項(xiàng)目6 任務(wù)6.7電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率控制

授課教師：孫為民項(xiàng)目6電廠汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保安及油系統(tǒng)的認(rèn)識任務(wù)6.7電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

功率控制第一部分PART

ONE功率控制（調(diào)節(jié)）原理第二部分PART

TWO負(fù)荷給定值形成單元CONTENTS目錄功率控制（調(diào)節(jié)）原理第一部分功率控制（調(diào)節(jié)）原理4功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由三個串級的回路構(gòu)成，如圖所示，通過對高壓調(diào)節(jié)汽閥的控制來控制機(jī)組的功率。功率控制（調(diào)節(jié)）原理5內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級壓力（IMP）回路功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由三個串級的回路構(gòu)成中環(huán)功率（MW）調(diào)節(jié)回路外環(huán)轉(zhuǎn)速（WS）一次調(diào)頻回路負(fù)荷給定值經(jīng)一次調(diào)頻修正后變?yōu)楣β式o定值，經(jīng)功率校正器修正后，變?yōu)檎{(diào)節(jié)級壓力給定值，最后經(jīng)過閥門管理器轉(zhuǎn)換為閥位指令信號。三個回路可以有自動或手動兩種運(yùn)行方式的選擇，為此可以構(gòu)成各種運(yùn)行方式如閥位控制、定功率運(yùn)行、功－頻運(yùn)行、純轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等。功率控制（調(diào)節(jié)）原理6在功率調(diào)節(jié)中，由于受中間再熱容積以及蒸汽參數(shù)波動等因素的影響，功率的動態(tài)偏差量與靜態(tài)偏差量相差很大，反映出液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的動態(tài)特性較差。電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常設(shè)置2～3個主回路，DEH-Ⅲ型調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置了3個主回路（即3個主環(huán)），即在外環(huán)一次調(diào)頻回路基礎(chǔ)上增設(shè)了中環(huán)功率校正主回路與內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級壓力校正回路。（1）采用多回路綜合控制液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)造成負(fù)荷適應(yīng)性差的主要原因是只采用了單一主回路即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主回路，在并網(wǎng)運(yùn)行時用作一次調(diào)頻回路。功率控制策略1為避免采用單一主回路所帶來的問題，功率控制（調(diào)節(jié)）原理7可減小動態(tài)調(diào)節(jié)過程中的動靜偏差量，從而改善了功率調(diào)節(jié)的動態(tài)特性。將定壓運(yùn)行的凝汽式汽輪機(jī)所有非調(diào)節(jié)級取作一個級組時，調(diào)節(jié)級后汽室壓力的變化與主蒸汽流量的變化成正比，而流量變化又與汽輪機(jī)功率變化成正比。增設(shè)中環(huán)功率校正回路的目的將實(shí)際的功率動態(tài)偏差信號與來自外環(huán)一次調(diào)頻回路的功率靜態(tài)偏差請求值信號相比較，根據(jù)其差值進(jìn)行校正，差值越大，調(diào)節(jié)幅度也越大，速度也越快。因此因此，可用調(diào)節(jié)級汽室壓力的變化來加快反映由于調(diào)節(jié)汽閥開度的變化、蒸汽參數(shù)的變化等因素引起的功率變化，它比電功率信號及轉(zhuǎn)速信號快得多。根據(jù)汽輪機(jī)變工況理論可知功率控制（調(diào)節(jié)）原理8中環(huán)與內(nèi)環(huán)本質(zhì)上都是用于功率調(diào)節(jié)的。由上述分析可知所以內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級壓力回路是一快速內(nèi)回路功率的細(xì)調(diào)是通過中環(huán)功率校正回路的進(jìn)一步調(diào)整來完成的。不但能消除蒸汽參數(shù)波動引起的內(nèi)擾而且能起快速粗調(diào)機(jī)組功率的作用功率控制（調(diào)節(jié)）原理9大機(jī)組的集中控制要求運(yùn)行方式靈活、多樣，電子技術(shù)的應(yīng)用為其實(shí)現(xiàn)提供了有利條件。通過改變汽輪機(jī)功率給定值信號來源，便能靈活地進(jìn)行多種運(yùn)行方式的綜合控制。a．給定值信號綜合控制（2）采用多信號綜合控制功率控制（調(diào)節(jié)）原理10有時受機(jī)組運(yùn)行條件改變的限制，達(dá)不到原運(yùn)行要求，例如達(dá)不到原功率要求值，則將反映機(jī)組運(yùn)行條件改變的限值信號送至某一中間環(huán)節(jié)進(jìn)行低選限值處理。當(dāng)機(jī)組遇到異常情況時，有專用控制信號（如危急遮斷信號或電超速保護(hù)信號）直接送至閥位控制裝置，進(jìn)行快速的閥位控制，以求閥門快速動作。b．中間環(huán)節(jié)限值信號控制C．直接閥位控制功率控制（調(diào)節(jié)）原理11一是單閥控制即采用單一信號控制，使所有高壓調(diào)節(jié)汽閥同步啟閉，適用于節(jié)流調(diào)節(jié)；閥門管理程序?qū)⒘髁空{(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成閥位控制信號，并根據(jù)運(yùn)行需要選擇閥門啟閉控制方式。二是多閥控制即采用多個不同信號分別控制若干個高壓調(diào)節(jié)汽閥，使它們按一定順序啟閉，適用于噴嘴調(diào)節(jié)。（3）采用調(diào)節(jié)汽閥閥門管理技術(shù)功率控制（調(diào)節(jié)）原理12節(jié)流調(diào)節(jié)能使汽輪機(jī)接近全周進(jìn)汽，受熱均勻，從而可以減小轉(zhuǎn)速變動過程中和負(fù)荷變動過程中轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力，但會降低部分負(fù)荷下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。（3）采用調(diào)節(jié)汽閥閥門管理技術(shù)一般情況下，在汽輪機(jī)升速過程、低負(fù)荷暖機(jī)過程、大幅度變負(fù)荷過程以及正常停機(jī)過程，采用節(jié)流調(diào)節(jié)。在定壓運(yùn)行過程中負(fù)荷穩(wěn)定時，以及在高負(fù)荷時，采用噴嘴調(diào)節(jié)。運(yùn)行人員可以根據(jù)需要來選擇最佳配汽方案。單閥控制和多閥控制方式之間可以實(shí)現(xiàn)無擾切換。功率控制（調(diào)節(jié)）原理13功率調(diào)節(jié)原理2由圖所示的系統(tǒng)可接受四種功率擾動信號外界負(fù)荷擾動信號自動控制方式下的功率給定值擾動信號內(nèi)部蒸汽參數(shù)擾動信號手動控制方式下的手動功率閥位指令信號一三二四功率控制（調(diào)節(jié)）原理14若系統(tǒng)的三個主環(huán)（即三個主回路）及相應(yīng)的子環(huán)（即閥位控制子回路）均為閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)處于功頻調(diào)節(jié)方式。

當(dāng)外界負(fù)荷擾動時，例如外界負(fù)荷增加時，發(fā)電機(jī)電磁反力矩將增大，引起ΔMe＞0，此時由于ΔMt=0，所以ΔM=ΔMt-ΔMe＜0，（1）外界負(fù)荷擾動下的功率調(diào)節(jié)由于ΔP*=0，所以功率靜態(tài)偏差請求值信號ΔREF1=ΔP*-Δx1＞0。設(shè)系統(tǒng)在原穩(wěn)定狀態(tài)下，n=n0，P=P*功率控制（調(diào)節(jié)）原理15隨后，中環(huán)功率校正回路受ΔREF1擾動后，產(chǎn)生功率靜態(tài)偏差信號ΔMR＞0，經(jīng)過功率校正器P4I4的校正作用后，輸出功率校正請求值信號ΔREF2＞0，再經(jīng)參數(shù)變換到調(diào)節(jié)級壓力請求值信號ΔIPS＞0，內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級壓力回路受ΔIPS擾動后，產(chǎn)生調(diào)節(jié)級壓力偏差信號ΔIMR＞0，經(jīng)過調(diào)節(jié)級壓力校正器P5I5的信號校正以及閥位限值處理后，生成主汽流量請求值ΔFEDM＞0，再經(jīng)過閥門管理程序處理后，變?yōu)殚y位指令信號ΔVGP＞0；功率控制（調(diào)節(jié)）原理16閥位控制子回路受ΔVGP擾動后，產(chǎn)生閥位偏差信號ΔVG＞0，此信號通過電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)油壓信號，用以驅(qū)動油動機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動調(diào)節(jié)閥開大，主汽流量隨之增加，蒸汽動力矩、功率、調(diào)節(jié)級壓力相應(yīng)增大。取自油動機(jī)活塞桿位移的閥位反饋信號ΔVGL、調(diào)節(jié)級壓力反饋信號ΔIMP、功率反饋信號ΔMW與蒸汽動力矩反饋量ΔMt也相應(yīng)增大。與此同時功率控制（調(diào)節(jié)）原理17當(dāng)上述四個條件同時滿足時，系統(tǒng)便達(dá)到了新的穩(wěn)定狀態(tài)。ΔVG=ΔVGP–ΔVGL=0ΔIMR=ΔIPS–ΔIMP=0ΔMR=ΔREF1–ΔMW=0ΔM=ΔMt–Δme=0系統(tǒng)的穩(wěn)定條件是1234負(fù)荷減小的調(diào)節(jié)過程各信號變化方向與上述相反。功率控制（調(diào)節(jié)）原理18在自動控制方式下，系統(tǒng)的三個主環(huán)及相應(yīng)的子環(huán)均為閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。為了分析問題方便，首先假設(shè)電網(wǎng)頻率不變且為額定值，（2）功率給定值擾動下的功率調(diào)節(jié)因此機(jī)組轉(zhuǎn)速n也不變，此時轉(zhuǎn)速偏差信號Δn=0即n=n0，外環(huán)處于軟阻斷狀態(tài)——相當(dāng)于外環(huán)是開環(huán)結(jié)構(gòu)，無校正作用，即Δx1=0。功率控制（調(diào)節(jié)）原理19由圖可知當(dāng)出現(xiàn)功率給定值擾動時，將引起功率給定值P*變化，例如ΔP*＞0，相應(yīng)地引起功率偏差信號ΔMR＞0，相繼經(jīng)過功率校正器、調(diào)節(jié)級壓力校正器、閥位限值器、閥門管理程序以及閥位控制裝置的作用后，使調(diào)節(jié)汽閥開大，蒸汽量增大，功率增加。與此同時閥位反饋信號、調(diào)節(jié)級壓力反饋信號以及功率反饋信號隨之增大，在同時達(dá)到子環(huán)、內(nèi)環(huán)、中環(huán)的穩(wěn)定性條件時，系統(tǒng)便達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，此時機(jī)組實(shí)發(fā)功率與新的功率給定值相等。若在功率給定值擾動的同時出現(xiàn)外界負(fù)荷擾動，則外環(huán)也參與調(diào)節(jié)，其總的調(diào)節(jié)效果可看成是由兩種擾動單獨(dú)作用后相疊加的結(jié)果。當(dāng)出現(xiàn)給定值擾動信號ΔP*＜0時，調(diào)節(jié)過程中信號變化方向相反。功率控制（調(diào)節(jié)）原理20液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)不具備抗內(nèi)擾能力，在蒸汽參數(shù)變化時，如主汽壓力、主汽溫度、排汽壓力變化等，機(jī)組的功率就會自動飄移。在電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)環(huán)、中環(huán)投入時，系統(tǒng)具有抗內(nèi)擾能力，蒸汽參數(shù)的變化不會影響功率的穩(wěn)定性。根據(jù)汽輪機(jī)變工況理論可知，當(dāng)將所有非調(diào)節(jié)級取作一個級組時，該級組前的壓力即調(diào)節(jié)級后汽室壓力隨著流量的減小而減小，產(chǎn)生快速的調(diào)節(jié)級壓力反饋信號ΔIMR＜0，內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級壓力校正回路受擾動后，產(chǎn)生調(diào)節(jié)級壓力偏差信號ΔIMR＞0，當(dāng)內(nèi)環(huán)、中環(huán)均投入時，若出現(xiàn)幅度不大的蒸汽參數(shù)擾動且此時Δn=0，Δp*=0，例如，主汽壓力在允許范圍內(nèi)降低時，則引起蒸汽流量減小。（3）內(nèi)部蒸汽參數(shù)擾動下的功率調(diào)節(jié)功率控制（調(diào)節(jié)）原理21經(jīng)過調(diào)節(jié)級壓力校正器的信號校正，再通過閥位限值處理以及隨后的壓力——流量數(shù)值轉(zhuǎn)換作用，輸出主汽流量（相對值）請求值信號ΔFEDM＞0，閥位控制子回路受ΔVGP擾動后產(chǎn)生閥位偏差信號ΔVG＞0，此信號通過電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)油壓信號，用以驅(qū)動油動機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動調(diào)節(jié)汽閥開大。在主汽壓力降低引起蒸汽流量減小以及整機(jī)理想焓降減小時，汽輪機(jī)功率將下降，產(chǎn)生滯后于調(diào)節(jié)級壓力反饋信號的功率反饋信號ΔMW＜0，此信號作用于中環(huán)功率校正回路，產(chǎn)生功率偏差信號ΔMR＞0，再經(jīng)過閥門管理程序處理后變成閥位調(diào)節(jié)指令信號ΔVGP＞0；功率控制（調(diào)節(jié)）原理22經(jīng)過功率校正器的校正作用后輸出功率校正請求值，隨后通過功率——壓力參數(shù)變換成調(diào)節(jié)級壓力請求值信號ΔIPS＞0，此信號作用于調(diào)節(jié)級壓力校正回路也產(chǎn)生調(diào)節(jié)級壓力偏差信號ΔIMR＞0，通過隨后各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用，也會使得調(diào)節(jié)汽閥開大。系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)、中環(huán)是通過改變調(diào)節(jié)汽閥的開度來補(bǔ)償內(nèi)部蒸汽參數(shù)擾動對功率的影響，從而能維持功率不變。也就是說，主汽壓力下降時，通過內(nèi)環(huán)、中環(huán)兩個反饋信號的作用是同向疊加的，均使得調(diào)節(jié)汽閥開大。隨著調(diào)節(jié)閥的開大，蒸汽流量增加，調(diào)節(jié)級壓力、汽輪機(jī)功率均相應(yīng)回升，反饋信號ΔVGL、ΔIMR、ΔMW也相應(yīng)回升。當(dāng)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件同時滿足時，系統(tǒng)便達(dá)到了新的穩(wěn)定狀態(tài)，功率恢復(fù)到原穩(wěn)定值。通過上述分析可知功率控制（調(diào)節(jié)）原理23當(dāng)系統(tǒng)的中環(huán)斷開時，雖然可以依靠內(nèi)環(huán)來抗內(nèi)擾，但不能精確的維持功率不變。在閥門管理程序中，閥門的流量特性根據(jù)主汽壓力來修正，當(dāng)主汽壓力變化時，具有一定的抗內(nèi)擾輔助作用。當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)斷開時，雖然可以依靠中環(huán)來抗內(nèi)擾，精確的維持功率不變。但調(diào)節(jié)的過渡過程時間長些。功率控制精度可達(dá)±0.5％～0.67％當(dāng)需要改變機(jī)組功率時，通過手動直接發(fā)出功率閥位指令信號功率控制（調(diào)節(jié)）原理24在手動控制方式下，系統(tǒng)的三個主回路均在自動/手動切換點(diǎn)斷開，所以全是開環(huán)結(jié)構(gòu)，閥位控制子回路必須是閉環(huán)結(jié)構(gòu)。由于機(jī)組處于并列運(yùn)行方式，所以此時的閥位指令即為手動發(fā)出的功率給定值擾動信號。其調(diào)節(jié)過程與手動轉(zhuǎn)速閥位指令擾動下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程基本相同，不同的僅為調(diào)節(jié)結(jié)果是改變了機(jī)組功率而不是轉(zhuǎn)速。（4）手動功率閥位指令擾動下的功率調(diào)節(jié)負(fù)荷給定值形成單元第二部分負(fù)荷給定值形成單元26負(fù)荷給定值P*由負(fù)荷給定值形成單元產(chǎn)生，其工作原理與轉(zhuǎn)速形成單元相似，其不同點(diǎn)在于目標(biāo)負(fù)荷設(shè)置的方式較多，以滿足各種運(yùn)行方式的要求。其目標(biāo)負(fù)荷的輸入途徑是根據(jù)機(jī)組狀態(tài)和運(yùn)行方式，經(jīng)邏輯判斷確定，其中主汽壓力低和輔機(jī)故障減負(fù)荷優(yōu)先。如圖所示是負(fù)荷給定值形成單元的原理框圖負(fù)荷給定值形成單元27變負(fù)荷率可以由運(yùn)行人員設(shè)定，但受熱應(yīng)力和設(shè)備狀況允許的變負(fù)荷率自動限制，選擇兩者的最小值。在輔機(jī)故障時，或主蒸汽壓力控制和程控啟動方式，變負(fù)荷率由控制邏輯確定。1當(dāng)機(jī)組的運(yùn)行工況或蒸汽參數(shù)出現(xiàn)異常時，為避免損壞機(jī)組，并使機(jī)組的運(yùn)行盡快恢復(fù)正常，控制子系統(tǒng)能對機(jī)組的負(fù)荷進(jìn)行限制。限制值由人工給定，并可根據(jù)需要隨時改變。設(shè)備允許的最高最低負(fù)荷