汽轮机原理(附课后题答案)

点是:在外负荷变化时,导致机组功率的变化“滞后”;对负荷变化的适应能力较差;甩负荷时动态超调量极大。

由于中间再热式机组采用单元制连接,主蒸汽系统的储热能力较小,且锅炉调节的迟缓率较大,从改变燃料到蒸汽量的改变,需要的时间长达100~250秒。在外负荷变化、高压调节阀开度变化时,主蒸汽相应变化,造成调节阀过调,高压缸的功率变化“滞后”。另外,又存在很大的中间再热器容积,高压调节阀开度变化后,要等再热器的压力变化达新工况对应值时在外负荷变化时,中、低压缸的功率才达到新工况的对应值,导致中、低压缸的功率变化“滞后”。由于在外负荷变化时,机组功率变化“滞后”,因此,对负荷变化的适应能力较差。若不采取适当措施,甩负荷时动态超调量极大。 11. 如何改善中间再热式汽轮机的调节系统动态特性? 解答:改善中间再热机组调节特性的方法如下:

设置动态效正器,在调节的动态过程中,使高压调节阀动态过调,利用主蒸汽系统的蓄能,增加高压缸功率的变化,以弥补中、低压缸功率变化的“滞后”。

设置中压调节阀,在低负荷区参与调节;在高、中负荷区,减负荷时参与动态调节;甩负荷时,与高压调节阀一起快速关闭,减弱中间再热器的影响。

在外负荷增加的调节过程中,瞬间关闭除氧器的进水和低压加热器的进汽,利用除氧器的蓄热,使中、低压缸的功率提前变化,以弥补中、低压缸功率变化的“滞后”。

实现机、炉联合调节,将外负荷变化的信号提前送入锅炉调节器,减缓其调节的迟缓。 12. 根据图2-11,13. 分析定压运行时中间再热式机组联合调节的过程。

解答:机组在调节过程中,其主调信号为P’0,它由频差信号(一次调频)kΔf 和负荷给定值P0组成。负荷给定值可以由运行人员输入,也可以由中心调度室输入(进行二次调频)。由于机组的输出功率受辅机出力的影响,所以引人辅机出力信号,作为P’0的修正和限制信号。将主调信号P’0、以及P’0与测功信号P之差值ΔP,送入锅炉燃烧调节器,实现“提前燃烧”调节。并将主蒸汽压力与整定值之间的差值Δp 也引入锅炉燃烧调节器,进一步加快燃烧调节,使锅炉的蒸发量迅速满足机组功率变化对蒸汽流量的需求,恢复主蒸汽压力为额定值。锅炉燃烧调节器综合处理这三个信号,并输出燃烧调节信号FR,以调整风、煤系统和给水系统。另外将ΔP和Δp引入汽轮机阀位调节器,经过调节器的综合处理后,输出阀位调节信号m至阀位控制器,控制汽轮机调节阀门的开度。利用锅炉和主蒸汽系统的储热能力,迅速实现与外负荷之间的功率平衡。此时,若锅炉调节仍不能满足要求,使主蒸汽压力Δp0的变化超过允许范围,此信号将限制调节阀的开度进一步开大(外负荷增加时),或开大旁路系统的控制阀(外负荷减小主蒸汽压力升高时),以防止锅炉出口压力大幅度波动,保证锅炉

调节的稳定性。虽然将Δp 引入阀位调节器后减弱了机组的一次调频能力,但同时采用提前燃烧,因此有一定的补偿,所以联合调节可以提高机组的负荷适应能力,并改善机、炉调节的动态特性。 14. 数字电液调节系统有何优点?由哪几部分组成?

解答:数字电液调节系统(DEH)的优点如下:可满足汽轮机运行对调节系统的要求,可靠性强,具有易调的静态特性和良好的动态特性;信号综合能力强,可组合成多种控制方式,满足自动化水平日益提高的要求;它灵敏度高,能精确的控制机组的转速和功率(在转速控制时,其控制精度为 ±2r/min;在功率控制时,其控制精度可达额定负荷的±0.007以下);能够实现机组的自动程控启动、负荷的自动调节和对机组的自动监视功能。

DEH调节保护系统包括两大部分:即数字调节系统和EH油系统。数字调节系统由数字调节器及其外围设备组成;EH油系统包括高压供油系统、带电液转换器的液压执行机构和危急跳闸系统(ETS)。 15. 数字电液调节系统中,16. 在自动控制方式和手动控制方式下的转速调节有何不17. 同18. ? 解答:转速调节在自动控制方式下,系统根据机组状态,经过逻辑运算,决定其冲转升速的控制是采用高压主汽阀,或高压调节阀,还是中压调节阀,并确定升速率;由操作员设置目标转速,转速给定回路按确定的升速率,将阶跃的目标转速变换为线性变化的转速给定值;以转速给定值和实测转速的差值Δn作为调节信号,改变进汽阀门的开度,控制机组的转速。由于此时转速调节主回路和阀位控制子回路均为闭环结构,采用差值信号进行调节,只有Δn=0,调节过程才结束。只要转速给定值不变,若出现内部扰动(如蒸汽参数变化),使转速偏离给定值(Δn≠0)时,调节系统立即进行调节,恢复转速等于给定值,使机组转速始终跟随转速给定值的变化而变化。因此可以提高系统的调节精度,并具有很强的抗内扰能力。但用差值信号进行调节时,必须配置积分器或积分环节,以便在Δn=0时,保持调节器的输出信号——阀位信号,使调节阀的开度不致因Δn=0而关闭。

手动控制方式下的转速调节,系统的主调节回路是开环结构。需要改变转速时,操作员直接手动增、减转速按钮,发出指令信号Δnm*,通过相应阀门的阀位控制装置,使对应的进汽阀门开度变化,改变进汽量,从而控制机组转速。在阀位信号ΔVT1等于指令信号Δnm*时,进汽阀门开度达到新的稳定状态。由于在手动控制方式下,没有引入转速反馈信号,主调节回路是开环控制,即使阀位不变,蒸汽参数的波动也会使转速产生漂移,所以系统没有抗内扰能力,调节精度相应降低。 19. 电液调节系统为什么引入功率信号?反调现象是怎样产生的?如何消除反调现象?

解答:电液调节系统引入功率信号是为了精确控制发电机输出的电功率,提高调节系统的稳定性和抗内扰能力。电液调节系统在进行负荷调节时,除以转速给定值(3000r/min)与实测转速的差值kΔn作为调节信号之外,还设置功率给定回路,产生功率给定值P*,并引入机组实测输出电功率P作为反

馈信号,使功率调节回路为闭环结构,以负荷指令(kΔn+P*)与实测输出电功率的差值作为调节信号,控制机组输出的电功率。因此可以用负荷指令精确地控制机组输出的电功率,提高负荷调节系统的抗内扰能力。而且,改变负荷给定值,可以进行二次调频和各机组间的负荷调度。

由于外负荷均以并联形式接入电网,当外负荷增加时,电网阻抗减小,各发电机的输出电流增加,作用在机组转子上的电磁阻力矩增大,使机组转速降低。由于发电机输出电流的变化先于转速的变化,因此在外负荷增大的初始瞬间,发电机电功率实测信号P的增加先于机组转速实测信号n的降低,使负荷调节信号( =KΔn+P*-P)瞬间降低,调节阀在此瞬间不是随外负荷增加而开大,反而关小,调节系统出现的这种现象称为反调现象。

解决“反调”问题有两种办法,其一是用汽轮机的内功率作为功率反馈信号,以便精确的控制机组输出的电功率;其二是抑制外负荷变化初期电功率反馈信号的强度,让机组转速变化的信号处于主导地位。

20. 电液调节系统中转速给定和负荷给定各有什么作用?为什么设置转速给定值形成模块? 解答:转速给定的作用是根据设定的目标转速和选定的升速率,产生转速给定值,使系统按选定的升速率,控制机组转速逐步达到目标转速确定的值。负荷给定的作用是根据设定的目标负荷和选定的升负荷率,产生负荷给定值,使系统按选定的升负荷率,控制机组功率逐步达到目标负荷确定的值。改变目标负荷,可以进行二次调频和各机组间的负荷调度。转速给定和负荷给定的作用,相当于液压调节系统的同步器。

“转速给定”设定的目标转速是一个阶跃值,系统设置转速给定值形成模块,按选定的升速率,将阶跃的目标转速转换为线性变化的转速给定值,使机组转速的变化率符合要求。 21. 液调节系统在进行转速调节和负荷调节时的调节信号各由什么信号组成?

解答:转速调节的调节信号是转速给定值n*与转速测量值n的差值(n*-n),经放大后的信号KΔn。负荷调节时,由负荷的给定值P*0和转速差值信号K(n0-n)组成负荷指令〔K(n0-n)+P*0〕,负荷指令与机组实测功率P之差〔ΔP=K(n0-n)+P*0-P〕作为调节信号,其中n0为额定转速。 22. 阀门管理器的作用是什么?

解答:阀门管理器有两个作用,其一是实现“单阀”控制(节流调节)和“顺序阀”控制(喷嘴调节)方式之间相互切换;其二是将调节器输出的负荷指令(或称流量请求值GVSP)转换为阀门开度请求值。 23. 电液转换器的作用是什么?

解答:来自阀门管理器输出的阀门开度请求值和阀门开度实测值的差值,经伺服放大器进行功率放大后的电信号,是调节阀的阀位调节信号。电液转换器又称电液伺服阀,它的作用是将来自伺服放大器

的阀位调节信号,转化为油压信号,以控制高压主汽门、高压调节阀和中压调节阀的开度。 24. 数字电液调节系统的控制方式有几种?各有什么优点?

解答:DEH调节系统有自动和手动两类控制方式。由“手动/自动”切换开关进行切换。手动方式一般分为二级手动和一级手动;自动方式又分操作员自动和程控自动。这四种控制方式的级别顺序为:二级手动→一级手动→操作员自动→程控自动。其中二级手动为最低级控制方式,操作员自动为最基本控制方式,四种控制方式可以按级别顺序无扰进行切换。

二级手动也称模拟手动,是一种备用控制方式,有些机组不设置这种控制方式。在这种方式下直接由操作员手动阀门开度的“增/减”按钮,向阀门控制系统的Vcc卡发送阀门的开度增、减指令,开启或关小相应阀门。

一级手动也称数字手动,它是在两台控制计算机出现故障,转速反馈、功率反馈和调节级压力反馈因故障全部切除后的一种开环控制方式。此时由操作员设置目标转速或目标负荷及其变化率,形成转速给定或负荷给定值,直接送入阀门管理器,控制阀门的开度。在这种方式下,故障减负荷和机组跳闸保护系统均投入。

操作员自动控制方式是由操作员设置目标转速或目标负荷及其变化率,由调节系统进行闭环自动调节。DEH调节系统的各种功能回路都投入,系统具有监视功能各种保护功能。

程控自动方式与操作员自动控制方式的区别是:目标转速或目标负荷由控制程序设定,其变化率由计算程序根据机组的状态计算其应力水平确定。程控自动方式还可以和操作员自动或遥控方式组成联合控制方式。此时,目标转速或目标负荷及其变化率,由操作员或负荷调度中心设置,控制程序根据机组的状态计算其应力水平确定其变化率,对操作员或负荷调度中心设置的升速率和升负荷率进行修正。 25. 数字电液调节系统的总体功能是什么?

解答:数字电液调节系统的总体功能有:实现机组的自动启动;实现机组负荷的自动调节和二次调频;对机组运行状态进行自动监视;对机组进行自动保护。 26. 什么是炉跟机?什么是机跟炉?什么是协调控制?

解答:炉跟机运行方式将外负荷变化的信号引入汽轮机的调节系统,控制其调节阀的开度,改变其进汽量,从而改变汽轮机的功率,使其与外负荷的变化相适应。当汽轮机调节阀的开度变化时,造成锅炉产汽量与汽轮机的进汽量不平衡,主蒸汽压力相应变化。锅炉燃烧调节器接受主蒸汽压力变化的信号,进行燃烧调整,使主蒸汽压力恢复为规定的数值。这种调节方式可充分利用主蒸汽系统的蓄热能力,但主蒸汽压力波动幅度较大。

机跟炉运行方式将外负荷变化的信号引入锅炉燃烧调节器,使锅炉提前进行燃烧调整(与按主蒸汽压

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