汽轮机运行19

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鲁兰军

        汽轮机调节原理
        汽轮发电机正常运行时，汽轮机发出的主力矩和发电机担负的反力矩是保持平衡的。当发电机的反力矩增大时，如果汽轮机的进汽量不变，则汽轮机的转速就要降低；当发电机的反力矩减小时，若汽轮机不改变进汽量，则汽轮机的转速就要升高。汽轮机调节的原理，就是以汽轮机主力矩与发电机反力矩失衡时转速的变化为脉冲信号，去控制汽轮机的进汽量，从而保证在新工况下，汽轮机的主力矩和发电机的反力矩重新平衡，并维持汽轮发电机的转速基本不变。由于汽轮机的调节系统是以机组转速为调节对象，习惯上称汽轮机的调节系统为调速系统。

        调节系统静态特性对汽轮机正常运行的影响
    当汽轮机转速降低时，由于调节系统的作用，使汽轮机的进汽量增加，从而使发电机的电负荷增加。汽轮机转速变化与功率之间有一定的单值对应关系。这一关系曲线称为调节系统的静态特性曲线。
        静态特性的好坏直接影响调节系统工作的好坏，影响汽轮机的运行状态。
        速度变动率和迟缓率是影响静态特性好坏的主要参数。
       
        调节系统速度变动率：汽轮机空负荷时具有最大转速，而在额定负荷时具有最低转速，两个转速之差与汽轮机平均转速之比的百分数，称为调节系统的速度变动率。
        速度变动率相当于汽轮机从空负荷至额定负荷的转速变化率。其值一般为3%~6%，常用值为4%~5%。速度变动率大者，系统频率变化时负荷摆动小，汽轮机的稳定性就好；反之，稳定性就差。汽轮机调节系统的速度变动率一般不应小于3%。
        根据速度变动率的定义可知，当调节系统速度变动率大时，汽轮机甩负荷后的转速升高值必然要大。
        汽轮机甩负荷后的最大转速升高值，除和速度变动率有关外，还与调节系统的迟缓率、汽轮机内滞留的蒸汽的容积、汽轮发电机的惯性矩等有关。
       
        调节系统迟缓率：由于调节系统的感应机构、放大机构、配汽机构等都存在一定的摩擦阻力，使升降负荷方向的特性线不重合，在同一负荷下对应的汽轮机转速有个差值，在同一转速时对应的负荷存在一个差值，，破坏了转速与负荷间的单值对应关系。我们把由于迟缓而造成的统一负荷下的转速差与额定转速之比的百分数叫做调节系统的迟缓率，或不灵敏度。
        迟缓率的存在不利于汽轮机的运行。手动调节电负荷时容易造成超调；自动调节时，频率稍有变化会造成调节系统不稳。同时恶化了甩负荷时的稳定性，造成汽轮机转速额外升高。对于并列运行的机组，迟缓率过大会引起转速自发性摆动。
        造成迟缓率过大的原因是多方面的。在运行和检修方面的原因主要是：检修质量不佳；压力变换器滑阀、调速汽阀、油动机活塞等间隙过小；滑阀体有毛刺或清扫不干净；压力变换器弹簧支点不正；弹簧与侧壁发生摩擦；以及运行中油里含水，滑阀、套筒被腐蚀，油中含有杂质，凸轮传动机构润滑情况不良等。
        调节系统的迟缓率对调节的质量有关。在运行中，机组负荷的摆动值与调节系统的迟缓率成正比，与调节系统的速度变动率成反比。迟缓率的不良影响是通过速度变动率发挥出来的。在迟缓率不变时，调节系统的速度变动率越小，迟缓率对调节系统的稳定性影响也越大。因此，对一台并列运行的机组来说，为使其稳定运行，不仅要求迟缓率要小，而且速度变动率也要调整合适。调节系统迟缓率应不大于0.3%。
        对于调节系统，要求迟缓率和速度变动率要在合理的范围内，还要求其静态特性曲线有一合理的形状。这一要求，对调节系统工作性能的好坏影响很大。静态特性好，其曲线应该是一条连续、平滑、无突变、在高、低负荷区域较陡而中间部分有一定倾斜度的曲线。之所以要求静态特性曲线要有这样的形状，主要是为了满足下列要求：
        1、空转转速容易控制。并网时要求使汽轮发电机的转速频率与电网的频率一致。并网前，如果汽轮发电机的转速不易控制，就会延误并网时间。特别是在热态启动汽轮机时，为避免出现过大的负胀差，更要求缩短并列时间。要使汽轮机的空转转速容易控制，就要求油动机（调速汽阀）开度变化较大，而进汽量变化小，在静态特性曲线上就表现为陡一些。这样，调节系统油压稍有波动，引起的油动机、调速汽阀开度变化较小，使转速容易稳定，便于发电机并网。
        2、低负荷区段负荷变化要缓。汽轮机由冷态启动并入电网后，为避免产生过大的温度应力和相对膨胀差，要在低负荷阶段进行低负荷暖机。这就要求在汽轮机刚接带负荷的一段时间里，电负荷变化不要太快，要容易控制。这就要求静态特性曲线在低负荷段的变化要陡一些。此时，一旦系统频率波动，对汽轮机的影响也较小，从而保证了低负荷的暖机质量。
        3、额定负荷区段负荷变化要缓。这一要求的目的是为了防止汽轮机过负荷。汽轮机在额定负荷区域的静态特性曲线要陡一些，在系统频率降低时，就不会使汽轮机自行超负荷。