浅析汽轮机自动调节系统

殷磊

摘 要：汽轮机调节系统主要的功能体现在三方面，一是确保汽轮机能够安全运行；二是达到用户所需功率的要求；三是确保汽轮机能够保持稳定的转速，即确保电网周波稳定。也正是基于上述几点，相关人员才大力研发汽轮机调节系统，以使其功能更加的突出。

关键词：汽轮机；自动调节；系统

1 汽轮机调节系统

保证机组的高品质输出、系统正常运行，满足使用需求是汽轮机调节系统的主要功能。压力调节、流量调节以及转速调节是汽轮机调节系统常见的三种调节方式。

压力调节：供热式汽轮机常采用压力调节模式。波纹管调压器是其常用工具。在调节压力时，以压力作为信号作用于波纹管，通过与弹簧在物理的作用下压力变形，从而实现位移输出。

流量调节：流量调节常常应用于流体机械如驱动高炉鼓风机的变速汽轮机中。通常通过孔板两侧之间的压力差测出流量信号。

转速调节：在任何汽轮机中，都对工作转速有一定的标准和要求，因而都有调速器设置。机械式与飞锤式离心调速器是早期使用的主要方式。要将转速信号转变为位移，该调速器主要通过重锤绕轴旋转，其产生一定的离心力使得弹簧变形。采用这种方式虽然工作可靠，但是其转速范围较窄，而且其传动还需要减速装置，工作效率较低。二十世纪五十年代初，机械式高速离心调速器的出现，能够通过主轴直接传动，其位移输出的实现主要是由重锤所产生的离心力让钢带由于受力变形。

2 汽轮机调节系统的结构

第一，随着我国科学技术的不断发展，汽轮机调节系统的不断改进，产生了电液调节系统。不断增加单机容量，机组采用滑式压与单元制运行方式，同时使用再热机组，以及不断增加的机组停、启次数，机组电网集中调度问题从而产生电液调节。电液调节系统的执行器由液压元件组成，控制器由机构元件组成，其具有闭环转速与超速跳闸的调节功能。但是闭环转速调节范围较窄，与此同时，系统的速度方面相对较低。因为汽轮机调节系统是固定的静态特性，汽轮机的间隙引起的迟缓较大，从而导致汽轮机的静态特性无法随意更改和变化。

第二，随着数字技术与现代计算机技术广泛应用于各个行业中，将其应用到汽轮机技术中叶得以有效实現，这极大的推动了汽轮机的技术发展。其中，电气液压控制系统就是计算机技术与数字技术的有效结合产生的调节系统。这种电气液压控制系统控制器正常运转实现，是建立在数字计算机的基础上的。其执行部分仍然是液压系统。近年来，随着不断应用和发展的分散的系统，很多大型机组中的电调都采用以分散控制为系统原理，从而有效控制机组。

3 运行对调速系统的要求

3.1调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利并网和解裂。

3.2当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全她过度到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动。

3.3为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内；

3.4当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值小于超速保护装置动作转速。

4 中间再热机组调节系统的特点及种类

4.1中间再热机组调节系统的特点

由于中间再热容积的存在，在调节系统中采取相应措施的意义在于，既保证机组运行的安全性与经济性，又提高它对负荷的适应性。为了保证安全，中间再热机组除了设置高压缸调节阀外，还设置了中低压缸调节阀，以便在机组甩负荷时，该两个调节阀同时关闭，停止新汽和再热蒸汽的进入，并通过旁路排走中间容积的蒸汽以防止机组的超速。为了解决功率滞后的矛盾，提高机组对负荷的适应性，在调节系统中增设动态校正器，实现过调调节。由于中间再热式机组是采用单元制主蒸汽系统，汽轮机负荷对锅炉的影响比母管制系统敏感，所以需要汽轮机与锅炉之间的协调配合。

4.2中间再热机组调节系统的种类

汽轮机的调节保护系统根据其转速感受机构及中间放大器的结构不同，可以分为机械液压调节，模拟电液调节和数字电液调节三种型式。

4.2.1机械液压调节系统

机械液压调节系统是由杠杆，曲柄等机构作信号放大和液压流量控制阀作功率放大。机械传动机构旷动间隙的存在，液压控制部件易受油液污染的影响，使调节品质和运行稳定，可靠性不是很理想。

4.2.2模拟电液调节系统

模拟电液调节系统是基于模拟电路的连续控制调节系统，它将电子技术与液压控制技术有机地结合在一起，综合了电子元件检测灵敏，精度高，线性好，迟缓小，传输速度快，调整方便，能实现复杂调节规律，以及液压元件驱动功率大，惯性小的优点。模拟电液调节系统的控制功能和调节品质较机械液压调节系统有了很大的提高，改善了调节系统的甩负荷动态特性，增强了机组的安全性。

4.2.3数字电液控制系统

数字电液控制系统（简称DEH）是以计算机代替模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，以发挥计算机控制运算、逻辑判断与处理能力强及软件组态灵活、方便的优势，将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体。数字电液控制系统是由电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统组成，它实现的主要功能是：汽轮机自动控制程序（ATC）；汽轮机功率的自动调节；汽轮机的自动保护；机组和DEH系统状态的监测。

5 汽轮机调节系统的动态特性

5.1影响甩负荷动态特性的主要因素

影响汽轮机调节系统动态特性的因素来自于本体设备（如再热器等的中间容积、转子等）和调节系统部件两个主要方面。

5.2本体设备对动态特性的影响

5.2.1 转子时间常数Ta。转子时间常数Ta表示了转子的转动惯量与额定转矩的相对大小；

5.2.2蒸汽中间容积常数Tρ。蒸汽中间容积常数Tρ表示了中间容积内蒸汽的作功能力与机组额定功率的比值。

6 调速系统的功能

蒸汽和发电机随转速的变化如图所示：当转速n增加明蒸汽主力矩减小，发电机反力矩增加；当转速n减小时，蒸汽主力矩增加，发电机反力矩减小。A点是两力矩平衡状态点：曲线1，2之交点。

6.1当外界负荷减少时，反力矩由曲线2变到曲线2，而主力矩曲线1不变。其工作点由A移到B，机组转速由（自平衡能力：当不考虑调速系统的功能作用下，负荷变动时，机组能自动保持平衡状态的能力）。

6.2当调速系统动作，减小进汽量，主力矩曲线由1变为1'，与反力矩曲线2交于C点，机组转速变为接近。

7 结语

汽轮机调节系统是一个较为复杂的系统，具有多个不稳定的因素，如调节系统型线性不佳、调节系统不等率太小、静态特性曲线不合理等因素，也会引起调节系统的不稳定。掌握调节系统常见的不稳定因素，便于科学处理调节系统不稳定稳定，及时进行重点试验检查，确保汽轮机组的安全运行。

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.机组调节系统改造及可靠性研究[J].水利电力机械.2010

（作者单位：江苏南热发电有限责任公司）