汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性和其測(cè)試.docx

汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性及其測(cè)試汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性及其測(cè)試,一、概述,數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)結(jié)合的產(chǎn)物，它采用計(jì)算機(jī)以數(shù)字的方式對(duì)一次信號(hào)進(jìn)行采集和處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制策略輸出控制指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制。雖然DEH系統(tǒng)的性能要比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)高得多，但從控制理論的層面上看，兩者的傳遞函數(shù)是基本相同的，最終的控制目標(biāo)也是一致的，因此用于衡量傳統(tǒng)控制系統(tǒng)性能的大部分特性參數(shù)同樣也適用于DEH系統(tǒng)。但由于DEH系統(tǒng)的機(jī)務(wù)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)系統(tǒng)有較大的差異，有些特性參數(shù)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的測(cè)試方法獲得。本文對(duì)DEH系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了比較，并給出了測(cè)取DEH系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的方法。,二、數(shù)字電液控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性的比較,1(系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,傳統(tǒng)的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)主要通過(guò)機(jī)械的手段來(lái)實(shí)施對(duì)汽輪機(jī)系統(tǒng)的控制，由于其結(jié)構(gòu)的局限性，因此功能比較單一，只能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的手動(dòng)控制，往往被稱為調(diào)速系統(tǒng)。這類系統(tǒng)比較常見(jiàn)的有徑向離心泵液壓調(diào)速系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)阻尼液壓調(diào)速系統(tǒng)和高速?gòu)椥哉{(diào)速系統(tǒng)等，它們的調(diào)節(jié)原理基本相同，都是通過(guò)連在汽輪機(jī)主軸上的一個(gè)機(jī)械部件來(lái)感應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速的變化情況，并將這種變化轉(zhuǎn)換為一次油壓，一次油壓再通過(guò)機(jī)械的放大機(jī)構(gòu)被轉(zhuǎn)換放大為二次油壓，最終通過(guò)錯(cuò)油門來(lái)控制調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)的開(kāi)度，油動(dòng)機(jī)再通過(guò)杠桿或凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)啟閉相應(yīng)的調(diào)門。在油動(dòng)機(jī)動(dòng)作的同時(shí)，其開(kāi)度反饋機(jī)構(gòu)(杠桿彈簧機(jī)構(gòu)反饋系統(tǒng)或油口反饋系統(tǒng))將油動(dòng)機(jī)的開(kāi)度反饋至放大機(jī)構(gòu)，從而形成對(duì)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的閉環(huán)控制。機(jī)組轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的設(shè)定則是通過(guò)操作同步器實(shí)現(xiàn)的，在純液調(diào)的系統(tǒng)中，這一操作需要操作員就地手動(dòng)進(jìn)行,(若同步器系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造、加裝矢量電機(jī)后，也可以通過(guò)增、減按鈕遠(yuǎn)操)，而在功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中既可手操，也可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的自動(dòng)(大閉環(huán))控制。,數(shù)字電液控制系統(tǒng)的控制原理與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)相似，但它完全取消了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的機(jī)械式轉(zhuǎn)速感應(yīng)裝置、放大機(jī)構(gòu)和閥位反饋機(jī)構(gòu)，取而代之的是轉(zhuǎn)速探頭、微控制器、LVDT等電子元件或系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速探頭將檢測(cè)到的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速以交流電壓信號(hào)的形式輸入轉(zhuǎn)速測(cè)量卡，并在轉(zhuǎn)速測(cè)量卡內(nèi)通過(guò)A,D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)。同樣，LVDT測(cè)得的閥門開(kāi)度信號(hào)也被轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)被同時(shí)輸入數(shù)字式計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到調(diào)門開(kāi)度指令，該指令經(jīng)過(guò)D,A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量后被送至電液轉(zhuǎn)換器去控制油動(dòng)機(jī)的開(kāi)度，每個(gè)閥門均由各自獨(dú)立的電液轉(zhuǎn)換器控制。機(jī)組轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的設(shè)定是通過(guò)系統(tǒng)接口計(jì)算機(jī)或備用硬操盤進(jìn)行，除了能完成轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的手動(dòng)控制，還能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的完全自動(dòng)控制。,2(系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性及其影響因素,汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)在受到外界干擾的作用時(shí)(如負(fù)荷變化)，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后建立起新的平衡，這是一種動(dòng)態(tài)平衡，這種從一個(gè)平衡工況過(guò)渡到另一個(gè)平衡工況的調(diào)節(jié)過(guò)程被稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，而調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束建立起新平衡后系統(tǒng)各參數(shù)的相互關(guān)系就被稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。,傳統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性可通過(guò)下列參數(shù)和曲線系列進(jìn)行衡量:速度變動(dòng)率、遲緩率、靜態(tài)特性曲線(四方圖)。這些特性參數(shù)均可通過(guò)機(jī)組的空負(fù)荷、帶負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)得。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的重要指標(biāo)主要有:穩(wěn)定性、超調(diào)量、過(guò)渡時(shí)間。這些特性主要取決于轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)、中間容積時(shí)間常數(shù)、油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)、速度變動(dòng)率、遲緩率等系統(tǒng)本身各元件的特性。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性通常由機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)獲得。,對(duì)于數(shù)字電液控制系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式與傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)有很大的不同，因此其部分動(dòng)、靜態(tài)特性與傳統(tǒng)系統(tǒng)有著一定的差別，特別是其靜態(tài)特性基本上是由系統(tǒng)軟件的內(nèi)部設(shè)定值決定的，甚至還可以方便地進(jìn)行改動(dòng);系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性則由于系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)化而得到了很大程度的改善。另外，在傳統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中用于衡量其動(dòng)、靜態(tài)特性的某些參數(shù)，在數(shù)字電液控制系統(tǒng)中的影響已逐漸減小，只是如果要將某個(gè)特定的數(shù)字電液控制系統(tǒng)與另外的調(diào)節(jié)系統(tǒng)作性能比較時(shí)，這些參數(shù)還是有一定的參考價(jià)值的。,三、數(shù)字電液控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性及其測(cè)試,1(靜態(tài)特性曲線,靜態(tài)特性曲線是在單機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工況下，調(diào)速器設(shè)定值一定時(shí)，汽輪機(jī)功率和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系曲線。要使一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行于一個(gè)獨(dú)立的、沒(méi)有其它機(jī)組存在的電網(wǎng)，具有很大的難度，而且即使有這個(gè)條件也未必可行，因?yàn)楫?dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生大幅度變化時(shí)，電網(wǎng)頻率也會(huì)隨之變化，以致超出允許范圍。因此，靜態(tài)特性曲線常常通過(guò)綜合空負(fù)荷試驗(yàn)和帶負(fù)荷試驗(yàn)來(lái)獲得。,空負(fù)荷試驗(yàn)是在汽輪機(jī)未帶負(fù)荷的條件下，測(cè)取調(diào)速器特性和傳動(dòng)放人機(jī)構(gòu)特性的試驗(yàn)。調(diào)速器特性即汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速?n與調(diào)速器輸出信號(hào)?i(如徑向泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的主油泵進(jìn)出口差壓、高速?gòu)椥云{(diào)節(jié)系統(tǒng)的高速?gòu)椥云瑩跤桶逦恢煤托D(zhuǎn)阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)的二次油壓)的關(guān)系，在數(shù)字電液控制系統(tǒng)中，調(diào)速器的輸出信號(hào)為機(jī)組轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的偏差信號(hào)(在DEH中已被轉(zhuǎn)化為電流信號(hào))。傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)特性即調(diào)速器輸出信號(hào)?i與油動(dòng)機(jī)行程?m的關(guān)系。在圖1第二、三象限中，表示了數(shù)字電液控制系統(tǒng)相應(yīng)的特性曲線，各坐標(biāo)值白中心向外逐漸增大。,空負(fù)荷試驗(yàn)的方法和步驟如下所示,(1)將調(diào)速器設(shè)定值設(shè)置在高限值;,(2)緩慢操作主汽門(通過(guò)軟件或機(jī)械強(qiáng)制)改變機(jī)組轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速每上升(或下降)10r,min并穩(wěn)定后，記錄一次轉(zhuǎn)速、調(diào)速器輸出信號(hào)和油動(dòng)機(jī)行程，直至轉(zhuǎn)速到達(dá)最大(或最小)值:,(3)將調(diào)速器設(shè)定值設(shè)置在中間值，重復(fù)上述試驗(yàn)。,帶負(fù)荷試驗(yàn)是在汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的條件下，主蒸汽壓力、溫度及汽輪機(jī)背壓不變時(shí)，控制調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度，使汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)荷由零逐漸增加到額定負(fù)荷，記錄各穩(wěn)定負(fù)荷工況下油動(dòng)機(jī)位移m和功率N，并作出如圖1中第三象限曲線所示的調(diào)節(jié)閥特性曲線?m?N。具體試驗(yàn)方法和步驟如下:,(1)確定負(fù)荷的測(cè)點(diǎn)，由空負(fù)荷至滿負(fù)荷，測(cè)點(diǎn)一般不少于12個(gè)。由于特性曲線在空、滿負(fù)荷附近較陡，故在此附近的測(cè)點(diǎn)相應(yīng)要多一些;,(2)帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，因此應(yīng)選擇在電網(wǎng)周波比較穩(wěn)定的時(shí)候進(jìn)行:,(3)額定負(fù)荷下檢查初、終參數(shù)是否為額定值，若符合要求，即可開(kāi)始記錄第一次數(shù)據(jù);,(4)按預(yù)先設(shè)定的負(fù)荷測(cè)點(diǎn)，逐步降低負(fù)荷，并在各測(cè)量點(diǎn)穩(wěn)定三至五分鐘后記錄數(shù)據(jù)，直至空負(fù)荷:,(5)再以同樣的順序逐步增加負(fù)荷，直至滿負(fù)荷，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。,利用上述試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，在與圖1相同的坐標(biāo)系中繪制調(diào)速器特性曲線AnAi、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)特性曲線?i?m和調(diào)節(jié)閥特性曲線?m-?N，并由此在第一象限中得出調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線?N一?n。,通過(guò)上述試驗(yàn)，理論上可以精確地得出一個(gè)DEH系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線，但這一方法對(duì)試驗(yàn)條件的要求比較苛刻，要在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行該試驗(yàn)仍具有一定難度。因此對(duì)于DEH系統(tǒng)，僅進(jìn)行流量指令與閥門開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系的檢查和調(diào)速器高、低限復(fù)核試驗(yàn)，由此來(lái)衡量系統(tǒng)靜態(tài)特性的情況。,流量指令與閥門開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系的檢查在停機(jī)狀態(tài)即可進(jìn)行，將進(jìn)汽管路隔離并強(qiáng)制有關(guān)信號(hào)后復(fù)歸汽機(jī)，然后通過(guò)DEH控制軟件輸入流量指令，記錄各調(diào)門的開(kāi)度指令、實(shí)際開(kāi)度和就地油動(dòng)機(jī)的行程，據(jù)此即可作出流量指令與閥門開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。,調(diào)速器低限復(fù)核試驗(yàn)通常在機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)達(dá)3000r,min后進(jìn)行，在DEH操作界面上手動(dòng)逐漸減小調(diào)速器指令，在該指令到達(dá)最小值后記錄汽機(jī)轉(zhuǎn)速。調(diào)速器高限復(fù)核試驗(yàn)因試驗(yàn)過(guò)程機(jī)組轉(zhuǎn)速將大于額定轉(zhuǎn)速，因此通常需要在機(jī)組帶25,以上負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行數(shù)小時(shí)解列后，方可進(jìn)行該試驗(yàn)。在DEH操作界面上手動(dòng)逐漸增大調(diào)速器指令，在該指令到達(dá)最大值后，記錄汽機(jī)轉(zhuǎn)速。汽機(jī)的高、低限轉(zhuǎn)速應(yīng)與制造廠提供的數(shù)據(jù)一致(對(duì)于大型汽輪機(jī)組通常為2850r,min和3210r,min)。,2(速度變動(dòng)率,速度變動(dòng)率6是指在某一同步器位置所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)曲線下，空負(fù)荷工況變化到額定負(fù)荷工況時(shí)的轉(zhuǎn)速差與額定轉(zhuǎn)速的比值:,n,maxn,min,=-,n,0式中，n(max)、n(min)、n(a)。分別為汽輪發(fā)電機(jī)組的空負(fù)荷轉(zhuǎn)速、額定負(fù)荷轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速(n=3000ro,min)。,速度變動(dòng)率是調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，事實(shí)上它就是圖1中調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線?N?n的斜率。如圖2所示，它決定了并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組在用戶負(fù)荷發(fā)生變化后，各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分配情況，速率變動(dòng)率越大，機(jī)組所承擔(dān)的負(fù)荷越小，反之亦然。,從圖2的曲線，我們還可以得到如下結(jié)論:速度變動(dòng)率小，機(jī)組的一次調(diào)頻能力就大。在實(shí)際應(yīng)用中，速度變動(dòng)率的選取是有范圍限制的，不能太大，但也不宜過(guò)小。太大了，調(diào)頻的能力就低:但如果速度變動(dòng)率過(guò)小，在電網(wǎng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，該機(jī)組負(fù)荷變化幅度就過(guò)大，相應(yīng)地汽機(jī)內(nèi)溫度壓力變化幅度也過(guò)大，容易引起機(jī)組部件的損壞，降低機(jī)組壽命。通常情況下，速度變動(dòng)率在3,6,之間選取。,另外，從經(jīng)濟(jì)性考慮，我們通常希望大型機(jī)組能在額定負(fù)荷條件F運(yùn)行，為此，這些機(jī)組在額定負(fù)荷處的速度變動(dòng)率應(yīng)較大，這也有助于避免電網(wǎng)頻率降低時(shí)機(jī)組超載。此外，在機(jī)組剛并網(wǎng)后也希望速度變動(dòng)率大一些，這有助于汽輪機(jī)暖機(jī)，避免機(jī)組產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力和差脹。由此可見(jiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)組靜態(tài)特性曲線在不同的區(qū)段有不同的斜率(如圖3所示)，也即存在著局部速度變動(dòng)率6*。,靜態(tài)特性曲線上某一點(diǎn)“A”的局部速度變動(dòng)率6*可用如下方法求得:,在“A”點(diǎn)作一切線，切線與N=0及N=N,max的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n1和n:，則該點(diǎn)的局部速度變動(dòng)率6(*)(A)即為兩點(diǎn)轉(zhuǎn)速差與額定轉(zhuǎn)速之比:,*,n1-n2,=,100%,A,n,0,在數(shù)字電液控制系統(tǒng)中，速度變動(dòng)率是在系統(tǒng)軟件中沒(méi)定的，通常只需在軟件中改變電子放大器的增益(也即圖1第三象限中傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)特性曲線?i?m的斜率)，就可改變系統(tǒng)的速度變動(dòng)率。如日本東芝公司與其600MW機(jī)組配套的OSMAP控制系統(tǒng)，速度變動(dòng)率的設(shè)定是通過(guò)系統(tǒng)主控制器的T3047功能塊實(shí)現(xiàn)的，該功能塊是一個(gè)比例運(yùn)算模塊，其輸入端FSSPDC008即為速度變動(dòng)率的設(shè)定值。若不通過(guò)維護(hù)軟件要對(duì)速度變動(dòng)率的值進(jìn)行驗(yàn)證，通常也可以采用模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)的方式在DEH操作界面上獲得，具體的方法依不同的系統(tǒng)而定。,3(遲緩率,在傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速信號(hào)的感受、傳遞、放大都是通過(guò)機(jī)械部件完成的。由于這些中間環(huán)節(jié)相互間存在著磨擦力、連接間隙等因素，實(shí)際上調(diào)速器的輸出與機(jī)組轉(zhuǎn)速之間并不是理想中的單值函數(shù)。因此，實(shí)際的調(diào)速器特性曲線不是一根，而是有上行特性和下行特性兩根曲線。同樣，由于錯(cuò)油門過(guò)封度、連接間隙等因素的影響，油動(dòng)機(jī)行程與調(diào)速器輸出之間、調(diào)節(jié)閥開(kāi)度與油動(dòng)機(jī)行程之間也不是單值函數(shù)。這樣，按轉(zhuǎn)速上升時(shí)的特性可以畫(huà)出特性線aa、bb、cc，并由此作出轉(zhuǎn)速上升時(shí)的靜態(tài)特性曲線dd;按轉(zhuǎn)速?廠降時(shí)的特性可以畫(huà)出特性線AA、BB、CC，同樣可作出轉(zhuǎn)速下降時(shí)的靜態(tài)特性曲線DD。所以，如圖4所示，實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線也有兩根。,為衡量這種因素的嚴(yán)重程度，引入了遲緩率這個(gè)概念。簡(jiǎn)單地說(shuō)，遲緩率c就是轉(zhuǎn)速上升過(guò)程的特性曲線dd和轉(zhuǎn)速卜降過(guò)程的靜態(tài)特性曲線DD之間相同負(fù)荷卜機(jī)組轉(zhuǎn)速差A(yù)n與額定轉(zhuǎn)速n0之比:,?n,=,100%,n,0,當(dāng)?shù)蛩傧到y(tǒng)的靜態(tài)特性曲線為育線刑帶狀時(shí)，遲緩率引起的機(jī)組負(fù)荷晃動(dòng)值為,?N=,N,1,式中?N、N1分別為機(jī)組負(fù)荷晃動(dòng)值、遲緩率、速度變動(dòng)率和當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷。,在DEH系統(tǒng)中，由于轉(zhuǎn)速信號(hào)的感受、傳遞、放大都是計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的電子器件完成的，其處理精度很高，響應(yīng)速度很快，基本不存在遲緩現(xiàn)象，而且每個(gè)油動(dòng)機(jī)的動(dòng)作都是由各自獨(dú)立配置的響應(yīng)速度極快、遲緩極小的電液伺服閥控制的。另外，DEH系統(tǒng)的每個(gè)調(diào)節(jié)閥均由各自獨(dú)立的油動(dòng)機(jī)通過(guò)靠背輪直接驅(qū)動(dòng)，因而也沒(méi)有配汽機(jī)構(gòu)存在摩擦力或連接間隙的問(wèn)題。因此，對(duì)DEH系統(tǒng)遲緩率有較大影響的因素只有調(diào)節(jié)閥和油動(dòng)機(jī)本身的摩擦力一項(xiàng)，止是由于這個(gè)原因，DEH系統(tǒng)的遲緩率要比傳統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)小得多。傳統(tǒng)液壓式調(diào)速系統(tǒng)的遲緩率一般在0(20(5,之間，而數(shù)字電液控制系統(tǒng)的遲緩率通常要小于0(1,。,四、數(shù)字電液控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及其測(cè)試,對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組而言，其動(dòng)態(tài)特性主要是指汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速n與時(shí)間t之間的關(guān)系，,由于甩全負(fù)荷是汽輪發(fā)電機(jī)組最劇烈的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，因此下面的討論均以甩負(fù)荷工況為例。,1(穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，受到擾動(dòng)而離開(kāi)平衡狀態(tài)后，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用，過(guò)渡到新的平衡狀態(tài)的能力。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是衡量汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)最基本的指標(biāo)。從理論上講，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要有種可能，如圖5中曲線a、b、c、d、e、f所示。前二種的結(jié)果是收斂的，因而系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的:第四種的情況是等幅振蕩，而第五、六種則是發(fā)散的，這后三種系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的。顯然，在實(shí)際應(yīng)用中，只有前面三種系統(tǒng)才能被采用，而且當(dāng)調(diào)節(jié)過(guò)程如曲線c那樣衰減振蕩時(shí)，其明顯的振蕩次數(shù)不應(yīng)超過(guò)5次。,2(超調(diào)量,調(diào)節(jié)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程中，系統(tǒng)參數(shù)超過(guò)穩(wěn)定參數(shù)的最大偏差值被稱作超調(diào)量。在DEH系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的超調(diào)量是最重要、也是比較直觀的一個(gè)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即使其具備穩(wěn)定性，但如果它的超調(diào)量過(guò)大，也是無(wú)法使用的，因?yàn)檫^(guò)大的超調(diào)量將引起嚴(yán)重的超速，危及汽輪機(jī)的安全。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證汽輪機(jī)的安全，要求汽輪機(jī)在甩去負(fù)荷后，其轉(zhuǎn)速的飛升不超過(guò)超速保安器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速，且存有一定的余量。一般情況F，超速保安器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的110,-112,，如果要求有3,的余量，那么最高轉(zhuǎn)速就不應(yīng)超過(guò)107,-109,。超調(diào)量的計(jì)算可按下式進(jìn)行:,?n(max)-?n(d),?=-100%,n0,式中，?為超調(diào)量，?n(max)為甩負(fù)荷后最大飛升轉(zhuǎn)速與甩負(fù)荷前穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的差值(如圖5中曲線b所示)。?n為甩負(fù)荷后機(jī)組的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與甩負(fù)荷前穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的差值(如圖5中曲線b所示)，n0為甩負(fù)荷前機(jī)組的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。,3(過(guò)渡時(shí)間,機(jī)組受到擾動(dòng)后，從原來(lái)的平衡狀態(tài)過(guò)渡到新的平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間稱為過(guò)渡時(shí)間。通常情況F，這個(gè)值越小越好，在汽輪機(jī)組甩全負(fù)荷后，這個(gè)過(guò)渡時(shí)間應(yīng)小于50秒。,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，不可能達(dá)到絕對(duì)的穩(wěn)定，因此當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)與最后穩(wěn)定值的偏差小于一定的數(shù)值后，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定。一般情況下，允許的最大偏差取靜態(tài)偏差的1,5-1,20，對(duì)轉(zhuǎn)速而言，這個(gè)偏差就是(0(05-0(067)6no?,4(影響動(dòng)態(tài)特性的主要因素,(1)速度變動(dòng)率,速度變動(dòng)率對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響十分明顯，越大，甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)速飛升得越高:,6越小，飛升轉(zhuǎn)速的絕對(duì)值也越小，但超調(diào)量將增人，且出現(xiàn)的波動(dòng)次數(shù)也有所增加，這將降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,(2)油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm,油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm用于表征調(diào)節(jié)閥關(guān)閉所需的時(shí)間長(zhǎng)短，在DEH系統(tǒng)中其定義為:當(dāng)電液伺服閥的負(fù)向激勵(lì)電流最大時(shí)，在閥門開(kāi)度(LVDT信號(hào))對(duì)控制回路沒(méi)有反饋?zhàn)饔玫那闆r不，油動(dòng)機(jī)活塞在最大差壓作用下，從滿負(fù)荷開(kāi)度移動(dòng)到空負(fù)荷開(kāi)度所需的時(shí)間。油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)的計(jì)算可按下式進(jìn)行:,A?,Mmax,Tm=,-,Q,max,式中，Tm為油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù);A為油動(dòng)機(jī)活塞面積;?Mmax為油動(dòng)機(jī)活塞從空負(fù)荷開(kāi)度到滿負(fù)荷開(kāi)度的行程;Qmax為電液伺服閥的激勵(lì)電流最大時(shí)進(jìn)入油動(dòng)機(jī)的油流量。,Tm一般為0(1-0(3秒。該值大，說(shuō)明油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)的速度較慢，甩負(fù)荷時(shí)最高飛升轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)速過(guò)渡曲線擺動(dòng)的幅度也較大，使過(guò)渡時(shí)間增加，調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化。減小Tm，可使調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，降低動(dòng)態(tài)超調(diào)量，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，但當(dāng)Tm過(guò)小時(shí)，也可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)。,(3)轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)Ta,轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)Ta是指轉(zhuǎn)子在額定負(fù)荷時(shí)蒸汽主力矩Mt的作用下，轉(zhuǎn)速由零升高到額定值所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)的計(jì)算可按下式進(jìn)行:,I0,Ta=,Mt,式中，Ta,為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù);I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;0為額角速度(0=2n0/60);Mt為額定負(fù)荷時(shí)的蒸氣主力矩。,自上式可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小、蒸汽的額定主力矩越大，轉(zhuǎn)子就越容易加速。隨著汽輪機(jī)容量的增加，Mt成倍地增加，但I(xiàn)卻增加不多，因而T，越來(lái)越小。一般中壓小功率機(jī)組的Ta約為11-14秒，高壓機(jī)組為7-10秒，而中間再熱機(jī)組僅5-8秒，所以機(jī)組功率越大，發(fā)生超速的可能性也越大。,(4)容積時(shí)間常數(shù)Tv,汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，其通流部分，以及調(diào)節(jié)汽門到調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴前的汽室和聯(lián)絡(luò)管、回?zé)岢槠嬷归T前抽汽管、中間再熱器與汽輪機(jī)間的聯(lián)絡(luò)管等管道內(nèi)都充滿著蒸汽，這些中間容積的存在，將使調(diào)節(jié)過(guò)程變長(zhǎng)，降低調(diào)節(jié)的質(zhì)量。,容積時(shí)間常數(shù)TV是指蒸汽在額定流量Go下，以多變過(guò)程充滿中間容積V，并達(dá)到密度po所需要的時(shí)間。容積時(shí)間常數(shù)的計(jì)算可按下式進(jìn)行:,gv0,Tv=,KG,0,式中，Tv為容積時(shí)間常數(shù);g為重力加速度;V為額定工況下的中間容積;為額定工況下中間容積中0的蒸氣密度;K為多變指數(shù);G0為額定工況下單位時(shí)間內(nèi)流入中間容積的蒸汽流量。,顯然，中間容積越大、在額定上況卜中間容積中蒸汽壓力越高，容積時(shí)間常數(shù)Tv就越大。甩負(fù)荷后，即使調(diào)節(jié)閥已關(guān)閉，中間容積內(nèi)蒸汽的繼續(xù)膨脹作功還能使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升，Tv越大說(shuō)明這種作功的能力越大，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速額外上升也越大。,(5)遲緩率,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩也會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。由于遲滯的存在，將使調(diào)節(jié)閥關(guān)閉遲緩，超調(diào)量增加。對(duì)于原來(lái)非周期性的過(guò)程，將使該過(guò)程延長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)偏差增大，但仍是非周期性過(guò)程;對(duì)于原來(lái)的周期性過(guò)程，則將使振蕩加劇，甚至發(fā)散。,(6)防超速控制功能,由于大型汽輪機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)很容易導(dǎo)致機(jī)組超速，因此在其DEH系統(tǒng)中通常加入了一些防止或抑制機(jī)組超速的功能，如汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)功率負(fù)荷不平衡控制(PLU)、汽輪機(jī)超速保護(hù)控制(OPC)、甩負(fù)荷預(yù)測(cè)控制等。,PLU功能投入后，系統(tǒng)將不斷監(jiān)視汽輪機(jī)功率(一般取汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力)和發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率(有功)的差值，當(dāng)該值超過(guò)系統(tǒng)的設(shè)定值，如40,，DEH將發(fā)出調(diào)節(jié)閥快關(guān)指令，使調(diào)節(jié)閥快速關(guān)閉，并經(jīng)一定延時(shí)后再開(kāi)啟。OPC則是對(duì)轉(zhuǎn)速及其變化率進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)103,額定轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的上升速率大于DEH設(shè)定值時(shí)，快關(guān)調(diào)節(jié)閥，并經(jīng)一定延時(shí)后再開(kāi)啟。甩負(fù)荷預(yù)測(cè)控制主要用來(lái)抑制機(jī)組在甩負(fù)荷廠況F的轉(zhuǎn)速飛升，機(jī)組并網(wǎng)后，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口斷路器52G斷開(kāi)時(shí)，DEH將根據(jù)這個(gè)斷開(kāi)信號(hào)發(fā)出調(diào)節(jié)閥快關(guān)指令，快速關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，并經(jīng)一定延時(shí)后再開(kāi)啟，也有的系統(tǒng)在收到52G斷開(kāi)的信號(hào)后除發(fā)出調(diào)節(jié)閥快關(guān)指令外，還同時(shí)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制回路的轉(zhuǎn)速設(shè)定值降至no甚至no以下，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定于更低的水平。上述幾種控制功能的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度，有效地減少了進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量，降低了飛升轉(zhuǎn)速，縮短了過(guò)渡時(shí)間。在這些控制功能正常投用的情況下，機(jī)組甩負(fù),荷時(shí)的最大飛升轉(zhuǎn)速實(shí)際上已不受速度變動(dòng)率6的影響。,5(甩負(fù)荷試驗(yàn),甩負(fù)荷試驗(yàn)是測(cè)取調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要手段，通過(guò)該試驗(yàn)可以得到轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)閥行程隨時(shí)間變化的曲線，并據(jù)此求出轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)T:、容積時(shí)間常數(shù)Tv速度變動(dòng)率s等動(dòng)、靜態(tài)特性參數(shù)。甩全負(fù)荷試驗(yàn)的方法和步驟如下所示:,(1)在DEH系統(tǒng)相應(yīng)的AO,DO端子引出轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、機(jī)組負(fù)荷、發(fā)電機(jī)出口斷路器狀態(tài)等測(cè)量信號(hào)，經(jīng)隔離器后接入高速信號(hào)采集設(shè)備(要求采樣頻率高于1000次,秒);,(2)在機(jī)組保持滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行四小時(shí)后，將發(fā)電機(jī)出口斷路器斷開(kāi)，在斷開(kāi)前5秒時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集器記錄數(shù)據(jù);,(3)當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，停止數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)輸出至GRAPH、EXCEL等作圖軟件，畫(huà)出轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、機(jī)組負(fù)荷、發(fā)電機(jī)出口斷路器狀態(tài)等信號(hào)對(duì)時(shí)間的XY坐標(biāo)圖:若采用光線錄波器等圖形數(shù)據(jù)采集設(shè)備，則可直接使用所得到的曲線圖:,(4)根據(jù)所得的曲線圖，求出機(jī)組轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Ta和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I。汽輪機(jī)剛甩負(fù)荷的瞬間，負(fù)荷己失去，但調(diào)節(jié)閥尚未動(dòng)作，進(jìn)入汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的蒸汽量仍為額定流量，相當(dāng)于額定功率下的蒸汽作用力矩使轉(zhuǎn)子加速，故可根據(jù)甩負(fù)荷最初的加速度值來(lái)計(jì)算出時(shí)間常數(shù)和Ta和汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。甩負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)子的初始加速度即為轉(zhuǎn)速飛升曲線上升