淺談汽輪發(fā)電機(jī)組速度調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)

1、<p>　　淺談汽輪發(fā)電機(jī)組速度調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)</p><p>　　摘要：在汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，機(jī)組的轉(zhuǎn)速是一個(gè)非常重要的控制變量。它不僅僅體現(xiàn)在升透過(guò)程中作為唯一的被調(diào)量，在并網(wǎng)運(yùn)行中它體現(xiàn)了機(jī)械能與電功能的平衡關(guān)系，反映了供電質(zhì)量，而且也是衡量機(jī)組安全運(yùn)行的重要指標(biāo)。大型機(jī)組常配套穩(wěn)定可靠的速度調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)視與控制。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：Woo

2、dWord５０５WoodWord２０３超速保護(hù)三選二邏輯 </p><p>　　Abstract: in the control system of the turbogenerator, unit speed is a very important control variables. It is not only reflected in the rising penetration as the only

3、regulated quantity in grid-connected operation process, it reflects the mechanical energy balance and power function, reflects the quality of power supply, but also an important indicator to measure the safe operation of

4、 the unit. Large units often supporting stable and reliable speed control and protection system, monitor and con</p><p>　　Keywords: WoodWord505, WoodWord203, overspeed protection, three choose two logic <

5、/p><p>　　中圖分類號(hào)：TB857+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　汽輪機(jī)是一種高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，故在汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，機(jī)組的轉(zhuǎn)速是一個(gè)非常重要的參量。DEH對(duì)汽輪機(jī)的控制任務(wù)之一就是控制轉(zhuǎn)速在我們需要的范圍之內(nèi)以及在機(jī)組超速時(shí)迅速作出保護(hù)。 </p><p>　　我司作為國(guó)內(nèi)大型的汽輪發(fā)電機(jī)組制造企業(yè)，生產(chǎn)額定轉(zhuǎn)速為60

6、00rpm/min的高速高效率汽輪機(jī)，有一套完善安全可靠的速度調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)。我司的速度調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)主要有DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)及TSI保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，其中DEH系統(tǒng)主要有美國(guó)WoodWord 505數(shù)字式速度調(diào)節(jié)器及WoodWord CPCII電液轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，TSI速度保護(hù)系統(tǒng)主要有WoodWord 203邏輯三選二超速保護(hù)裝置構(gòu)成。此外，為運(yùn)行維護(hù)方便，還配置了人機(jī)接口站和工程師站等工具。 </p><p>　　DEH速

7、度調(diào)節(jié)系統(tǒng) </p><p>　　1.1 DEH高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本原理 </p><p>　　在DEH速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，通常將汽輪發(fā)電軸系看作一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)剛體。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方程為：J*dω/dt=MT-MG-M&#402; （1-1） </p><p>　　式中：J：汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Kg.m.s2） </p><p>　　ω：轉(zhuǎn)

8、子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（s-1） </p><p>　　MT：汽輪機(jī)蒸汽轉(zhuǎn)矩（N.m） </p><p>　　MG：發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩（N.m） </p><p>　　M&#402;：各種阻力矩（N.m） </p><p>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)于特定的機(jī)組安裝完成后，即為一常數(shù)，DEH要控制的轉(zhuǎn)速n與角速度ω成正比。 </p><p&

9、gt;　　ω=2π&#402;=2πn/60（1-2） </p><p>　　式中：&#402;：頻率（s-1） </p><p>　　n：轉(zhuǎn)速（r/min） </p><p>　　根據(jù)汽輪機(jī)的工作原理知，汽輪機(jī)矩MT為： </p><p>　　MT=4.73DH0η0e/n （1-3） </p><p&g

10、t;　　其中：D：進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量（kg/n） </p><p>　　H0：絕熱焓降（kj/kg） </p><p>　　η0：汽輪機(jī)相對(duì)效率 </p><p>　　n：轉(zhuǎn)速（r/min） </p><p>　　發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩MG，它主要取決于負(fù)載的特性，可表示為： </p><p>　　MG =k1+k2.n+k

11、3.n2（1-4） </p><p>　　其中：k1，k2，k3為隨機(jī)變量，且均為正值。 </p><p>　　各種阻力矩M&#402;，它與轉(zhuǎn)速，真空，軸系油溫等根本因素有關(guān)，可視隨轉(zhuǎn)速增大的隨機(jī)變量。 </p><p>　　由（1-1）可知，若由于某種原因n↑→MT↓，MG↑，M&#402;↑→dω/dt<0，n↓，n重新歸到平衡位置。這種

12、現(xiàn)象屬汽輪機(jī)的自平衡能力。但其對(duì)于n的調(diào)節(jié)能力是非常有限的。故必須借助于汽輪機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。而汽輪機(jī)的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)就通過(guò)增（減）氣輪機(jī)的進(jìn)氣量（或進(jìn)氣參數(shù)）而改變動(dòng)力距的大小，使其與阻力矩的變化相平衡（即改變氣輪機(jī)的功率）使其與外界負(fù)荷的變化相適應(yīng)），從而保持機(jī)組轉(zhuǎn)速基本不變的過(guò)程，稱為汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。從(1-3）可以看出，只要采用適當(dāng)?shù)氖侄慰刂破啓C(jī)的D，就能改變MT，使MT始終跟隨MG變化，以維持轉(zhuǎn)速n即供電頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，滿足

13、國(guó)家對(duì)供電品質(zhì)的要求。 </p><p>　　在調(diào)節(jié)速度的過(guò)程中，我司DEH系統(tǒng)是通過(guò)WOODWORD 505的速度目標(biāo)值及速度反饋值，經(jīng)過(guò)內(nèi)部PID運(yùn)算，輸出4~20mA信號(hào)至電液轉(zhuǎn)換器WoodWord CPCII，通過(guò)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油動(dòng)機(jī)）來(lái)控制安裝在進(jìn)汽口上的調(diào)節(jié)汽閥來(lái)改變MT，以調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。我司DEH轉(zhuǎn)速/功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖如下： </p><p>　　1.2 我司DEH系統(tǒng)

14、的速度調(diào)節(jié)主要功能 </p><p>　　轉(zhuǎn)速控制這是DEH最基本，也是最重要的功能。通過(guò)改變WoodWord505轉(zhuǎn)速設(shè)定值（手動(dòng)或自動(dòng)）可使機(jī)組啟動(dòng)、升速，或維持在某一固定轉(zhuǎn)速，DEH系統(tǒng)通過(guò)WoodWord505的PID調(diào)節(jié)一般都能達(dá)到0．1％的轉(zhuǎn)速控制精度。此外，通過(guò)DEH的人機(jī)界面還可方便地對(duì)機(jī)組的升速率進(jìn)行設(shè)置，而在機(jī)組過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)則能按預(yù)先設(shè)好的升速率自動(dòng)高速?zèng)_過(guò)臨界轉(zhuǎn)速。而且，由于系統(tǒng)控制精度較高

15、，DEH系統(tǒng)在最大升速率下機(jī)組轉(zhuǎn)速控制的超調(diào)量一般都小于0．15％，能確保汽輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行。 </p><p>　　頻率控制，當(dāng)發(fā)電機(jī)斷路器閉合而電網(wǎng)斷路器斷開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)速PID以頻率控制方式運(yùn)行，機(jī)組將運(yùn)行于恒定轉(zhuǎn)速或頻率而與其實(shí)際負(fù)荷無(wú)關(guān)，此時(shí)轉(zhuǎn)速給定值立即躍變至額定轉(zhuǎn)速，使汽輪發(fā)電機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速或額定頻率下運(yùn)行，而通過(guò)調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)進(jìn)汽閥開(kāi)度來(lái)平衡電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的波動(dòng)。 </p><p&g

16、t;　　負(fù)荷控制，當(dāng)發(fā)電機(jī)斷路器和電網(wǎng)斷路器都閉合時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相對(duì)應(yīng)，通過(guò)引入功率不等率5%（即速度設(shè)定值6000至6300轉(zhuǎn)，線性對(duì)應(yīng)零至額定負(fù)荷），PID能夠控制不等率使其能控制機(jī)組負(fù)荷，當(dāng)電網(wǎng)頻率降低或提高時(shí)，根據(jù)機(jī)組的不等率設(shè)定值其負(fù)荷相應(yīng)增加或減少，使電網(wǎng)更加穩(wěn)定。 </p><p><b>　　2.超速保護(hù)系統(tǒng) </b></p><p>

17、;　　我司的汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)是以WoodWord203為核心，WoodWord505輔助，三冗余超速保護(hù)，以保證超速保護(hù)系統(tǒng)安全可靠。 </p><p>　　2.1 103％超速預(yù)警 </p><p>　　汽輪機(jī)是高溫、高壓、大功率高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，轉(zhuǎn)子的慣性相對(duì)于汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩很小。機(jī)組運(yùn)行中一旦突然從電網(wǎng)中解列甩去全部電負(fù)荷，汽輪機(jī)巨大的驅(qū)動(dòng)力矩作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)速快速飛升。 <

18、/p><p>　　我司DEH系統(tǒng)中，具備103％超速預(yù)警功能，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于6180r/min時(shí)，Woodword505上的繼電器輸出控制信號(hào)至電磁加速器電磁閥，將二次油壓降至零，從而關(guān)閉油動(dòng)機(jī)上的進(jìn)汽閥。直至汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速降至6000r/min時(shí)，WoodWord 505切除繼電器動(dòng)作，此時(shí)PID參與控制轉(zhuǎn)速，使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)地控制在6000r/min。其動(dòng)作快速、準(zhǔn)確，對(duì)汽輪機(jī)是一個(gè)極好的保護(hù)。 </p>

19、<p><b>　　2.2 超速保護(hù) </b></p><p>　　(1)TSI超速保護(hù) </p><p>　　WoodWord203采用三個(gè)相互獨(dú)立的轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器及其輸入回路，以獲得三個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速信號(hào)，每一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)與其上、下限制進(jìn)行比較，以判斷其前向通道工作是否正常，然后三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)兩兩進(jìn)行等值比較，以判斷信號(hào)處理通道是否正常，只有在確認(rèn)轉(zhuǎn)速信號(hào)可

20、靠時(shí)，WoodWord203系統(tǒng)才采用。信號(hào)經(jīng)處理后、計(jì)算出三路汽機(jī)轉(zhuǎn)速值，并進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算及判斷，再通相應(yīng)的繼電器去或觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)。該超速保護(hù)采用了三冗余轉(zhuǎn)速輸入方式、三選二保護(hù)邏輯及具有在線試驗(yàn)的能力，其可靠性非常高。 </p><p>　　通常WoodWord203的超速設(shè)定值為額定轉(zhuǎn)速的110%,當(dāng)轉(zhuǎn)速高于6600r/min時(shí)，保護(hù)可在20ms內(nèi)快速作出反應(yīng)，保護(hù)動(dòng)作信號(hào)通過(guò)繼電器輸出至停機(jī)電磁閥，迅

21、速關(guān)閉主汽門及調(diào)節(jié)汽門。 </p><p>　　（2）WoodWord505超速保護(hù) </p><p>　　WoodWord505采用兩冗余轉(zhuǎn)速輸入方式，具有一定的可靠性，通常超速設(shè)定值比WoodWord203大30r/min，作為超速冗余保護(hù)，只有當(dāng)WoodWord203超速保護(hù)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，且轉(zhuǎn)速大于6630r/min時(shí)，觸動(dòng)超速保護(hù)，輸出相關(guān)動(dòng)作。 </p><

22、p><b>　　結(jié) 語(yǔ) </b></p><p>　　近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，干擾汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)速控制的因素增多了，這就要求汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)也越來(lái)越完善。而我司的汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品遍布全國(guó)各省市及亞、非、拉等世界各國(guó)，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并獲得用戶的一致好評(píng)，事實(shí)證明了我司汽輪發(fā)電機(jī)組速度調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)具有安全、穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)。 </p&g

23、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　【1】《WOODWORD505 DIGITAL GOVERNORS》產(chǎn)品說(shuō)明書(shū) </p><p>　　【2】郭鈺峰 《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理》機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p>　　【3】張鎮(zhèn)一《透平自動(dòng)調(diào)節(jié)》 西安:西安交通大學(xué)出版社 </p><p&g