汽轮机调节保护系统

摘 要：本文介绍了汽轮机调节保护系统的任务和中间再热汽轮机调节保护系统的特点,对广大电厂运行人员有指导意义.

关 键 词：汽轮机；调节保护；再热

概要介绍汽轮机调节保护的任务、系统的基本组成和不同类型调节保护系统的特点,着重分析汽轮机调节系统动、静态特性对机组功率、转速的调节性能和安全、稳定运行的影响,以汽轮机调节保护系统的典型部件为例,介绍调节保护系统各环节的工作原理和静态特性计算.

1汽轮机调节保护系统的任务

汽轮机是发电厂的原动机,驱动同步发电机旋转产生电能,向电网输送符合数量和供电品质（电压与频率）要求的电力.由同步发电机的运行特性已知,发电机的端电压决定于无功功率,而无功功率决定于发电机的励磁；电网的频率（或称周波）决定于有功功率,即决定于原动机的驱动功率.因此,电网的电压调节归发电机的励磁系统,频率调节归汽轮机的功率控制系统.这样,机组并网运行时,根据转速偏差改变调节汽门的开度,调节汽轮机的进汽量及焓降,改变发电机的有功功率,满足外界电负荷的变化要求.由于汽轮机调节系统是以机组转速为调节对象,故习惯上将汽轮机调节系统称为调速系统.

汽轮机调节系统是根据电网的频率偏差自动调节功率输出的,故在供电的量与质的方面存在着矛盾；因为满足负荷数量要求后,并不能保持电网频率不变.目前,电网是通过一、二次调频实现供电的频率品质要求的.对短周期、小幅度的负荷变化由电网负荷频率特性产生频率偏差信号,网中的各台机组根据调节系统的特性分担这部分负荷变化,这一调节过程称为一次调频.对幅度变化较大而速度变化较慢的负荷,则由电网的自动频率控制（AFC）装置来分配调频机组的负荷,这一调节过程称为二次调频.

汽轮机是高温、高压、大功率高速旋转机械,转子的惯性相对于汽轮机的驱动力矩很小.机组运行中一旦突然从电网中解列甩去全部电负荷,汽轮机巨大的驱动力矩作用在转子上,使转速快速飞升.如不及时、快速、可靠地切除汽轮机的蒸汽供给,就会使转速超过安全许可的极限转速,酿成毁机恶性事故.此外,机组运行中还存在低真空、低润滑油压、振动大、差胀大等危及机组安全的故障.因此,为保障汽轮机各种事故工况下的安全,除要求调节系统快速响应和动作外,还设置保护系统,并在调节汽门前设置主汽门.在事故危急工况下,保护系统快速动作,使主汽门和调节汽门同时快速关闭,可靠地切断汽轮机的蒸汽供给,使机组快速停机.汽轮机调节保护系统的原理性结构如图1-1所示.

综合上述,汽轮机调节保护系统的任务是：正常运行时,通过改变汽轮机的进汽量,使汽轮机的功率输出满足外界的负荷要求,且使调节后的转速偏差在允许的范围内；在危急事故工况下,快速关闭调节汽门或主汽门,使机组维持空转或快速停机.

2中间再热汽轮机调节保护系统的特点

再热器的蒸汽管、传热管及联箱等是个很大的蒸汽容积空间,其间贮存的蒸汽量决定于再热器蒸汽的温度和压力.由第三章已知,在非设计工况下,中、低压缸的功率与再热器的蒸汽压力呈一定的比例关系,这样对应于不同的机组功率,贮存于再热器中的蒸汽量是不等的.在机组功率变化过程中,因再热器内蒸汽压力变化导致贮汽量的改变,产生的蒸汽吸蓄或泄放效应,使中低压缸的功率变化滞后于高压缸.如图6-2（a）所示,在机组功率增大时,增大高压缸的进汽量,高压缸的功率输出近似于阶跃增大,并且因再热器的压力较低,高压缸的功率还有一定的过增量.同时,高压缸的排汽进入再热器内时,部分增大的蒸汽量滞留在再热器中,以提升再热器的蒸汽压力,使中低压缸的功率缓慢增大.只有当再热器的蒸汽压力达到新工况稳定状态时,才能使高压缸的排汽量与中压缸的进汽量相等.相反,在机组功率下降时,高压缸进汽量减少,使再热器蒸汽压力下降,再热器泄放出部分贮汽,使得中压缸的进汽量大于高压缸.

中间再热机组为单元制机组,锅炉的蓄热相对减少,特别是直流锅炉.传统的锅炉跟随汽轮机的运行方式,利用锅炉金属蓄热释放满足汽轮机的流量要求,势必引起锅炉运行参数的较大波动,严重时造成参数超限,危及机、炉的安全.再热器通常布置于锅炉的高温烟道区,在机组启、停过程中必须有足够的蒸汽来冷却再热器,防止再热器传热管烧损.但在机组启动过程中,再热器的冷却蒸汽量和锅炉低负荷稳燃的产汽量远大于汽轮机的空载流量,因此机组的升速、带负荷与再热器的冷却间有很大矛盾.

为增强中间再热机组的一次调频能力,保护事故工况下机组的安全,提高机组启、停操作的灵活性和安全可靠性,在中间再热汽轮机调节系统中,设置动态校正器.在机组功率增大或减小时,通过高压调节汽门的过开或过关,由高压缸功率的过增或过减补偿再热器产生的时滞效应,使机组功率与外界要求保持一致.在中压缸进口处,设置中压主汽门和中压调节汽门,在危急事故工况下,快速切断中压缸的进汽,避免再热器蒸汽进入中低压缸造成机组转速恶性飞升.另一方面,在机组启、停过程中,由中压调节汽门控制再热汽温,使中压缸的进汽与中压缸转子及汽缸的热状态得到良好的匹配.为减小中压调节汽门产生的节流损失,中压调节汽门通常在机组负荷大于30%时保持全开.

3结论

为使中间再热机组在负荷变化时,既能利用锅炉金属的蓄热满足快速响应外界电负荷的要求,又能通过改变调节汽门的开度使主蒸汽压力的波动在允许的范围之内,从而要求机炉采用协调控制方式.为改善中间再热机组的启动特性,加快机组的启动速度,回收启动过程中的工质和热量,以及在机组甩负荷工况下保护锅炉的安全,在中间再热汽轮机的蒸汽系统中设有高、低压旁路系统和大旁路系统.高压旁路系统是将来自锅炉过热器的新蒸汽通过减温、减压器排至冷再热器蒸汽管,低压旁路系统是将再热新蒸汽经减温、减压器排至凝汽器,大旁路系统则是将新蒸汽经减温、减压器直接排至凝汽器.在机组启、停过程中,通过操作高、低压旁路调节阀和中压调节汽门,控制再热蒸汽温度和再热器的冷却.在甩负荷工况下,由旁路系统控制锅炉过热器及再热器的压力,避免锅炉安全阀动作,使机组故障排除后尽快恢复运行.