汽轮机DEH调节控制系统

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1、DEH调频原理一、DEH调节系统的组成高压缸高压主汽阀 执行器高原调节阀 执行器锅炉高压闱代主:汽阀调吊阀调节器室任.力传感器王蒸汽压力传感器 主蒸汽混度传感器速 传 感 器中压 何热器上汽阀中压缸 低压缸中压 调偏中压主汽阀中压调节阀2:0VArITM-悌色M卬机汽轮刘敬字ih漏调-1-?系绮1、电子控制器：包括数字计算机、混合数模插件、接口和电源设备。主 要用于给定、接受反馈信号、逻辑运算和发出指令进行控制。2、操作系统：即操作员站，主要包括操作盘、图像站、显示器和打印机。3、油系统：主要负责向系统提供润滑油系统和高压抗燃油系统。4、执行机构：主要负责控制汽阀。5、保护系统：主要用于快关调

2、节阀，电气危急遮断停机，机械超速保护 和手动停机装置作为停机备用装置。二、DEH调节系统的基本原理DEH调节的原理方框图如图45 6所示。该系统实际上为模拟一数字、功率一频率、电子一液压调节系统，其采样信号除转速为数字量 外，其余采用信号均为模拟量，因此送入计算机前需经模/数转换器（A / D）转换成数字量，在计算机中进行数字处理和运算，其输出数字量经 数/模转换器（D/A ）变成模拟量后送至电液转换器，将电信号转变成 液压信号，此液压信号作用于油动机以控制主汽门及调节汽门的开度， 使汽轮机的转速或功率发生变化。系统中的给定值，有转速给定及功率 给定，可以数字量输入，也可以模拟量输入。该系统的

3、调节过程可简要分析如下：由图456可见，转速和功率 信号形成了两个反馈回路，当外界负荷变化时，汽轮机转速变化，频率 采样器产生的模拟电压信号通过模/数转换器转换成数字量并输入到计 算机，计算机算出结果后，再经数/模转换器转换为模拟量输入至电液 伺服阀，控制阀门的开度，使汽轮机的功率做相应地改变。同样道理， 功率变化信号也经过采样器和模/数转换器，其数字量输入计算机与转速的相应信号相比较，当两个信号的变化值相互抵消时，调节系统动作 结束。三、汽轮机调节系统静态特性该系统的调节规律是PI（比例、积分）调节，而且是多回路的串级 调节系统。整个系统由内回路和外回路组成，内回路可加速调节过程， 外回路则

4、可保证输出严格等于给定值；PI调节规律既保证了对系统信息 的运算处理和放大，其积分环节又可保证消除静态偏差，从而实现无差 调节。1、汽轮机调节系统的速度不等 率与静特性曲线图4-41 DEH调节系统的静态特性在汽轮机调节系统中，稳定工况 下转速与功率之间的关系曲线称为 静特性曲线（图1-33）；如果稳定状 态下，系统中的负荷从零变化到满 载，则相应的系统中转速的变化值与 额定转速之比，即8广*5称为整个 0系统的平均速度不等率（速度变动 率）；如果稳定状态下，机组的负荷从零变化到满载，则相应的机组转速 的变化值与额定转速之比，即8 = Anmax称为汽轮机调节系统的速度不等 n0率（又称速度变

5、动率）。汽轮机调节系统的速度不等率是一个非常重要的参数。它的合理与 否直接影响机组的稳定运行情况，同时，也将对电网的频率稳定性产生 影响。一般机组要求速度不等率在3%6%之间可调，出厂时设定为4% 5%。2、汽轮机并网运行时的负荷自动分配并网运行是指电网中有两台及以上汽轮发电机向用户供电的运行方 式。这时，如果不考虑机组之间电力的相互作用的话，电网中各处的频 率是相等的。由于转速与频率的对应关系，所以，电网中的各台汽轮机 的转速也是一样的。即使具有半速的汽轮机的情况下，各个转速之间也 将保持固定的比例关系。而用户的耗电量等于各台汽轮机的功率的总和。假设电网中有两台并列运行的汽轮机I和II，其静

6、态特性曲线为一 根直线。速度不等率分别为8和8，且8 8，在某一时刻，两台汽轮机1212的转速均为n，根据它们的各自的静态特性，其功率分别为P和Ph， 如图1-17所示。nn0, Pi p； d； 矿咒%图1-17并网运行的汽轮机（静态特性为直线）若系统中用户的耗电量增加了 AP，外界负荷的增加，使得两台机组的转速同时下降。同时调节系统动作，将两台机组的出力分别增加了5 5P 和 Pn，从图1-17可以看出，由于速度不等率12，所以 P小于 Pno稳定后增加的出力必然与耗电量的增加相同，即 P= Pj+A Pn根据图中的几何关系，有AP = -P An ；AP =PII max An1An I

7、max11An IIImax当电网频率变化时，各台汽轮机分担的负荷相对变化量为PImaxAPAPR= pFr- + - Umax5=5 nPimaxi=1(5 1)推广到一般情况，任意台汽轮机分担的负荷相对变化量为APi3P所以，我们由此得出结论：一台汽轮机分担的负荷，与该汽轮机的 功率与整个系统的总功率之比成正比，而与该汽轮机的速度不等率与整 个系统的速度不等率之比成反比。3、汽轮机速度不等率的选取（1）从一次调频能力考虑由式（5 1）可知，如果某台机组的速度不等率远比电网的平均 速度不等率小，则当电网频率变化时，该机组的负荷变化特别剧烈；如 果该机组的速度不等率远比电网的平均速度不等率大，

8、则当电网频率变 化时，该机组的负荷变化就很小。因此，应当使电网中的机组的速度不 等率尽量接近，同时，考虑到大机组的经济性较好，启动复杂，应当使 大型机组承担基本负荷，因此适合采用较大的速度不等率，提高其年利 用小时数。而中、小型机组经济性差，启动过程较简单，使其承担尖峰 负荷和调频任务，适合采用较小的速度不等率。（2）从机组本身的运行稳定性考虑在汽轮机数字电液调节系统（DEH）中，二=8，就代表汽轮机 kf调节系统静特性曲线的斜率。速度不等率数值和静特性曲线的形状、位 置，都可以采用电路或数字的形式任意设定。从机组本身的运行稳定性看，速度不等率（机组的调差系数）的倒 数就是速度系统的增益（比例

9、系数）r = kf，因此，速度不等率越小， 则系统增益越大，系统越不稳定。因此速度不等率不能过小，一般不能 小于1. 2%。四、一次调频（速度控制）原理1、单元机组负荷控制系统和原理运行人员负荷指令电网艘负荷指令图4-4单元机组负荷控制系统的组成框图协调控制级基础控制级单元TO在负荷控制阶段，DEH系统的负荷控制回路接受设定值形成回路输 出的功率定值信号P0和汽轮机转速反馈信号n、功率反馈信号Pe和调节 级压力反馈信号,根据DEH系统控制方式进行控制运算，输出当前 运行方式下的蒸汽流量请求值，经阀门管理程序处理，变为阀门位置请 求信号，去控制高压调门开度，控制机组负荷。功率控制回路由速度控 制

10、、功率控制、调节级压力控制和阀门管理等环节组成，其原理简图如 图3-8所示。图3-8 DEH功率检觥理简图2、一次调频（速度控制）原理机组并列后，运行人员按“速度投入”灯亮，“SPI ”逻辑有效，速度控制回路投入。速度控制回路由一个“死区一线性一限幅”非线性 环节（如图38所示）和一个比例控制器P组成，当死区为0且限幅未 发生作用时，速度校正器的输出为尸 1 = k f（ n 0 - n ）式中kf速度校正器的比例系数（增益）。而整个速度控制回路的输出为P1 = Po + yi = P0 + kf（n0 - n）（5-2）在速度控制投入的情况下，速度控制回路的输出等于设定值形成回 路输出的功率

11、设定值P0与加速度校正值y1之和。当机组转速n等于额定 转速n0时，速度校正值此等于0,无需进行速度校正。当机组转速下降 时，速度校正值y1大于0, P1大于P0，速度控制作用使汽机阀门开度增大，机组输出功率增加。校图1-33数字电液系统中的静特性1正器的比例放大系数kf越 大，速度校正值y1越大，机 组一次调频任务越重。所以 P1也称为频率校正后的负荷 设定值。大型单元中间再热机组参与电网一次调频，采用“死区一线性一限幅”速度校正（图1-33）,是 因为系统正常运行时，不希望电网频率经常性的小波动影响机组出力， 故将速度偏差经过死区处理，以滤掉速度信号中的高频低幅干扰；当转 速偏差超过死区后

12、，速度校正值则与偏差n之间呈线性关系；在频差 超出一定范围时，中间再热机组的负荷适应能力受锅炉变负荷能力的限 制而采取了限幅措施。 转速(RPM).频差(Hz)次调频的负荷下限。为了机组的稳定运行，当电网频率基本稳定在额定 值时，机组对频率的微小波动不产生调节作用，因此在额定转速附近设 置了死区。同时，还可以根据机组的实际情况，限定本机组参与调频的 负荷变化量的大小。这些功能如图1-33所示。图1-33中，当频率变化超过额定频率。 土 2r/min = 0.033Hz 时，才起调节作用，参与调频的负荷变化量限定为8%，相当于电网频率变化 上 2r / min = 0.2Hz。 也有的系统，对参

13、与调频的机组仅限制其增负荷或 减负荷的变化量，如图1-35和图及136所示。在DEH系统中，校正环节中的不灵敏区的宽度（即死区）和比例放 大系数1 = kf可以很方便地由控制系统维护人员进行调整，从而改变机组 的一次调频能力。死区愈宽，机组参与电网调频的能力愈差，死区趋向 无穷大时，相当于速度反馈回路已切除，机组带基本负荷运行，可以保 证大型机组运行的经济性。比例放大系数可根据机组在电网中承担调频任务的大小来选择，即 机组承担的一次调频百分比确定。调频任务重，比例放大系数大，即速 度不等率愈小，反之亦然。调整比例放大系数即改变了机组的速度不等 率，即改变了机组的一次调频负荷比例。频率一次调节是

14、控制系统频率的一种重要方式，是二次调节的基础。但由于它的作用衰减性和调整的有差性，不能单独依靠一次调节来 控制系统频率。要实现频率的无差调整，必须依靠频率的二次调节。五、二次调频原理1 .电网二次调频与机组负荷分配的关系必须指出一次调频只能缓和电网频率的改变程度，不能维持电网频 率不变，这时就需要通过DEH系统增、减某些机组的功率，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，才能精确地使电 网频率保持恒定值。显然，由于有了一次调频的存在，二次调频的负担 就大大减轻了。利用转速控制回路能平移调节系统静态特性曲线的作用，可以顺利实 现二次调频。下图所示为并网运行的两台机组，在额定转

15、速下根据静态特性曲线的分配，NO. 1机的负荷为P,NO. 2机的负荷为P2，假定某一瞬间n平移调节系统静态特性曲线实现二次调频电网负荷增加P，使电网频率下降，机组转 速同时下降n,两台机 组各自按照自己的静态 特性曲线自动承担一部 分变化负荷，NO. 1机 负荷增加P1，NO. 2 机负荷增加P2,其总和等于电网负荷的增加量P，即/Pu/P/LPz。， 达到负荷平衡后，电网频率也就稳定下来，这是一次调频的过程。这时 如果操作，NO. 1机的转速控制回路，使NO. l机的静态特性曲线由 aa上移到a a，则在转速q下，No. 1机增发了功率/P，使总功率CP+P+P, + P+P)大于总负荷(

16、P+P+ P+P)，于是电 111221122网频率升高。随着电网频率升高，No. l机按a a静态特性曲线减负 荷，No. 2机按其自身静态特性曲线减负荷。当转速升高到n0时，NO. 2 机负荷恢复到一次调频前的数值P2, No. 1机则承担了全部的变化负荷 /P,总功率与外界负荷重新平衡，电网频率稳定在转速n0所对应的数 值上，这就是二次调频。二次调频实质就是在电网频率不符合要求时，通过电网中某些机组 的负荷控制回路，增加或减少它们的功率，使电网频率恢复正常的过程。2、如何通过机组负荷控制回路进行二次调频速度控制回路的输出为P = P + y = P + k (n - n)1010 f 0(52)变化一下，得出P =一 k n + (k n + P )i f f 00n = - 1 P + (n + 匕)=n + 七 匕 厂10 厂 0 k(53)所以，运行中只要变更功率给定值p0,就可以使静特性曲线平移，(如 下图曲线2)，从而实现二次调频。图4-31为静特性曲线平移原理图。负荷给定阀门指令图1-31数字电液系统静特性的平移