汽轮机调节保安系统.DOC

1、汽轮机调节保安系统第一节 概述 .1一、 汽轮发电机组的调节特性 .1二、 汽轮机运行对调节系统性能的要求 .2第二节 高中压缸进汽阀门 .3一、 汽门的就地布置 .3二、 高压主汽门 .4三、 高压调节汽门 .5四、 中压主汽门 .5五、 中压调节汽门 .6第三节 DEH 调节系统 .7一、 DEH 系统的组成 .7二、 DEH 系统的控制方式 .7三、 DEH 系统的主要功能 .8四、 转速控制回路 .9五、 负荷控制回路 .9六、 汽轮机启停和运行中的监视 .9第四节 DEH 液压伺服系统 .10一、 液压执行机构的部件 .10二、 液压执行机构的工作原理 .11第五节 汽轮机保护系统

2、.11一、 保护项目 .11二、 汽轮机危急遮断系统的要求 .12三、 AST 和 OPC 电磁阀组件 .13四、 薄膜阀 .14五、 机械超速遮断系统 .15第六节 高压供油系统 .17一、 供油装置工作原理 .17二、 供油装置的功能及组成 .18三、 控制块组件 .19四、 测量和控制信号 .20五、 自循环冷却滤油系统 .21六、 EH 油及再生装置 .21第七节 高压供油系统的运行维护 .22一、 EH 油泵启动 .22二、 参数说明 .22三、 EH 系统漏油情况 .24第八节 抗燃油系统流程总结 .24一、 系统图整体结构 .24二、 DEH 自动保护动作原理 .24汽轮机调节保

3、安系统1汽轮机调节保安系统第一节 概述汽轮机调节保护系统是控制其启动、停机、带负荷运行，防止出现严重事故的自动控制装置。它能适应各种运行工况的要求，及时地调节汽轮机功率，满足外界负荷的变化需要，同时维持电网的频率在 50Hz 左右；在机组出现异常时，能自动改变运行工况，直至停机，以防止事故扩大。一、 汽轮发电机组的调节特性1、转子力矩自平衡特性汽轮发电机组在运行中，作用在转子上的力矩有：蒸汽作用在汽轮机转子上的驱动力矩；转子旋转时，叶轮和轴颈等产生的摩擦阻力矩；发电机转子磁场受到静止磁场的电磁阻力矩。当功率平衡时，转子角加速度等于零，转子转速为常数；当用户用电量增加时，电力系统的阻抗减小，发电

4、机输出电流增大，电磁阻力矩相应增大，如果不进行调节，驱动力矩不变，转子角速度降低，使电磁阻力矩和摩擦阻力矩减小，而驱动力矩相应增大，在较低的转速下力矩达到新的平衡。反之，当用户用电量减小时，转子角速度增加，在较高的转速下力矩达到新的平衡。同理，若驱动力矩增大，转子转速升高，在较高的转速下力矩达到新的平衡；反之，在较低的转速下力矩达到平衡。这种自平衡转速变化很大，使供电频率变化很大，不能满足用户要求，但提供一个外负荷变化的信息，即：转速降低，表明外负荷增加；转速升高，表明外负荷减小。2、汽轮机的转速调节根据转子力矩自平衡特性：机组转速升高，表明汽轮机的输出功率大于外负荷的需求；机组转速降低，表明

5、汽轮机的输出功率小于外负荷的需求。可利用这种特性，以转速变化为调节信号，当外负荷增大、机组转速降低时，通过调节系统开大调节阀，增加汽轮机的进汽量，可使转速变化幅度大大减小。这种调节过程称为转速调节。由于利用转速变化作为调节信号，为保证调节系统的稳定性，要求转速与调节阀的开度一一对应（在进汽参数不变时，转速与机组功率一一对应） ，故新的平衡转速不可能等于原来平衡转速，因此汽轮机的转速调节是有差调节。调节过程转速变化的幅度用速度变动率表示。汽轮机调节保安系统2在额定参数下单机运行时，空负荷所对应的转速 n1 和额定负荷所对应的转速 n2 之差，与机组额定转速 n0 之比，称为调节系统的速度变动率，

6、用 表示，即（n 1n 2）/n 0100%对于大型机组，速度变动率 4.5%5.0% 。由于调节信号传递过程的延时，及各种调节部件的阻力和空行程，当外负荷变化使转速变化时，机组的功率未及时变化，而是当转速变化到某一值时，功率才开始变化。这种不灵敏现象称为调节的迟缓现象，用迟缓率 来度量。3、再热器对调节特性的影响再热系统的中间容积，使再热机组调节时功率变化“滞后” 。必须采取适当的校正方法，以提高机组对负荷变化的适应能力。也为了减小再热系统中间容积对机组甩负荷或跳闸后的超速影响，再热机组必须设置高压调节汽门和中压调节汽门。增加中压调节汽门后，由于节流损失，机组运行的经济性有所降低。为了减少机

7、组在运行时中压调节汽门的节流损失，在机组负荷高于 1/3 额定负荷时，中压调节汽门处于全开状态，机组的负荷仅由高压调节汽门控制；在低于 1/3 额定负荷时，中压调节汽门才参与控制。二、 汽轮机运行对调节系统性能的要求1、调节系统应能保证机组启动时平稳升速至 3000r/min，并能顺利并网。2、机组并网后，蒸汽参数在允许范围内，调节系统应能使机组在零负荷至满负荷之间任意工况稳定运行。3、在电网频率变化时，调节系统能自动改变机组功率，与外负荷的变化向适应；在电网频率不变时，能维持机组功率不变，具有抗内扰性能。4、当负荷变化时，调节系统应能保证机组从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况，而不发生较大的

8、和长时间的负荷摆动。采用电液调节系统，能减小调节系统迟缓率，并对调节信号进行动态校正和实现机炉协调控制。5、当机组甩全负荷时，调节系统应使机组能维持空转（遮断保护不动作） 。超速遮断保护动作转速为 3300r/min，故机组甩全负荷时，应控制最高动态转速 nmax（1.071.08）n 0。在机组甩负荷转速达 3090r/min 时，防超速保护和快关卸载阀动作，使高中压调节阀加速关闭。6、调节系统中的保护装置，应能在被监控的参数超过规定的限值时，迅速地自动控制机组减负荷或停机，以保证机组的安全。高中压主汽门也设置由快速卸载阀，在机组停机时，其汽轮机调节保安系统3快速卸载阀打开，使其加速关闭，以

9、防止转速超过 3300r/min。第二节 高中压缸进汽阀门汽轮机的进汽阀门是汽轮机调速系统中最终控制进汽的重要部件，分为高压主汽门（MSV ） 、高压调节汽门（GV） 、中压主汽门（RSV ） 、中压调节汽门（ICV） 。一、 汽门的就地布置图 1 MSV（主汽阀）和 GV（调速阀）布局调 速 器 端 2中 压 缸24图 2 RSV（再热主汽阀）和 ICV（中压调阀）布局二、 高压主汽门主汽阀为油动机控制水平放置的“柱塞”型阀门，主汽阀与阀体构成整体的阀门结构。汽轮机调节保安系统4主汽阀内包括内外两个单座不平衡阀门。预启阀位于主阀内并可远程驱动，参与控制全周进汽的启动、同步转速和带初始负荷。每

10、个主汽阀包括启动时可拆卸的临时滤网和永久性滤网。三、 高压调节汽门调节阀蒸汽室与主汽阀蒸汽室采用整体的合金钢锻件制成。蒸汽通过主汽阀经由蒸汽室进入液压执行机构独立控制的柱塞型调节阀。位于机组两侧的两个蒸汽室结构相同，每个的蒸汽室包括一个主汽阀及两个调节阀，机组共四个调节阀，控制高压缸的蒸汽流量。蒸汽室锚固在基础上，这样允许蒸汽室承受较高的用户管道力和力矩。阀杆密封包括一个嵌在阀体上的紧密装配的衬套，利用阀盖在适当位置紧固并具有适合的出口连接。高压漏汽连接到较低压力区， 低压漏汽连接到汽封冷却器。四、 中压主汽门在再热器和中压调节阀之间的每根再热蒸汽进汽管路上装有一个再热主汽阀。其目的是在超速跳

11、闸机械装置动作时，中压调节阀未动作的情况下，提供一个防止汽轮机超速的额外安全装置。机组共有两个再热主汽阀，布置在机组两侧。每个阀体一端采用固定支撑，另一端采用挠性支撑。两端均用螺栓固定，并固定在基础图 3 主汽阀图 1图 4 高压调节阀图 1汽轮机调节保安系统5的底板上。此支撑方式允许阀门的轴向膨胀。阀门通过螺母连接在阀碟摇臂上，摇臂通过键固定在主轴上。主轴通过连杆与活塞杆相连。连杆可以转动，油动机活塞向上运动阀打开直至全开位置，活塞向下运动阀门关闭。由压缩弹簧产生的正向关闭力作用在活塞上，通过活塞始终保持关闭力作用在阀门上。在阀碟两侧装有旁通装置，使阀碟两侧蒸汽压力平均分布，以降低打开阀碟的

12、力。提供再热主汽阀油控跳闸阀，卸载在再热主汽阀关闭时作用于阀杆端部的不平衡蒸汽压力。再热主汽阀包括阀门本体和执行机构。执行机构与液压控制油系统连接，在超速跳闸阀和事故跳闸阀门关闭时，再热主汽阀打开，油控跳闸阀关闭。在超速跳闸装置机构脱扣时，油控跳闸阀打开，降低作用于轴端的蒸汽压力，使关闭再热主汽阀的力最小。五、 中压调节汽门汽轮机有四个中压调节阀。阀门是环型密封柱塞阀，装在阀杆突肩上。通过独立的执行机构控制每个中压调节阀。执行机构通过控制油压，控制阀门开度的大小。阀门的上座和下座的直径设计成平衡作用于阀门的蒸汽压力。因此很容易打开阀门，并且在任一再热压力下很容易关闭。阀杆密封由紧密装配连接到确

13、定的低压区的衬套保证。当阀门处在全开位置时，阀门处在阀碟与阀杆衬套下端相接触的区域。这些布置可防止再热调节阀全开运行时，沿图 5 再热主汽阀图 1图 6 中压调节阀LP汽轮机调节保安系统6阀杆的蒸汽泄漏。阀门装配有蒸汽滤网。它环绕阀体底部装配，并在阀体和阀盖顶部紧固。第三节 DEH 调节系统一、DEH 系统的组成数字电液调节系统（Digital Electro-Hydraulic Control System） ，简称 DEH 系统。图 7 DEH 系统的原理示意图DEH 系统由数字式控制器、阀门管理器、液压控制组件、进汽阀门和控制油供油系统组成，并与工作站（操作员站和工程师站） 、数据采集系

14、统（DAS） 、机械测量系统（TSI） 、防超速保护（OPC） 、跳闸保护系统（ETS） 、自动同期装置（ AS）相连接，还留有与锅炉燃烧系统（BMS）等的通信接口。它又是分布式控制系统（DCS）的一个子系统，可实现机、炉协调控制（CCS） 。二、 DEH 系统的控制方式1、手动方式。直接控制阀门开度。2、操作员自动（OA）方式。操作员设定目标转速和升速率，或目标负荷和升负荷率，DEH系统按此设定自动控制机组启动、停机和变负荷。汽轮机调节保安系统73、程控方式（ATC） 。该方式也称自动程控启动方式。在机组启动时，由“操作员自动”切换为“程控方式”后，DEH 系统按机组的温度状态和预定程序，以

15、及转子应力水平进行冲转、升速、暖机、并网、带初始负荷。此后自动切换为操作员自动方式，由操作员设定目标负荷和升负荷率，完成升负荷过程。4、协调控制方式（CCS） 。接受 CCS 主控制器发出的调节信号。若汽轮机为“手动” ，则采用“炉跟机”方式；若锅炉为“手动” ，则采用“机跟炉”方式。5、遥控方式。厂级管理计算机或电网调度均可通过“增/减”负荷按钮，以遥控方式对 DEH系统发出指令。三、 DEH 系统的主要功能1、转速自动控制。实现从盘车转速到额定转速的自动升速控制。在甩负荷、跳闸后，控制最大转速小于 3300r/min。2、负荷控制。3、阀门试验及阀门管理。运行人员可对进汽阀门逐个进行在线活

16、动试验和选择汽轮机的进汽方式（单阀或顺序阀*、高压或中压进汽阀、或高压和中压进汽阀控制进汽） 。在活动试验时，汽轮机能正常运行；在阀门切换时，扰动值小于额定值的 1.5%。4、热应力计算和控制功能。系统可计算高、中压转子的热应力，并将实时热应力值与极限值比较，自动设定升速率或变负荷率的允许值。当任一热应力超过极限值时，发出保持转速或保持负荷的信号。在机组运行过程中，系统还可根据汽轮机转子热应力对其寿命消耗进行计算并累计，计算结果将在 CRT 显示及打印。5、程控启动。6、保护功能。DEH 系统具有 OPC 防超速和跳闸保护功能，以及阀门快关功能。并可通过DEH 操作员站完成汽轮机超速试验，以保

17、证保护系统性能可靠。7、储存、显示和打印。8、自动检测。9、容错和切换。* 单阀和顺序阀：单阀：采用一个或几个同时启闭的节流调节汽门，在额定工况下（即调节汽门全开） ，经济性高；低负荷时，节流损失很大。顺序阀：经过几个一次开启的调节汽门，在部分负荷时，只有一个部分开启的调节汽门存在节流损失，所以配汽效率高。在变工况时，进入汽轮机高压部分的蒸汽温度变化较大，使机组调节级所对应的缸壁产生较大的热应力，从而限制了变负荷速度。四、 转速控制回路汽轮机调节保安系统8DEH 转速控制回路能保证汽轮机采用与其热状态、进汽条件和允许寿命损耗相适应的最大升速率，自动地将汽轮机从盘车转速逐渐升到额定转速。转速控制

18、回路由转速给定值行程单元、比较器、阀门切换、比例积分器、转速测量等元件组成，其输出的转速请求值引入相应进汽阀的液压控制组件，控制阀门开度。转速给定值行程、比例积分、进汽阀门选择的运算由数字式控制器相应元件完成，此时的输入量是目标转速、升速率、转速测量值。转速控制回路的技术特性如下：转速调节范围：03360r/mim；转速控制回路的控制精度：1r/min；最大升速率下的超调量：不大于 0.15%额定转速；迟缓率：0.067%。五、 负荷控制回路DEH 系统的负荷控制回路能在汽轮发电机并入电网后，实现汽轮发电机组从带初始负荷到带满负荷的自动控制，并可根据电网要求参与一次调频和二次调频*任务。当机组

19、运行状态或蒸汽参数异常、主要辅机故障时，可以限制或降低机组负荷。* 一次调频和二次调频：一次调频：“各机组并网运行时，受外界负荷变动影响，电网频率发生变化，这时，各机组的调节系统参与调节作用，改变各机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡。同时，还尽力减少电网频率的变化，这一过程即为一次调频。 z7 i8 0 Q.u,二次调频：一次调频是有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度。所以还需要利用同步器增、减速某些机组的负荷，以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。只有经过二次调频后，电网频率才能精确地保持恒定值。二次调频目前有两种方法： 1、由调总下令各厂调整负荷。2、机组采用AGC

20、 方式，实现机组负荷自动调度。简单的说，一次调频是汽轮机调速系统要据电网频率的变化，自发的进行调整机组负荷以恢复电网频率，二次调频是人为根据电网频率高低来调整机组负荷。六、 汽轮机启停和运行中的监视DEH 系统能连续采集和监视所有与汽轮机组控制和保护系统有关的测量信号及设备状态信号。第四节 DEH 液压伺服系统汽轮机调节保安系统9液压控制系统是 DEH 的一个组成部分，以抗燃油作为工作介质。该系统按其功能可分为：液压控制系统、危急遮断系统、供油系统。液压控制系统中有伺服型和开关型两类控制机构：伺服型控制机构，根据 DEH 系统数字控制器发出的指令控制相应阀门（高压主汽门和调节门、中压调节门）的

21、开度；开关型控制机构，控制阀门（中压主汽门）全开或关闭。危急遮断保护系统在监视参数超限，危及安全运行时，自动或手动使机组跳闸停机。供油系统向液压控制系统提供参数合格的抗燃油。一、 液压执行机构的部件1、隔离阀和滤网高压抗燃油经过隔离阀供给电液伺服阀（或直接供给油动机） ，关闭该阀可切断高压油路，使得在汽轮机运行的条件下可以活动其控制的进汽阀或停用其控制的液压执行机构（更换滤网、检修或调换电液伺服阀、电磁阀、卸载阀、LVDT 等） 。2、电液伺服阀也称电液转换器，是汽轮机调节系统中将电信号控制指令转换为液压信号并进行放大的装置。3、线性差动位移变送器（LVDT）其作用是把油动机活塞的位移（代表汽

22、阀的开度）转换成电压信号，反馈到伺服放大器前。由芯杆、线圈、外壳等组成。一次侧绕组缠绕在芯杆上，供给交流电源；在外壳中心点两侧各绕有一个相同的二次绕组，反向连接。二次绕组的净输出是两绕组感应电动势之差。在实际装置中，外壳固定不动，铁芯通过杠杆与油动机活塞连杆相连。其输出的电压信号便可模拟油动机的位移，也就代表了进汽阀的当前开度。4、快速卸载阀当危急遮断油路（AST）泄油时，所有油动机的快速卸载阀打开；当 OPC 油路泄油时，控制高、中压油动机快速卸载阀打开。油动机活塞下腔室的油经快速卸载阀迅速排出。这时不论伺服放大器输出信号大小，油动机活塞在弹簧作用下迅速下移，相应的进汽阀快速关闭。5、阀门位置开关盒阀门位置开关由杠杆、传动轴、半圆转轮、四个撞击块和四个行程开关等组成。杠杆与阀门连杆或油动机连杆相连，将阀杆的移动转换为半圆转轮绕轴的转动。利用撞击块与行程开关的接触，发出阀门开、关位置信号。二、 液压执行机构的工作原理