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1、汽輪機調節系統
本文概要介紹汽輪機調節保護的任務、系統的基本組成和不同類型調節保護系統的特點，著重分析汽輪機調節系統動、靜態特性對機組功率、轉速的調節性能和安全、穩定運行的影響，以汽輪機調節保護系統的典型部件為例，介紹調節保護系統各環節的工作原理和靜態特性計算。
關鍵詞 汽輪機；調節汽門；電液調節系統
1汽輪機調節保護系統的任務和系統組成
汽輪機是發電廠的原動機，驅動同步發電機旋轉產生電能，向電網輸送符合數量和供電品質(電壓與頻率)要求的電力。由同步發電機的運行特性已知，發電機的端電壓決定于無功功率，
2、而無功功率決定于發電機的勵磁；電網的頻率(或稱周波)決定于有功功率，即決定于原動機的驅動功率。因此，電網的電壓調節歸發電機的勵磁系統，頻率調節歸汽輪機的功率控制系統。這樣，機組并網運行時，根據轉速偏差改變調節汽門的開度，調節汽輪機的進汽量及焓降，改變發電機的有功功率，滿足外界電負荷的變化要求。由于汽輪機調節系統是以機組轉速為調節對象，故習慣上將汽輪機調節系統稱為調速系統。
汽輪機調節系統的原理性構成如圖1所示。轉速感受機構是將轉子的轉速信號轉變成一次控制信號；中間放大器對一次控制信號作功率放大，并按調節目標作控制運算，產生油動機的控制信號；油動機是一種液壓位置伺服馬達，按中間放大器的控制信號
3、產生帶動配汽機構動作的驅動力，并達到預定的開度位置；配汽機構是將油動機的行程轉變為各調節汽門的開度，通過配汽機構的非線性傳遞特性，汽輪機的進汽量與油動機行程間校正到近似線性關系；同步器作用于中間放大器，產生控制油動機行程的控制信號，單機運行時改變汽輪機的轉速，并網運行時改變機組的功率；啟動裝置在機組啟動時用于沖轉、并提升轉速至同步器動作轉速。：
汽輪機的調節系統由轉速感應機構、專動放大機構、執行機構、和反饋機構組成。
1、轉速感應機構：它能感應轉速的變化并將其轉變成其他物理量的變化，送至傳動放大機構。轉速感受機構是將速度信號轉變為一次控制信號的元件。在汽輪機調節保護系統中，轉速感受機構主要
4、有離心式和電磁式兩類。在離心式中有機械式和液壓式兩種，其中機械式有高速彈性調速器和飛錘或飛環式超速危急保安器；液壓式中有徑向鉆孔脈沖泵和旋轉阻尼器兩種。
2、傳動放大機構：由于轉速感應機構產生的信號往往功率太小，不足以直接帶動配汽機構，因此，傳動放大機構的作用是接受轉速感應機構的信號，并加以放大，然后傳遞給配汽機構，使其動作。
3、執行機構：它的作用是接受傳動放大機構的信號來改變汽輪機的進汽量。
4、反饋機構：傳動放大機構在將轉速信號放大傳遞給配汽機構的同時，還發出一個信號使滑閥復位，油動機活塞停止運動。這樣才能使調節過程穩定。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
5、，可分為機械液壓調節、模擬電液調節和數字電液調節三種型式。
2機械液壓調節系統
機械液壓調節系統是由杠桿、曲柄等機械機構作信號放大和液壓流量控制閥作功率放大。飛錘感受轉速的變化，并轉變為滑環的位移；斷流式錯油門控制油動機活塞腔室的進、排油，當錯油門滑閥偏離居中位置時，分別開啟油動機活塞上、下腔室的進、排油口，使油動機活塞帶動調節汽門開啟或關閉；在油動機活塞移動時，又帶動杠桿運動，使錯油門滑閥向著居中位置移動。當油動機活塞的位移復現調速器滑環位移的變化規律時，錯油門滑閥回到居中位置，調節過程結束。隨著機組容量的增大，開啟調節汽門驅動力要求的提高，特別是中間再熱機組高壓調節汽門動態校正要
6、求的提出，機械液壓調節的機械結構和液壓控制回路變得十分復雜。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、可靠性不很理想。因機組的功率信號無法由機械或液壓機構來感受，故機械液壓調節系統僅能起到調速系統的作用。另一方面，配汽機構采用較為固定的機械機構，無法實現噴嘴、節流等多種運行方式的靈活切換。
3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。檢測、運算采用
7、電子元件，執行機構為液壓部件，兩者中介的核心部件是電液伺服閥(俗稱電液轉換器)。汽輪機的轉速和功率經傳感器或變送器轉變為電信號，經電子線路放大、運算，產生油動機行程的控制信號，輸到PID(比例、積分和微分)凋節回路，然后經模擬電路功率放大作用于電液轉換器，產生控制油動機行程的液壓信號，經中間放大后使油動機按調節指令動作。模擬電液調節系統原理性框圖如圖6-7所示，系統中設有轉速調節回路、功率調節回路和功-頻調節回路，在機組單機運行時控制轉速；并網非調頻工況時調節機組功率；并網調頻運行時實現功-頻調節，克服"內擾"和再熱器中間容積時滯效應的影響。功率設定可遠方遙控設置，便于電網自動發電控制(AGC
8、)。蒸汽壓力輸入可實現機爐協調控制。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，增強了機組運行的安全性。
4 數字電液控制系統
數字電液控制系統(Digital Electro-Hydraulic Control System，簡稱DEH)是以計算機替代模擬電液調節系統中控制運算的模擬電路，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。特別是液壓系統采用高壓抗燃油(三芳基磷酸脂)后，簡化了液壓控制回路，提高了油動機的推動力。調節汽門由各自油動機驅動，可使機
9、組實現噴嘴、節流等多種運行方式靈活切換，增強了機組運行控制的靈活性。由于數字電液調節系統的硬件采用模塊化結構，系統擴展靈活，維修調試方便，冗余控制、多層保護和自檢、自診斷功能使調節品質、運行可靠性和機組的安全性均較模擬電液調節系統有了很大提高。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：
(1)汽輪機自動程序控制(ATC)。通過監測高、中壓汽缸溫度和蒸汽溫度，計算出轉子熱應力。在汽輪機允許的應力范圍內，以最大的速率、最短的時間實現機組由盤車、沖轉、升速、并網到帶負荷的全自動程序化操作。
(2)汽輪機功率的自動調節。汽輪機功率的
10、自動調節設有操作員自動、遠方控制和電廠計算機控制三種模式。根據電網的要求，可選擇調頻運行方式或基本負荷運行方式。在機組冷、熱態啟動中，能自動地根據啟動狀態控制調節汽門的開度。
(3)汽輪機的自動保護。設有三層超速保護，即超速保護控制(OPC)、危急遮斷控制(ETS)和機械超速保護與手動遮斷脫扣。超速保護控制是當機組轉速超過103％n0時，OPC電磁閥動作，快速關閉高、中壓調節汽門；ETS是當機組轉速達到110％n0時，自動停機遮斷(AST)電磁閥動作，快速關閉主汽門和調節汽門。此外，當出現低潤滑油壓、推力軸承磨損、低真空、高壓排汽溫度高等危急事故時，ETS通過AST電磁閥使機組快速停機；機械超速保護是當機組轉速升高至112％n0時動作，關閉主汽門和調節汽門。
(4)機組和DEH系統狀態監測。監視和顯示機組及DEH系統的重要參數、運行曲線、歷史趨勢和故障，以及指示操作按鈕的狀態。
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