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汽轮机控制系统

[拼音]:qilunji kongzhi xitong

[外文]:steam turbine control systems

对汽轮机进行调节和监测保护的系统。汽轮机是火力发电厂的主要设备之一,体积大、旋转快。当它由常温常压的静止状态下转入高温高压高速运行时,操作或控制稍有不慎,就会酿成重大事故,因此汽轮机的自动控制具有重要的意义。汽轮机控制系统包括自动起停、稳速或调速、参数检测和设备保护等系统。控制系统的内容和复杂程度依机组的用途和容量大小而异。

自动起停系统

要把一台在常温常压静止状态下的汽轮机投入并网运行,首先要起动,转入高温高压高速再并网,然后才能进入正常的运行状态。这一过程称为起动。在这个过程中,汽缸内蒸汽压力和温度急剧上升。由常温常压变成高温高压,必然存在着温差。如果升温太快,温差太大,金属热应力超过材料极限就可能在局部地方引起残余变形,甚至破裂,造成重大事故。因此必须对起动升速过程加以控制,以保证汽轮机金属热应力不超过允许值。为此目的,还要有一些辅助设备的起动和投入。一台大型汽轮机的起动过程非常复杂,人工操作很难奏效,必须采用自动起动装置或由计算机控制的程序起动系统(图1)。在大型汽轮机中,产生热应力最严重的部位是高压和中压转子。但是要直接测量这两部位的应力又不可能,只能用温差电偶测量某些固定点的温差,根据物理规律导出的数学模型来计算受力最大断面所承受的热应力,随后根据热应力情况向汽轮机发出升速率的指令。

调速系统

完成起动控制之后,汽轮机进入正常运行状态。它产生的机械输出功率经发电机转换成电磁功率,提供电网负荷。电网负荷经常处于变化状态,而且电功率变化速率远比机械功率快得多。当机械输出功率不能及时调节时,汽轮机的转速便随着变化,破坏电网频率的恒定。因此,为了保证发电机负荷在空载至满载的整个范围内汽轮机总是在额定转速下稳定运行,汽轮机必须装设调速系统。最早使用的是瓦特离心式机械调速器,它是根据反馈控制原理工作的。当汽轮机转速上升时,离心式调速器的飞锤上升,通过反馈杠杆和功率放大机构,把汽轮机进汽调节阀关小,减小输入功率,使转速下降,恢复到额定值;反之,飞锤下降,进汽阀开大,输入功率增加,转速上升,也回到额定值,实现自动稳速。为保证设备安全可靠运行,汽轮机的最高转速不允许超过额定转速的10~12%。因此调速系统必须有超速保护环节,以保证当发电机突然跳闸或者全甩额定负荷时,最高转速不会超过极限值。

随着大容量中间过热机组的发展,20世纪60年代开始采用模拟式电液调速系统。这种系统运算能力强、速度快、精度高。中国制造的20万千瓦汽轮机就采用这种调速系统。这种调速系统的原理示于图2。当实际输出功率等于给定功率时,机组的实际转速也等于给定值,频差放大器和PI(比例积分)调节器的输入输出均为零,进汽调节阀处于与给定值相对应的静止状态;当电网实际功率变化时,转速也发生相应的变化,频差放大器、PI调节器、功率放大器、电-液转换器等都有相应的输出,它们驱动油动机去调节进汽调节阀的开度,以增减发电机的输出功率。这是一个双输入通道的控制系统。调整给定功率值可以改变汽轮机的负荷能力。在起动升速过程中发电机空载,功率反馈通道没有反馈信息,这时调节转速给定值可以改变汽轮机的转速。

70年代开始采用数字电液控制系统,70年代末期进一步采用以微处理机为基础的数字电液控制系统,使调速系统功能更加灵活和完善。它们都需要有可靠的超速保护。

检测、保护和其他调节系统

大中型汽轮机除上述两个主要控制系统外,还要对转子轴向位移、汽轮机热膨胀量、转子与静子的相对膨胀量、轴承振动、主轴挠度以及调速油和润滑油的压力等参数进行监测。在运行过程中,如果发现某些重要参数超过允许值,则立即关闭进汽阀,作保护性停机。

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