汽轮机纯液压调节系统与DEH的对比分析

周杰

摘 要：本文主要从对两种典型汽轮机调节系统的对比分析的角度出发，探讨影响调节系统静态特性和动态品质的一些因素。

关键词：调速系统；速度变动率；迟缓率；功-频调节；液压调节；静态特性；数字电液调节

我们知道汽轮机的调节系统总是由速度感应机构、传动放大机构、配汽机构三个基本环节构成。典型液压调节系统是一种以径向钻孔泵为调速器（感应机构）、采用带两级放大断流式双侧进油油动机（传动放大机构）、采用提板传动式配汽机构的调节系统。

在液压调速系统中，径向钻孔泵是常见的一种制造容易、结构简单的调速器，径向钻孔泵出口油压的变化量Δp1与汽轮机转速的变化量Δω之间成正比例线性关系，由下式确定：Δp1=2bωΔω （式1-1），b - 一个由工作介质的重度和径向泵的泵轮结构尺寸决定的常数。

液压调速系统中常见的是一种由压力变换器、错油门、油动机组成的带液压反馈的两级放大、断流式双侧进油油动机传动放大机构。

在稳定状态下，对该种传动放大机构，有：bAΔzp=bBΔm （式1-2）；

bA-泄油口A的宽度，Δzp-压力变换器活塞移动的距离，bB-泄油口B的宽度，Δm-油动机活塞移动的距离，式1-2即Δm= bAΔzp/bB （式1-3），由压力变换器平衡关系可得：Δzp=ApΔp1/Kp （式1-4）；Ap - 压力变换器活塞的有效截面积，Δp1- 一次油压的变化量，Kp-压力变换器弹簧的倔强系数；将Δzp代入式1-3得：Δm= （bA/ bB）*（ Ap/ Kp）*Δp1 （式1-5）；若以工作行程表示：Δmmax=（bA/ bB）*（ Ap/ Kp）*Δp1max （式1-6）；调节汽阀开方向油动机的行程：Δm=Δmmax-Δm=Δmmax-（bA/ bB）*（ Ap/ Kp）*Δp1 （式1-7）；根据式1-7，可作出这种系统传动放大机构的静特性线。

因Δmmax 与调节汽阀的最大行程相对应，为了保证机组能够带满负荷，需保持Δmmax不变。这样如果我们改变二次油压泄油口A的宽度bA与反馈油压泄油口B的宽度bB的比值bA/ bB或压力变换器弹簧的刚度Kp，就改变了传动放大机构静特性线的斜率。而Δmmax是保持不变的，即改变了Δp1max。我们知道：Δp1max 对应于调速系统静特性线上的空、满载转速变化Δnmax。从而使调速系统的速度变动率发生了变化。例如，bA/ bB增大，静特性线斜率由k增大到k，要保持Δmmax大小不变，只有减小Δp1max， Δp1max减小为Δp1max。

相应，满空载速度差Δnmax也减小。所以，速度变动率δ是减小的。如果，用较粗的弹簧（刚度KP较大）代替压力变换器的原弹簧，由式1-7可知，即静特性线的斜率k减小，同样，要保持Δmmax不变，只有增大Δp1max，即增大了Δnmax，也就是使速度變动率增加了。

在液压调速系统中，配汽机构通常采用提板式传动机构。油动机通过三角杠杆及拉杆与装有调节汽阀阀碟的提板相连接，提板上移带动调节汽阀开启。在汽轮机的正常运行中，我们可以认为功率仅由蒸汽流量决定的。而油动机的行程和调节汽阀的开度成正比关系。所以，配汽机构的静特性线的形状可以由调节汽阀的流量特性线的形状决定。

由感应机构静特性线、传动放大机构静特性线、配汽机构静特性线，我们就可以得到液压调速系统的静特性线。因为，感应机构静特

性线和传动放大机构静特性线的形状都为直线。所以，调节系统的静特性线的形状与配汽机构静特性线的形状相似。因此，传动放大机构的迟缓率就决定了该型调速系统的迟缓率。同步器起到了平移调速系统静特性线的作用，在单机运行时，用它调整转速，可使机组在任何负荷下保持额定转速运行；并网运行时，它可以调整负荷分配与参与电网二次调频。

DEH调节系统其实质也是一种功率-频率调节系统，只不过其给定、综合比较、PID运算功能部分都放在了电子计算机中进行，它是一种多回路多变量的调节系统，具有较强的适应外界负荷变化和抗内扰能力。而前面所说的液压调节系统是一种单冲量的转速调节或称频率调节；这种单冲量频率调节的一个重要前提是：调节汽阀的开度与机组的功率成一恒定的比例关系，这个比例关系即前面所提到的液压调节系统配汽机构的静特性。

功率-频率电液调节系统由三种基本回路组成：

1.转速调节回路

转速由磁阻转速探头测得，经DAS系统离散化后，利用计算机强大的运算、逻辑判断与处理能力完成：与给定值的比较、频差放大、综合放大、PID调节、生成指令信号等任务。然后，指令信号经过功率放大器，送往电液伺服阀转变为液压信号，经错油门和油动机去控制调节汽阀。

在DEH调节系统中，转速信号取自于磁阻探头发送的经转换后的电压信号。与径向泵调速器相比，不存在油压波动的问题。此电压信号只随被侧对象的变化而变化。因而能够对转速实施更精确的控制。

2.功率调节回路

机组不参与调频时，频差输出始终为零。机组由功率回路进行控制。由霍尔测功器测出发电机功率电压信号后，经DAS系统数字量化以后，再与计算机中的操作员给定值比较，功差送入PID模块，最后生成指令信号去控制调节汽阀。

3.功率—频率调节回路

机组参与一次调频时，构成功率—频率调节回路，此时，功率调节回路和转速调节回路均参加工作，是一种功率跟随频率的综合调节系统。频差信号和功差信号在积分放大模块中比较。稳态时，频差输出与功差输出大小相等，符号相反。

DEH调节系统的静态特性。在功频电调系统中，机组机组负荷稳定后，内回路保持调节级汽室压力等于负荷给定值，发电机负荷信号也等于给定值，所以，电功率校正回路的PI1输入信号为0，故得（λp+x）-PE=0，而：x=KΔn （存在不灵敏区时，|Δn|>不灵敏区）=K（n0-n），PE=-Kn+（Kn0+λp），n=（-1/K）PE+（n0+λp/K），PE-发电机功率，MW；K-频率校正环节的放大倍数，MW·min/r；n、n0—机组的实际转速、额定转速，n0=3000r/min；λp-设定值形成回路输出的功率给定值，MW；x-经频率校正环节以后的转速偏差，MW。

由于DEH系统采用了转速和功率反馈信号，系统具有如图1的功率-频率的静特性线，且有良好的线性关系。运行中变更功率给定值λP，

可使特性曲线平移（曲线2），从而实现二次调频，保证频率稳定。转速不灵敏区可根据需要确定，当Δn取得足够大时，机组不参与一

次调频，其出力只随功率设定值而变化（曲线3），图中为一垂直线。频率校正环节的放大倍数反映了系统的速度变动率，即δ=1/K，改变K可以改变特性曲线的斜率；同时改变K和Δn可以改变斜率和纵切距（曲线4），从而获得不同的系统特性。

参考文献：

[1]吴季兰. 汽轮机设备及系统.（第二分册）. 1998.中国电力出版社