steam tur bine governingsystem
简介
控制汽轮机转速和输出功率(或抽汽压力)以维持机组正常运行的设备、仪器的组合。汽轮机调节系统是汽轮机的重要组成部分，其性能的优劣和可靠性，对机组和电网的安全运行有直接的影响。
构成原理 调节系统一般由转速敏感机构 (见汽轮机调速器)、调压器 (见抽汽调节)、传动放大机构、配汽机构和同步器等部件组成。图1为调节系统原理方框图。机组在孤立电网单机运行时，根据调节系统静态特性 (见调节特性)，汽轮机的转速随外界负荷而变化，调速器感受汽轮机转速变化，其输出信号经传递放大，由配汽机构控制调节汽门开度，改变进入汽轮机的蒸汽流量。同时通过反馈机构使油动机稳定在相应负荷位置。同步器可用来保持汽轮机额定转速。机组在电网中并列运行时，汽轮机转速与电网频率相对应，根据电网负荷的需求，用同步器控制调节汽门开度，改变进入汽轮机的蒸汽流量，给定机组功率。
基本功能 在机组起动过程中调节、控制汽轮机转速;机组并网后调节、控制输出功率;在机组甩负荷时控制转速的飞升; 当电网负荷变化引起电网频率变化时，能按照调节系统静态特性自动增加或减少负荷，限制电网频率的变化范围，此过程称一次调频。一次调频的结果仍使电网频率存在偏差，再用电网中某些机组的同步器调整其功率，使电网频率恢复至额定值，此过程称二次调频。因而调节系统还具有参与电网一次调频和二次调频的功能。
图1 调节系统原理方框图
类型 按系统结构可分为液压式、机械液压式和电液式三种。按汽轮机的基本型式可分为凝汽式汽轮机、抽汽凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、变速汽轮机和凝汽再热式汽轮机调节系统。另外还有按基本型式组合而成的系统，如：抽汽背压式、再热抽汽式、前置式和后置式等汽轮机调节系统。
凝汽式汽轮机调节系统 图2为凝汽式汽轮机全液压型调节系统原理图。图示系统采用旋转阻尼调速器、碟阀放大器、断流式双侧进油油动机、杠杆配汽机构，系三级放大交叉反馈系统。当汽轮机转速降低△n时，旋转阻尼调速器2感受转速变化信号，使一次脉冲油压p1降低、放大器3输出的二次脉冲油压p2升高，二次脉冲油压作用在继动器7活塞上，活塞的下移提高了三次脉冲油压p3，使错油门滑阀4偏离中间位置，在高压油的作用下油动机5动作开大调节汽门6，增加进入汽轮机蒸汽流量，油动机的位移信号通过杠杆和弹簧反馈，使错油门滑阀4回至中间，使油动机稳定在相应的负荷位置。当汽轮机转速升高△n时，其动作过程相反。同步器控制机组的转速和功率。图3为凝汽式汽轮机机械液压型调节系统原理图。该系统采用高速弹性调速器、随动滑阀放大器、断流式双侧进油油动机、凸轮配汽机构，三级放大液压反馈系统。系统脉冲油压px在各稳定工况下均保持常量，约为主油压的1/2。采用液压反馈，可使转速不等率在3%～6%范围内无级调整
抽汽凝汽式汽轮机调节系统 这种机组的调节系统在转速和输出功率之外，还要根据抽汽负荷的需要控制抽汽压力在一定范围之内。具体内容见抽汽调节。
图2 全液压型调节系统原理图
(a) 原理图; (b) 原理方框图
1—主油泵;2—旋转阻尼;3—放大器;4—错油门;5—油动机; 6—调节汽门; 7—继动器; 8—静反馈弹簧;9—动反馈弹簧; 10—放大器平衡板;11—主同步器;12—辅助同步器
背压式汽轮机调节系统 电功率和热负荷为单一调节，不能同时满足电、热负荷需要。机组以热负荷方式运行时，电功率由热负荷决定，机组以电功率方式运行时，热负荷由电负荷决定。在机组起动、发电机并网、调压器投入工作前、以及甩负荷时，机组由调节系统控制。背压式汽轮机一般是以热负荷运行为主要运行方式。图4为背压式汽轮机调节系统原理图。图示系统采用径向钻孔泵调速器、弹簧式调压器、断流式双侧进油油动机、提板式配汽机构、二级放大、液压反馈、全液压型调节系统。在热负荷运行方式下，当热负荷增大，背压抽汽供热压力pp降低时，调压器感受供热压力变化信号，控制泄油口开大，脉冲油压px降低，中间滑阀下移油动机开启，调节汽门开大，通过液压反馈滑阀恢复脉冲油压，使油动机稳定在相应的热负荷位置上，满足热负荷要求，同时增加电功率。此时若转速的降低按调节系统静态特性要求开启调节汽门，但由于调节汽门的开大，供热压力的升高，又使调节汽门关小稳定热负荷，所以在热负荷运行方式下系统由调压器控制，此时调速器不起作用。当机组甩负荷时，由于调压器的反调作用，有使转速飞升过高的危险，因而需要采取相应的补偿措施。
图3 机械液压型调节系统原理图
1—同步器;2—传动杠杆;3—随动滑阀;4—高速弹性调速器;5—错油门;6—反馈滑阀; 7 调速滑阀; 8—油动机油缸
图4 背压式汽轮机调节系统原理图
变速汽轮机调节系统 变速汽轮机用于驱动给水泵、高炉风机和压缩机等。这类机组具有转速高，调速范围宽，约为额定转速的70%～105%，以及多参量调节等特点。调节系统均采用转速反馈，转速作为给水或风机压力调节系统的局部内反馈，可以提高系统的稳定性和准确度。改变转速用的给定信号(即控制量)，根据不同的调节对象而取用不同的调节信号自动给定。如驱动给水泵汽轮机，采用给水调节信号控制汽轮机和泵的转速。
再热式汽轮机调节系统 大容量机组均采用中间再热式汽轮机，限制机组甩负荷动态超调量和提高负荷适应性是再热式汽轮机调节系统的主要特点。转子时间常数随机组容量的增大而变小，机组蒸汽容积时间常数相对增大，以及中间再热器具有庞大的蒸汽容积，因而在机组甩负荷时容易引起转速飞升过高。为此，在调节系统中设置辅助控制回路，以使在甩负荷时能迅速关闭高中压调节汽门和泄放管道等中存留的过多蒸汽，用以限制转速的过度飞升。中压调节汽门一般在30%额定功率以内参与调节，大于30%额定功率时全开。由于中间再热机组为单元制运行，以及再热器具有较大的惯性，因而机组负荷适应性不强，通常采用校正环节或机炉协调控制，予以改善。
汽轮机电液调节系统 用电子调节器取代机械(或液压)调节系统中的调速器和中间放大器，通过液压执行机构控制调节汽门 (见汽轮机控制系统)。图5为汽轮机电液调节系统方框图。
图5 汽轮机电液调节系统方框图
汽轮机仅有电液调节称汽轮机纯电液调节系统，汽轮机同时设有电液式和机械式调节称汽轮机电液并存调节系统，在电液并存系统中又有以电液调节系统运行机械调节系统作跟踪备用、电液调节系统和机械调节系统同时并列运行等方式。在这些系统中又有以模拟式为主的电液调节系统 (AEH) 和以数字式为主的电液调节系统(DEH)。按液体工质又有抗燃油和汽轮机油之分。一般大型再热式汽轮机均采用高压抗燃油数字式纯电液型调节系统。
结构 由控制器、电液转换器和液压执行机构组成。控制器是以PID调节为核心，以微机进行数据处理的控制装置。电液转换器是将电信号变为液压信号的转换装置。液压执行机构多采用断流式单侧进油油动机。
基本工作原理 控制器综合由测速元件输出的转速信号、发电机电功率信号、汽轮机第一级后蒸汽压力信号、转速和电功率设定值、以及各种调节和保护信息，经比较、运算、放大输出，由电液转换器将电信号转换为液压信号，通过油动机驱动改变调节汽门开度，控制机组的转速和功率或对机组实施其他控制和保护措施。
主要特点 电液调节系统灵敏度高、迟缓率小，调节精确度高、抗内扰能强，提高了汽轮机调节系统动态、静态调节品质;采用了计算机控制技术，对信号的综合、处理能力强，可实现多参量的调节控制;除具有对汽轮机功率频率调节控制等基本功能外，还可实现机组的自动升速和功率自动控制，利用转子热应力优化机组起动和运行监控，实现机炉协调控制、电网调度远程控制，实施快关技术提高电网暂态稳定性(见瞬间甩负荷快控保护)，实现中压缸起动和阀门管理等功能;调节、保护融于一体，并具有运行参数的显示、记录、报警和事故追忆等功能，提高了机组保护水平和在线试验能力。可广泛应用于凝汽式、抽汽式、背压式、变速和再热式等各种类型的汽轮机。此时系统已等同汽轮机电液控制系统。