Лекция №10 Регулирование паровых турбин

1. Основная задача регулирования

Электростанции (ТЭС, АЭС) работают в энергосистемах параллельно, а т. к. электроэнергия в системе не аккумулируется, то ее производство в любой момент времени должно соответствовать потреблению. Критерием этого соответствия является постоянство частоты сети. Качество электрического тока определяется напряжением и частотой в сети. Регулирование напряжения является задачей электрических служб.

Номинальное значение частоты сети в РФ (а также в европейских странах) равно 50 Гц и должно поддерживаться с высокой точностью.

Частота переменного электрического тока определяется частотой вращения якоря генератора

F=k n, [c^-1],

где k- число пар полюсов генератора, n- число оборотов якоря в секунду.

Поэтому основная задача системы регулирования паровой турбины – поддержание частоты вращения валопровода на постоянном уровне не зависимо от изменения нагрузки.

2. Моментные характеристики ту

К ротору ПТ в установившемся режиме приложены три силы:

1. движущая сила, развив=аемая паром на рабочих лопатках;

2. силы полезного сопротивления, обусловленные сопротивлением магнитного поля и обеспечивающие выработку электроэнергии;

3. силы сопротивления вращению от трения (в подшипниках), на привод маслонасосов (на валу ПТ).

В установившемся режиме взаимодействие этих сил можно представить в виде равновесия вращающих моментов турбины и генератора

М_т=М_г.

Возможно нарушение этого равновесия как со стороны потребителя электроэнергии М_г, так и со стороны производителя М_т. При этом возникает ускорение ротора турбогенератора

где J- момент инерции валопровода, - угловая частота вращения, - угловое ускорение

При М_т>М_г  >0 и частота вращения возрастает.

При М_т<М_г  <0 – частота вращения уменьшается.

Следовательно, допуская некоторое небольшое отклонение частоты вращения от заданного значения, можно использовать его в качестве командного импульса для автоматического управления ПТ. Для повышения быстродействия регулирования могут быть использованы дополнительные импульсы по угловому ускорению или по нагрузке (возмущению).

Графически моментные характеристики можно представить следующим образом:

- момент турбины можно выразить как

,

причем Н₀ считаем постоянным, _ое зависит от режима, а значит от G. Тогда М_т=М_т(G, ).

На графике эта зависимость представляется семейством гипербол, построенных для множества значений G.

Момент генератора М_г=М_г() зависит только от условий частоты.

П усть при нарушении равновесия (падение нагрузки) моментная характеристика генератора сместилась – М_г2.

Система Т–Г самостоятельно придет в новую равновесную точку– b под действием саморегулирования системы. Но при этом будет нарушено качество электрического тока (n_b>n_a), и кроме того, повышение частоты вращения может привести к аварии. Поэтому при каждом смещении характеристики М_г необходимо смещать характеристику М_т, т. е. Изменять G .

Характеристика М_т2 должна быть смещена в точку d (n_d=n_a), но может остановиться в точке с, частота n_c в которой отличается от n_a на заранее обусловленную небольшую величину неравномерности.

Линия a-c, характеризующая незначительное отклонение частоты от начальной, называется статической характеристикой регулирования.

Таким образом, задачей системы регулирования ПТ является такое автоматическое воздействие на пропуск пара, при котором равновесные режимы достигаются при незначительных отклонениях частоты.

Система регулирования частоты вращения ротора ПТ должна содержать следующие элементы:

1. импульсный орган, измеряющий частоту вращения (регулятор скорости механического, гидравлического или электрического типов);

2. передаточный механизм, преобразующий и усиливающий управляющее воздействие от импульсного органа к исполнительному механизму (это механическая, гидравлическая, пневматическая или электрическая система передачи в виде рычагов, золотников, сервомоторов, соленоидов, электронных и электрических схем и др.);

3. исполнительный механизм, выполняющий команду импульсного органа на восстановление регулируемого параметра (это регулирующие клапаны, поворотные заслонки, поворотные диафрагмы).