，变为流量信号，它与功率控制回路输出信号进展切换选择，然后通过电液转换器，油动机去控制调节阀门GV。

启动运行方式

通常，背压式汽轮机为母管制运行，在额定参数情况下启动，当由DEH系统控制启动时，与冷凝机组一样，主汽门全开，控制调节阀门GV启动，进展冲转，升速，暖机，快速过临界，定速，同期，并网带初始负荷，直至带全负荷。

当汽轮机的排汽量或排汽压力到达热网要求时，DEH控制系统切到背压控制回路运行。

一般来说，背压汽轮机先并入热网后，再并入电网，即先带热负荷，后带电负荷。

1.3.3背压式汽轮机电液调节系统的主要功能

汽机复位〔挂闸及开主汽门〕

摩擦检查

机组启动时，尤其是大修后首次启动，经常需要进展摩擦检查，为此，在DEH控制系统中，设置有摩检功能，当机组控制高调门启动时，可选择摩检功能，此时，DEH控制系统将目标转速设置在500rpm〔可修改〕，当机组转速升至该转速时，瞬间关闭调速汽门，切断汽机进汽，机组惰走，由运行人员进展听音，检查机组是否有摩擦，完成摩擦检查。

升速

DEH控制系统中有自动升速和手动升速的功能，通过控制调节阀门的开度，实现转速闭环控制。

小功率机组通常采用管制运行，而且冷态启动采用额定参数。

而冷态启动时，往往采用调节阀门全开，手动控制主汽门前的电动主闸门的旁通门，对机组转速进展开环控制。

因此，DEH设有几种升速方式，介绍如下：

〔1〕自动升速

DEH根据运行人员选定的升速率，暖机转速，暖机时间自动完成冲转，暖机，过临界，3000rpm定速全部过程。

在升速过程中，运行人员可根据实际情况，通过保持命令使机组进入恒速运行或切换到手动运行方式。

〔2〕手动升速

DEH按照运行人员给出的升速率，由运行人员手操转速“加〞“减〞控制机组升速，但在临界转速区，将自动越过，以保证机组平安。

〔3〕电动主闸门旁通阀手动升速

在DEH中，将转速控制设于“手动〞方式，通过“转速加〞命令将转速设定在2850rpm/min〔可调参数〕，使各调门全开，由运行人员手动开启电动主闸门旁通阀冲动转子进展升速。

当机组到达上述定值后，调门逐渐回关，转速控制自动转为由DEH通过控制调节阀门实现闭环控制，电动主闸门逐渐全开，转速由DEH维持在2850r/min,后续操作与手动升速一样。

超速保护及超速试验