调速系统知识问答

1. 汽轮机的负荷调节方式有几种？各有什么优点？
解答：汽轮机的负荷调节的方式有喷嘴调节、节流调节、滑压调节和复合调节四种。
喷嘴调节和节流调节是定压运行机组采用的负荷调节方式，在外负荷变化时，通过改变调节阀的开度，使进汽量变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。
采用喷嘴调节的汽轮机，在外负荷变化时，各调节阀按循序逐个开启或关闭。由于在部分负荷下，几个调节阀中只有一个或两个调节阀未全开，因此在相同的部分负荷下，汽轮机的进汽节流损失较小，其内效率的变化也较小。从经济性的角度，当机组负荷经常变动时，这种调节方式较为合理。
汽轮机采用节流调节，在部分负荷下，所有的调节阀均关小，进汽节流损失较大，在相同的部分负荷下，其内效率相应较低，因此这种调节方式仅适应于带基本负荷的汽轮机。另外，采用节流调节的汽轮机没有调节级，在工况变化时，高、中压级的温度变化较小，故启动升速和低负荷时对零件加热均匀。
采用滑压调节的汽轮机，在外负荷变化时，调节阀保持全开，通过改变进汽压力，使进汽量和蒸汽的理想焓降变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。在相同的部分负荷下，由于所有的调节阀均全开，节流损失最小。但在部分负荷下，由于进汽压力降低，循环效率随之降低。另外，由于锅炉调节迟缓，在部分负荷下，若所有的调节阀均全开，当负荷增加时，调节阀不能参与动态调节，机组的负荷适应性较差。只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用复合调节方式。
复合调节方式是上述调节方式的组合。它有两种组合方式：其一是高负荷区采用额定参数定压运行喷嘴调节；中间负荷段采用滑压运行；低负荷区，采用低参数定压运行节流调节，即“定－滑－定”的调节方式。其二是低负荷区，采用低参数定压运行节流调节，其他负荷区采用滑压运行，即“滑－定”的调节方式。由于复合调节方式包含滑压调节方式，也只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用。对于亚临界机组，在高负荷区采用额定参数定压运行喷嘴调节，节流损失不大，循环效率没有降低，其经济性优于滑压运行方式。另外，可使部分负荷下滑压运行的主蒸汽压力相应提高，使循环效率降低较少，提高滑压运行的经济性，而且可以利用已关闭的高压调节阀参与动态调节，提高机组对外界负荷变化的适应能力。在低负荷区采用低参数定压运行节流调节，有利于锅炉稳定运行。对于超临界机组，在高负荷区等压线和等温线很陡，采用滑压调节经济性优于额定参数定压运行喷嘴调节，若不参加电网调频，在高、中负荷区采用滑压调节；在低负荷区采用低参数定压运行节流调节，即“滑－定”的复合调节方式。若参加电网调频，仍要采用“定－滑－定”的复合调节方式。

2． 什么单元机组的汽轮机均采用复合调节方式？
解答：复合调节方式综合喷嘴调节、节流调节和滑压调节的优点，在负荷调节过程中可以使机组获得较高的经济性，提高机组对外负荷变化的响应速度。而且只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用复合调节方式，故单元机组均采用复合调节方式。对于亚临界中间再热机组，在高负荷区，采用额定参数定压运行，喷嘴调节的节流损失不大，循环效率没有降低，其经济性优于滑压运行方式。而且使部分负荷下滑压运行的主蒸汽压力相应提高，循环效率降低较少，经济性相应提高。同时，可以利用高压调节阀参与动态调节，提高机组对外界负荷变化的适应能力。在低负荷区，要保证锅炉稳定运行，故采用低参数定压运行节流调节。即“定－滑－定”的复合调节方式。对于超临界机组，在理论上高负荷区采用滑压运行的经济性优于额定参数定压运行喷嘴调节，但若参加电网调频，为了提高机组滑压调节的动态特性，仍采用“定－滑－定”的复合调节方式，只是采用额定参数定压运行喷嘴调节的区段相对较小。若超临界机组在电网中带基本负荷，则可采用高负荷和中间负荷区滑压运行，低负荷区低参数定压运行的“滑－定”复合调节方式。

3． 轮机运行对其调节系统的基本要求有哪些？
    解答：汽轮机运行对其调节系统有如下基本要求：
    1）能控制汽转机转速，按要求从零逐步升高到额定转速；并入电网后，能使机组功率在零和额定值之间任一负荷下稳定运行；外负荷不变时，能保持机组功率和转速不变。
    2）在外负荷变化时，能迅速改变机组输出功率与外负荷相适应，从原稳定工况过渡到新的稳定工况，保证机组转速的变化在允许范围内。
    3）在机组甩负荷（主汽门全开，突然与电网解列，负荷降至零）时，能维持机组转速在3000r/min左右空负荷运行。
4）能按要求控制机组正常停机；当出现危及机组安全的情况时，能迅速切断汽源，实行事故停机。
4.  汽轮机调节系统一般由哪些机构组成？各自的作用分别是什么？
解答：汽轮机的调节系统，由感应机构、传动放大机构、执行机构和定值机构组成。
它们各自的作用如下：感应机构接受调节信号的变化，并将其转换为可传递的信号。采用转速变化为调节信号时，感应机构称为调速器。传动放大机构将感应机构送来的调节信号进行幅值放大和功率放大，并进行综合处理，传递给执行机构进行调节。汽轮机调节系统的执行机构是进汽调节阀和操纵机构，也称配汽机构。它根据调节信号，改变调节阀的开度，使机组功率相应变化。定值机构即同步器，对于电液调节系统即转速给定和功率给定。它通过手动产生调节信号，也送入传动放大机构，以改变进汽调节阀的开度。

5． 调节系统动态特性品质用哪几项指标来衡量？何谓动态响应曲线？
解答：衡量调节系统动态特性品质的指标为：（1）调节系统的动态稳定性。即受扰动后，能从原稳定工况过渡到新的稳定工况。（2）动态超调量。即在调节动态过程中，被调量的最大值与新的稳定工况对应值之差。（3）过渡时间。即从原稳定工况过渡到新的稳定工况所经历的时间，或被调量振荡的次数。
动态响应曲线是指当机组受到扰动，由原稳定工况过渡到新的稳定工况过程中，被调量随时间的变化曲线。
6． 影响汽轮机调节系统动态特性的主要因素有哪些？改善调节系统动态特性的措施有哪些？
解答：影响调节系统动态特性的主要因素有：转子飞升时间常数、中间容积时间常数、油动机时间常数、速度变动率和迟缓率等。其中转子飞升时间常数和中间容积时间常数属于调节对象的特性参数，而油动机时间常数、速度变动率和迟缓率属于调节系统的特性参数。
改善调节系统动态特性的措施有：
1） 尽量减小调节系统的迟缓率。调节系统的迟缓率是由于运动元件的摩擦、错油门的过封度、信号传递和综合速度慢等原因造成。设计中调节元件的铰链应采用高精度的滚珠轴承；采用自动对中滑阀，或旋转滑阀，或蝶阀；少用平衡弹簧；采用电液调节系统等。运行中保持调节油的质量。检修时，在保证调节特性的条件下，可适当调整移动件的间隙和错油门的过封度等。
2） 适当调整调节系统的速率变动率。在保证机组甩全负荷时能维持空负荷运行的前提下，适当增大速率变动率(一般不得超过6%)。对液压调节系统，在油动机反馈系统中都设有调整速度变动率的元件。电液调节系统，调整系统的速率变动率更方便。
3） 适当减小油动机时间常数。在保证机组稳定工况转速波动和功率波动在允许范围的前提下，尽可能减小油动机时间常数。具体方法是：在系统设计时，提高调节油压以减小油动机活塞的面积；加宽错油门控制油口的宽度或采用特殊型线油口。
4） 设置加速度调节器(微分器)。当转速的变化率较大时，加速度调节器可给错油门一个附加信号，加快油动机的关闭速度。
5） 甩负荷时同步器回零。机组甩负荷时，同步器快速退到空负荷对应的位置（同步器回零），使转速稳定在3000r/min左右。
6） 消除或减弱中间再热器的影响。对于中间再热机组，可设置中压调节阀和加装动态效正器，尽可能消除或减弱中间再热器的影响。
7． 研究调节系统动态特性的方法有几种？现场一般采用哪种方法？
解答：研究调节系统动态特性的方法有三种：理论分析、试验研究和试验仿真。电厂一般采用实验研究法。用理论分析法研究调节系统动态特性，通过建立调节系统各环节和调节对象的数学模型，进行分析计算，判断其动态特性的优劣。在建立调节系统各环节和调节对象的数学模型时，均作了一些简化假设，所以计算结果与实际动态过程存在差异，因此，仅用于新型调节系统的设计和改进方案的预测。对于电厂的汽轮机，调节系统已经存在，通常都用甩负荷试验的方法研究和分析其动态特性。对于大型机组，甩全负荷对电网的影响比较大，也可采用试验仿真的方法，通过甩部分负荷的试验结果，修改理论分析的数学模型，使其趋近实际系统，再进行分析计算，得到甩全负荷时的动态特性。

8． 中间再热式汽轮机的调节特点是什么？为什么有这些特点？
解答：由于中间再热式汽轮机与锅炉之间采用单元制连接，并存在很大的中间再热器容积，其调节特点是：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。
9． 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：
1） 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”。
2） 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。
3） 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”。
4） 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。

10． 根据图2-11，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。

11． 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）。