淺談汽輪發(fā)電機組速度調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)

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

2、dWord５０５WoodWord２０３超速保護三選二邏輯 </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：TB857+.3文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　汽輪機是一種高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的機械設(shè)備，故在汽輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)中，機組的轉(zhuǎn)速是一個非常重要的參量。DEH對汽輪機的控制任務之一就是控制轉(zhuǎn)速在我們需要的范圍之內(nèi)以及在機組超速時迅速作出保護。 </p><p>　　我司作為國內(nèi)大型的汽輪發(fā)電機組制造企業(yè)，生產(chǎn)額定轉(zhuǎn)速為60

6、00rpm/min的高速高效率汽輪機，有一套完善安全可靠的速度調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)。我司的速度調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)主要有DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)及TSI保護系統(tǒng)構(gòu)成，其中DEH系統(tǒng)主要有美國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速度保護系統(tǒng)主要有WoodWord 203邏輯三選二超速保護裝置構(gòu)成。此外，為運行維護方便，還配置了人機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)電軸系看作一個整體旋轉(zhuǎn)剛體。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方程為：J*dω/dt=MT-MG-M&#402; （1-1） </p><p>　　式中：J：汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量（Kg.m.s2） </p><p>　　ω：轉(zhuǎn)

8、子的轉(zhuǎn)動慣量（s-1） </p><p>　　MT：汽輪機蒸汽轉(zhuǎn)矩（N.m） </p><p>　　MG：發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩（N.m） </p><p>　　M&#402;：各種阻力矩（N.m） </p><p>　　轉(zhuǎn)動慣量對于特定的機組安裝完成后，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)汽輪機的工作原理知，汽輪機矩MT為： </p><p>　　MT=4.73DH0η0e/n （1-3） </p><p&g

10、t;　　其中：D：進入汽輪機的蒸汽流量（kg/n） </p><p>　　H0：絕熱焓降（kj/kg） </p><p>　　η0：汽輪機相對效率 </p><p>　　n：轉(zhuǎn)速（r/min） </p><p>　　發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩MG，它主要取決于負載的特性，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)象屬汽輪機的自平衡能力。但其對于n的調(diào)節(jié)能力是非常有限的。故必須借助于汽輪機速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。而汽輪機的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)就通過增（減）氣輪機的進氣量（或進氣參數(shù)）而改變動力距的大小，使其與阻力矩的變化相平衡（即改變氣輪機的功率）使其與外界負荷的變化相適應），從而保持機組轉(zhuǎn)速基本不變的過程，稱為汽輪機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。從(1-3）可以看出，只要采用適當?shù)氖侄慰刂破啓C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、國家對供電品質(zhì)的要求。 </p><p>　　在調(diào)節(jié)速度的過程中，我司DEH系統(tǒng)是通過WOODWORD 505的速度目標值及速度反饋值，經(jīng)過內(nèi)部PID運算，輸出4~20mA信號至電液轉(zhuǎn)換器WoodWord CPCII，通過調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)（油動機）來控制安裝在進汽口上的調(diào)節(jié)汽閥來改變MT，以調(diào)節(jié)汽輪機的轉(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。通過改變WoodWord505轉(zhuǎn)速設(shè)定值（手動或自動）可使機組啟動、升速，或維持在某一固定轉(zhuǎn)速，DEH系統(tǒng)通過WoodWord505的PID調(diào)節(jié)一般都能達到0．1％的轉(zhuǎn)速控制精度。此外，通過DEH的人機界面還可方便地對機組的升速率進行設(shè)置，而在機組過臨界轉(zhuǎn)速時則能按預先設(shè)好的升速率自動高速沖過臨界轉(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)電機組安全穩(wěn)定地運行。 </p><p>　　頻率控制，當發(fā)電機斷路器閉合而電網(wǎng)斷路器斷開時，轉(zhuǎn)速PID以頻率控制方式運行，機組將運行于恒定轉(zhuǎn)速或頻率而與其實際負荷無關(guān)，此時轉(zhuǎn)速給定值立即躍變至額定轉(zhuǎn)速，使汽輪發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速或額定頻率下運行，而通過調(diào)節(jié)油動機進汽閥開度來平衡電網(wǎng)內(nèi)負荷的波動。 </p><p&g

16、t;　　負荷控制，當發(fā)電機斷路器和電網(wǎng)斷路器都閉合時，汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相對應，通過引入功率不等率5%（即速度設(shè)定值6000至6300轉(zhuǎn)，線性對應零至額定負荷），PID能夠控制不等率使其能控制機組負荷，當電網(wǎng)頻率降低或提高時，根據(jù)機組的不等率設(shè)定值其負荷相應增加或減少，使電網(wǎng)更加穩(wěn)定。 </p><p><b>　　2.超速保護系統(tǒng) </b></p><p>

17、;　　我司的汽輪機超速保護系統(tǒng)是以WoodWord203為核心，WoodWord505輔助，三冗余超速保護，以保證超速保護系統(tǒng)安全可靠。 </p><p>　　2.1 103％超速預警 </p><p>　　汽輪機是高溫、高壓、大功率高速旋轉(zhuǎn)機械，轉(zhuǎn)子的慣性相對于汽輪機的驅(qū)動力矩很小。機組運行中一旦突然從電網(wǎng)中解列甩去全部電負荷，汽輪機巨大的驅(qū)動力矩作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)速快速飛升。 <

18、/p><p>　　我司DEH系統(tǒng)中，具備103％超速預警功能，當轉(zhuǎn)速高于6180r/min時，Woodword505上的繼電器輸出控制信號至電磁加速器電磁閥，將二次油壓降至零，從而關(guān)閉油動機上的進汽閥。直至汽輪機的轉(zhuǎn)速降至6000r/min時，WoodWord 505切除繼電器動作，此時PID參與控制轉(zhuǎn)速，使汽輪機的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)地控制在6000r/min。其動作快速、準確，對汽輪機是一個極好的保護。 </p>

19、<p><b>　　2.2 超速保護 </b></p><p>　　(1)TSI超速保護 </p><p>　　WoodWord203采用三個相互獨立的轉(zhuǎn)速測量傳感器及其輸入回路，以獲得三個獨立的轉(zhuǎn)速信號，每一個轉(zhuǎn)速信號與其上、下限制進行比較，以判斷其前向通道工作是否正常，然后三個轉(zhuǎn)速信號兩兩進行等值比較，以判斷信號處理通道是否正常，只有在確認轉(zhuǎn)速信號可

20、靠時，WoodWord203系統(tǒng)才采用。信號經(jīng)處理后、計算出三路汽機轉(zhuǎn)速值，并進行相應的邏輯運算及判斷，再通相應的繼電器去或觸發(fā)保護系統(tǒng)。該超速保護采用了三冗余轉(zhuǎn)速輸入方式、三選二保護邏輯及具有在線試驗的能力，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%,當轉(zhuǎn)速高于6600r/min時，保護可在20ms內(nèi)快速作出反應，保護動作信號通過繼電器輸出至停機電磁閥，迅

21、速關(guān)閉主汽門及調(diào)節(jié)汽門。 </p><p>　?。?）WoodWord505超速保護 </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，只有當WoodWord203超速保護裝置出現(xiàn)故障時，且轉(zhuǎn)速大于6630r/min時，觸動超速保護，輸出相關(guān)動作。 </p><

22、p><b>　　結(jié) 語 </b></p><p>　　近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴大，干擾汽輪機組轉(zhuǎn)速控制的因素增多了，這就要求汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)也越來越完善。而我司的汽輪發(fā)電機組產(chǎn)品遍布全國各省市及亞、非、拉等世界各國，且經(jīng)過長期的安全、穩(wěn)定運行，并獲得用戶的一致好評，事實證明了我司汽輪發(fā)電機組速度調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)具有安全、穩(wěn)定、可靠的特點。 </p&g

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