1、汽轮机设备及系统,汽轮机调节保护供油系统,电力生 产的任务,供给用户 的电能,数量：功率,质量,电压：调整励磁机的电流,频率：汽轮机控制系统,（一）调节系统的任务,设置调节系统的原因,一、汽轮机调节系统,n-汽轮机转速,P-发电机电机对数，对全速机为1,电力系统正常频率偏差 允许值为0.2Hz(转速波动12r/min) 系统容量较小（3000MW）时，偏差值可以放宽到0.5Hz(转速波动30r/min),频率的稳定取决于原动机出力和电网负载的平衡。维持频率的稳定要求：原动机出力负载 汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求进行调整。,整个调节系统的输入量是汽轮机的转速n，输出量是汽轮机的功率p有时
2、称为调速系统,（1）及时调整汽轮机的内功率，满足用户足够的电力（数量、 质量）；,汽轮机调节系统的任务,（2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行，不超过允许分范围。,（3）除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超 速保护、轴向位移保护等）。,旋转方向,汽轮机,发电机,汽轮机蒸汽产生的原动力矩,摩擦力矩（可忽略）,转子的电磁阻力矩,转子运动方程,（二）基本工作原理,电网负载与功率平衡时：,n=na,如图b点达到新平衡，n=nb,电网负载减少，阻力矩特性线变为Me1，,如机组进汽量不变,汽轮发电机组的自调节特性。,汽轮发电机机组的自动调节特性,电网负载减少,如机组感知到转速上升减少进汽
3、量,如图c点达到新平衡，n=nc,汽轮机自动调节系统的任务： 当外界电负荷发生改变时，汽轮机转速有一个很小的变化时，自动改变进汽量，使发出的功率与外界电负荷相适应。并保证调节后的机组转速的偏差不超过规定的范围。,运行对调速系统的要求 1）调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利地并网和解列； 2）当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全地过度到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动； 3）为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内； 4）当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值
4、小于超速保护装置动作转速。,调速器,齿轮,调节汽门,滑环,直接调节:调节汽门由调速器本身直接带动,当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，感知转速变化的装置叫调速器,（1）按调节阀动作时所需能量来源不同分,泄油口,泄油口,压力油,错油门,油动机,调节汽门,调速器,间接调节的原理图,间接调节： 将调速器的能量进行放大后去开启调节汽门的系统。,液压调节系统主要由机械部件和液压部件组成，依靠液力作为工作介质来传递信息。系统工作时是根据转速的变化来调节，又称液压调速系统。,（三）汽轮机液压调节系统的基本组成,转速感受机构： （ Sensor）有三种类型：机械、液压、电子（工作原理以后讲）液调用前两种，电调
5、用后者。前二者工作原理如下：高速弹性调速器径向泵和旋转阻尼 传动放大机构： 位于感、配之间的部分。信号的传递和放大过程见200MW机组调节系统录像。 执行机构（配汽机构）：包括传动机构和调节阀 调节对象,汽轮机的保护系统,超速保护控制系统（OPC）,自动停机危急遮断系统（AST）,危机跳闸控制装置（ETS）,机械超速和手动停机,二、汽轮机的保护系统,ETS（EMERGENCY TRIP SYSTEM：汽轮机危急遮断系统）：用以监视汽轮机的某些重要参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀门，紧急停机。以保证汽轮机安全运行,(1) 超速保护。 (2) 低油压保护。 (3
6、) 轴向位移及胀差保护。 (4) 低真空保护。 (5) 振动保护。 (6) 轴承回油温度或瓦温保护。 (7) 发电机故障保护。 (8) 手动遮断保护。,汽轮发电机组具有的保护功能：,机械超速保护遮断装置手动遮断装置磁力遮断装置(或称电磁阀)任一遮断装置动作均会泄去安全油，关闭自动主汽门和调门，使机组紧急停机。,汽轮机保护系统中一般设有三套遮断装置：,机械超速保护,系统组成：飞锤式危急保安器、危急遮断滑阀、手动复位和遮断装置、遥控复位装置、试验装置。,机械超速危急遮断,作用：当机组超速（转速达到110%112%额定转速）或手动操作时，通过机械动作而实现紧急停机。,试验手柄,复位手柄,试验滑阀,飞
7、锤,碰钩,复位连杆,气缸,试验连杆,遮断滑阀,作用：封闭自动停机危急遮断总管中的高压抗燃油的泄油通道，当润滑油系统压力降到不允许的程度时，通过EH油系统遮断汽轮机。 原理：润滑油压消失开启隔膜阀 AST泄油。,隔膜阀,汽轮机电超速保护,1、OPC系统超速保护：动作转速103%n0,当机组在30%负荷以上运行发电机油开关跳闸时，或者转速n103%n0时，通过OPC电磁阀迅速关闭高、中压调节汽阀和供热蝶阀，待转速恢复到n103%n0重新打开。,2、危急遮断系统超速保护：动作转速111%n0,当机组转速达到111%的额定转速时，AST电磁阀动作关闭高中压主汽阀，同时止回阀被顶开使OPC油路泄压，关闭
8、高中压调节汽阀，实行紧急停机。,汽轮机保护系统的构成和工作原理,压力控制滑阀,泄油口,自动主汽门,卸油,压力油,节流孔,安全油母管,三 数字电液调节系统,数字电液调节系统简称DEH(DigitalElectro-Hydraulic ControlSystem),DEH调节系统实际上为模拟-数字、功率-频率、电子-液压调节系统,锅炉,再热段,过热段,发 电 机,凝 汽 器,LP,高压主汽阀,高压调节阀,中压调节阀,再热主汽阀,HP,IP,双缸双排气中间再热机组简图,DEH控制系统,控制任务：将热能转化为旋转机械能,控制目的：对发电机组转速的控制,采样讯号除转速为数字量外，其余均为模拟量，送入计算
9、机前需经AD转换器变换成数字量，在计算机中进行数字处理和运算，其输出数字量经DA变换后送至电液转换器，将电讯号转变成液压讯号，此液压讯号作用于油动机，控制主汽门及调节汽阀的开度，使汽轮机的转速或功率发生变化。,（一）基本调节原理,液压部分和 电气部分组成,液压部分：高压抗燃油系统和低压透平油系统两种,由计算机来的数字量，经DA转换成模拟量，与执行机构来的位移反馈讯号进行比较，其输出经功率放大器后去控制电液伺服阀，并将电讯号转换成液压讯号；再经错油门和油动机去控制各主汽门和调节汽阀。,数字部分：把功率放大器以前的部分称为数字部分， 液压部分：把电液转换器及其以后的部分称为液压部分EH油系统。,（
10、二）DEH控制系统的组成,液压部分：高压抗燃油系统和低压透平油系统两种,(1) 电子控制器,主要进行逻辑操作与PID运算，以及与下位机进行通讯控制等。通常A机工作，B机热备用。一旦A机故障自动无扰地切换至B机。,控制器主要包括数字计算机、混合数模插件、接口和电源等设备,集中布置在六个控制柜内，用于给定和接受反馈讯号、逻辑运算和发出指令进行控制等。,(1)00柜两台计算机A及B：,1、数字部分,(2)操作系统,操作系统主要设备包括操作台、图像站及调试终端等。,操作台是指操作盘与指示盘。是汽轮发电机组启停、运行控制的操作台，可获取机组的状态信息并进行监视，可控制机组的运行和实现维修测试。,操作台,
11、图像站,图像站主要包括：PC机，CRT显示器及打印机等。,调试终端,调试终端是供工程师对系统进行调试、检测等所使用的终端。,2、DEH液调部分EH控制系统,EH系统可分为供油系统、执行机构和危急遮断三部分。,DEH液调部分：包括执行机构和危急遮断系统,危急遮断系统,EH油遮断系统,主汽门和调门控制系统,中主门和中调门控制系统,DEH调节系统运行方式选择； 汽轮机自动调节； 汽轮机监控 汽轮机超速保护。,（三）DEH调节系统的功能,DEH调节系统具有自动调节、程序控制、监视、保护等方面的功能。,以引进型300MW机组的DEH调节系统为例，其功能概括为四个方面：,DEH调节系统设置了四种运行方式：
12、,相邻两种运行方式都可相互切换，且可做到无扰切换。,二级手动,是最低级的运行方式。是DEH调节系统的最末级硬件备用。由常规的模拟部件组成，通过操作台上的阀位增、减按钮，对阀门进行控制。,是一种开环运行方式，作为操作员自动方式的备用。通过操作盘上按键可以控制各阀门的开度，各键之间有逻辑联锁条件，还具有超速保护控制器OPC、主汽门压力控制器TPC、RUNBACK和脱扣等保护功能。,一级手动,是最基本的运行方式，可实现汽轮机转速和负荷的闭环控制，并具有各种保护功能。目标转速、目标负荷、升速率和升负荷率等均由操作人员给定。采用双机系统，两机之间可相互切换。当两机都发生故障时，可自动切换到手动方式运行。
13、,操作员自动方式,自动透平控制(ATC),是最高一级运行方式，,目标转速和负荷，升速率和升负荷率都是由计算机程序或外部设备给定。,采用ATC的原因：,汽轮机在启动或改变负荷时，存在很大的热惯性，如果进汽量变化过快，势必产生过大的热应力，经过多次循环就会使机组产生热疲劳，出现裂纹，缩短寿命。,通过控制汽轮机调节汽室温度变化速度来控制热应力，并在热应力的允许范围内，使机组启动和升减负荷所需的时间最少。,自动透平控制(ATC),ATC要达到的目的：,ATC负荷控制有两种方式： (1)ATC进行监视、指导，由运行人员完成机组的控制； (2)ATC程序控制方式。,在ATC程序控制方式下，由ATC程序来增
14、加、降低或保持升(降)负荷过程中的负荷变化率，以便在动态过程中把各种变量保持在其允许的范围之内。,ATC负荷控制,ATC负荷控制有两种方式： (1)ATC进行监视、指导，由运行人员完成机组的控制； (2)ATC程序控制方式。,当参数超过预定的报警值时，若负荷变化率的调整仍纠正不了参数的不正常变化，且该值已超过其“遮断”极限，ATC会自动地转到操作员自动方式，并发出遮断报警信息。此时ATC中监视功能仍保留，供操作人员调用。,ATC负荷控制,负荷变化率除了机组自身的条件之外，还用来协调整个单元机组以至全厂的合理运行；负荷变化率还可来自遥控，此时ATC仅进行监视，如果参数越限报警，还需要进行负荷的保
15、持，以确保机组的安全。,ATC分为负荷控制方式与转速控制方式,转速控制ATC,升速率受到转子应力的限制；,负荷控制ATC,供油系统对保证机组安全稳定运行有着至关重要的作用: 1供给调节系统和保护系统用油； 2供给轴承润滑用油，减少轴承的摩擦损失，并带走因摩擦产生的热量和由高温转子传来的热量； 3供给各运行付机构的润滑用油； 4对有些采用氢冷的发电机，向氢气环密封瓦的气侧提供密封油； 5供给盘车装置和顶轴装置用油。,四、汽轮机的供油系统,（一） 供油系统的基本作用,油系统对安全运行的重要性,油系统必须在任何情况下，即不论在机组正常运行，还是在启动、停机、事故甚至当电厂交流电源断电时，都应能确保供
16、油。 对于高速旋转的汽轮发电机组，哪怕是暂时（如几秒钟）的供油中断也会引起重大事故，如轴承的熔化，使机组的转子失去支承，动静部分发生严重的磨损等 若调节系统断油，整个机组将失去控制。,（二）供油系统型式,1、采用单一工质油系统国产机组的供油系统一般为单一工质供油型式，即汽轮机的润滑系统和调节保护系统，其核心是这两个系统共用一个油箱、一种油源，即通常的透平油（汽轮机油）。透平油通过离心式主油泵的加压，分别送往调节、保护系统和润滑部位。,l台由汽轮机主轴直接带动的离心式主油泵，1台交流高压辅助油泵，1台交直流低压润滑油泵，2只注油器，3台冷油器，另外还有滤油器、过压阀及润滑油低油压发讯器等部件。,
17、作为号注油器动力油，号注油器出口油压较高，经逆止阀、冷油器及滤油器等后送往轴承，作为润滑用油。,高压油经逆止阀后分三路：,供给调节和保安系统；,作为I号注油器的动力油， I号注油器出口油压较低，专供主油泵进油；,设备作用：,过压阀能自动调节回油量，使润滑油压保持在0.08-0.15MPa的范围内。,低油压发讯器是在润滑油压低于.08MPa时发出报警讯号，并根据润滑油压降低的程度，自动启动高压辅助油泵、交流润滑油泵或直流润滑油泵。,停机时供给润滑油；或在润滑油压低至一定值时自启动以维持润滑油压。直流润滑油泵用于在失去交流电源时供给润滑油。,高压辅助油泵在机组启动时代替主油泵供油，正常运行时作为主
18、油泵的备用泵。,低压交流润滑油泵在启动高压辅助油泵前先开启，用于赶走低压管道及各调节部件中的空气；,油系统的主要设备,1油箱 作用：储油，分离油中空气、水分和机械杂物 油箱分为污段和净段，中间隔着过滤网。回油管路布置在污段，油泵的吸油口布置在净段。为了将沉淀下来的水分和杂物排出，油箱底部一般做成斜坡形。,油箱布置简图,安装位置：在汽轮机高压转子前端的短轴上。 离心式主油泵不能自吸，在启停阶段要靠交流辅助油泵供油。如果主油泵的入口进了空气，会造成系统的工作不稳定。主油泵的进口必须保持一定的正压，正常运行时，这一正压由注油器提供。,2主油泵,注油器又称射油器，它实质上是一个射流泵； 对于大型机组的
19、供油系统，通常装有两个注油器，可并联或串联。,注油器工作原理图 l喷嘴；2混合室；3扩压管,3注油器,2、采用双工质的供油系统将润滑油和调节油分开，即润滑系统采用透平油，调节系统采用高压抗燃油单独供油的方式。抗燃油闪点大于240，自然点一般为600 左右。具有很好的润滑性、抗燃性和抗磨性能。双工质的EH供油系统主要由油箱、油泵、蓄能器、过滤器、卸荷阀和抗燃油再生器等组成。,低润滑油压遮断器,排烟风机,顶轴装置,冷油器,冷却水,切换阀,EOP,TOP,MSP,油净化装置,油涡轮,节流阀,溢流阀,旁通阀,油位计,主油泵,盘车装置,1轴承,推力支持,4轴承,润滑油系统流程,增压泵,#7/8/9号轴承
20、和发电机密封油系统,16Mpa,#7/8号顶轴,1.55Mpa,0.128Mpa,0.176Mpa,12-16Mpa 0.02mm,2700rpm MO1.205MPa LO0.115MPa,LO0.105Mpa,主要设备介绍,主油泵,启动油泵,辅助油泵,事故油泵,油涡轮增压泵,润滑油冷却器,润滑油输送泵,排烟风机,主油泵,主油泵是主轴驱动离心泵，水平地安装在汽轮机的前轴承箱内，泵轴与汽轮机的高压转子刚性连接。,交流启动油泵(MSP)为立式离心泵，在启动时，当汽轮机的转速达到约90%额定转速前，主油泵的排油压力较低，无法驱动增压泵，主油泵入口油量不足，因此，在机组冲转前应启动交流启动油泵向主油
21、泵供油。,交流辅助油泵(TOP)在汽轮机组启动、停机及事故工况时向系统提供润滑油。在机组盘车、冲转前必须投入运行，建立正常油压，当机组升到90额定转速，主油泵已能满足润滑油系统的全部供油需求，交流辅助油泵变可退出运行。,事故油泵（EOP）在机组事故工况、系统供油装置无法满足需要或交流失电的情况下使用，提供保证机组顺利停机需要的润滑油。,油涡轮增压泵,油涡轮增压泵是由油涡轮、油轮泵架、泵壳和调节阀等组成一体，垂直地安装在主油箱中。,板式冷油器采用换热波纹板叠装于上下导杆之间构成主换热元件。导杆一端和固定压紧板采用螺丝连接，另一端穿过活动压紧板开槽口。压紧板四周采用压紧螺杆和螺母把压紧板和换热波纹
22、板压紧固定。,冷却水和润滑油采用纯逆流换热，如图左侧红色流体为热流体润滑油，右侧蓝色流体为冷流体循环水。,板式冷油器的结构,去冷油器,来自冷油器,来自冷油器,去冷油器,去各轴承,来至油涡轮,主油箱盖,冷油器切换阀的结构,切换阀由阀体、阀芯、压紧板手、手柄、密封架、止动块等零部件组成，切阀的外型如图,目前大机组控制系统普遍数字电液控制系统（Digital Electrohydraulic Control System，DEH），其中使用的高压抗燃油被称为EH（Electrohydraulic）油。 EH油系统主要由：EH油箱、油泵、控制块、蓄能器、滤油器、冷油器、抗燃油再生装置等设备组成。,高压
23、抗燃油系统,EH抗燃油系统主要设备,1油箱 油箱是EH油系统的重要设备之一，由不锈钢板制成。油箱内装有四个磁性过滤器，全部浸泡在油中，以吸附油中可能有的导磁性杂质，来提高油的清洁度。要求对它们定期进行清洗。 2冷油器和滤油器 EH油系统在回油管路上装设有滤油器冷油器装置，所有的EH回油在送回油箱以前均流过滤油器和冷油器。,3. 蓄能器,（1） 高压蓄能器（活塞式） 一个有自由浮动活塞的油缸，活塞的上部是气室，下部是油室 气室充气压力： 8.966MPa（氮气） 气体可压缩，蓄存压力能,（2）低压蓄能器,低压蓄能器是安装在通向油箱的压力回油管路上。 结构：球胆式 合成橡胶制成的球胆内充入干燥的氮气，充气压力0.2096MPa。,4. EH油再生装置,是一种用来储存吸附剂，使抗燃油再生的装置 油再生的目的：使油保持中性，去除油中的水分等。 是一个精密滤油器组件 它主要由硅藻土滤油器与波纹纤维滤油器串联而成。,
