3. Паровая турбина как объект регулирования

­в подавляющем большинстве случаев паровые турбины в энерrетике используются в качестве пер­вичных двиrателей для привода синхронных элек­трических reHepaTopoB. Так как вырабатываемая электрическая энерrия ниrде в энерrосистеме не aK­кумулируется, то ее производство в любой момент времени должно соответствовать потреблению. Критерием этоrо соответствия является постоянст­во частоты сети ­ параметра, значение KOToporo в установившемся режиме одинаково для любой точ­ки энерrосистемы. Номинальное значение частоты сети в России равно 50 rц и должно поддерживать­ся с высокой точностью.

Частота переменноrо тока j' определяется часто­той вращения п приводимоrо турбиной синхронно­ro reHepaTopa и связана с ней соотношением ­j'= рп, ­(9.1) rде р ­ число пар полюсов reHepaTopa. При р =1 частоте j' =50 rц соответствует п = 50 c­1 (3000 об/мин). rенераторы, при водимые во ­1 вращение тихоходными турбинами с п == 25 с , имеют две пары полюсов, для них р= 2. Требование постоянства частоты определяет oд­ну из основных задач реryлирования турбины: co­хранение частоты вращения ротора турбоrенерато­ра, и следовательно, турбины постоянной и близкой к номинальной, несмотря на изменения наrpузки.

Если турбина предназначена для комбинирован­ной выработки электрической и тепл­вой энерrии

(так называемые теплофикационные турбины), то наряду с поддержанием постоянной частоты враше­ния ротора турбины ставятся дополнительные усло­вия сохранения неизменными давлений в камерах реrулируемых отборов или за турбиной при измене­ниях тепловой наrрузки.Для выполнения этих и ряда друrих задач, KOTO­рые будут рассмотрены в дальнейшем, паровые турбины снабжаются системами автоматuческо­го регулuрованuя.

Рассмотрим некоторые свойства турбины как объекта реryлирования. На рис.9.1 представлены

кривые изменения крутящеrо момента М Т ' развивае­мoro паром, расширяющимся в турбине (кривая 1), и тормозящеrо момента сопротивления на валу reHe­ратора М r (кривая 2). Моментные характеристики турбины построены для постоянноrо расхода пара, что при неизменных параметрах пара соответствует определенному открытию реrулирующих клапанов. Установившемуся режиму работы, при котором М Т = М р соответствует пересечение моментных xa­рактеристик в точке а при частоте врашения па' При изменении наrpузки электрической сети, Ha­

пример при отключении некоторых потребителей, характеристика reHepaTopa сместится в положение,определяемое кривой 3. Если параметры пара и по­ложение реryЛИРУЮlllИХ клапанов турбины OCTaнутся неизменными, то новый стационарный режим pa­боты турбоаrреrата будет достиrнут в точке Ь. Ta­ким образом, турбина и reHepaTop MOryT перехо­дить от одноrо устойчивоrо режима работы к дpy­гому без какоrо­либо воздействия на них за счет oд­нoro лишь саморегулированuя. Самореrулирование определяется тем, что в точке пересечения MOMeHT­ных характеристик

П ри отсутствии автоматическоrо реrулирова­ния все возможные установившиеся режимы рабо­ты турбоаrреrата соответствуют линии 1, которая является в этом случае ero статической характери­стикой. Следует, однако, заметить, что возникаю­щие в процессе самореrулирования изменения час­тоты вращения недопустимо велики в отношении как качества отпускаемой электрической энерrии, так и надежности турбины и reHepaTopa. Возника­ет, следовательно, необходимость управлять турбиной таким образом, чтобы частота вращения po­тора оставалась постоянной или изменялась в за­данных узких пределах. При нарушении установившеrося режима рабо­ты уrловое движение валопровода турбоаrреrата описывается уравнением ­ rде J ­ суммарный момент инерции валопровода, Kr' м 2; d ro / d 't ­ уrnовое ускорение валопровода, с ­2.

Из уравнения следует, что восстановление установившеrося режима возможно только при из­ мене нии одноro из моментов М Т или М " Воздей­ствие на удаленных и рассредоточенных потребите­лей электрической энерrии с целыо изменения их мощности, конечно, невозможно, если не считать частотную разrрузку в энерrосистеме. Поэтому для паровых турбин остается единственный способ pe­ryлирования ­ воздействие на момент, развивае­мый паром на рабочих лопатках. Иными словами, при изменении наrрузки сети и смещении MOMeHT­ной характеристики reHepaTopa следует также CMe­стить и моментную характеристику турбины изменением расхода пара. Ho­вый равновесный режим работы будет достиrнут в точке с при частоте вращения п с , лишь незначи­тельно превышающей па' Все возможные установившиеся режимы работы турбоаrреrата при совместном изменении xapaKTe­ ристик турбины и reHepaTopa определяются инией 5, которая является статической характеристикоЙ управляеМО20 тур60а2ре2ата.

Допуская некоторое небольшое отклонение час­тоты вращения от заданноrо значения, можно ис­пользовать ero в качестве командноrо импульса для автоматическоrо управления турбиной. На этом фундаментальном принципе управления по ОТКЛО­нению построены все без исключения системы pe­ryлирования частоты вращения турбин. Для повы­шения быстродействия в них MOryT быть использо­ваны дополнительные импульсы по уrловому yCKO­рению dro/d't или по наrрузке (возмущению).