目錄1緒論1.1引言
1.2汽輪機的發展概述
1.3本課題的研究方向及思想
2汽輪機控制的發展及內容
2.1汽輪機控制系統的發展過程
2.2汽輪機控制系統的內容
2.3汽輪機的控制現狀
3汽輪機數字電液控制系統簡介
3.1數字電液調節系統的內容及組成
3.2數字電液調節系統的功能
3.3deh轉速調節系統
3.4deh負荷調節系統
4deh控制物件數學模型的建立
5deh控制系統的**
1]. 楊其國.大型核電汽輪機國產化策略[j].中國核工業.2006(03)
1緒論1.1引言
汽輪機又名「蒸汽透平」，是以水蒸氣為工質，將熱能轉變為機械能的高速旋轉式原動機。它與其他原動機相比，具有單機功率大、效率高、運轉平穩、單位功率製造成本低和使用壽命長等優點，廣泛用於常規火電廠和核電站中驅動發電機來生產電能。而核電站如大亞灣和嶺澳核電站所採用的汽輪機是單機容量100萬kw的機組，是國內單機容量最大的汽輪發電機組，也是世界上效能比較優秀的機組之一。
與汽輪機相配套的控制系統（gre），儘管一二核控制裝置不同，特別是在上位機部分，但控制原理基本相同。都分為兩級控制結構，即上位機和下位機，下位機負責最基本的調節功能及安全功能，上位機負責複雜的計算、輸入輸出及管理功能。汽輪機調節系統的主要功能是，通過調節進氣閥對機組實施功率控制、頻率控制、壓力控制和應力控制，並對機組的負荷和轉速實施超速限制、超加速限制、負荷速降限制和蒸汽流量限制，使機組安全經濟地執行於各種工況，滿足供電質與量的要求。
1.2汽輪機的發展概述及主要特點
2023年瑞典工程師拉瓦爾設計製造出了第一台單級衝動式汽輪機，隨後在2023年英國工程師帕森斯設計製造了第一台單級反動式汽輪機，雖然當時的汽輪機和我們現在的汽輪機相比結構非常簡單，但是從此推動了汽輪機在世界範圍內的應用，被廣泛應用在電站、航海和大型工業中。在60年代，世界工業發達的國家生產的汽輪機已經達到500—600mw等級水平。2023年瑞士bbc公司製造的1300mw雙軸全速汽輪機在美國投入執行，設計引數達到24mpa，蒸汽溫度538°c，3600rpm；2023年西德kwu公司製造的1300mw單軸半速（1500 rpm）飽和蒸汽引數汽輪機投入執行，；2023年世界上最大的1200mw單軸全速汽輪機在前蘇聯投入執行，壓力24 mpa，蒸汽溫度540°c。
目前世界各國都在研究大容量、高引數汽輪機的研究和開發，如俄羅斯正在研究2000mw汽輪機。主要是大容量汽輪機有如下特點：
1）降低單位功率投資成本。如800mw機組比500mw汽輪機的千瓦造價低17%；1200mw機組比800mw機組的千瓦造價低15%—20%。
2）提高執行經濟性。如法國的600mw機組比國產的125mw機組的熱耗率低276kj/每年可節約燃煤4萬噸。
由於冶金技術的不斷發展，使得汽輪機結構也有了很大改進。目前的大機組普遍採用了高中壓合缸的雙層結構，高中壓轉子採用一根轉子結構，高、中、低壓轉子全部採用整鍛結構，軸承較多地採用了可傾瓦結構。目前各國都在進行大容量、高引數機組的開發和設計，如俄羅斯正在開發的2000mw汽輪機。
日本正在開發一種新的合金材料，將使高中、低壓轉子一體化成為可能。
1.3本課題的研究方向及思想
為了保證供電質量，就必須保證電力系統的電壓、頻率的穩定。
電力系統的頻率直接取決於汽輪發電機的轉速，一般要求汽輪發電機的轉速穩定在額定轉速附近很小的範圍內，通常此範圍為±(1.5~3.0)r/min。
從能量轉化角度看，核電站與火電廠都是將熱能轉換成電能, 但核電站是利用反應堆所產生的核裂變能產生熱能，這點與火電廠的鍋爐不同。核電站一回路維持約16mpa 的壓力, 反應堆出口冷卻劑溫度通常不超過330℃，在這樣的冷卻劑溫度下, 在蒸汽發生器中產生壓力約6mpa的飽和蒸汽。而火電廠中的鍋爐則是在過熱器中加熱主蒸汽的，蒸汽都處於過熱狀態，溫度達540℃ , 其壓力更是高於核電飽和蒸汽壓力，從而使得核電站二回中的汽輪機主蒸汽引數較火電廠要低很多。
雖然核電站的汽輪機、凝汽器、加熱器等裝置與火電廠基本相同，但由於主蒸汽引數等的差異，其汽輪機引數、熱力系統及執行方式與火電廠都存在較大差異。
汽輪機的調節和保護是機組安全經濟執行的重要技術環節，隨著計算機的廣泛應用，目前大多數電廠機組普遍採用了數字電液調節系統（deh），以往採用液壓調節系統的小機組也逐漸改造為採用電液調節或電液調節為主、液壓調節為備用的調節系統。本課題主要論述數字電液調節系統如何對汽輪機的轉速及負荷進行調節的原理及方式。
2汽輪機控制的發展及內容
2.1汽輪機控制系統的發展
汽輪機控制系統從發展之初到現在一共經歷了四代的發展過程。歸納為機械離心式調速系統、機械液壓式調節系統、模擬電液式控制系統、數字式電液控制系統。機械離心式調速器是最早應用的汽輪機控制裝置，被稱為第一代調節系統，至今已有一百多年歷史。
（如圖2.1.1所示）它是將轉速變化轉變成的離心力通過槓桿直接作用於調節閥而對汽輪機進行控制的，所以也稱為直接控制系統。
該系統只能實現大範圍的轉速調節工作。
圖2.1.1機械離心式調速器
由於機械離心調節系統中調速器的能量有限，一般難以直接帶動調節閥門，所以都將調速器滑環的位移在能量上加以放大，從而構成間接調節系統。機械液壓式調節系統（如圖2.1.
2所示）就是一種利用機械傳動部件將轉速感應機構的能量加以放大的間接調節系統，被稱為第二代調節系統，大約出現在
二、三十年代。作為能量放大機構的是錯油門和油動機，由於增加了閥門的提公升力，所以控制系統的控制能力大大增強。
圖2.1.2機械液壓式調節系統
第三代調節系統是模擬式電液調節系統，於20世紀中葉進入電廠。它是在汽輪機容量增大、蒸汽引數提高、蒸汽再熱技術的採用以及機組對安全性和經濟性要求不斷提高、電兩對自動化要求提高的形勢下發展起來的。這種系統採用有運算功能的電氣元件取代了第
一、二代系統中的感應、傳遞放大的機械、液壓環節，而仍保留了液壓執行器一一油動機。隨著汽輪機容量的增大和引數的提高，大型汽輪機機組普遍採用了中間再熱技術，中間再熱器和相應的管道中存在的較大中間容積使中低壓缸的功率變化滯後破壞了機組的適應性．降低了一次調頻能力。為了改善機組的一次調頻能力，需要增加乙個功率控制器，即形成了汽輪機功率．頻率電液控制系統（如圖2.
1.3所示），簡稱為功頻電液控制系統ⅲ．功頻電液控制系統在相當長的時期內發揮著巨大的作用，能很好地解決新蒸汽壓力波動的抑制、功率滯後的補償等問題，而且系統具有良好的靜、動態特性，甩負荷時動態超速小。模擬電液控制系統採用磁阻發信器測量轉子轉速，用電液轉換器實現電氣和液壓兩部分的聯接，其控制的可靠性遠遠優於機械液壓控制系統ⅲ．
圖2.1.3功頻電液控制系統
***調節系統汽輪機數字式電液控制系統（deh）是在模擬電渡控制系統上的進一步發展，它整合了兩大最新科技成果：固體電子學新技術一一數字計算機系統和液壓新技術一一高壓抗燃油系統。由於採用了數字計算機對各種訊號進行處理，所以通過軟體可以實現更多的控制功能，使得組態靈活方便。
在硬體上它採用了積木式結構，使功能擴充套件很方便，它的各種冗餘技術使得控制更為準確。這些都是前三代控制系統所無法比擬的。圖2.
1.4為國產新華公司生產的deh系統結構圖。
圖2.1.4國產新華公司生產的deh系統結構圖
2.2汽輪機控制系統的內容
完善的汽輪機控制系統應包括：監視系統、調節系統、應力監控功能、保護系統、液壓伺服系統、自啟停控制系統
2.2.1監視系統
通過資料採集系統（das）監視採集汽輪機執行過程中的引數，大致分為兩類：熱工量以及機械量。熱工量為主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、凝汽器真空、汽缸溫度、潤滑油壓力、軸承溫度等，機械量為汽輪機轉速、軸振動、軸承振動、轉子軸位移、轉子與汽缸的相對膨脹、汽缸熱膨脹、主軸晃動度、油動機行程等
2.2.2調節系統
汽輪機調節系統的功能：轉速控制、負荷控制、異常工況下的負荷限制、主汽壓力控制以及閥門位置控制等。
圖2.2.2.1 汽輪機調節系統的原理
（一）轉速控制
圖2.2.2.2轉速的公升速率控制原理
轉速控制可實現大範圍的轉速自動調節，使汽輪機轉速從盤車轉速逐漸公升到並網前的轉速。
（二）負荷控制
開始時間：汽輪機啟動公升速過程結束、機組已完成併網任務後。
功能：通過開環或閉環工作方式去控制汽輪機發電機組的負荷。
目標：使汽輪機實發功率達到功率給定值。
當機組併網發電後，轉速控制迴路的轉速偏差實際上反映的是電網實際頻率與額定頻率之差。當出現頻差訊號後，為了調節電網頻率並使之維持在額定頻率（50hz）上，可將轉速偏差根據汽輪機靜態特性曲線轉換為功率偏差，然後通過負荷迴路去調節機組的實發功率，使機組參加一次調頻。
（三）異常工況下的負荷限制
當發生工質引數越限或機組執行出現異常時，要求電液調節系統能夠有效實現負荷限制的功能，以確保裝置的安全。
（四）主蒸汽壓力控制
單元機組的負荷控制相應有三種方式，其中兩種控制方式（汽輪機跟隨鍋爐方式和機爐協調方式）的汽輪機控制系統均引入機前壓力訊號，汽輪機不同程度地承擔了調節主蒸汽壓力的任務。所以，有的電液調節系統中設定了主蒸汽壓力控制迴路，根據機前壓力的偏差由主蒸汽壓力控制迴路產生閥門開度指令，從中汽輪機調節閥的開度，達到調節主蒸汽壓力的目的。
（五）閥門控制與管理
1.汽輪機啟動過程中的閥門控制：高壓缸啟動、中壓缸啟動
2.閥門管理
汽輪機高壓缸有兩種進汽方式，即節流調節的全周進汽和噴嘴調節的部分進汽。閥門管理是指對調節閥兩種執行方式的選擇和切換。節流調節全周進汽時，多個高壓調節閥的啟閉同步進行，像乙個閥門一樣，因此該進汽方式又稱為單閥控制；噴嘴調節部分進汽時，前乙個閥門開啟到指定開度，後乙個閥門才開始開啟，該進汽方式又稱為順序閥控制。
節流調節全周進汽可保證汽輪機公升速和變負荷過程中轉子均勻加熱，減小轉子的熱應力。
3.閥門**試驗
為保證汽輪機故障時閥門能可靠關閉，電液調節系統應設定閥門**試驗功能，即在汽輪機帶負荷情況下逐個關閉閥門，以檢驗其工作情況。
4.閥門快關
2.2.3應力監控功能
（一）熱應力監控概述
熱應力是由於金屬內部熱狀態不同而產生的應力。熱應力和溫度差值有關。當金屬內部達到熱平衡，各處溫度均相同，熱應力也隨之消失。
汽輪機在高溫高壓下工作，轉子處於連續高速旋轉狀態。當汽輪機執行工況改變時，轉子內部不僅存在一定的機械應力，同時也存在熱應力。
高壓缸調節級在啟動和負荷變化過程中的熱應力最大，是熱應力監視的重點部位。對於中間再熱機組，中壓缸進汽部分在啟動和負荷變化時汽溫變化也很大，同樣是監視的重點。高壓缸調節級和中壓缸第一級處轉子和汽缸都是熱應力較大的部位，其中轉子熱應力是最危險的。
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