汽輪機調節系統
汽輪機調節系統
汽輪機是發電廠的原動機，驅動同步發電機旋轉產生電能，向電網輸送符合數量和供電品質（電壓與頻率）要求的電力。由同步發電機的運行特性可知，發電機的端電壓決定於無功功率，而無功功率決定於發電機的勵磁；電網的頻率決定於有功功率，即決定於原動機的驅動功率。因此，電網的電壓調節歸發電機的勵磁系統，頻率調節歸汽輪機的功率控制系統。這樣，機組併網運行時，根據轉速偏差改變調節汽門的開度，調節汽輪機的進汽量及焓降，改變發電機的有功功率，滿足外界電負荷的變化要求。由於汽輪機調節系統是以機組轉速為調節對象，故習慣上將汽輪機調節系統稱為調速系統。
調節系統主要由轉速感受機構、中間放大機構、油動機、配汽機構、同步器及啟動裝置組成，其原理性框圖如圖所示。
汽輪機調節保護系統原理性框圖
下圖a為汽輪機直接調節系統示意圖。當外界電負荷減小時，將使汽輪機轉速升高，離心式調速器1的飛錘向外擴張，使滑環A向上移動，通過槓桿2關小調節閥，汽輪機的進汽量減小，汽輪發電機組發出的電功率也相應減小，從而與外界負荷建立起新的平衡；反之亦然。由此可知，自動調節系統不僅能使機組轉速保持在一定的範圍內，而且還能使進汽量與功率相平衡。該系統的基本原理可用圖b的方框圖來表示。在上述調節系統中，調節閥是由調速器本身直接帶動的，所以稱為直接調節系統。
直接調節系統的方框圖與示意圖
間接調節系統示意圖與方框圖
機組運行中，一旦從電網中解列、甩去全部電負荷，汽輪機巨大的驅動力矩可使轉子快速飛升，為防止超速毀機事故發生，要求調節汽門在極短的時間內全行程關閉。在事故工況下為有效切斷汽輪機的蒸汽供給，還必須設置主汽門，即使調節汽門]關閉不快或關閉不嚴時，也能防止機組超速。此外，對低真空、低潤滑油壓、大脹差、高振動等危及機組安全的惡性故障，發生時必須快速停機。因此，汽輪機除設置調節系統外，還設置保護系統，調節保護系統全稱為控制系統。調節部分控制調節汽門，保護部分控制主汽門，但在主汽門關閉時，保護系統信號作用於調節系統，使調節汽門同時關閉。汽輪機調節保護系統原理性框圖如下。
對於不同的功率、不同形式的汽輪機，所設置的保護裝置也不完全相同。汽輪機設置以下自動保護裝置、超速保護裝置、串軸保護裝置、低油壓保護裝置以及低真空保護裝置。
(1)在外界負荷與機組功率相適應時，保持汽輪機穩定運行。
(2)當外界負荷發生變化或機組負荷變化時，汽輪機的調節系統能相應的改變汽輪機的功率，使之與外界或機組負荷相適應，建立新的平衡，並保持汽輪機的工作轉速在規定範圍內。
(3)對於抽汽式汽輪機，當工況發生變化時，調整抽汽壓力在規定範圍內。汽輪機的調節系統，除接受汽輪機的轉速變化信號外，還應接受被驅動機械所發的信號，即具有雙脈衝調節裝置。信號經放大，最後控制調節氣閥的開度，改變進入汽輪機的蒸汽量，以適應外界負荷或蒸汽狀態的變化，使汽輪機的轉速保持在一定範圍內。當機組轉速增加時，應迅速關小調節氣閥；當機組轉速減小時，則應迅速開大調節氣閥，以建立新的平衡。調節系統還應滿足工藝系統的要求，保證機組定轉速運行和變轉速運行。石油化工裝置中的工業汽輪機，都是靠調節系統自動完成這一任務。
(1)調節系統應保證機組在額定的參數下，安全、平穩地滿負荷至零負荷範圍內運行。當參數和頻率在允許範圍內變動時，調節系統應能使機組平穩地在滿負荷至零負荷範圍內運行，保證汽輪發電機組能順利地併網和解列。
(2)當主氣閥全開和蒸汽參數在額定情況下，調節系統應能維持汽輪機在空負荷下穩定運行，轉速不應有明顯擺動；當負荷變化時，調節系統應能保證機組平穩地從一個工況過渡到另一工況，不發生較大的和長期的負荷擺動(擺動值不大於額定負荷的2%)。
(3)由滿負荷突然降到空負荷時，能使汽輪機轉速保持在危急保安器動作轉速以下。
(4)同步器的工作範圍，空負荷的轉速應保證在額定轉速的95%~107%範圍內，調節系統的速度變動率般在4%~6%範圍內；遲緩率應在0.5%以內。
(5)當危急保安裝置動作后，應保證主氣閥、調節氣閥迅速關閉，主氣閥的關閉時間應不大於1s。
(6)變速調節汽輪機的調節，除接受機組轉速信號外，還應接受被驅動機械所發出的信號，即應有雙脈衝調節裝置。
