調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性

1、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性第1頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三一、靜態(tài)特性、特性曲線1、定義：調(diào)速系統(tǒng)作用時(shí)，汽輪機(jī)在各個(gè)不同的穩(wěn)定工況下，轉(zhuǎn)速與負(fù)荷之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用曲線表示稱靜態(tài)特性曲線。回顧四方圖：第二象限表示轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)特性，為轉(zhuǎn)速n與滑環(huán)位移 的關(guān)系，n增大， 增大。第三象限表示傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)特性，為滑環(huán)位移與油動(dòng)機(jī)活塞行程 之間的關(guān)系， 增大， 減小。第四象限表示配汽機(jī)構(gòu)特性，為油動(dòng)機(jī)活塞行程 與功率P的關(guān)系， 減小，P減小。第2頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三二、速度變動(dòng)率 1、定義：在不考慮同步器作用的前提下，當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變化，即使調(diào)速系

2、統(tǒng)動(dòng)作，穩(wěn)定工況下的轉(zhuǎn)速要發(fā)生微小變化。功率P則轉(zhuǎn)速n。速度變動(dòng)率定義 第3頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三電網(wǎng)中機(jī)組分類： 帶尖峰負(fù)荷機(jī)組：承擔(dān)電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)，積極參與一次調(diào)頻，啟停及負(fù)荷適應(yīng)性好。特點(diǎn)：設(shè)計(jì)工況效率不一定高，但效率曲線較平坦，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速變化不大。速度變化率取小一點(diǎn)，一般為34。帶基本負(fù)荷機(jī)組：穩(wěn)定電網(wǎng)負(fù)荷頻率。特點(diǎn)：功率大，在設(shè)計(jì)工況下效率高，在電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，負(fù)荷變化不大，速度變動(dòng)率應(yīng)該大些，一般為46 。 第4頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2、 對(duì)運(yùn)行的影響（1）決定了并列運(yùn)行機(jī)組間的負(fù)荷分配 兩臺(tái)并列運(yùn)行的汽輪發(fā)電

3、機(jī)組I、II額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，二臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)速n0，對(duì)應(yīng)功率為P1,P2。總功率PP1P2。當(dāng)外界負(fù)荷增加P，調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作以滿足負(fù)荷變化，引起電網(wǎng)頻率下降，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降低n 。 機(jī)組功率增加P1 ， 機(jī)組功率增加P2調(diào)速系統(tǒng)自行動(dòng)作，通過(guò)轉(zhuǎn)速的微小變化來(lái)改變機(jī)組負(fù)荷，以適應(yīng)外界需要，從而維持電網(wǎng)頻率盡可能穩(wěn)定的能力稱一次調(diào)頻。 第5頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三并行機(jī)組負(fù)荷自動(dòng)變化的特點(diǎn):圖中：abc與ABC相似 同理特點(diǎn)：每臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的功率變化與機(jī)組額定功率成正比；每臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的功率變化與機(jī)組速度變動(dòng)率成反比；這些特點(diǎn)適用于并列運(yùn)行電網(wǎng)中的所有機(jī)組。第6頁(yè)，共30頁(yè)，20

4、22年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（2）決定了甩負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)超速；（3）決定了機(jī)組運(yùn)行時(shí)工況的穩(wěn)定性；不能太小，否則轉(zhuǎn)速波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)荷波動(dòng)，使動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)定性下降，一般 3（下限）。也不能太大， 否則使機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能力下降，另一方面使調(diào)節(jié)系統(tǒng)甩負(fù)荷后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速過(guò)高，有可能使甩負(fù)荷后最高飛升轉(zhuǎn)速超過(guò)危急保安器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速，不利于機(jī)組安全和甩負(fù)荷后重新并網(wǎng)帶負(fù)荷， 6（上限）。第7頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三局部速度變動(dòng)率 轉(zhuǎn)速感受及中間放大傳遞特性存在著非線性，特別是配汽機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度與流量有嚴(yán)重的非線性，所以靜態(tài)特性曲線各處的速度變動(dòng)率不相同。局

5、部速度變動(dòng)率靜態(tài)特性曲線的形狀：空負(fù)荷附近，要求速度變化率大些。滿負(fù)荷附近，速度變動(dòng)率大些。總的分布是速度變動(dòng)率兩端大，中間小且無(wú)拐點(diǎn)平滑變化。第8頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三三、遲緩率1、產(chǎn)生原因 分為摩擦、間隙、滑閥重疊度三方面1)摩擦： 零件采用鉸接或滑動(dòng)聯(lián)接，運(yùn)動(dòng)時(shí)存在摩擦力。以離心式調(diào)速器為例，轉(zhuǎn)速變化時(shí)，重錘產(chǎn)生的離心力變化首先要克服滑環(huán)移動(dòng)的靜摩擦力，只有克服摩擦后，滑環(huán)的位置才隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。2) 間隙 凡是有鉸接的地方，為了自由轉(zhuǎn)動(dòng)，都有間隙存在，只有杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)量大于間隙時(shí)，才能帶動(dòng)滑閥。3）滑閥重疊度：為了保證斷流式滑閥的斷流，滑閥的凸肩高度

6、大于油口的高度。只有滑閥移動(dòng)的距離超過(guò)重疊度后，油動(dòng)機(jī)才開(kāi)始動(dòng)作。第9頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2、遲緩率定義：在同一功率下，轉(zhuǎn)速偏差nn1n2與額定轉(zhuǎn)速n0之比 第10頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三3、對(duì)運(yùn)行的影響： 遲緩現(xiàn)象的存在，使靜態(tài)特性曲線中轉(zhuǎn)速與功率無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。單機(jī)供電時(shí)，負(fù)荷由外界負(fù)載決定，假定P不變，轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生波動(dòng) ，即頻率發(fā)生波動(dòng)而無(wú)法控制。并列運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，功率發(fā)生波動(dòng)P，無(wú)法控制。結(jié)論：運(yùn)行上，越小越好，但要求過(guò)高給結(jié)構(gòu)和工藝帶來(lái)困難，制造成本提高。由于機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)和液壓放大環(huán)節(jié)多，較

7、大，一般0.30.6%，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)0.2。 第11頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三ii）與關(guān)系 功率晃動(dòng)的幅度 由于遲緩現(xiàn)象存在而造成的負(fù)荷波動(dòng)與成正比，與成反比；為滿足一定的P，越小，也越小，由于難以避免，不能太小 。額定負(fù)荷 第12頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三4、遲緩現(xiàn)象在四方圖上的表示（i）如無(wú)遲緩現(xiàn)象，nzmP有對(duì)應(yīng)關(guān)系；（ii）開(kāi)始汽輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定在1點(diǎn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為n1，z1， m1，P1；（iii）如外界負(fù)荷降低，轉(zhuǎn)速升高，由于遲緩存在轉(zhuǎn)速剛上升時(shí)，z0，m，P不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到n2時(shí)，離心力克服遲緩后，滑塊位移z隨n的升高而升高

8、，此時(shí)m2P2不變。第二象限內(nèi)，靜態(tài)特性線為兩根，在這范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速的變化不引起z變化，稱調(diào)速器的不靈敏區(qū)；第13頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（iv）由于傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)的遲緩，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到n3，滑塊的位移z3克服了摩擦間隙及滑閥的重疊度，隨著z的增大，油動(dòng)機(jī)開(kāi)始關(guān)小，m。第三象限區(qū)，同樣存在傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)的不靈敏區(qū)；（v）當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)?點(diǎn)上升，z，m，由于配汽機(jī)構(gòu)的遲緩，閥門(mén)開(kāi)度不變，P不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速升到n4，克服配汽機(jī)構(gòu)的遲緩后，汽門(mén)的開(kāi)度隨著油動(dòng)機(jī)的關(guān)小而減小。第四象限區(qū)存在配汽機(jī)構(gòu)的不靈敏區(qū)。（vi）綜上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化后，汽機(jī)功率要遲緩一段時(shí)間作相應(yīng)的變化。第一象限二根特

9、性曲線之間稱為整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的不靈敏區(qū)。第14頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三四、同步器(P334)1、功能與作用（1）功能：使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線，按照運(yùn)行需要進(jìn)行平移。第15頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（2）具體作用討論:（i）汽輪機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，同步器可以在滿足功率要求的同時(shí)滿足轉(zhuǎn)速要求，即保證機(jī)組在任何穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下轉(zhuǎn)速維持在額定值。（ii）并列運(yùn)行時(shí)，通過(guò)同步器可改變各臺(tái)機(jī)組的功率使電網(wǎng)總功率符合外界需要，同時(shí)維持電網(wǎng)頻率在額定范圍之內(nèi)，這種利用同步器調(diào)整并列運(yùn)行的機(jī)組負(fù)荷，以維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的方式稱為二次調(diào)頻。（iii）并網(wǎng)前機(jī)組功率為

10、零，通過(guò)同步器移動(dòng)特性線，相當(dāng)于改變汽輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速與外界電網(wǎng)頻率同步時(shí)，可以合閘并網(wǎng)，這是同步器名稱的來(lái)歷。第16頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2、同步器類型 靜態(tài)特性曲線的平移一般通過(guò)移動(dòng)調(diào)速器的特性線（第一類同步器）或傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)的特性線（第二類同步器）實(shí)現(xiàn)，以第二類為主。通過(guò)旋轉(zhuǎn)同步器手輪，使彈簧緊力改變，從而使調(diào)速器的靜態(tài)特性線平移。第17頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三3、同步器工作范圍1）額定初終參數(shù)、轉(zhuǎn)速下能帶滿負(fù)荷，即特性線能移到AA位置，同時(shí)能減負(fù)荷到零，即特性線能移到BB位置，這時(shí)同步器的工作范圍相當(dāng)于速度變動(dòng)率 。

11、特性線向上移實(shí)質(zhì)是通過(guò)同步器開(kāi)大調(diào)速汽門(mén)，下移則關(guān)小調(diào)速汽門(mén)。但是蒸汽的初終參數(shù)及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速按照規(guī)程允許有一個(gè)合格的波動(dòng)范圍。為了使波動(dòng)時(shí)仍能維持汽輪機(jī)在零負(fù)荷與額定負(fù)荷間正常運(yùn)行，同步器的工作范圍需繼續(xù)擴(kuò)大。 第18頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（2）同步器的下限：（i）當(dāng)電網(wǎng)頻率下降到允許的下限（49.5Hz）時(shí)，汽輪機(jī)要維持零負(fù)荷運(yùn)行，特性線移至CC。（ii）當(dāng)蒸汽參數(shù)在允許范圍內(nèi)升高或背壓參數(shù)在允許范圍內(nèi)降低時(shí)，汽輪機(jī)能維持空負(fù)荷運(yùn)行。 由于蒸汽初參數(shù)上升，背壓下降，每公斤蒸汽在汽輪機(jī)中的焓降上升，為了維持汽輪機(jī)零負(fù)荷運(yùn)行所需的蒸汽量下降，因此調(diào)速汽門(mén)要通過(guò)同

12、步器進(jìn)一步關(guān)小，特性線下移到DD，一般下限行程設(shè)為在額定轉(zhuǎn)速下35處。第19頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（3）同步器的上限：（i）當(dāng)電網(wǎng)頻率上升到允許的上限時(shí)（50.5Hz），汽輪機(jī)要維持滿負(fù)荷運(yùn)行，特性曲線移到EE。（ii）當(dāng)蒸汽參數(shù)在允許范圍內(nèi)降低或當(dāng)蒸汽背壓在允許范圍內(nèi)升高時(shí)，汽輪機(jī)仍能帶滿負(fù)荷運(yùn)行。 由于蒸汽初參數(shù)下降，背壓升高，每公斤蒸汽在汽機(jī)中的焓降減少，為了能發(fā)出額定功率，勢(shì)必蒸汽流量升高，即通過(guò)調(diào)速汽門(mén)進(jìn)一步開(kāi)大，特性線上移到FF。所以同步器的上限，一般（67），不小于（12）。第20頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三五、調(diào)節(jié)系

13、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1、概念： 靜態(tài)特性：汽機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)下功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系； 動(dòng)態(tài)特性：汽機(jī)如何從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，是動(dòng)態(tài)過(guò)程。第21頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（1）穩(wěn)定過(guò)程和不穩(wěn)定過(guò)程 a、b、c為穩(wěn)定過(guò)程。 a為非周期過(guò)程 ， b為微振的過(guò)渡過(guò)程， c為振蕩的過(guò)渡過(guò)程，d、e、f為不穩(wěn)定過(guò)渡過(guò)程。d為等幅振蕩， e為發(fā)散振蕩， f為幅值越來(lái)越大。第22頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三（2）研究?jī)?nèi)容包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及機(jī)組甩負(fù)荷后的最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)保險(xiǎn)的動(dòng)作轉(zhuǎn)速。 最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的1112。第一保護(hù)裝置：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動(dòng)

14、作靈活，可靠性高超速保險(xiǎn)系統(tǒng)，動(dòng)作后汽機(jī)需要重新掛閘啟動(dòng)，增加并列時(shí)間，容易引發(fā)事故。（3) 動(dòng)態(tài)特性的影響因素 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)因素，動(dòng)態(tài)參數(shù)（時(shí)間常數(shù)，速度變動(dòng)率） 加工制造及裝配質(zhì)量（影響遲緩率） 運(yùn)行上因素：油壓波動(dòng)，油質(zhì)好壞第23頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2、對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的要求I）穩(wěn)定性 用穩(wěn)定裕度來(lái)判別。II）動(dòng)態(tài)超調(diào)量一般 取79，取4080 。III）靜態(tài)偏差值IV）過(guò)渡過(guò)程的調(diào)整時(shí)間T定義：外界擾動(dòng)作用后，從調(diào)節(jié)過(guò)程開(kāi)始到被調(diào)量滿足下列不等式的最短時(shí)間。一般取靜態(tài)偏差的5，5 。T一般幾s到幾十s第24頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8

15、點(diǎn)46分，星期三2、影響動(dòng)態(tài)特性的主要因素分析汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)最大飛升轉(zhuǎn)速 具體含義見(jiàn)P339，式 第25頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三1）調(diào)節(jié)對(duì)象對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響I）轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)Ta 影響因素：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，額定轉(zhuǎn)矩MT0機(jī)組容量，MT0，Ta高壓機(jī)組容量Ta 710s，中壓 114s，中間再熱 58s。功率大，超速的可能性大，動(dòng)態(tài)超速的控制難。 II）蒸汽容積常數(shù)Tv 應(yīng)盡量減小Tv，因?yàn)樗ω?fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)汽門(mén)關(guān)閉到空負(fù)荷位置，但各中間容積的蒸汽繼續(xù)膨脹做功，使轉(zhuǎn)速的額外飛升增大。第26頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)

16、動(dòng)態(tài)特性的影響I）速度變動(dòng)率 大動(dòng)態(tài)過(guò)程的最高轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高，動(dòng)態(tài)超調(diào)量?。?小轉(zhuǎn)速飛升的絕對(duì)值小，但動(dòng)態(tài)超調(diào)量大，振蕩次數(shù)增加，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性差。II）油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm 0.1s0.3s Tm大則汽門(mén)關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)過(guò)程中的最大轉(zhuǎn)速高，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)；另一方面減小油壓波動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)影響。III）遲緩率 延長(zhǎng)汽門(mén)關(guān)閉時(shí)間，超調(diào)量增大。第27頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三六、汽輪機(jī)保護(hù)裝置作用：機(jī)組遇到事故或出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)動(dòng)作，避免造成設(shè)備損壞或事故擴(kuò)大，確保機(jī)組安全運(yùn)行。 1、超速保護(hù)裝置 汽機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的1020時(shí)，超速保險(xiǎn)動(dòng)作，并迅速切斷向汽輪機(jī)供汽，迫使汽輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并將汽機(jī)從電網(wǎng)中解列。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分飛錘式、飛環(huán)式。第28頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2、軸向位移保護(hù)裝置 轉(zhuǎn)子