Паровая турбина как объект регулирования

Автоматическое регулирование паровых турбин

В подавляющем большинстве случаев паровые турбины в энергетике используются в качестве первичных двигателей для привода синхронных электрических генераторов. Так как вырабатываемая электрическая энергия в системе не аккумулируется, то ее производство в любой момент времени должно соответствовать потреблению. Критерием этого соответствия является постоянство частоты сети - параметра, значение которого в установившемся режиме одинаково для любой точки энергосистемы. Номинальное значение частоты сети в Европе равно 50 Гц и должно поддерживаться с высокой точностью.

Частота переменного тока f определяется частотой вращения п приводимого турбиной синхронного генератора и связана с ней соотношением

(13.9)

где р — число пар полюсов генератора.

При p=1 частоте f=50 Гц соответствует n= 50 с^-1 (3000 об/мин). Генераторы, приводимые во вращение тихоходными турбинами с n=25 c^-1, имеют две пары полюсов, для них p=2.

Требование постоянства частоты определяет одну из основных задач регулирования турбины: сохранение частоты вращения ротора турбогенератора, и следовательно, турбины постоянной и близкой к номинальной, несмотря на изменения нагрузки.

Если турбина предназначена для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии (так называемые теплофикационные турбины), то наряду с поддержанием постоянной частоты вращения ротора турбины ставятся дополнительные условия сохранения неизменными давлений в камерах регулируемых отборов или за турбиной при изменениях тепловой нагрузки.

Для выполнения этих и ряда других задач, которые будут рассмотрены в дальнейшем, паровые турбины снабжаются системами автоматического регулирования.

Рассмотрим некоторые свойства турбины как объекта регулирования. На Рисунке10.33 представлены кривые изменения крутящего момента М_т, развиваемого паром, расширяющимся в турбине (кривая 1), и тормозящего момента сопротивления на валу генератора М_г(кривая 2).Моментные характеристики турбины построены для постоянного расхода пара, что при неизменных параметрах пара соответствует определенному открытию регулирующих клапанов.

Установившемуся режиму работы, при котором М_т=М_г соответствует пересечение моментных характеристик в точке а при частоте вращения п_а. При изменении нагрузки электрической сети, например при отключении некоторых потребителей, характеристика генератора сместится в положение, определяемое кривой 3. Если параметры пара и положение регулирующих клапанов турбины останутся неизменными, то новый стационарный режим работы турбоагрегата будет достигнут в точке b. Таким образом, турбина и генератор могут переходить от одного устойчивого режима работы к другому без какого-либо воздействия на них за счет одного лишь саморегулирования. Саморегулированиеопределяется тем, что в точке пересечения моментных характеристик , .

Рисунок 13.33 – Моментные характеристики турбины (1 и 4) и генератора (2 и3), статическая характеристика турбоагрегата (5)

При отсутствии автоматического регулирования все возможные установившиеся режимы работы турбоагрегата соответствуют линии 1, которая является в этом случае его статической характеристикой. Следует, однако, заметить, что возникающие в процессе саморегулирования изменения частоты вращения недопустимо велики в отношении как качества отпускаемой электрической энергии, так и надежности турбины и генератора. Возникает, следовательно, необходимость управлять турбиной таким образом, чтобы частота вращения ротора оставалась постоянной или изменялась в заданных узких пределах.

При нарушении установившегося режима работы угловое движение валопровода турбоагрегата описывается уравнением

(13.10)

где.J - суммарный момент инерции валопровода.

Из уравнения (13.10) следует, что восстановление установившегося режима возможно только при изменении одного из моментов М_т или М_гВоздействие на удаленных и рассредоточенных потребителей электрической энергии с целью изменения их мощности, конечно, невозможно, если не считать частотную разгрузку в энергосистеме. Поэтому для паровых турбин остается единственный способ регулирования - воздействие на момент, развиваемый паром на рабочих лопатках. Иными словами, при изменении нагрузки сети и смещении моментной характеристики генератора следует также сместить и моментную характеристику турбины изменением расхода пара. Новый равновесный режим работы будет достигнут в точке с при частоте вращения n_c, лишь незначительно превышающей п_а.

Все возможные установившиеся режимы работы турбоагрегата при совместном изменении характеристик турбины и генератора определяются линией 5, которая является статической характеристикой управляемого турбоагрегата.

Допуская некоторое небольшое отклонение частоты вращения от заданного значения, можно использовать его в качестве командного импульса для автоматического управления турбиной. На этом фундаментальном принципе управления по отклонению построены все без исключения системы регулирования частоты вращении турбин. Для повышения быстродействия в них могут быть использованы дополнительные импульсы по угловому ускорению или по нагрузке.

Дата добавления: 2015-03-29