论文部分内容阅读
（长沙电力职业技术学院动力工程系）
摘 要：文章主要阐述了火电厂功频电液调节系统及DEH控制系统、汽轮机调节系统、汽轮机的保安系统和汽轮机的油系统技术问题。
关键词：火电厂；汽轮机；调节；保护
为了与电用户的电量需求相适应，汽轮机配有调节系统，从而使机组时刻有足够的发电量。电力供应要提供足够的电量，同时也不能忽视供电的质量。转速的大小关系着电压和频率的高低，直接决定了频率的高低，电压和频率二者是供电质量的两个指标。为了保证供电质量，汽轮机调节系统负责控制汽轮机运行时的转速，使其保持在额定值。
一、火电厂汽轮机的调节系统
火电厂汽轮发电机组在某一负荷下稳定运行时，应确保其免受外界电负荷变化等类似外界干扰的影响，否则，机组转速就难以稳定保持在额定值。汽轮机调节系统配有转速感受部件，倘若转速真的发生变化，转速感受部件能迅速接收这一变化信号，同时调节系统其他构件也会一一作出反应，改变进汽量，蒸汽主力矩与反抗力矩从而再次回归平衡，此时，机组便又恢复稳定运行。汽轮机运行的基本原理都大体一致，尽管各汽轮机有自己的调节系统。
当外界负荷增加时，机组转速会减小，转速感受元件飞锤受到的离心力会减小，从而造成滑环a下移，转速的变化大小可以从滑环a的位移量看出。由于滑环a下移，杠杆abc就会转动，以c点为支点逆时针偏转，b点下移，错油门的滑阀下移，通往油动机的两个油口将被打开。油动机活塞的下腔室和错油门的下油口相连通，压力油进入下腔室是经过下油口，此时其上腔室是与错油门的上油口相连通。由于上下腔室产生有压差，油动机活塞便会向上移动，此时，汽门开大，汽轮机的进汽量增加，蒸汽主力矩M1增大。油动机活塞上移时，滑阀也会在反馈杠杆bc的带动下向上移动至原来的中间位置，（即杠杆abc以a为支点顺时针偏转，b点上移），将油动机的压力油通道切断，油动机活塞就不再移动，此时，调节系统达到新的平衡，进汽量适宜，汽轮发电机组在新的电负荷下稳定工作。反馈即错油门滑阀复位的一种现象，其能使调节系统稳定在新的平衡工况，而且能够促使调节系统再次调节。
二、火电厂功频电液调节系统及DEH控制系统
测速机构、信号放大机构、执行机构及反馈机构是汽轮机的每个调节系统都必备的四大机构。这四种机构在机械调节系统中分别为调速器飞锤、错油门、油动机、反馈杠杆。如果错油门和油动机仍为放大执行机构，而测速机构用调速泵或电子测速元件代替调速器飞锤，则相应即液压调节系统和电液调节系统。 当机组容量增大，并且运行调节要求提高，这些系统会随之一一出现。是随着而相继出现的。电液调节系统具有测取转速信号和测功信号的功能，转速信号是通过其机械或液压调节系统测得的，测功信号是测量发电机的有功功率，也就是功频电液调节系统。电调和液动放大是功频电液调节系统的两大部分，两者之间用电液转换器相连，测频、测功和校正单元（PID）是电调部分的功能，而液动放大部分包括滑阀和油动机。当转速发生变化时，测频单元可以感受到，并输出一相当的直流电压信号，这一点与原来调节系统的调速器差不多。发电机的有功功率交由测功单元测取，测功单元成比例地输出直流电压信号，此信号作为系统的负反馈信号，使得转速偏差与功率变化之间的比例关系保持稳定。校正单元（PID）这个调节器能够将测取的频率和功率以及信号进行比较，进行微分和积分运算，并经放大后再输出，输出的电信号再交由电液转换器将其转换成滑阀及油动机所能接受的液压控制信号，电液转换器是电调和液动放大两部分之间的联络部件。给定单元给出电压信号，再人为的控制调节系统，它与原来调节系统的同步器差不多。调节系统的执行机构仍包括液动控制部分的滑阀和油动机在内。当外界负荷变化，此系统的调节过程为：当外界负荷增大，机组转速随之减小，测频单元会感受到这一转速偏差，随后输出经过处理、与之成正比例的正直流电压信号，此电压信号输入PID校正单元，经PID处理后再输入电液转换器，电信号转换成油压信号，滑阀下移，油动机活塞上移，阀门开大，从而使得进汽量和外界负荷相适应。测功单元感受到机组电功率增大后，会立即输出一负的直流电压信号，再输入PID。当这一负电压信号等于测频单元输出的正电压信号时，两信号的代数和为零，此时机组的实发功率与外界负荷相等，PID的输出值没有变化，调节完成。反之，如果外界负荷减小，系统的调节过程与以上情况相反。当新蒸汽压力发生变化，会造成功率发生变化，而采用测功单元能够避免这一情况，其动作过程为：当新蒸汽压力降低，在不改变阀门开度的情况下，机组的实发功率减小，测功单元输出的电压信号随之减小，但PID入口仍有正电压信号，PID输出仍增大，增大阀门开度，使得测功单元输出的电压信号增大，直至其与测频单元输出的电压信号相等，即二者的代数和为零时才停止動作。这一动作过程使得频率偏差与功率的对应关系保持不变，确保一次调频能力不变。对于中间再热机组的功率滞后，可以借测功单元和PID调节器的特性来弥补。中间再热汽轮机有庞大的中间再热蒸汽容积：再热器和连接管道，当频率偏差更大，高压调节阀开度也会随之变化，至少占全机功率2/3的中、低压缸功率会较长时间的发生滞后，一次调频能力随之下降。在新增测功单元后，如果机组转速随外界负荷的增加而下降， 测频单元输出的正电压信 号 作 用于PID，调节阀开度增大，高压缸功率随之增加，但中、低缸功率滞后，测功单元的输出信号较小，不能与测频单元输出的正电压信号相抵消，高压调节阀开度会因此而一直增大，导致开度过大，高压缸因此而产生过剩的功率，这些过剩功率恰好用来补偿中、低压缸滞后的功率。当中、低压缸功率不再滞后，高压调节阀在测功单元的作用下关小，直至与外界负荷的开度设计值相适应，此时调节完成，如此一来，机组的一次调频能力就不会变差。目前，自动控制水平在日益提高，凡是300MW以下的大型机组大都采用的是数字电电力与能源液控制系统（DEH）。相对于上述功频电液调节系统而言，这种系统的不同之处在于其不再采用PID调节器，而是采用数字计算机，调节算法程序，存于计算机中。DEH系统是以数字控制程序，系统硬件电路简易，控制方便。一般汽轮机可以进行转速调节与负荷调节，DEH住一样可以完成这些调节，此外，它还可以根据不同工况和汽轮机的热应力及其他辅助要求，进行自动升速、并网、加负荷等操作，汽轮机因此可以自动启动与停止运行；同时，它还能巡测、监视、报警并记录机组的主辅运行参数，使得汽轮机能够保持长时间的安全高效运行，促进电厂自动化的实现。 三 、汽轮机的保安系统
如果汽轮机运行时出现异常情况，设备可能会因此遭受损坏。汽轮机的调节系统中一般都配有危急保安控制系统，它能够测量、监视并限值判断汽轮机的转速、轴向位移、排汽口真空、润滑油压和抗燃油压等参数。如果每项测量值过大或过小，中间转换及和执行机构回發挥作用，关闭汽轮机的进汽阀，及时阻止汽轮机的继续运行，避免设备被损坏。DEH数字电液控制系统中的危急保安控制包括：电气信号危急跳闸保护系统和超速防护系统、机械超速保护及手动脱扣保护系统。相对而言，对汽轮机最为重要的还是超速保护系统，它能通过多通道保护设备，使得汽轮机安全运行。
四、汽轮机的油系统
对于300MW以 上 的大 型 机 组，其 调 节 保 安 系统的用油控制在14MPa左右的高压抗燃油，而各轴承润滑用油则是1MPa左右的低压汽轮机油，两者成为两个独立的油系统。射油器、冷油器、主油泵、油箱、启停及事故油泵、排油烟风机及净化装置等组成润滑油系统。当机组正常运行，主油泵出口油流为：一路为发电机氢密封系统（密封油）： 二路为保安系统的机械超速保护及手动脱扣保护装置（动作油）； 三路为经射油器、冷油器后去冷却、润滑各轴承及盘车齿轮等。汽轮机前端的伸长轴上装有主油泵，主轴直接带动主油泵，在汽轮机启停及事故条件下，要把备用油泵开启，使得用油顺利通过以上油路。厂房零米地面汽轮发电机组前端装有润滑油油箱，它是一种圆筒卧式油箱。油箱的顶部焊有圆形顶板，各备用油泵及排油烟风机等被安装在圆形顶板上。射油器、电加热器及其连接管道、阀门等也装在油箱内，油箱底部设有与主油泵进口管相连接的排油孔。射油器由喷嘴、混合室及扩压管组成，是能够使得小流量的高压油转化为入流量的低压油的一种装置。喷嘴进口连接了主油泵出口，当油通过喷嘴时会加速，从而在喷嘴出口的混合室内产生低压，使得油箱内的油被吸入混合室。混合后的油当流经扩压管后，其流速会变小，油压增大。射油器出口的油有一部分是经表面式冷油器冷却后去轴承润滑油母管，另一部分会流向主油泵进口管供油。主要有油箱、油高低压蓄能器、精密滤油器、冷油器、阀门及管路组成高压抗燃油系统，高压抗燃油系统的作用是为调节保安系统控制提供其需要的高压抗燃油。此系统通常有两个独立的、相互备用的供油回路，即双回路，这两回路分别由布置在油箱下方的两台电动油泵组成。当一路出现故障时，另一路会自动启动。油泵出口的油不仅能够直接对保安系统高压油母管进行调节，还可以进入与此母管相连的充氮式高压蓄能器，从而避免油泵在高压载荷下长时间地工作。当高压蓄能器内的油压与所需的动力油压相等时，将阀动作卸载，让油泵出口的油回流至油箱，再由高压蓄能器发挥作用，负责给调节保安系统提供动力油。此时，压力较低，油泵在这种情况下运行，能够节约厂用电，使得油泵能够长时间使用。当高压蓄能器的油压慢慢降低后，卸载阀复位，使得油泵内的油不再回流至油箱，再继续向高压抗燃油母管和高压蓄能器供油加压。汽轮机甩负荷时油动机活塞下部会大量泄油，充氮式低压蓄能器连接了回油母管，其作用恰好是吸收并暂时储存这些泄油，促使汽阀及时关闭。
参考文献：
[1]黄广森. 汽轮机调节保安系统故障的分析与判断[J]. 无线互联科技. 2011
[2]曹乃卓. 火电机组调节系统改造及可靠性研究[J]. 水利电力机械. 2007
摘 要：文章主要阐述了火电厂功频电液调节系统及DEH控制系统、汽轮机调节系统、汽轮机的保安系统和汽轮机的油系统技术问题。
关键词：火电厂；汽轮机；调节；保护
为了与电用户的电量需求相适应，汽轮机配有调节系统，从而使机组时刻有足够的发电量。电力供应要提供足够的电量，同时也不能忽视供电的质量。转速的大小关系着电压和频率的高低，直接决定了频率的高低，电压和频率二者是供电质量的两个指标。为了保证供电质量，汽轮机调节系统负责控制汽轮机运行时的转速，使其保持在额定值。
一、火电厂汽轮机的调节系统
火电厂汽轮发电机组在某一负荷下稳定运行时，应确保其免受外界电负荷变化等类似外界干扰的影响，否则，机组转速就难以稳定保持在额定值。汽轮机调节系统配有转速感受部件，倘若转速真的发生变化，转速感受部件能迅速接收这一变化信号，同时调节系统其他构件也会一一作出反应，改变进汽量，蒸汽主力矩与反抗力矩从而再次回归平衡，此时，机组便又恢复稳定运行。汽轮机运行的基本原理都大体一致，尽管各汽轮机有自己的调节系统。
当外界负荷增加时，机组转速会减小，转速感受元件飞锤受到的离心力会减小，从而造成滑环a下移，转速的变化大小可以从滑环a的位移量看出。由于滑环a下移，杠杆abc就会转动，以c点为支点逆时针偏转，b点下移，错油门的滑阀下移，通往油动机的两个油口将被打开。油动机活塞的下腔室和错油门的下油口相连通，压力油进入下腔室是经过下油口，此时其上腔室是与错油门的上油口相连通。由于上下腔室产生有压差，油动机活塞便会向上移动，此时，汽门开大，汽轮机的进汽量增加，蒸汽主力矩M1增大。油动机活塞上移时，滑阀也会在反馈杠杆bc的带动下向上移动至原来的中间位置，（即杠杆abc以a为支点顺时针偏转，b点上移），将油动机的压力油通道切断，油动机活塞就不再移动，此时，调节系统达到新的平衡，进汽量适宜，汽轮发电机组在新的电负荷下稳定工作。反馈即错油门滑阀复位的一种现象，其能使调节系统稳定在新的平衡工况，而且能够促使调节系统再次调节。
二、火电厂功频电液调节系统及DEH控制系统
测速机构、信号放大机构、执行机构及反馈机构是汽轮机的每个调节系统都必备的四大机构。这四种机构在机械调节系统中分别为调速器飞锤、错油门、油动机、反馈杠杆。如果错油门和油动机仍为放大执行机构，而测速机构用调速泵或电子测速元件代替调速器飞锤，则相应即液压调节系统和电液调节系统。 当机组容量增大，并且运行调节要求提高，这些系统会随之一一出现。是随着而相继出现的。电液调节系统具有测取转速信号和测功信号的功能，转速信号是通过其机械或液压调节系统测得的，测功信号是测量发电机的有功功率，也就是功频电液调节系统。电调和液动放大是功频电液调节系统的两大部分，两者之间用电液转换器相连，测频、测功和校正单元（PID）是电调部分的功能，而液动放大部分包括滑阀和油动机。当转速发生变化时，测频单元可以感受到，并输出一相当的直流电压信号，这一点与原来调节系统的调速器差不多。发电机的有功功率交由测功单元测取，测功单元成比例地输出直流电压信号，此信号作为系统的负反馈信号，使得转速偏差与功率变化之间的比例关系保持稳定。校正单元（PID）这个调节器能够将测取的频率和功率以及信号进行比较，进行微分和积分运算，并经放大后再输出，输出的电信号再交由电液转换器将其转换成滑阀及油动机所能接受的液压控制信号，电液转换器是电调和液动放大两部分之间的联络部件。给定单元给出电压信号，再人为的控制调节系统，它与原来调节系统的同步器差不多。调节系统的执行机构仍包括液动控制部分的滑阀和油动机在内。当外界负荷变化，此系统的调节过程为：当外界负荷增大，机组转速随之减小，测频单元会感受到这一转速偏差，随后输出经过处理、与之成正比例的正直流电压信号，此电压信号输入PID校正单元，经PID处理后再输入电液转换器，电信号转换成油压信号，滑阀下移，油动机活塞上移，阀门开大，从而使得进汽量和外界负荷相适应。测功单元感受到机组电功率增大后，会立即输出一负的直流电压信号，再输入PID。当这一负电压信号等于测频单元输出的正电压信号时，两信号的代数和为零，此时机组的实发功率与外界负荷相等，PID的输出值没有变化，调节完成。反之，如果外界负荷减小，系统的调节过程与以上情况相反。当新蒸汽压力发生变化，会造成功率发生变化，而采用测功单元能够避免这一情况，其动作过程为：当新蒸汽压力降低，在不改变阀门开度的情况下，机组的实发功率减小，测功单元输出的电压信号随之减小，但PID入口仍有正电压信号，PID输出仍增大，增大阀门开度，使得测功单元输出的电压信号增大，直至其与测频单元输出的电压信号相等，即二者的代数和为零时才停止動作。这一动作过程使得频率偏差与功率的对应关系保持不变，确保一次调频能力不变。对于中间再热机组的功率滞后，可以借测功单元和PID调节器的特性来弥补。中间再热汽轮机有庞大的中间再热蒸汽容积：再热器和连接管道，当频率偏差更大，高压调节阀开度也会随之变化，至少占全机功率2/3的中、低压缸功率会较长时间的发生滞后，一次调频能力随之下降。在新增测功单元后，如果机组转速随外界负荷的增加而下降， 测频单元输出的正电压信 号 作 用于PID，调节阀开度增大，高压缸功率随之增加，但中、低缸功率滞后，测功单元的输出信号较小，不能与测频单元输出的正电压信号相抵消，高压调节阀开度会因此而一直增大，导致开度过大，高压缸因此而产生过剩的功率，这些过剩功率恰好用来补偿中、低压缸滞后的功率。当中、低压缸功率不再滞后，高压调节阀在测功单元的作用下关小，直至与外界负荷的开度设计值相适应，此时调节完成，如此一来，机组的一次调频能力就不会变差。目前，自动控制水平在日益提高，凡是300MW以下的大型机组大都采用的是数字电电力与能源液控制系统（DEH）。相对于上述功频电液调节系统而言，这种系统的不同之处在于其不再采用PID调节器，而是采用数字计算机，调节算法程序，存于计算机中。DEH系统是以数字控制程序，系统硬件电路简易，控制方便。一般汽轮机可以进行转速调节与负荷调节，DEH住一样可以完成这些调节，此外，它还可以根据不同工况和汽轮机的热应力及其他辅助要求，进行自动升速、并网、加负荷等操作，汽轮机因此可以自动启动与停止运行；同时，它还能巡测、监视、报警并记录机组的主辅运行参数，使得汽轮机能够保持长时间的安全高效运行，促进电厂自动化的实现。 三 、汽轮机的保安系统
如果汽轮机运行时出现异常情况，设备可能会因此遭受损坏。汽轮机的调节系统中一般都配有危急保安控制系统，它能够测量、监视并限值判断汽轮机的转速、轴向位移、排汽口真空、润滑油压和抗燃油压等参数。如果每项测量值过大或过小，中间转换及和执行机构回發挥作用，关闭汽轮机的进汽阀，及时阻止汽轮机的继续运行，避免设备被损坏。DEH数字电液控制系统中的危急保安控制包括：电气信号危急跳闸保护系统和超速防护系统、机械超速保护及手动脱扣保护系统。相对而言，对汽轮机最为重要的还是超速保护系统，它能通过多通道保护设备，使得汽轮机安全运行。
四、汽轮机的油系统
对于300MW以 上 的大 型 机 组，其 调 节 保 安 系统的用油控制在14MPa左右的高压抗燃油，而各轴承润滑用油则是1MPa左右的低压汽轮机油，两者成为两个独立的油系统。射油器、冷油器、主油泵、油箱、启停及事故油泵、排油烟风机及净化装置等组成润滑油系统。当机组正常运行，主油泵出口油流为：一路为发电机氢密封系统（密封油）： 二路为保安系统的机械超速保护及手动脱扣保护装置（动作油）； 三路为经射油器、冷油器后去冷却、润滑各轴承及盘车齿轮等。汽轮机前端的伸长轴上装有主油泵，主轴直接带动主油泵，在汽轮机启停及事故条件下，要把备用油泵开启，使得用油顺利通过以上油路。厂房零米地面汽轮发电机组前端装有润滑油油箱，它是一种圆筒卧式油箱。油箱的顶部焊有圆形顶板，各备用油泵及排油烟风机等被安装在圆形顶板上。射油器、电加热器及其连接管道、阀门等也装在油箱内，油箱底部设有与主油泵进口管相连接的排油孔。射油器由喷嘴、混合室及扩压管组成，是能够使得小流量的高压油转化为入流量的低压油的一种装置。喷嘴进口连接了主油泵出口，当油通过喷嘴时会加速，从而在喷嘴出口的混合室内产生低压，使得油箱内的油被吸入混合室。混合后的油当流经扩压管后，其流速会变小，油压增大。射油器出口的油有一部分是经表面式冷油器冷却后去轴承润滑油母管，另一部分会流向主油泵进口管供油。主要有油箱、油高低压蓄能器、精密滤油器、冷油器、阀门及管路组成高压抗燃油系统，高压抗燃油系统的作用是为调节保安系统控制提供其需要的高压抗燃油。此系统通常有两个独立的、相互备用的供油回路，即双回路，这两回路分别由布置在油箱下方的两台电动油泵组成。当一路出现故障时，另一路会自动启动。油泵出口的油不仅能够直接对保安系统高压油母管进行调节，还可以进入与此母管相连的充氮式高压蓄能器，从而避免油泵在高压载荷下长时间地工作。当高压蓄能器内的油压与所需的动力油压相等时，将阀动作卸载，让油泵出口的油回流至油箱，再由高压蓄能器发挥作用，负责给调节保安系统提供动力油。此时，压力较低，油泵在这种情况下运行，能够节约厂用电，使得油泵能够长时间使用。当高压蓄能器的油压慢慢降低后，卸载阀复位，使得油泵内的油不再回流至油箱，再继续向高压抗燃油母管和高压蓄能器供油加压。汽轮机甩负荷时油动机活塞下部会大量泄油，充氮式低压蓄能器连接了回油母管，其作用恰好是吸收并暂时储存这些泄油，促使汽阀及时关闭。
参考文献：
[1]黄广森. 汽轮机调节保安系统故障的分析与判断[J]. 无线互联科技. 2011
[2]曹乃卓. 火电机组调节系统改造及可靠性研究[J]. 水利电力机械. 2007