淺析汽輪機自動調節系統

殷磊

摘 要：汽輪機調節系統主要的功能體現在三方面，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定的轉速，即確保電網周波穩定。也正是基于上述幾點，相關人員才大力研發汽輪機調節系統，以使其功能更加的突出。

關鍵詞：汽輪機；自動調節；系統

1 汽輪機調節系統

保證機組的高品質輸出、系統正常運行，滿足使用需求是汽輪機調節系統的主要功能。壓力調節、流量調節以及轉速調節是汽輪機調節系統常見的三種調節方式。

壓力調節：供熱式汽輪機常采用壓力調節模式。波紋管調壓器是其常用工具。在調節壓力時，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，從而實現位移輸出。

流量調節：流量調節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。

轉速調節：在任何汽輪機中，都對工作轉速有一定的標準和要求，因而都有調速器設置。機械式與飛錘式離心調速器是早期使用的主要方式。要將轉速信號轉變為位移，該調速器主要通過重錘繞軸旋轉，其產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，機械式高速離心調速器的出現，能夠通過主軸直接傳動，其位移輸出的實現主要是由重錘所產生的離心力讓鋼帶由于受力變形。

2 汽輪機調節系統的結構

第一，隨著我國科學技術的不斷發展，汽輪機調節系統的不斷改進，產生了電液調節系統。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，機組電網集中調度問題從而產生電液調節。電液調節系統的執行器由液壓元件組成，控制器由機構元件組成，其具有閉環轉速與超速跳閘的調節功能。但是閉環轉速調節范圍較窄，與此同時，系統的速度方面相對較低。因為汽輪機調節系統是固定的靜態特性，汽輪機的間隙引起的遲緩較大，從而導致汽輪機的靜態特性無法隨意更改和變化。

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

3 運行對調速系統的要求

3.1調速系統應能保證：當蒸汽參數和電網頻率在允許范圍內變化時，機組能從滿負荷到空負荷范圍內穩定運行，并保證機組能順利并網和解裂。

3.2當負荷變化時，調速系統應能保證機組從一穩定工況安全她過度到另一穩定工況，而不發生較大的長期的負荷擺動。

3.3為了保證機組穩定運行，各種因素引起的負荷擺動應在允許范圍內；

3.4當機組突然甩電負荷時，調速系統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 中間再熱機組調節系統的特點及種類

4.1中間再熱機組調節系統的特點

由于中間再熱容積的存在，在調節系統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節閥外，還設置了中低壓缸調節閥，以便在機組甩負荷時，該兩個調節閥同時關閉，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，在調節系統中增設動態校正器，實現過調調節。由于中間再熱式機組是采用單元制主蒸汽系統，汽輪機負荷對鍋爐的影響比母管制系統敏感，所以需要汽輪機與鍋爐之間的協調配合。

4.2中間再熱機組調節系統的種類

汽輪機的調節保護系統根據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節，模擬電液調節和數字電液調節三種型式。

4.2.1機械液壓調節系統

機械液壓調節系統是由杠桿，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，使調節品質和運行穩定，可靠性不是很理想。

4.2.2模擬電液調節系統

模擬電液調節系統是基于模擬電路的連續控制調節系統，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，調整方便，能實現復雜調節規律，以及液壓元件驅動功率大，慣性小的優點。模擬電液調節系統的控制功能和調節品質較機械液壓調節系統有了很大的提高，改善了調節系統的甩負荷動態特性，增強了機組的安全性。

4.2.3數字電液控制系統

數字電液控制系統（簡稱DEH）是以計算機代替模擬電液調節系統中控制運算的模擬電路，以發揮計算機控制運算、邏輯判斷與處理能力強及軟件組態靈活、方便的優勢，將汽輪機運行的狀態監測、順序控制、調節和保護融為一體。數字電液控制系統是由電子控制器、操作系統、執行機構、保護系統和供油系統組成，它實現的主要功能是：汽輪機自動控制程序（ATC）；汽輪機功率的自動調節；汽輪機的自動保護；機組和DEH系統狀態的監測。

5 汽輪機調節系統的動態特性

5.1影響甩負荷動態特性的主要因素

影響汽輪機調節系統動態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）和調節系統部件兩個主要方面。

5.2本體設備對動態特性的影響

5.2.1 轉子時間常數Ta。轉子時間常數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Tρ。蒸汽中間容積常數Tρ表示了中間容積內蒸汽的作功能力與機組額定功率的比值。

6 調速系統的功能

蒸汽和發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，發電機反力矩增加；當轉速n減小時，蒸汽主力矩增加，發電機反力矩減小。A點是兩力矩平衡狀態點：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：當不考慮調速系統的功能作用下，負荷變動時，機組能自動保持平衡狀態的能力）。

6.2當調速系統動作，減小進汽量，主力矩曲線由1變為1'，與反力矩曲線2交于C點，機組轉速變為接近。

7 結語

汽輪機調節系統是一個較為復雜的系統，具有多個不穩定的因素，如調節系統型線性不佳、調節系統不等率太小、靜態特性曲線不合理等因素，也會引起調節系統的不穩定。掌握調節系統常見的不穩定因素，便于科學處理調節系統不穩定穩定，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.汽輪機調節保安系統故障的分析與判斷[J].無線互聯科技.2011

[2]曹乃卓.機組調節系統改造及可靠性研究[J].水利電力機械.2010

（作者單位：江蘇南熱發電有限責任公司）