专利名称：汽轮机电液控制系统速度不等率、迟缓率直接测试方法
技术领域：
本发明涉及一种汽轮机电液控制系统速度不等率、迟缓率直接测试方法。
背景技术：
随着全国电网联网进程的逐步推进，为确保电网的安全经济运行，提高电能质量 和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，电网对单个机组 的一次调频要求越来越高，而现有火电机组参与电网一次调频负荷动作曲线是在原汽轮机 液压调速系统静态特性曲线的基础上发展来的，严格按照汽轮机速度不等率计算出一次调 频的负荷调整量，模仿了原机械液压系统调频的动作过程，但增加了死区的限制，这样既 保证了电网周波大幅度波动时，一次调频快速动作增、减机组负荷的要求，同时防止了一 次调频频繁动作对机组正常控制的扰动，因此一次调频的性能取决于汽轮机调速系统的速 度不等率及迟缓率。在传统机组中，可以通过调速系统静态试验的四象限图来求出速度不 等率和迟缓率；而对于现有的汽轮机电液控制系统中，在公开的文献中还没有出现相对规 范的测取方法。

发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种针对汽轮机电液控制系统的速度 不等率、迟缓率直接测试方式，既提高了测试的准确度、又简化了测试过程、降低了操作难度。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种汽轮机电液控制系统速度不等率、迟缓率直接测试方法，它的步骤为
1)确定负荷测点，由空负荷至满负荷，测点不少于12个；
2)额定负荷下确保机组主蒸汽压力、温度、机组真空在额定值并保持稳定；
3)阶跃变化机组转速给定值，使得机组给定转速和机组额定转速的存在一个转速差 并记录当前机组负荷#、转速差Au、调门开度Z和机组由于转速给定变化引起的负荷
变化量iV,作为第一次记录；
3)在保持机组参数稳定的前提下，按预先设定的负荷测点，通过调整调门开度逐步降 低负荷，在各测点稳定三至五分钟后，记录测试数据，直至空负荷；
4)以同样顺序逐步增加负荷，直至满负荷，记录相应数据；
5)根据公式J 及f =得出汽轮发电机组的δ、N — ε失
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系曲线，其中ε、δ、Ν、Ν 、Δη、 分别为机组负荷变化量、迟缓率、速度不等率和当前 机组负荷、机组额定负荷、机组转速差、机组额定转速；
6)根据#一 δ、Ν_ ε关系曲线检验机组的速度不等率和迟缓率等参数是否满足汽 轮机调速特性的要求；7)根据#一 δ关系曲线修正阀门流量补偿曲线或阀门重叠度曲线。所述步骤3)、步骤4)中，逐步降低负荷与逐步增加负荷的过程相同，均按照设定 的负荷变化值进行降低或增加，根据汽轮发电机组一次调频的实际情况，该负荷变化值可 以 在50% —100%的负荷间选取。本发明的原理为
1汽轮机调速系统的静态特性及其影响因素
汽轮机的调速系统在受到外界干扰的作用如负荷变化时，就会产生相应的调节作用， 经过一段时间后建立起新的平衡，这是一种动态平衡，这种从一个平衡工况过渡到另一个 平衡工况的调节过程被称为调节系统的动态特性，而调节过程结束建立起新平衡后系统各 参数的相互关系就被称为调节系统的静态特性。传统调节系统的静态特性可通过下列参数和曲线系列进行衡量速度不等率、迟 缓率、静态特性曲线(四象限图)。这些特性参数均可通过机组的空负荷、带负荷试验测得。 速度不等率S是指在某一同步器位置所对应的静态曲线下，空负荷工况变化到额定负荷 工况时的转速差与额定转速的比值
<5= n^ ~χ 100%(ι)
S
式中，/7max、/7min、 分别为汽轮发电机组的空负荷转速、额定负荷转速和额定转速
(% =3000r /mh)0速度不等率是调速系统的一个重要指标，事实上它就是图1中调速系统的静态特 性曲线Δ Ν-Δ η的斜率。如图2所示，它决定了并网运行的机组在用户负荷发生变化后， 各台机组的负荷分配情况，速度不等率越大，机组所承担的负荷越小，反之亦然。从图2的 曲线，我们还可以得到如下结论速度不等率小，机组的一次调频能力就大。在实际应用中， 速度不等率的选取是有范围限制的，不能太大，但也不宜过小。太大了，调频的能力就低但 如果速度不等率过小，在电网负荷变动时，该机组负荷变化幅度就过大，相应地汽机内温度 压力变化幅度也过大，容易引起机组部件的损坏，降低机组寿命。通常情况下，速度不等率 在3%—6%之间选取。对于汽轮机电液控制系统，由于其系统结构和控制方式与传统的调节系统有很大 的不同，因此其部分动、静态特性与传统系统有着一定的差别，特别是其静态特性基本上是 由系统软件的内部设定值决定的，甚至还可以方便地进行改动。在传统的调节系统中，转速信号的感受、传递、放大都是通过机械部件完成的。由 于这些中间环节相互间存在着摩擦力、连接间隙等因素，实际上调速器的输出与机组转速 之间并不是理想中的单值函数。因此，实际的调速器特性曲线不是一根，而是有上行特性和 下行特性两根曲线。同样，由于错油门过封度、连接间隙等因素的影响，油动机行程与调速 器输出之间、调节阀开度与油动机行程之间也不是单值函数，实际的调速系统静态特性曲 线如图3所示。为衡量这种因素的严重程度，引入了迟缓率这个概念。简单地说，迟缓率ε就是 转速上升过程的特性曲线和转速下降过程的静态特性曲线之间相同负荷下机组转速差Δη 与额定转速之 比
当调速系统的静态特性曲线为带状时，迟缓率引起的机组负荷变化值为
式中ε、々、Μ分别为机组负荷变化值、迟缓率、速度不等率和当前机组负荷。在汽轮机电液控制系统(DEH)中，由于转速信号的感受、传递、放大都是计算机及 相应的电子器件完成的，其处理精度很高，响应速度很快，基本不存在迟缓现象，而且每个 油动机的动作都是由各自独立配置的响应速度极快、迟缓极小的电液伺服阀控制的。另外， DEH系统的每个调节阀均由各自独立的油动机通过操纵座直接驱动，因而也没有配汽机构 存在摩擦力或连接间隙的问题。因此，对DEH系统迟缓率有较大影响的因素只有调节阀和 油动机本身的摩擦力一项，正是由于这个原因，DEH系统的迟缓率要比传统调节系统小得 多。传统液压式调速系统的迟缓率一般在0. 2^0. 5%之间，而数字电液控制系统的迟缓率通 常要小于0. 1%。通过调节系统速度不等率和迟缓率以及并网运行的汽轮机的特性曲线可知
(1)在速度不等率四象限图中，可以看到，ΙΙ、ΠΙ、 ν象限中任一曲线的变化，都会改 变速度不等率特性。(2)如果某台机组的速度不等率远比电网的平均速度不等率小，则当电网频率 变化时，该机组的负荷变化特别剧烈。(3)如果该机组的速度不等率远比电网的平均速度不等率大，则当电网频率变 化时，该机组的负荷变化就很小。(4)应当使电网中的机组的速度不等率尽量接近。因此，当电网频率发生变化时，电网频率的变化将使电网中各汽轮机的功率按 照各自的静特性相应地增大或减小，从而使供电与用电达到平衡，同时也维持电网的频率 在一定的范围内。在汽轮机电液控制系统中，由于转速的测量环节、转速控制器、油动机的驱动等环 节都已达到了相当的控制精度，基本上消除了非线性和迟缓的问题。影响电液调节系统准 确性的主要问题在于调节阀门的流量非线性。例如图4-a所示，由于在DEH中设置的顺序 开启的阀门之间的重叠度不合适，通过阀门的流量不连续，造成了静态特性曲线的不规则 形状。很明显局部速度不等率不符合要求，控制特性较差。在单阀运行的情况下，如果流量 特性修正的不好，也会造成类似的结果，如图4-b所示。目前这个问题的有效解决方案是对 机组进行阀门流量特性试验，将得到的数据修正DEH中的流量特性补偿曲线。2汽轮机电液控制系统速度不等率的测试方法
2. 1电液调节控制系统速度不等率的间接测试方法 静态特性曲线是在单机稳定运行工况下，调速器设定值一定时，汽轮机功率和转速间 的关系曲线。要使一台机组运行于一个独立的、没有其它机组存在的电网，具有很大的难 度，而且即使有这个条件也未必可行，因为当机组负荷发生大幅度变化时，电网频率也会随 之变化，以致超出允许范围。因此，静态特性曲线常常通过综合空负荷试验和带负荷试验来获得。 首先是空负荷试验在汽轮机未带负荷的情况下，利用总阀位指令稳定调整调速 汽门的开度，提升机组的转速，求出总阀位指令X、调速汽门的开度和机组转速η的对应关 系，如图1中第二、三象限。 其次是带负荷试验汽轮发电机组并网后，通过总阀位指令X，控制调速汽门的开 度Ζ，使机组负荷N由空负荷逐渐增加到额定负荷，在此过程中要求蒸汽参数在额定数值附 近不变，记录各稳定工况负荷下的总阀位指令、调速汽门的开度Z与负荷参数N，利用上述 试验所得的数据，在与图1相同的坐标系中绘制
Δη—Χ、Χ—Z和调节阀特性曲线Z—N，并由此在第一象限中得出调速系统的静态特性 曲线N—η。就可以间接绘制出机组转速和负荷的关系曲线。这也就是机组电液调节控制系 统的特性曲线，即机组速度不等率的曲线。通过上述试验，理论上可以精确地得出一个DEH 系统的静态特性曲线，但这一方法要求在空负荷与带负荷试验过程的蒸汽参数在额定数值 且保持稳定不变，因此试验条件的比较苛刻，要在实际生产中进行该试验仍具有一定难度。
2. 2汽轮机电液控制系统速度不等率的直接测试方法
机组速度不等率的设定合适与否可以通过实际试验进行验证。由于速度不等率在各个 负荷点可能并不完全相同，表现为速度不等率并不是一条斜线，而是一条曲线，在各个负荷 点有不同的斜率，即各负荷点的速度不等率并不相同。根据局部速度不等率的定义
式中，在某个负荷点的情况下，转速的变化(转速差或频差)与额定转速的比值与转速 变化引起的功率变化与额定功率的比值之比的百分数的大小便是该负荷下的局部不等率。 由此，可以方便地对不同负荷点进行速度不等率进行测定。
同样由式(3)可得式(5)可以对不同负荷点进行迟缓率进行测定
式中ΔΛΓ、ε、々、馮分别为机组负荷变化量、迟缓率、速度不等率和当前机组负荷。现有的速度不等率、迟缓率等汽轮机调速系统关键参数的测试方法主要是沿袭液 调机组提出的一种间接测试方法，测试过程复杂、难度大且准确性差，现在绝大多数机组均 为电调机组，尚无一种规范的准确测试上述参数的标准方法，无法满足机网协调控制所必 需的汽轮机调速系统关键参数准确性要求，而汽轮机电液控制系统速度不等率的直接测定 法，可以较为准确测取汽轮机调速系统在不同负荷点的实际值，计算、验证变得准确、可靠、 简单，可以根据实际需要进行调整，来满足机网协调要求。本发明的有益效果是
1、首次提出速度不等率、迟缓率的直接测试方法；
在机组主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、机组真空在额定值附近、机组的回热 抽汽系统正常投入时正常工况下运行，在不同的负荷点，阶跃变化机组转速给定值，使得机 组给定转速和机组额定转速的存在一个转速差Δη ,并记录当前机组负荷#、转速差Δη、调
6门开度Z和机组由于转速给定变化引起的负荷变化量，由式(4)、(5)求得该负荷下的速 度不等率、迟缓率，进而得出不同负荷点的速度不等率、迟缓率的对应关系。2、首次提出#一 5、#一 f关系曲线；
可根据#一 δ、Ν- ε实测关系曲线校验机组的速度不等率和迟缓率等参数；将实测 N- δ曲线与理论#一 δ曲线对照，根据偏离情况修正阀门流量补偿曲线或者阀门重叠度 曲线。3、通过修正和完善实际#一 δ曲线，使其接近于理论曲线，充分发挥一次调频功 能，以满足机网协调和电网稳定性要求。


图1为调速系统特性四象限图2为并网机组速度不等率对符合分配的影响；
图3为实际静特性的曲线(迟缓率)；
图4a为顺序阀流量不连续时的静特性；
图4b为单阀流量非线性时的静特性；
图5为机组负荷#一速度不等率δ的测试曲线；
图6为机组负荷#一迟缓率ε的测试曲线；
图7为机组负荷#一速度不等率δ的实际测试曲线。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。本发明方法的前提条件为
1、汽轮发电机并网运行，电网周波比较稳定；
2、机组主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、机组真空在额定值附近并保持基本稳定。 3、机组的回热抽汽系统正常投入。4、机组在单阀或顺序阀的工况下运行(选择正常工况下运行)。二、测试的具体步骤为
1)确定负荷测点，由空负荷至满负荷，测点一般不少于12个；
2)额定负荷下检查机组主蒸汽压力、温度、机组真空在额定值附近并保持稳定； 3)阶跃变化机组转速给定值，使得机组给定转速和机组额定转速的存在一个转速差 ,例如取Δ =1/12Hz，并记录当前机组负荷#、转速差Δη、调门开度Z和机组由于转速给
定变化引起的负荷变化量作为第一次记录；
3)保持机组参数稳定的前提下，按预先设定的负荷测点，通过调整调门开度逐步降低 负荷，在各测点稳定三至五分钟后，记录测试数据，直至空负荷；
4)以同样顺序逐步增加负荷，直至满负荷，记录相应数据；
5)根据公式<5=-及f= 得出汽轮机电液控制系统的
Tm" 2 V Λi%f
■u.i..'‘N— δ、Ν— ε关系曲线，其中iV、ε、5、#、；\。、Δ 、 分别为机组负荷变化量、迟缓 率、速度不等率和当前机组负荷、机组额定负荷、机组转速差、机组额定转速，具体见图5、图 6 ；
6)根据#一 δ、Ν— ε关系曲线检验机组的速度不等率和迟缓率等参数是否满足汽 轮机调速特性的要求；
7)根据#一δ关系曲线修正阀门流量补偿曲线或阀门重叠度曲线。
由于汽轮机电液调节控制系统的一次调频的实际情况，为了机组和电网的有效稳 定运行，机组参与一次调频有负荷限制的要求，机组的负荷一般在50% 100%之间才参与 一次调频，机组负荷小于50%额定负荷时不参与一次调频，为无差调节运行，这时其速度不 等率为0。速度不等率测试可以在50%和100%的负荷之间进行，如负荷每变化5%进行一次 测定，即可以比较详细地得到速度不等率的大致情况，为进一步调整提供依据。同样，根据 机组一次调频的实际投入情况，可以要求蒸汽参数和真空在机组带50%额定负荷以上的情 况下达到额定值，这样机组更容易进行控制，减小了操作难度，速度不等率的测定准确度更 高，见图7。
权利要求
一种汽轮机电液控制系统速度不等率、迟缓率直接测试方法，其特征是，它的步骤为1)确定负荷测点，由空负荷至满负荷，测点不少于12个；2)额定负荷下确保机组主蒸汽压力、温度、机组真空在额定值并保持稳定；3)阶跃变化机组转速给定值，使得机组给定转速和机组额定转速间存在一个转速差 ，并记录当前机组负荷N、转速差、调门开度Z和机组由于转速给定变化引起的负荷变化量，作为第一次记录； 3)在保持机组参数稳定的前提下，按预先设定的负荷测点，通过调整调门开度逐步降低负荷，在各测点稳定三至五分钟后，记录测试数据，直至空负荷；4)以同样顺序逐步增加负荷，直至满负荷，记录相应数据；5)根据公式及得出汽轮发电机组的N－δ、N－ε关系曲线，其中、ε、δ、N、N0、、n0分别为机组负荷变化量、迟缓率、速度不等率和当前机组负荷、机组额定负荷、机组转速差、机组额定转速；6)根据N－δ、N－ε关系曲线检验机组的速度不等率和迟缓率参数是否满足汽轮机调速特性的要求；7)根据N－δ关系曲线修正阀门流量补偿曲线或阀门重叠度曲线。
2.如权利要求1所述的汽轮机电液控制系统速度不等率、迟缓率直接测试方法，其特 征是，所述步骤3)、步骤4)中，逐步降低负荷与逐步增加负荷的过程相同，均按照设定的负 荷变化值进行降低或增加，根据汽轮发电机组一次调频的实际情况，该负荷变化值在50%— 100%的负荷间选取。
全文摘要
本发明涉及一种汽轮机电液控制系统速度不等率、迟缓率测试方法。它采取了直接测试方式，提高了测试的准确度、简化了测试过程、降低了操作难度，其步骤为1)确定负荷测点；2)确保机组主蒸汽压力、温度、机组真空在额定值并保持稳定；3)阶跃变化机组转速给定值，作为第一次记录；保持机组参数稳定的前提下，通过调整调门开度逐步降低负荷，记录测试数据，直至空负荷；4)以同样顺序逐步增加负荷，直至满负荷，记录相应数据；5)得出汽轮发电机组的N－δ、N－ε关系曲线；6)根据N－δ、N－ε关系曲线检验机组的速度不等率和迟缓率参数是否满足汽轮机调速特性的要求；7)根据N－δ关系曲线修正阀门流量补偿曲线或阀门重叠度曲线。
文档编号G01M15/00GK101871842SQ20101014519
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者李福尚, 郑凤才 申请人:山东电力研究院