大型火电厂生产技术人员培训系列教材 汽轮机控制、监视和保护 (2)

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随着高参数、大容量、中间再热机组的广泛使用，要求进一步提高中间再热机组的功率动态响应性能、抗蒸汽参数扰动的能力及自动化水平，以满足电网调频、集中控制和综合自动化的需要。在此情况下，人们研制出了数字式汽轮机功率频率控制系统。汽轮机控制系统是控制汽轮发电机组启动、升速和发电运行的重要装置。没有它将无法保证在发电运行时的安全经济运行。第一节　　　　中间再热式汽轮机的控制特点中间再热式汽轮机的原则性系统图如图所示。锅炉过热器来的新蒸汽经高压主汽门和高压调节汽门进入高压缸作功，自高压缸排出的蒸汽又引回到锅炉的再热器，经过再热器加热后的蒸汽温度一般又达到与新汽温度相同的温度，然后经中压主汽门和中调节汽阀进入中低压缸作功，最后排入凝汽器，由于采用了中间再热，汽轮机被中间再热器分成高压部分和中、低压部分。这就对汽轮机的动态特性有了显著的影响。图再热式汽轮机原则性系统图一、中间再热容积的影响再热式机组的特点之一是，再热器和再热器与汽轮机之间的连接管道一起形成的庞大蒸汽容积（简称再热器蒸汽容积），其时间常数一般为，加之再热汽轮机的转子时间常数一般只有，因此，甩负荷时，即使高压缸调节汽门能同时完全关闭，中间再热容积中所储存的蒸汽量，也能使汽轮机超速，这是不允许的。为此，中间再热机组设置了高压缸和中低压缸的调节汽门，以便在机组甩负荷时，两种调节汽门

1同时关闭，以确保机组的安全。为了减少机组在运行时的节流损失，汽门的调节规律应按照图来设计。在负荷高于额定负荷的时，中低压缸调节汽门处于全开状态，机组的负荷仅由高压缸调节汽门来控制；在低于额定负荷的时，机组的负荷才由高和中低压缸调节汽门同时控制。再热机组的第二个特点是，由于中间再热容积的存在，导致机组总功率的“滞后”。从图中看出，当外界要求增加机组的负荷时，调节系统将把高压缸调节汽门开大，此时，流量增加，高压缸的功率随着增加；而中低压缸的功率，则是随着再热器内蒸汽压力的逐渐升高而增大。同时，由于中间再热蒸汽压力气的升高，高压缸前后的压差将逐渐减小，其功率略有下降。因此，汽轮机的总功率，不是立即增加至电网所要求的数值，而是缓慢地增加，这情况随着中低压缸功率占整机功率比重的增大而变得更加显著。由于机组总功率的“滞后”，限制了机组参加一次调频任务，所以，在调节系统中，必须解决功率“滞后”的问题。图再热机组高和中低压缸图在没有动态校正时，中间调节汽门的调节规律　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　再热机组功率的变化中低压缸调节汽门的开度；一高压缸的功率；中压缸的功率；高压缸调节汽门的开度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　低压缸的功率；机组的总功率二、汽轮机和锅炉的协调配合大容量再热机组一般均采用锅炉汽轮机单元制运行，因而提高机组的负荷适应性，就不仅是汽轮机，还涉及到锅炉问题。我们知道，电力系统的负荷变化是一个随机过程，对于一般的负荷变化，若变化速度较快，要通过改变锅炉燃烧率来调节机组功率是远远来不及的，只能利用锅炉的一些蓄能来应付。因此，提高单元机组的负荷适应性，主要取决于对锅炉蓄热利用的程度。这样锅炉和汽轮机的运行和控制方式就直接关系到对蓄热的利用。同时，从提高电力系统运行可靠性的要求来看，机组本身运行的可靠性就是一个严重的问题。所以，在进行一台机组的控制系统设计时，应从整体来进行考虑，这是一个工程设计优劣与成败的关键。第二节　　　　功频电液控制的原理及各环节的数学模型一、工作原理图是功频电液控制系统的基本工作原理图。系统中测功测频、控制器、功标准分享网www.bzfxw.com免费下载

2放、给定等称为电控部分，油动机为液压控制部分。电液转换器是将电信号转换成液压控制信号的装置，它是电控部分与液压控制部分的联络部件，即接口装置。下面简述其工作原理。图功频电液控制系统原理图一汽轮机；一发电机；一调节阀门；油动机当外界负荷增加时，汽轮机转速下降，测频单元感受了转速变化，产生一个与转速偏差成比例的电压信号，输入到控制器，经运算后输入到电液转换器的感应线圈，当线圈的电磁力克服了弹簧的支持力后，使高压抗燃油（油）进入油动机底部，使油动机上行开大了调节阀门，增大了汽轮的功率，与外界负荷变化相适应。汽轮机的功www.bzfxw.com，到控制器，如率增加后，测功元件感受到了这一变化后，输出一负的电压信号果，且两者的极性相反，其代数和为零，此时的输出不变，因此控制系统的一个过渡过程动作结束。当外界负荷减小时其控制过程与上述相反。当新汽压力降低变化时，在同样阀门开度下汽轮机的功率减少，这时测功单元输出电压信号减小，因此在入口仍有正电压信号存在，使输出信号继续增加，经功放、电液转换器和油动机后又开大调节阀门，直到测功元件输出电压与给定电压完全抵消时，即使的入口信号代数和为零时才停止动作。由此可见，采用了测功单元后可以消除新汽压力变化对功率的影响，从而保证了频率的偏差与功率变化之间的比例关系。即保证了一定的速度不等率，也就是保证了一次调频的能力不变。利用测功单元和控制器的特性也可补偿功率滞后。当外界负荷增加时使汽轮机转速下降，测频单元输出正电压信号作用于控制器，经过一系列的作用开大调节阀门，首先使高压缸增加功率，但此时由于中缸功率增加缓慢，使测功元件输出信号很小，不足以抵消测频单元输出的正电压信号，因此，高压调节阀门继续开大，即产生过开。这样高压缸因过开而产生的过剩功率刚好抵消了中压缸功率滞后。当中低压缸功率滞后逐渐消失时，由于测功元件输出电压的作用又使高压调节阀门关小；当中低压功率滞后完全消失后，高压调节阀门开度又回到稳态设计值。此时控制系统动作结束了。根据以上的叙述可知，无论是新汽压力发生波动或者功率产生滞后，都能保证转速偏差与功率变化之间的固定比例关系，即保证一次调频能力不变。这是功频电液控制系统的

3一大优点。二、功频电液控制系统的静态特性功频电液控制系统的原理方框图如图所示。图功频电液控制系统方框图从图中可以得出：测频（速）单元的输出与频率成正比式中比例系数；转速不等率；www.bzfxw.com测频单元输出的额定值和变化值。式（与式（相除得由测功单元的输出与功率成正比可得式中比例系数；测功单元输出的额定值与电压变化值。式（与式（相除得因为在稳定工况下，所以有又因为所以标准分享网www.bzfxw.com免费下载

4式中的负号代表转速增加时功率减少。根据式（可以给出系统的静态特性曲线（见图。从图可以看出，静态时对于不同的转速有不同的功率，这表明其特性曲线的倾斜程度代表了一次调频能力的大小。一次调频的能力只与测功单元的信号和测频单元的信号有关（相比较），而不受蒸汽参数的影响，所以，静态特性曲线的大小及倾斜程度可以很方便地进行调整。图功频电液控制系统三、功频电液控制系统主要单元的动态特性的静态特性曲线测频单元磁阻发讯器是用来将被测转速信号转换为相应频率信号的测量元件。发讯器由测速齿盘和测速头两部分组成（见图。测速齿盘装在汽轮机轴上，测速头固定在齿盘旁边的支架上，处于齿盘径向位置。测速头内装有永久磁钢、铁芯和线圈。铁芯端部与齿盘的齿顶之间留有约间隙。当齿盘随主轴转动时，铁www.bzfxw.com芯与齿盘的间隙便不断变化，每经过一齿，气隙磁阻变化一次，磁路中的磁通量也随之变化，套在铁芯上的线圈就感应出一个交变电动势波形，此感应电动势即为测速头的输出信号。设齿盘齿数为，汽轮机轴的转速为，则输出信号的频率为图测速装置磁阻发讯器当齿数一定时，频率与汽轮机转速成正比。一般取，所以。例如当时，输出信号频率，即测速头每秒钟输出信号的频率在数值上等于汽轮机每分钟的转速，因而可以方便地将作为转速的信号。测速头感应电动势的大小可由电磁感应定律推导而得（式中，为线圈匝数，为有效磁通量，它与齿顶和测速头之间的间隙、齿盘直径的大小有关。当转速与齿盘直径越大，间隙越小时，感应电动势越大，抗干扰能力就越强。为了控制汽轮机的全部升速过程，希望测速头在较低的转速（下就能输出一定强度的信号，以保证后续电路正常工作，以实现大范围测速的要求。试验表明：测速头壳体应采用不导磁的镍铬不锈钢材料或非金属材料，而不能用铜质

5壳体，以避免高频时涡流损耗大使有效磁通量下降；测速齿盘采用渐开线齿轮能得到接近正弦波的波形。由前述可知，传感器输出的电脉冲频率与被测转轴的转速成正比。因此，只要测得频率，就可通过式（计算得到被测转速。目前对电脉冲频率的测量一般都采用数字频率计。数字频率计的测量原理一般为计数法测频率，即测定在预定的标准时基内进入计数器的待测信号脉冲的个数，从而求得待测转速。图为其工作原理方框图。www.bzfxw.com图数字频率计原理框图由转速传感器输出的电脉冲信号（频率为，经过放大整形成幅度一致的脉冲波形，如矩形波），被传输到主门的输入端。由晶体振荡器产生的标准频率，频率较高，经过时基分频器加以分频后，变成为每次、每次等的低频脉冲信号，亦称秒信号，则两个秒信号之间的间隔即为等的标准时基。当选一个标准的时基后，设第一个秒信号进入控制门后，使门内的双稳态翻转，从而使主门开启，允许被测信号通过，计数器即随之计数；经后，当第二个秒信号进入控制门，使门内的双稳态再次翻转，使主门关闭，不允许待测信号通过，计数器即停止计数。计数所累计的待测信号脉冲数被显示在显示器上，即，则被测轴的转速为式中被测轴每转一周所产生的脉冲数。测功单元测功装置包括发电机有功功率的测量和放大，以及不平衡功率的校正。目前国内各种功频电调系统所采用的发电机有功功率测量装置主要有霍尔效应测功器和四象限乘法器两种。本书只介绍较常用的霍尔效应测功器。将一矩形半导体薄片置于磁场中，当沿薄片的一对边通以电流（称为控制电流）时，则在另一对边即出现电动势，这一效应称为霍尔效应，电动势称为霍尔电动标准分享网www.bzfxw.com免费下载

6图霍尔效应与测功器霍尔效应原理；单相测功器；三相测功器势见图，该半导体薄片称为霍尔元件。对于一定长度和宽度的材料，且磁场和霍尔元件平面相垂直时，霍尔电动势可按下式计算www.bzfxw.com式中霍尔常数；磁感应强度；控制电流。式（）表明，霍尔电动势与控制电流和磁感应强度的积成正比（与霍尔元件平面不垂直时则应取的法向分量）。若用被测电路的电压信号产生控制电流，用被测电路的负载电流产生磁场，则输出霍尔电动势就和电路中电压和电流的乘积成正比，即反映了功率量。所以霍尔元件是一个乘法元件，可用来测量功率图表示单相霍尔测功器原理。霍尔元件平面和磁场垂直，使通过元件的控制电流与被测电路的相电压（若系高压则先经电压互感器降压）成正比，磁感应强度与被测电路的电流（若系大电流则先经电液压互感器交流）成正比，即则所产生的霍尔电动势

7式（）中，第二项为二倍频的交流分量，第一项为直流分量，反映了有功功率的大小。通过滤波器滤去交流分量后，霍尔片输出的直流电压即与电路的单相有功功率成正比，即（上列各式中，等均为相应的比例常数。一般采用三相三元件法测量三相功率［见图。这时，发电机输出端电流互感器次级分别接到三个激磁绕组以产生磁场，来自电压互感器的相电压经降压后分别送到三个元件的控制电流端，三元件的霍尔电动势串联相加，其总和即表示为三相功率霍尔电动势信号较小，一般为几十毫伏，需通过测功放大器（又称毫伏放大器）予以放大。电液转换器电液转换器也是一种调节元件。用它将电调部分和液动系统联系起来，同时又把微弱的电信号放大为液动www.bzfxw.com信号，由液动力去控制油动机。现在常用的电液转换器有两种，即动圈式和动铁式两类，而液动放大部分则可分成单级和多级两种。动圈式力矩马达单级液压放大电液转换器。由图可见，校正单元输出信号处理后输入电液转换器的控制线圈，由于电磁场的作用产生电磁力，克服了弹簧力及阻力后使滑阀移动，开大进油与排油口使活塞上边油压升高，而下边油压降低，使活塞下行关小脉动油口图动圈式力矩马达单级，使脉动油压升高，经过滑阀油动机的作用使阀门开液压放大电液转换器大。当活塞下行时通过位移变送器转成电压信号，反馈一线圈；磁铁；滑阀；到输人端，抵消输入电压，又使滑阀恢复到原来位置，一弹簧；活塞；此时动作结束了。在新的稳定工况下，活塞的位置不同变送器；放大器了，油口面积也不同了。由于电气元件都很小，质量也小，可把电气部分看成比例环节。其液动部分可看成惯性环节，经过类似的推导便可求得它的传递函数（式中时间常数，标准分享网www.bzfxw.com免费下载

8）动铁式力矩马达两级液压放大电液转换器。图是它的结构图，由输出的电压信号经功率放大器之后的电流信号作用于线圈，在衔铁的一端呈现极，而另一端呈现极。衔铁支承在弹簧管上，后者是具有弹性的薄壁圆管。当衔铁被磁化后，它的一端受到吸引力而另一端受到排斥作用，产生一扭转力矩，衔铁产生一个转角，致使弹簧管变形。衔铁的转动使反馈杆产生弹性变形，改变了喷油口的排油面积。假定电流的作用使衔铁的左端为极，右端为极，则衔铁受磁铁的吸引和排斥作用顺时针旋转，减小了反图动铁式力矩马达两级馈杆左面喷油面积，使油压增加；因反馈液压放大电液转换器杆右面喷油面积增加，使油压下降。在压一永久磁铁；线圈；导磁体；差作用下滑阀向右移动，打开油口，压力衔铁；一弹簧管；喷油口；一反馈杆；滑阀；节流孔；油经过油口，进入油缸活塞右侧，而左滤网；一油缸活塞侧压力油经油口排出，因此油缸活塞向左移动。如果衔铁上电流反向，则使油缸活塞向右移动。动铁式电液转换器一般与油动机、位置变送器（www.bzfxw.com、功放构成如图所示的伺服控制回路，以完成阀位控制的任务。此系统的传递函数同式（一样。图伺服控制回路阀门位置测量阀门的位置（开度）是通过测量油动机的位置反映出来的。油动机的位置由位置变送器（测出，它的工作原理是采用线性差动变压器测量位置，工作原理如下：为了反映铁芯移动的方向，对于差动变压器最常用的测量电路是差动整流电路相敏检波电路。差动整流电路把两个二次绕组的感应电动势分别整流，然后再把两个整流后的电流或电压串成通路合成输出。图所示为几种典型电路，图（、图（用于连接高阻抗负载的组合，是电压输出型。图中可调电阻是用于调整零点输出电压的。现分析图（的工作原理，其输出波形如图（）所示。假定在正弦交流电压作用下，正半周时，上绕组电位正负，下绕组电位正负，则分别可得电容上的电压和。总的合成输出电压为上述两电压的代数和，即

9www.bzfxw.com图差动整流电路电压输出型；输出波形。当为负半周时，上绕组电位负正，下绕组负正，所得电容电压仍是和。所以不论是正半周还是负半周，通过上下绕组在回路中电容上的电流始终不变，总的输出电压为当铁芯处在位即中间位置时，，所以当铁芯在位以上时，，所以，表针向正方向偏转。当铁芯在位以下时，，所以，表针向负方向偏转。差动整流电路结构简单、线性好，一般不需调整相位及考虑位输出的影响。图为差动整流电路的一种实用电路，变压器的左半部是一个多谐振荡器，它能输出一个近似为正弦波的交变信号。接通电源时，设先导通，则截止，电源电流经，在变压器下绕组产生一个电压，另外电源对充电；同时，上原来保存的电压将放电，使电位下降直至导通，截止。当导通时，电源电流经在变压器下绕组产生一个电压，电源对进行充电；同时上保存的电压将放电，使电位下降，直至导通，截止。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

10图半波电压输出差动整流电路就这样两管周而复始交替地工作，形成振荡，其频率为为滤波电容，使输出波形近似为正半波。整流电路中为温度补偿电路，负载电阻一般为汽轮发电机组动态特性汽轮机的工作原理如下：调节阀门开大后，流入喷嘴室蒸汽面积的汽量增多，喷嘴室内的蒸汽压力升高，流入汽轮机的蒸汽流量增多，汽轮机的功率增大，汽轮机的转速才相应升高。在整个过程中有两个蓄能环节，一个是蒸汽容积，另一个是转子。因此汽轮机作为调图汽轮机的框图节对象，其框图可以用图来表示。由图可见，阀门开度的增大首先是使喷嘴室中的蒸汽压力升高，压力升高后汽轮机的功率相应增大，引起汽轮机转速的相应变化。所以在分析汽轮机的动态过程中，要把它分成蒸汽容积和转子两个环节来讨论。www.bzfxw.com蒸汽容积方程。在讨论蒸汽容积的运动方程式时，将首先讨论一般的情况，然后结合喷嘴室的具体情况加以修正。图是蒸汽容积的示意图。蒸汽经阀门流入体积为的容器，然后经阀门流出。设容器中气体的压力为，阀门前气体压力为，阀门后气体图蒸汽容积示意图压力为。则当和均为常值时，流经阀门和阀门的流量将为容器中压力和阀门开度的函数，即（，）根据气体流动的连续方程式，流入容器与流出容器的蒸汽量之差，应该等于该容器内气体密度的变化与其体积之积，即（（将方程式用泰勒级数展开，并设，略去高阶顶，则得假设气体的状态变化是按多变过程进行的，即常数，则代入式

11）得等式两边均除以得（式中www.bzfxw.com式（即为一般形式的气体容积方程式。对调节阀与喷嘴组之间的容积（见图来讲，因为喷嘴组的出口面积是不变的，所以，即，所以式（就成为在稳定状态下当阀的位移从（此时时，容积中的压力将从（此时，代入式图调节汽阀与喷嘴组之间）后，得的蒸汽容积标准分享网www.bzfxw.com免费下载

12所以由此求得汽轮机喷嘴室的气体容积方程为假设为等温过程，此时。令，而且考虑到取汽轮机的额定流量，则因此，时间常数的物理含义是：当流入体积为的容器的流量为汽轮机的额定流量时，使该容器的蒸汽量自零增加到所需要的时间。如果对式（）的分子分母均乘以，则得（）式中蒸汽容积中的蒸汽膨胀时所做的功；蒸汽在汽轮机内所实现的实际焓降；汽轮机的额定功率。在汽轮机中，除了喷嘴室以外，沿着通流部分还存在一些其他的蒸汽容积。这些容积一般体积较小，或者压力很低，它们的影响一般比较小，所以通常不单独列出它们的方程www.bzfxw.com式，而是折算成为喷嘴室中的蒸汽量，折算时折合后的蒸汽量所做的功等于其他各处蒸汽所做的功，其计算公式为）式中某容积的蒸汽含量；某容积中蒸汽的比焓、压力和比容；热力过程终态点的比焓和压力；效率。按上述计算公式，从调节阀后的喷嘴室开始，逐块求取这些容积中蒸汽的膨胀功，将它们的总和与汽轮机的额定功率相比，就可以求得蒸汽容积的时间常数为（应该指出，这样的折算只是一种近似方法，对于计算超调量比较准确，在分析稳定性时误差可能会大一些。另外，在推导上述方程式时，我们假设容器中的压力处处都是相等的，这个假定只有管道较短时才是正确的，对于长的管道，严格地说，应该按照分布参数的原则来列写方程式。）转子方程。决定汽轮机转子运动的因素有三个：首先是汽轮机的蒸汽转矩

13其次是负载（如发电机、压气机等）反转矩；第三是摩擦转矩。不平衡转矩使转子产生角加（减）速度。考虑到摩擦转矩远远小于蒸汽转矩和负载转矩，可以略去不计，所以转子的力平衡方程式是（式中转子的转动惯量；转子的角速度，汽轮机的蒸汽转矩首先与它的蒸汽流量即喷嘴室内的蒸汽压力有关；其次与转子的角速度有关。蒸汽流量愈多，喷嘴室中的压力愈高，则汽轮机的蒸汽转矩愈大；在功率不变时，角速度愈大，则蒸汽转矩愈小。它们之间的关系可以表示为，）发电机的反转矩的大小，首先决定于用户的耗电量，它随机地随时间而变化；其他与负载的性质有关，例如水泵和压气机的功率和转速的三次方成正比，而机床所消耗的功率基本上和转速的一次方成正比。一般说来，角速度愈高则反转矩愈大，其关系式为（，）将蒸汽转矩和发电机反转矩代入式（，可得www.bzfxw.com（按泰勒级数将式（展开，略去高阶项，并设，则得式又可写成式中，，表示汽轮机自空载至额定负荷时，喷嘴室中蒸汽压力的变化值，在时，。令并设标准分享网www.bzfxw.com免费下载

14则得（式（称为汽轮机一发电机机组的运动方程式，式中，称为转子的飞升时间常数，称为自平衡系数。（式中汽轮机的额定功率。www.bzfxw.com图功频系统方框图对于中间再热汽轮机组，只是汽轮机的蒸汽转矩由高压缸转矩和中、低压缸转矩两部分组成，前者是喷嘴室中压力和角速度的函数，而后者则是中间再热容积中压力和角速度的函数。因此，汽轮机转子的转矩平衡方程式是用线性化、小偏差的方法对上式加以处理，并且和前面一样用相对值来表示各变量，则可得转子的运动方程式为（式中转子的飞升时间常数，高压缸所占的功率比；中、低压缸所占的功率比；喷嘴室容积中压力的相驿变量，中间再热容积中压力的相对变量，

15将中间再热容积看成一个集中容积，即认为其中的压力是处处相等的，则它和喷嘴室容积是非常相似的，只是控制它进汽量的不是高压调节阀的开度，而是喷嘴室中的压力。写出它的连续方程式，则得参考式（）的推导过程，可得中间再热容积的运动方程式是（这样我们以符号］表示转子方程的输入量，可得由此，图各环节可用图的传递函数表示。如果考虑发电机功率的电磁力矩和考虑与电网频率的关系，式（）还可以表示为另一种形式。假设忽略摩擦力矩，则发电机转子的力矩平衡方程式可写成www.bzfxw.com（式中汽轮机的蒸汽力矩、发电机的异举力矩和发电机的电磁力矩。设发电机的转子角速度和电网电压的角频率分别为和，则发电机的电动势与电网电压分别根据角频率和而变化。如果电网容量为无穷大，则电网的电压与频率不随发电机的工作状态而变化，这时电网的电压和频率都可以看成是不变的常数。发电机电动势与电网电压之间的相位角称为功角。我们可以把发电机电动势与电网电压看成是两个分别以角速度和旋转着的向量（见图，则两图发电机电动势者之间的夹角即为显然功角与角频率与的关系为与电网电压（）或写成根据发电机的工作原理，发电机的电磁力矩可以近似地表示为（式（）称为发电机的功角特性方程。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

16对式（）求导得（因为式中发电机电动势角频率（即转速）变化相对值；电网变化的相对值。所以（将式（）代入式（）得或www.bzfxw.com（式中时间常数，当电网频率为，功角为时，根据异步电机的工作原理，发电机的异步力矩与功角的关系为（一般为将式（）用泰勒级数展开，并略去高阶项，得因为，将等式两边同除以得上式两边拉氏变换得（式（）用传递函数所表示的方框图为图

17图方框图电网的传递函数电力系统是一个极为复杂的研究对象，下面仅给出一个简化的传递函数，详细分析请参阅有关书籍。（式中电网频率偏差对额定频率之比；电网机组功率偏差对电网额定容量之比；电网中各旋转机械的时间常数；电网自平衡系数，也即负荷频率特性。现在我们来分析负荷扰动对电网频率的影响。假定负荷扰动为的电网容量为，那么扰动量为www.bzfxw.com，设电网自平衡系数为，则电网频率的静态偏差为如果考虑到电网中机组的控制系统参与一次调频的作用，那么可得（式中电网中第台机组功率占电网总容量的比例；电网中第台机组控制系统的静态不等率；电网中第台机组控制系统的时间常数。对于稳态值，可得设各台机组的转速不等率相等，而且因为，所以有当，负荷扰动仍为，则频率偏差仅为，可见控制系统参标准分享网www.bzfxw.com免费下载

18与一次调频的意义。另外可以看出，提高控制系统的灵敏度和减小转速不等率，可以平滑电网频率的随机偏差。第三节　　　　功频电液控制系统分析由于汽轮机的功率信号比较难以测量，实际应用中常用发电机功率信号代替汽轮机功率信号，从静态角度看二者是没有区别的，但是从动态角度分析，二者的差别还是很大。一、稳定性分析在以汽轮机功率作为信号时，汽轮机功率是调节回路中的一个变量，引入汽轮机功率信号相当于在系统中引入了负反馈（参考图，因而对系统稳定性是有利的。但是，如果用发电机功率来代替汽轮机功率，因为发电机功率是系统的扰动量，所以它对于系统的稳定性是没有帮助的。引入发电机信号后的调节系统将如图所示。下面我们将用频率法来分析它的稳定性。www.bzfxw.com图以发电机功率信号代替汽轮机功率信号后的功频系统将图用传递函数表示则得图图功频系统的方块图根据自动控制原理，两个串联环节的对数频率特性等于每个环节频率特性的叠加，我们也可以把图的方块图看成是两个环节的串联，一个是环节另一个是系统的其余部分。我们可以绘出系统其余部分的对数幅频特性和相频特性，如图的曲线和所示（设，。如

19果取，则环节的对数幅频特性和相频特性如图曲线和所示。将曲线和和相叠加，求得系统的对数幅频和相频特性如图曲线和所示。由曲线和可见，只要合理选择值，则引入比例积分环节后，系统的稳定性是能够得到保证的。引入环节对系统的相余频率并没有影图功频电液调节系统的响，相角稳定余量则略有减小，但只要对数频率特性比较小，其影响是不大的。积分时间常数愈大，其影响愈小，但是值也不能太大，否则系统动作太慢，过渡过程时间太长。为了照顾这两个方面，一般取在图上，取，则系统的相角稳定余量将基本不变，对系统稳定性的影响不大。二、功频系统的负荷适应性功频系统本身具有使调节阀动态过开，以改善汽轮机的负荷适应性的能力。它不需要在系统中附加动态校正器即可达到上述目的，下面阐述它的工作原理。www.bzfxw.com假设汽轮发电机组并网运行，因某种原因电网频率下降了，则按照调节系统静特性曲线，汽轮机的功率应增加。在达到平衡状态后，按照汽轮机的负荷分配，功率中只有小部分来自高压缸，而大部分则来自中、低压缸。这就要求大电网频率变化的初期，高压缸的功率超过稳态时所发出的功率，以弥补中、低压缸的功率滞后。假设给定值没有变化，而电网频率改变了，因此测速元件输出一电压变化给调节器。调节器中的比例部分立即将此电压放大倍，这个电压经功率放大和电液转换器后，使得油动机的开度为正常开度的倍，也就是说实现了动态过开。随着时间的推移，汽轮机功率迅速加大，功率信号逐渐抵消了转速信号。在达到新的平衡状态以后，调节器的输入信号之和等于零，其输出电压和油动机开度均保护新的数值不变。改变放大倍数值可以调整动态过开的倍数，如果比例放大器所引起的功率变化仍不足（或超过）以满足频率变化的要求，则在积分放大器的输入端将出现不平衡电压，此不平衡电压将引起积分器输出电压的变化，此电压的变化将继续引起汽轮机功率的变化，直到与频率的变化相适应为止。但是积分器的时间常数比较大，由于积分器输出电压变化而引起的功率变化将是缓慢的。给定值改变时，调节过程基本上是相同的。但汽轮机功率的变化需要适应新的给定值的要求，在功率变化所引起的测功元件输出电压的变化抵消了给定电压的变化值，系统就标准分享网www.bzfxw.com免费下载

20达到了新的平衡状态。三、功频系统的甩负荷特性前面已经说过，功频系统有两种：一种测量汽轮机功率，以此作为功率信号，另一种测量发电机功率。由于所取信号的不同，系统的稳定性不同，而且更重要的是系统的甩负荷特性有很大差别，产生差别的根本原因是前者是系统的反馈信号，而后者是扰动信号。这个信号在甩负荷时的作用方向使得调节阀打开，因而恶化了过渡过程。对于上面这两种功频系统进行计算和试验，不难发现二者的过渡过程有很大差别。测量发电机功率作为功率信号时，其转速飞升要比测量汽轮机功率时要高得多。而且还可以看到，在过渡过程的初始阶段，油动机的运动方向不仅不是关小调节汽阀，相反却是开大调节汽阀。（见图处），只有在转速升高到一定数值时才能克服这一现象，这种现象通常称之为“反调”，它不仅对系统甩负荷时的转速飞升带来不良的影响，而且对电网发生事故时的稳定性也是不利的，必须努力设法加以克服。图功频系统在甩负荷时为什么以发电机功率信号代替汽轮机功率信号的“反调”现象会出现“反调”呢？从图和图可以看到，转速升高会使油动机关小调节阀，而功率（不管是发电机功率还是汽轮机功率）减少的信www.bzfxw.com号与转速升高的信号是相互抵消的，它们的符号是相反的，所以功率减少的信号将使得油动机开大调节汽阀。但是，既然功率减少的信号都有开大调节阀的作用，为什么“反调”现象单单出现在采用发电机功率信号的时候呢？假设汽轮发电机突然甩去全负荷，则汽轮转速迅速上升，关小调节阀，减少汽传输线机功率，最后建立起新的平衡。我们画出甩负荷时发电机负荷信号、转速信号的汽轮机功率信号的变化曲线，如图所示。从图上可以看到，由于转速的变化是发电机负荷变化所引起的，所以转速信号的变化落后于发电机负荷信号的变化；而汽传输线机功率的变化又是由于转速的变化所引起的，所以汽轮机功率信号的变化又落后于转速信号的变化。对于以汽轮机功率作为功率信号的系统，由于汽轮机功率信号始终落后于转速信号，甩负荷后二者之差始终为正，所以不可能出现“反调”。而对于以发电机功率作为功率信号的系统，转速图甩负荷时发电机负荷信号落后于发电机功率信号，甩负荷后的初始阶段二者之信号、转速信号和汽轮机差为负值，它将使调节阀开大而不是关小，功率信号的变化曲线发电机负荷信号；一转速信号；因此会出现“反调”现象。汽轮机功率信号找到了产生“反调”的原因，就有可能采取措施来克

21服“反调”现象。根据汽轮机的力矩平衡方程式式中、汽轮机功率和发电机功率；汽轮发电机组转子的转动惯量。移项后，可得式（）表明，发电机功率信号如果再加上加速度信号就可以等于汽轮机功率信号。所以在系统中如果再引入转速的微分信号，并且适当选择微分信号的放大倍数，从理论上是可以把发电机功率信号校正成为汽轮机功率信号的。另外，从图上我们看到，“反调”的产生是由于发电机功率信号超前于转速信号所引起的，如果使测功元件与一个滞后环节相串联，以延迟功率信号的变化，也可以达到克服“反调”的目的。一种简单但是不很完善的办法是串联一个惯性环节计算表明，单纯采用功率延迟，还存在少量的“反调”作用。实现理想的微分环节不如实际微分环节实用，所以一般用实际微分环节来www.bzfxw.com代替理想微分环节，而且为了避免把其他干扰信号同时放大，放大系数也不能取得太大。所以在实践上有时同时采取上面的两个措施，这时调节系统将如图所示。为了克服“反调”，在整定系统时要求在甩负荷后转速的微分信号至少能够将来自测功元件的功率信号抵消掉。图用转速的实际微分信号克服“反调”假设负荷变化的相对值为则来自测功元件的功率信号经惯性环节的延迟后，其信号电压的相对值的拉氏变换为在甩负荷时为负值。在甩负荷的瞬间，当汽轮机功率还没有变化时，转速相对变化的拉氏变换为经过实际微分环节后（见图得信号标准分享网www.bzfxw.com免费下载

22我们要求加速度信号电压至少抵消功率信号电压，即要求如果取（）则为了克服“反调”，我们要求（式（和式（）所表示的条件，就是在图的系统中为了克服“反调”所要求的条件。克服“反调”还可以采取其他措施，例如引入负的功率微分信号（见图。因为功率减少的信号具有开大调节汽阀的作用，所以负的功率微分信号在减少负荷时能起关小阀门的作用，能够抵消功率信号的不良影响。因为它是微分信号，只在过渡过程中起作用，所以对系统的静态特性没有影响。为了防止在负荷正常变动时，因微分作用而引起系图用负的功率微分统的强烈动作，一般在功率微分信号的输出端加上信号克服“反调”一个死区。当微分器的输出电压小于某一幅值，不引起系统的动作。只有当机组有大的负荷变动时才引起系统的动作。www.bzfxw.com功率微分信号是单向的，它只在负荷减少时起作用，在负荷增加时不起作用。在电网故障时，为了电网本身的安全，一般要求汽轮机迅速减少功率。功率微分信号能够在这种情况下迅速关小调节汽阀，因此能协助电力系统，为排除故障提供有利条件。还有其他克服“反调”的方法，例如将转速微分信号直接加到调节器后面等等，这里不再一一举例了。在功频电液调节系统中，为了限制在甩负荷时的转速飞升，普遍采取了在甩负荷时切除给定值的方法。由于减少给定值能够引起汽轮机转速的下降，所以在甩负荷时切除给定值能够有效地减少汽轮机转速的升高。图是功频系统在甩负荷时不切除给定（不加任何校正）的转速飞升曲线。图是在相同的条件下切除给定的转速飞升曲线。比较这两条曲线可以看到，甩负荷时切除给定可以大大降低转速的飞升值。图甩负荷时不切除图甩负荷时切除给定的转速飞升曲线给定的转速飞升曲线

23随着机组容量的增大和参数的提高，机组的启动和运行变得越来越复杂。从汽轮机诞生起一直采用的机械液压式调节系统已不能满足生产要求，因此在年代初出现了把电子技术和液压技术相结合的模拟电液控制系统（。随着计算机技术的发展和普及，在年代初出现了数字电液控制系统，，目前普遍采用的是以，分散控制系统）为基础的系统，它具有对汽轮机发电机的启动、升速、并网、负荷增／减进行监视、操作、控制、保护等功能，以及数字处理和显示功能。基于的系统有如下特点：用操作员站和打印机来监视机组各种参数及其变化趋势。）具有转速控制、功率控制。www.bzfxw.com主蒸汽压力控制（、超速保护控制、阀门快关控制等。阀门管理功能。）按热应力升速和加载的功能。软件的模块化和硬件的积木式结构使系统的组态有极高的灵活性，事故追忆打印功能有利于对事故的实时分析。第节的　　　　组成图为控制系统简图。系统由下列个主要部分组成：的模件柜和端子柜。）操作员站及工程师站。进汽阀门的伺服执行机构。高压抗燃油控制系统。高速数据通信公路。整个系统通过数据高速公路连接在一起，即过程控制机柜（个或个）、操作员站、工程师站都挂在高速公路上，分别完成操作自动、超速保护、转子应力监视和汽轮机自启停功能等，同其他计算机的联系是通过计算机接口单元实现的，它亦属于高速公路上的一个站点。图为控制器原则性系统图。传感器、隔离器（光电隔离，隔放大器）和模标准分享网www.bzfxw.com免费下载

24www.bzfxw.com

25数（转换器构成了主控制器的数据采集能道，反映机组状态的参数（如油开关状态、金属温度、转子振动）和被控变量（转速、发电机功率、调节级压力）通过数据采集通道进入主控制器，的控制则完成输入信号的处理和控制计算（这部分由计算机完成，也称为数字系统），并产生输出信号送至电液转换器及执行机构去完成相应的功能。图控制器原则性系统图控制器的硬件由系统的过程控制单元（）组成，它的内部装有多功能控制器个，带冗余功能），可以完成汽轮机控制的特定功能（如：，过程控制单元（）挂在高速公路上，并能与系统中（其他的站进行数据通信，以实现信号共享。过程控制单元的输入／输出功能由安装在模件柜中www.bzfxw.com模件来完成，另外，还装有伺服卡，以实现阀位控制，伺服卡可以接受手动和自动两种信号，使阀门位置达到所要求的开度。引进型机组共有个高压主汽门，卧式布置，有个高压调节阀，立式布置，有个中压主汽阀，个中压调节阀。正常运行时，系统是通过调节高压调门）来控制汽轮机的功率。而在机组启动阶段，分两种情况，旁路系统切除）时，控制系统是先后通过高压主汽门）和高压调节阀来控制机组按要求的方式进行启动，升速直到并网；旁路系统投运（）时则由中压调节阀来控制机组按要求的控制升速，到达切换速度（）时进行切换，切到控制后，还要进行切换，最后由控制机组并网带负荷，后一种情况，由于目前机组本身条件不太成熟，一般采用前一种启动方式。当电网部分甩负荷时，系统通过快速关闭中压调节阀来保护机组，而电气主开关跳闸时，系统将通过高、中压调节阀门来控制汽轮机转速，防止机组超速。为了实现上述功能，系统必须获得机组运行的有关信息，即汽轮机转速信号、发电机输出功率信号和代表机组负荷的汽轮机第一级（调节级）压力信号，这个信号是作为转速和负荷控制的反馈信号。此外，还有主汽压力、温度、再热器压力、励磁机开关状态等反映机组运行状态的信息，以作为集中监视、校正计算的依据。主汽门和调节门的液动执行机构是由一套高压油系统来驱动的，高压油系统采用三芳基磷酸脂抗燃油，它具有良好的润滑、稳定液态和抗燃性能，它由两台互备用的电动油泵标准分享网www.bzfxw.com免费下载

26和减压阀来建立一定的油压。正常情况下，液压系统根据系统的控制信号去调节主汽门或调节阀门开度，电液转换器将以系统来的电气控制信号转换成油压信号至油动机执行机构，油动机活塞在油压的作用下相对运动，带动附加有弹簧作用力的阀门上下运行，改变阀门的开度，从而达到控制机组负荷／转换的目的。一定质量、温度和压力的高压抗燃油由高压供油系统提供，它一方面为机组的各阀门油动机提供压力油，将电信号转换成液压信号调整阀门开度，同时，它又通过节流孔进入自动跳闸母管，在（自动紧急停机）电磁阀和隔膜阀关闭的情况下，建立自动跳闸母管油压，一旦机组故障引起电磁阀和隔膜阀开启时，泄掉自动跳闸母管压力油，使油动机活塞上下差压相等，阀门在弹簧力作用下迅速关闭，保护机组，避免事故进一步恶化。常用隔膜阀的开关受机械超速和手动跳闸母管油压控制，该油压是由润滑油通过节流后建立的，自动停机回路上还装有电磁阀，它接受电气跳闸信号。引起电磁阀跳闸的信号有：凝汽器真空低，轴承油压低，推力轴承磨损（串轴保护），高压抗燃油压力低，汽轮机转速超过等，其中任一情况出现均可使汽轮机停机。操作员接口包括两台及其触摸式操作面板，另外还有一块手操面板。控制系统通过操作员接口实现人一机联系，操作人员可通过操作面板选择机组运行方式、控制方式和阀门试验方式，将机组的控制命令（目标转速、负荷、变化率）送到控制器，控制器一方面对外部命令和机组状态变量进行处理，送显示（即操作员面板上的状态显示），将命令执行情况及目前机组状态告诉操作员，为操作运行提供信息；另一方面，将增减机组转速／负荷命令变成机组能够接受的指令，经当前时刻的被控制量校正www.bzfxw.com（如频率校正、发电机功率校正、调节级压力校正）后，形成当前控制周期的控制量送到伺服执行机构。显示可为运行人员提供各种预先设计的画面，不同的画面为操作人员提供了进入汽轮机操作不同区域的通道，标准系统提供了种基本控制画面，通过这些控制画面可以实现所有的操作功能。手操面板提供了在某些故障情况下对汽轮机实现手操控制的能力，在这种手动开环控制方式下，由操作员直接控制进汽阀门位置，以达到在线控制的目的。在集控室除显示、手操面板外，还有危急跳闸遮断盘（）和汽轮发电机状态参数监视检测盘（，另外，系统还可选配打印机、大容量硬盘等。第二节系　　统　　的　　功能在众多的对汽轮机实现计算机数字过程控制的装置中，美国西屋公司汽轮发电机所配的系统以其功能完善和自动化程度高而著称，其目前也是以为基础的，称作。下面主要介绍它的功能：的原理框图见图所示，该系统接受来自汽轮发电机组的三个反馈信号：转速、发电机输出功率以及调节级后的压力。控制汽轮发电机组从盘车转速开始，经过冲转、暖机、升速、阀门切换、并阀、带初负荷、加负荷直至正常运行。它参加电网的调频，进行负荷的控制。控制系统的设计原则为：在运行状态变动过程中，以尽可能延长机组的寿命，确保其

27图的原理图安全为准则；在稳定状态运行中，以尽可能提高机组的经济性，确保其安全为原则。操作方式手动。当计算机发生故障，或者运行人员需要时，其控制系统可以自动或者人工的转换为手动（硬手操）。在手动运行时，若万一发生汽轮机超速或者油动机开关跳闸的情况，超速保护控制器（）就将快速关闭的信号输入到阀门的驱动卡上，并将阀门快速关闭。而停机时的指令也可以直接加到驱动卡上，致使阀门快速关闭。当自动系统恢复后，其自动输出跟踪手动输出，在控制台（操作员站）上用人工按下www.bzfxw.com相应的按钮，致使系统重新恢复自动。手动运行的电源是由磁发电机供给的，因此是安全可靠的。操作员自动（。这是汽轮机厂推荐的一种运行方式，在机组首次启动时，这是被指定为必须使用的运行方式，操作人员根据操作员站给出的运行指导，人工在控制台上设定升速率、目标转速，使机组升速，暖机转速定为，开始进入同步转速，当达到时，即可并网带初负荷，然后，由运行人员再输入相应的升负荷率和目标负荷，致使汽轮发电机组带上负荷。在每个台阶处，控制台均设有运行人员确认断点的按钮，必须由运行人员确认上一阶段的进程完成后，才能进入下一个流程。汽轮机自动启动程序（功能是美国西屋公司的专利，它对应机组开发了个子程序，运行人员可以投监视，也可以投运行。当投入监视时，汽轮发电机组处于操作人员自动（）方式运行，但是，只要在运行时，汽轮发电机则处于全自动运行，这时根据高、中压转子应力计算得出的最佳结果，自动地给出升速率或升负速率，而各个阶段的升速目标值，也同样是按顺序自动地给出的。对于机组的热、冷启动，则是根据高、中压转子（第一级处）的温度是否大于℃来确定。所注意的不仅是机组的参数，例如振动，差胀、蒸汽室内部温度及转子应力等，而且根据这些参数的变化过程还能计算未来预期的值。如果预测值将要超过报警极限，则为了防止出现报警情况，就会采取加速或怠速等措施，在运行时，所有的报警及正常运行过程的住处值得可由打印记录保存。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

28启动方式冷态启动。用（关闭旁路）方式启动。当高压主阀前压力达到温度达到℃邻近时，汽轮机即挂闸，而且中压主汽阀）开启，当处在操作人员自动方式下，运行人员把阀位上限升高到时，只高压阀（）和只中压调节阀均开启，然后给出升速率和目标转速。当升至时进行摩擦检查，然后，给出目标转速暖机。暖机结束给出目标转速。当达到这一转速时，进行阀切换，关闭，当转速下降到达时，自动开足。当转速升到时，即可投入自动准同期（，由同期装置发升降转速脉冲，来改变的转速给定。当汽轮机转速升到时，机组并网，并带上的初始负荷，然后再由运行人员给出相应的升负荷率和目标负荷，使机组把负荷逐步带上去。热态启动（中缸启动方式）。用（打开旁路）方式启动。当再热器中的蒸汽为时，且再热器温度比中压转子第一级的温度大，而蒸汽又为过热蒸汽时，即可用中压阀门冲转，同时高压缸中的蒸汽通过通风阀而被抽成真空。当转速达到时，需要暖机，然后将保持开度，开启，使机组升速到达，进行的阀切换，阀切换完成后，开足，由来控制汽轮机转速，直到同步并网，一旦并网，即会突开一个开度，使机组带上的初负荷，此后，由共同开启，将负荷逐步带上去。此方式目前仍不太成熟，使用较少。的运行方式www.bzfxw.com可以协调控制。当投入协调控制系统（后，只需投入转速反馈回路（起到保护作用）。这时，接受来自的负荷指令（一般为脉冲信号或模拟信号）去控制汽轮机的阀位。以汽机为主。这种运行方式是以汽机调功率，汽机可以参加一次调频。这时，可以投入主蒸汽压力低保护功能，即当主蒸汽压力降到设定值的时，汽轮机自动降低负荷，最多降到达额定负荷为止，以保护锅炉的出口压力。机跟炉。即汽机不参加电网的一次调频，只维持锅炉出口汽压的稳定。此外，在允许改变锅炉出口压力来改变负荷时，机组可以采用滑压运行，此时，可以用来保持的固定不变，随着锅炉出口蒸汽压力的改变，负荷也产生了变化，以达到提高经济性的目的。还可以采用一种称为混合运行的方式，即当处于（）负荷时，采用滑压运行，其他负荷时为定压运行。阀门管理在启动或者在负荷大幅度改变时，为了减少汽轮机转子的热应力，一般均采用“单阀”的运行方式。然而在正常运行时，为了大大地减少由于节流所带来的损失（这种损失是由阀门的部分开启造成的），则采用“顺序阀门”运行方式。由此可见，的另一个功能是，在负荷不变的情况下，运行人员可以根据其需要将两种运行方式自由地进行转换。阀门活动试验为了防止各阀门被卡死而造成机组运行的不安全性，因此，在运行过程中必须要定期

29对阀门进行试验。在对（主汽门）和（调门）进行关闭试验时，必须预先将负荷减到额定负荷左右，单边进行关闭试验，一边的三只缓慢地关闭，一直关到底为止，这时的快速关闭，再开启，然后，运行人员再操作“开”的按钮，把上述三只关闭的缓慢地开启。当这边关闭时，由于回路的积分作用，另一边的就会自动开启，从而维持其负荷不变。然后，再进行另一边的一只和三只的关闭活动试验。对和，也同样单边进行关闭活动试验，而不需要减负荷。但必须注意，先关，后关，先开。若先开，则因前后的压差较大，将不能开启。超速保护控制（）功能它的主要功能是用来防止汽轮机发生超速，以避免其危急遮断。它是通过的超速功能及甩负荷预测功能部件来实现的。的各项功能如表所示。表超速保护控制器功能当机组的转速超过额定转速时，电磁阀动作，就快速关闭和门。在www.bzfxw.com时，就由额定转速的限制来“控制”，以排放出再热器内残留的蒸汽。当转速低于时，再缓慢开启，以维持机组的空转或电厂的用电。在时，是同步关下的，当转速低于时，再缓慢地开启，以维持机组的空转或厂用电。当主油开关跳闸时，电磁阀立即动作，快速关闭当电网发生故障时，致使汽轮机的中压调门迅速关闭，这只是瞬时减少动力不平衡，然后，隔一定时间后再开中压调节阀门。第三节自动控制系统分析转速控制转速控制部分见图中时，即机组没有并网，由运行人员给出转速的目标值及升速率，经给值处理程序得到转速的给定，与实际转速比较后，得一偏差信号，经运算后给出的阀位指令。当转速达到时，进行的阀门切换，切换完成后，转速的偏差信号经运算后，给出的阀位指令，由自动准同期装置升速到，后并网，带上初负荷。负荷控制一次调频。由图可以看出，机组并网后，操作人员给出的负荷指令经给定值处理后，要经过一次调频的修正，即是否投入一次调频（指或标准分享网www.bzfxw.com免费下载

30如果投入一次调频，则（投与不投由运行人员于操作员站上选择），可得为（）当时（为实际转速），，说明运行人员给出的负荷指令大于电网的负荷需要，所以要进行修正，而采用频率修正是一个比较好的方法。当时，，说明运行人员给出的指令小于电网的负荷需求，应加大机组的出力。自动地增减机组负荷的出力，一次调频是一个好的方法。当时，，说明供、发电平衡。）负荷控制（见图。经一次调频修正后的功率指令，在（投入）的情况下，表明投入电功率（）反馈，即要根据的偏差大小，经运算后去调整的开充。但由于汽轮发电机组动态特性存在非线性的关系，这里采用了一种简单的适应控制，原理如下：从第一章第二节汽轮发电机组的动态特性可以看出：当机组的进汽量发生变化引起汽轮机负荷的变化，在不同的负荷时其静态放大系数是不同的。即静态放大系数与汽轮机的进汽量成反比，为了改善控制系统的控制品质，采用了如图所示的简单控制系统，图中（）为广义对象，等于上式中www.bzfxw.com可以看作是不随负荷变化的常数。这是因为当增加时，是减少的，反之亦然。所以可以近似看作不随机组负荷变化，这样就可以使此控制系统维持在准最优控制的品质上。图简单适应控制系统速度级压力（）控制。在机组负荷大于时，汽轮机的速度级压力与机组的负荷成正比。但由于高压调门依次的开启具有一定的重迭度，调门阀碟本身的开启特性等因素导致调门升程与汽量关系总是非线性的。这将无法实现负荷设定基准与实际负荷特性关系的线性化，此外将导致负荷偏离预定值，而经常性的负荷突变所带来的热冲击无疑会增大机组寿命损耗。因此，机组中的控制系统增加了速度级压力反馈回路，补偿配汽机构特性的非线性，使负荷设定基准与实际负荷的特性逼近直线关系。假设由于调门特性的非线性因素，在负荷设定基准实际负荷特性曲线（见图）中存在水平曲线段，在图速度级压力反馈原理

31的阀位信号调门的开度下，实际负荷仅有效，相对应的第一级压力先降到了，静态工作点也降到了图中的点，此时，由于速度级压力信号反馈与给定功率所对应的压力产生一个偏差信号（此信号比功率的偏转信号来得快），将开大高压调门，自点向上越过理想的虚线，再经反馈最终稳定在点。所以在升降负荷的过程中，一旦速度级压力信号偏离线性，调门即予以补偿，这就保证了控制的灵敏性。应当指出，由于速度级压力反馈原理使之保持直线关系的是负荷设定基准与实际负荷的特性，而非进汽量与调门开度特性关系，因此，为了速度与变动率的合格，调门重迭度的调整工作应给予重视。第四节系　　统　　的　　操作的操作盘一般有两种，一种为通用操作员站上的软操作（由触摸式键盘调出相应的画面），另一种为辅助操作盘（硬手操或后备手操）。正常情况下，以操作员站为主要控制方式，辅助操作盘为备用。两种操作盘设置的主要目的是提高控制系统的安全可靠性，每种操作盘均能使运行人员完成下列各种操作：（汽轮机挂闸。按期望的升速率控制汽轮机的盘车转速升至同期转速。进行切换。www.bzfxw.com对转速及负荷控制进行自动／手动控制方式的切换。超速保护的投、切除和试验等功能。下面以新华的触摸式键盘为例进行介绍。一、辅助操作盘辅助操作盘由按钮、指示灯、显示仪表及钥匙开关等组成，其布置如图所示。它有三个阀门开度指示表，两个带钥匙的开关。当发生故障时，如无法实现自动控制时会切到手动。此时，辅助操作盘上的手动指示灯亮，操作员如需操作阀门位置，必须将手动／自动钥匙开关切至手动位置，然后按相应的阀门增减键，并由条件指示表指示阀门开度。按下“阀门增速”键后，阀门增减速度加快倍。超速保护的钥匙开关正常时应在投自状态，当进行超速保护试验时，钥匙开关应打至试验位置。挂闸、停机按钮分别送出两对接点至（危急遮断系统），进行汽机挂闸时打闸的操作。低汽压保护（）在手动情况下的投入按下“低汽压保护”键即可，主汽压的设定值一般为额定汽压的（由维修盘的设定），在自动时，按下此键无效。二、触摸式键盘触摸式键盘如图所示。它是系统的通用键盘。键盘上共分个区（此键盘为的通用键盘）。用户定义区共有个用户定义键，上半区定义了一些专用操作键，操作员可以操作这些按标准分享网www.bzfxw.com免费下载

32钮直接输入指示；下半区定义了一些画面快捷键，可通过这些键迅速调出相应的监视画面。用户可通过文件自行配置和修改这些键的定义。标准功能可按“单点”、“一览”、“趋势”等调用相应功能。报警可调出报警测点和进行报警确认。画面进行翻画面操作（未用）。www.bzfxw.com图手操盘

33图触摸式键盘控制操作手操器（未用）。鼠标用光标移动替代鼠标，选择目标。www.bzfxw.com字母键操作过程中所属输入的数字、字母输入。三、图象画面上的软操作盘在画面上设计了块软操盘，操作员对的操作指令一般都在这些软操作盘上输入。升速控制操作盘该盘上提供了“目标值”、“升速率”、“进行”、“保持”、“阀限”、“启动方式”、“自动同步”、等汽轮机升速过程中常用的操作。负荷控制操作盘该盘上提供了设定“目标值”、“变负荷率”、“进行”、“保持”、“回路投切”、“阀门控制方式”、“双机切换”等操作。旁路控制与超速试验在该盘上可根据旁路状态进行旁路投切操作和进行超速试验。其他控制方式可设定控制、遥控、控制、机调压、定压控制等方式。阀门试验操作盘该盘将阀门试验操作指令和阀门的指令反馈棒图结合在一起，操作员可直接在画面上选择阀门做相应的试验，并迅速观察到操作结果。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

34上述个软操盘中，除阀门试验盘外，其他个均为弹出式小操作盘。需要操作时，按图像下方相应按钮，小操作盘就会弹出显示在画面左上角。用鼠标左键按住小操作盘标题栏拖到适当位置，即可以一边观察画面上数据，一边在软操作盘进行操作。最常用的操作是升降负荷和转速，因此在大部分模拟图的右上方都设计了“目标值”、“保持”、“进行”三个按钮，运行人员可直接操作这些按钮。当要进行其他操作，例如改变运行方式时，需调出相应的专用操作盘。www.bzfxw.com

35本章主要通过对引进型汽轮机数字电液控制（）的组态图的逻辑分析，来深入了解的功能实现，主要分析以下四大部分。控制功能（升速控制。负荷／频率控制。调节级压力控制。）顺阀／单阀控制。汽轮机自启动。保护功能负荷不平衡保护。超速保护。低汽压保护。阀门试验功能www.bzfxw.com阀门关闭试验。）超速试验。）机械超速试验。高压抗燃油及阀门伺服系统抗燃油的产生。）主汽门伺服系统。第一节　　　　汽轮机转速控制汽轮机从冷态启动到额定转速是通过控制主汽门（）升速到，然后进行主汽门（）到高压调门（）的转换，由门升速到来实现的。运行人员可由操作站选择转速的目标值和升速率，由给定处理程序计算出给定值（运行过程中，运行人员可通过进行（）和保持（）键控制机组的升速情况。其基本原理如图所示。转速控制系统具有以下特点：转速控制器（控制器）一般为纯积分作用。）转速控制器的输出有限制器作用，以防止汽机超速。在手动方式时，转速控制器跟踪实际阀位。）转速超过额转速时，或者在发电机并网运行（时，强制输出等于标准分享网www.bzfxw.com免费下载

36图转速控制系统一、转速信号的测量及监视汽轮机转速信号是汽轮机控制中的一个重要的信号，其可靠性直接影响机组的安全运行，所以在中采取如下措施：由汽轮机测速传感器得到的交流信号，经过速度转换模板为脉冲信号，再经过输入隔离模板送到计算机，如图www.bzfxw.com所示。图测速原理为了提高转速信号的可靠性，在中常采用三取二或三取中的方法，如果一路测量信号出现故障，机组照常可以在自动方式下运行，如果两路测量信号出现故障，机组则改为手动方式运行。图给出了三取二逻辑的形成。图转速信号的逻辑判断

37转速首先经过上、下限的判断，得出其是否在合理的工作区内，然后通过与转速比较，看二者的差是否在合理的范围内，如果以上条件成立，则认为转速正常（，同理可以判断转速和是否正常。在均正常时，转速的实际信号以信号为控制、监视信号，在故障，正常时，选作为输出。在三路中有两路故障时，得到信号，此时转速信号二、转速目标值、速率、给定值的产生汽轮机转速的目标值一般由运行人员在操作员站给出，其目标转速一般包括以下几个转速：摩擦检查转速。）暖机转速。阀门切换转速。额定转速。目标值经过速率限制后，才能得到给定值，它们之间的关系如图所示。在升速的过程中，还有汽轮机的临界转速、并网等问题，一般中，通常采用综合考虑中的给定值处理程序，即把转速和负荷控图目标值、给定值的关系图制的目标值作为一个整体进行处理。图给出了给定值处理逻辑图。图中，目标值的产生有以下几种：www.bzfxw.com方式为机组协调控制方式，在此方式由指令直接控制高压调门的开度。）转速的目标值若设置在汽轮机转速的临界区时，则自动修改转速目标值在非临界区，以防止人为的操作失误。）在自同期方式下，接受来自同期装置的增减命令，调节汽轮发电机组的电压频率，满足同期要求。方式是由自启动装置给出转速的给定值，它综合考虑机组当时的应力，给出升速曲线。操作员在自动方式时，运行人员可以直接设置转速或负荷的目标值，此情况由机组是并网运行还是未并网运行决定。三、主汽门（）控制高压主汽阀门（在锅炉汽轮发电机组系统中的作用协助锅炉汽轮发电机组的启动，针对西屋汽机系统的两种自启动方式，相应生成了高压主汽门的两种运行方式。图给定值处理逻辑标准分享网www.bzfxw.com免费下载

38机组冷态启动时，承担了机组由盘车后的转速升到的任务。机组热态启动时，承担了将控制的最大转速升到时，将执行至的切换，切换完成后全开，机组由控制升速，并网和带负荷运行。在机组出现异常工况（如时，短时间内迅速关闭高压主汽阀门，切断锅炉向汽轮机供汽，可起保护汽轮发电机设备免遭损坏的作用。综上所述，我们已知：机组冷态启动时由高压主汽门控制机组从盘车转速升至热态启动时控制从提升至。无论是冷态还是热态启动，控制机组转速有操作员自动方式（）和自动汽机程序控制（）两种方式供选择。选择控制方式后，将相应方式下目标值按给定的速率逐步转化成机组所接受的设定值，再与现时刻的速度进行比较，经校正后形成控制量，控制机组的转速变化，工作原理如图所示。www.bzfxw.com图高压主汽门控制原理图高压主汽阀门控制逻辑高压主汽阀控制能自动地工作，是根据一些逻辑标志识别机组的状态，从而采取相应的控制策略实现的。高压主汽阀门控制涉及到以下所述个状态逻辑标志。主汽门控制。

39灯亮。至转换结束（）。至转换在进行中。图是高压主汽门控制逻辑图。汽机挂闸前）上述状态标志均被复位。汽机挂闸后（，若旁路系统投入运行（，则“中压调节阀门控制”标志置位（这时控制的个逻辑标志处于复位状态，转速由控制，直到的转换完成（“中压调节阀门控制”复位时，“主汽门控制标志”被置位，同时操作盘上“主汽门控制”键钮灯亮灯亮”逻辑被置位，机组开始由控制升速。www.bzfxw.com图主汽门控制逻辑若旁路系统不投入，则汽机挂闸后，“中压调节阀门”标志复位，“主汽门控制”标志立即被置位，且“灯亮”置位，故机组的冲转升速一开始就由控制。如果机组跳闸，主汽门关闭便会使“主汽门控制”标志复位，并使灯熄标准分享网www.bzfxw.com免费下载

40灭。如果开度大于，即转速已由控制切换到控制（，则标志复位，灯熄。只有自动时，即非控制，又非控制，或手操作时，主汽门开度即非关闭状态，又非大于开度时，灯亮，主汽门控制标志被置位，表明机组处于转速阶段。机组达到由至的切换转速时，操作员按“高压调节阀门”键，控制（标志置位，因而“至转换在进行中”标志被置位。系统自动地进行阀门的转换。此时，“主汽门控制”标志被复位，而灯仍亮，当开度大于时，转换结束灯灭。高压主汽阀门程序控制框图图是程序控制图，它示意了如何根据机组状态，选择相应的控制策略，由此而产生的控制子程序被系统的控制任务定时调用，计算控制量，控制从而达到控制机组的目的。在中压调节阀门控制时（主汽门处于关闭状态。在控制时，调用主汽阀门速度控制的计算子程序，计算主汽阀门的控制量。）如果机组非控制，又非和控制，则推断为机组跳闸，关）若系统正处于由至的转换过程中（www.bzfxw.com这时主汽门控制程序选取至转换时的开度作为输出转换过程中保持开度不变。若“主汽阀门控制”已转换为“调节阀门控制”，但还未全开，则以一定速率开）若主汽门已全开，则保持全开状态不变，除非工况异常。）控制量送内存单元，以便卡读此数据，控制阀门。四、转换到控制汽轮机转速达到后，汽轮机的转速将由主汽门控制切换到高压调门控制。此功能是由运行人员按下高压调门（）控制键开始进行的，阀门的切换如图所示。图中，在时刻开始进行到的转换，开度不变，以一定的速率关小阀门，直到转速由图高压主汽门控制程序框图

41下降到为止，然后得到一个以一定速率全开的偏置，当全开后，阀门转速结束。图阀门切换过程五、高压调节阀门控制回路无论机组是冷态还是热态启动，高压调节阀门（）的速度控制是指，将机组从“主汽阀（）控制”切换到“调节阀（）控制”时转速升到同步并网转速（）和实现同步并网这两个阶段的转速控制。在机组进入调节阀门的速度或负荷控制之前，首先应建立调节阀门控制状态标志以便控制器根据机组的状态，选择控制策略，控制的状态逻辑框图已在前面阐述。一旦标志建立，且至的转换结束，便可以在方式或方式下将转速从切换时刻的值升到同步转速，www.bzfxw.com速度控制原理如图所示。图高压调节阀门速度控制原理框图将图与速度控制图相比较，除增加了同步器控制升、降转速的信号以外，其他如控制方式的选择、设定值的形成、比较器、校正器、限幅器等，它们的工作原理均类似，此处不再赘述。下面分析自动同期如何控制机组的转速。机组升速到同步转速附近（，可投入自动同期，从方式或方式标准分享网www.bzfxw.com免费下载

42进入到自动同期工作方式。图示意了如何建立同步器控制标志的逻辑。www.bzfxw.com图自动同步器逻辑系统处于方式时，可以通过操作盘上的“自动同期”按键来投入，也可以由程序选择来实现。当然，这时机组的运行必须满足转入自动同期所必须的条件，即图中触发器复位输入端应为逻辑“假”（低电平“运行人员操作控制盘上的“全自动”（即“按钮可以使系统脱离自同期方式。进入自动同步器方式后，系统可以接受自动同期装置来的触点输入信号，将脉冲信号转换成速度设定值（见图，控制机组转速使汽轮机转速按电网频率增加或减少。每一个增或减的脉冲信号可改变机组转速，最终使汽轮机转速等于电网频率所对应的转速。在汽轮发电机组系统的频率、电压、功角与电网一致时，可合上发电机主变压器油开关（，实现机组并网，从而进入负荷控制阶段，并网时机组为防止电流灌入（逆功），将带上）的初始负荷。六、进行（）与保持（）逻辑机组处于方式时，运行人员输入目标值及其变化速率。但系统能否将目标请求按一定速率转换成机组能接受的请求值，还要看逻辑状态“”是否置位是否按“进行”键。当“”时，系统才能使阀门控制回路的设定值按操作员选择的速

43率向目标值逼近，从而调整阀门开度，达到控制机组转速、负荷的目的。若逻辑状态”被置位时，系统将维持原态不变。”与“”逻辑框图所示。当下列条件同时满足时，，标志将被置位。www.bzfxw.com图和逻辑系统处于自动工作方式（）或维修测试方式，但不处于远方控制方式。）机组运行工况允许操作员调整设定值，即：机组不是处于负荷返回状态（控制系统的设定值未达到预定的限制。励磁机的状态未发生变化。操作人员已输入目标请求值，但重按“目标值”键修正目标值，且控制系统的目标请求值与现有请求值不相等。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

44）运行人员按“进行”键。在“”标志被置位的同时，操作盘上的带灯按钮“进行”键所带的指示灯被点亮，控制回路的设定值以操作员给定的速率趋向目标请求值，一旦设定值等于目标值，”标志变被复位，如果上述（（条件中的任意一个不满足时，“进行”键将不起作用。操作“保持”键使“标志复位，从而禁止系统对设定值进行调整，即使是在设定值向目标值趋近的过程中（即“，操作“”键也能中止其变化。在系统同时满足下列条件时：系统处于自动方式或维修测试工作方式，且不是远方控制方式。发电机励磁状态没有发生变化。控制系统设定值不等于请求值。一旦系统工况出现返回（或设定值达到预定的限值，或按“保持”键”标志变被置位“保持”键灯亮，同时复位“”标志“进行”键灯灭。若“”标志是由机组运行工况（和设定达到预定值）置位，则按“进行”键将不起作用，除非这些条件消除；若“，标志是由“保持”键盘操作置位的，则只要条件满足，操作“进行”键均能使“，标志置位，使“”标志复位，则设定值禁止变换。www.bzfxw.com第二节　　　　汽轮机负荷控制负荷控制系统的主要任务是，当转速上升至额定转速，并网后，将汽轮机所带的初始负荷升至额定负荷，并参与电网的发电任务。在热态启动中中压调门也参与负荷调节，当汽轮机负荷上升至额定负荷的时，中压调节门全开，完全由高压调节阀调节汽轮机负荷。在冷态启动中，完全由高压调门调节汽轮机的负荷。汽轮机的负荷信号用功率信号代替，电功率信号和汽轮机速度级压力信号的处理与汽轮机转速信号的处理一样，都是采用了三选二的处理方式（也有采用三取中），其目的是为了提高控制系统的可靠性。在汽轮机带正常负荷的运行过程中，如出现闭环控制（功率与速度级压力控制）的投入与切除，汽轮机辅机出现故障，主汽压力出现下跌信号时，控制系统一般采用在给定值逻辑中进行处理，这样可以使机组运行的更加平稳。一、负荷控制给定值的处理在操作员自动（方式下，运行人员给出目标值，经负荷变化率限制后得到的给定值如前图所示。由图得到的给定值，再经图修正后，得到修正后的给定值。给定值的形成受以下因素影响。目标值经变化率的限制（并网前为速率，并网后为负荷率），在临界转速区，自动增大速率，使汽机快速通过临界区。在给定值跟踪目标值的过程中，运行人员可以干

45预，使其停止跟踪。汽机刚复位运行，给定值被强制等于实际转速。负荷反馈刚投入，设定值被强制等于相应的负荷反馈值。速度级压力反馈刚投入，设定值被强制等于相应的速度级压力反馈值。发电机组刚并网，强制带一定的初始负荷，初始负荷考虑阀位给定值、主汽压力和最小负荷等因素。发电机刚解列且汽机未跳闸，设定值等于额定转速，主要目的是为机组尽快并网提供条件。）在负荷反馈和速度级压力反馈回路刚切除时，设定值等于实际阀位。在发电机解列或汽机转速大于额定转速时，给定值等于汽机额定转速。图给定值逻辑图www.bzfxw.com在汽机跳闸或转速大于额定转速时，给定值等于）在汽机手动控制时，给定值跟踪实际阀位。二、一次调频和主蒸汽压力低保护汽轮发电机组的出力除满足负荷指令的要求外，当电网负荷变化引起周波变化时，网内各机组应改变其出力以维持电网频率稳定并网运行的机组应参与电网的一次调频，因此系统的负荷指令应经过频率的校正。系统中的一次调频回路速度反馈回路，在机组并网运行时是自动投入的（即，见图。一旦投入，运行人员无法将其切除，除非油断路器跳闸（或速度通道故障，否则该回路不会自切除。频率校正环节原理如图所示，它是将机组的实际转速与额定转速（二）比较后的差，经过“死区线性限幅”非线性处理后，得到速度补偿系数，与负荷设定值之和形成了频率校正后的负荷设定值。大型中间再热机组参与电网一次调频，采用了“死区线性限幅”频率校正，这是考虑到系统正常运行时不希望电网频率发生经常性的小波动，影响机组出力和造成系统振荡，故将速度偏差经过一死区处理，以滤掉速度信号中的高频低幅干扰。当速度偏差经过不灵敏区后，则速度校正量与偏差之间呈线性关系，在频差超出一定范围时，因中间再热机组的负荷适应能力受锅炉的限制而采取了限幅措施。在控制器中，校正环节不灵敏区的宽度和线性放大系数，可以很方便地由程序员或工程师通过键盘调整，死区愈宽，机组参与电网调频的能力愈差，死区趋向无穷大标准分享网www.bzfxw.com免费下载

46图频率校正原理图程序框图；波形时，相当于速度反馈回路已切除，机组带基本负荷运行。线性放大系数可根据机组在电网中承担调频任务的大小来选择，即机组所承担的一次调频区百分比确定。调频任务重，放大系数大，即不等率愈小（静态特性曲线愈倾斜），反之亦然。调整放大系数亦即改变了机组的不等率，即改变了机组的一次调频能力，一般减负荷的放大系数大于加负荷的放大www.bzfxw.com系数。频率校正环节实质为一函数发生器，其输出与输入之间的关系如图曲线所示。输出值经上、下限幅后转变为速度补偿系数，它加到负荷设定值上形成新的负荷设定值如果系统中速度反馈通道故障或油开关断使，则设定值回路所形成的负荷请求值直接作为频率校正回路的请求值，而不经过频率校正环节。主蒸汽压力突然下降很多对汽轮机的末级叶片运行将产生不利的影响，为了防止此种情况的发生，中设计了汽压低保护逻辑如图所示。当主蒸汽压力低于运行的要求值后，产生一个逻辑信号，此信号使功率给定值保持不变，并且产生个以一定变化率向负方向变化的百分比信号，此信号在加法器图主蒸汽压力低保护逻辑中与不变的相加，减少了功率给定值变为，产生一个关闭调门的信号，直到主蒸汽压力恢复到安全值为止。综上所述，在给定值处理逻辑中按一定的优先级别对给定值进行处理，这样不仅可以考虑到机组在不同工况下的安全运行，而且可以使机组运行的更加平稳。图为高压调门控制给定值逻辑图。

47www.bzfxw.com图高压调节阀门控制给定值形成逻辑三、汽轮机负荷控制负荷控制原理汽轮机负荷控制的原理图如图所示。负荷指令是否经过发电机功率校正，取决于发电机功率反馈回路是否投入（即。处于自动控制方式下的机组一旦并网发电，功率反馈回路由操作员键入“功标准分享网www.bzfxw.com免费下载

48图调节阀门负荷控制原理图率投入”按键来投入，图www.bzfxw.com更详细地描述了“功率反馈回路投切逻辑。”在电功率反馈信号投入（时，负荷指令一方面进入乘法器，另一方面进入比较器。如果机组处于正常运行，电功率反馈信号通过切换器送至比较器的负端与功率给定值进行比较，比较的结果经校正及上下限幅后与乘法器的功率给定值相乘，其积作为电功率补偿后的设定值去调节级压力校正回路。整定电功率反馈回路的参数及上、下限幅器的输出在合理范围内。是一状态标志，当机组处于维修测试期间时，，它将切断电功率反馈信号送比较器的通道，而将功率设定信号经一阶惯性环节后送比较器。以一阶惯性环节模拟汽轮发电机的动态特性，作为系统的仿真／培训以及控制系统的维修测试。如果电功率反馈回路切除，则功率设定值直接送调级压力校正。负荷指令经过标度变换后，判断是否需要进行调节级压力校正（即（见图，状态标志可通过操作盘上“调节级压力投入”建立，更详细的第一级汽室压力反馈讯号切投逻辑如图所示。在，即调节级压力校正回路投入的情况下，以压力单位表示的功率请求值通过标度变换得到），与调节级压力反馈信号比较（，经校正和上下限幅后，转换成流量百分比送阀门管理程序。在调节级压力反馈回路切除时，则将被转换成流量百分比并经高限值处理后作为流量的请求信号直接送阀门管理程序。在维修测试阶段（，调节级压力反馈回路被切除，流量请求值经一阶惯性

49www.bzfxw.com图功率反馈回路投切逻辑环节后反馈到比较器组成闭环回路，可进行系统的仿真／培训和维修测试。凝汽式机组的调节级压力信号间接地反映了汽轮机功率，由于凝汽式机组的排汽压力很低，负荷变化过程中，表示汽机第一压力的变化与蒸汽量变化之间的费留格尔方程可简化为下式式中负荷变化前的蒸汽流量；负荷变化后的蒸汽流量；负荷变化前的第一级压力；负荷变化后的第一级压力。即汽机第一级压力与汽机蒸汽流量成正比，而汽机蒸汽流量，在调节阀门前蒸汽参数标准分享网www.bzfxw.com免费下载

50www.bzfxw.com图调节级压力反馈回路切投逻辑和排汽压力不变时，与功率成正比。因此，可以以汽机第一级压力作为汽轮机的机械功率信号（机组负荷大于额定负荷时）。与电功率信号及转速信号相比较，汽机第一汽室压力信号能快速地反映汽机侧功率的变化及蒸汽参数的内部扰动，故第一级压力反馈信号组成的校正网络是一快速回路，起消除内扰、粗调机组负荷的作用。机组负荷的细调是通过慢速功率反馈回路的进一步调整实现的。在机组负荷稳定后，内回路保持第一级汽室外压力等于负荷给定值，发电机功率信号也等于负荷给定值，所以由电功率校正回路的输入信号为零得而大于死区）

51故式中电功率，频率校正环节的放大系数，机组转速，机组额定转速设定值形成回路输出的功率给定值，一次调频的输出。式（）所表示的特性曲线如图所示，从中可见：数字电液控制系统由于采用了转速和电功率信号作为被调量，而具有功率电调的静态特性（如图中曲线变更负荷给定值，可使曲线平移（如图中曲线而实现二次调频。改变频率校正环节的放大系数，可以改变曲线的斜率（不等率）及纵切距（如图中曲线，以满足机组在不同工况下的要求。切除速度反馈回路，机组不参与电网的一次调频，其出力只随设定值而变（如图中曲线。切除调节级www.bzfxw.com压力反馈回路，将使系统动态特性变差，消除内扰的能力下降。无论是切投速度，功率反馈回路还是调节级压力反图静态特性曲线馈回路都将引起流量请求值的变化。因此，要做到切投无扰动，需修正设定值，在软件设计中应考虑这一特点。调节阀门控制功能前面介绍了调节阀门的速度与负荷控制原理，这在控制器内部是通过调用调节阀门控制程序，根据机组状态选择控制策略完成的，图示意了其工作过程。如果机组已处于高压调节阀门控制（若受控于运行人员的手操，则数字控制器跟踪手操时的开度，以便实现无扰切换。若自动，是处于速度控制阶段（），则先判断至的转换是否完成，若未完成时，进一步判断。判断下跌至最小值或的关小是否已引起转速下跌，若未出现这些情况，则以一定的速率关小，直至下跌完成。判断旁路是否投入，在旁路投入后进一步判断中压调门是否下跌，如果下跌未完成，保持上次开度值，直到下跌完成。下跌完成后，调速度控制子程序，计算阀门开度控制机组升速，并网带初始负荷，机组并网后将由励磁逻辑投标负荷控制标志在负荷控制阶段（，调负荷控制子程序，计算流量请求值，经高标准分享网www.bzfxw.com免费下载

52www.bzfxw.com图高压调节阀门程序控制框图限处理后去阀门管理程序。调节阀门负荷控制子程序由工作方式选择，设定值形成和调节阀门控制回路组成。）如果机组不受高压调节阀控制（，同时也不受中压调节阀（和高压主汽阀门控制（，则判断机组已跳闸，这时高压调节阀门应关至最小值，如果调节阀已处于关闭状态（，则维持阀门关闭状态，如果未至最小值（，则复位“开”逻辑、置位“关”逻辑，输出关闭的控制量。）如果机组处于或控制阶段（或，即，高压调节阀应全开。只要调节阀门尚未全开，则控制功能采用偏置积分器产生的信号去开启。该积分器以作输入，只要时止。因此在这一过程中应复位“关”逻辑，置位“开”逻辑。在或控制期间它始终保持处于全开状态。第三节　　　　阀门管理逻辑分析阀门管理包括单阀／顺序阀门切换和阀门试验两部分。

53单阀顺序阀门切换的目的是为了提高机组的经济性和快速性，其实质是要通过节流调节（单阀控制）与喷嘴调节（顺序阀控制）的无扰切换，解决变负荷过程中的均热要求与部分负荷经济性的矛盾。单阀方式时，调节级全周进汽，对调节级叶片应力控制有益，这样可以较快的速度变负荷，但另一方面，由于存在节流损失，于经济性上是不利的。所以单阀方式较适宜于负荷变动工况。顺序阀方式对应于调节级部分进汽，由于减少了节流损失而提高了经济性，但同时叶片存在冲击会产生部分应力，因而对负荷变化有一定限制，由此可见这种方式适应于高负荷时的稳定运行工况。因为这时许多调节阀门处于全开状态，只是个别阀没有开足，所以减少了节流损失。图为单阀阀的流量与阀位的关系图。单阀与顺阀在不同负荷时的热耗率如图所示。图单阀阀流量与阀位的关系图www.bzfxw.com）单阀；）顺序阀在机组滑压运行时，部分负荷对应部分压力，调门也近似为全开，所以这时的单阀／顺序阀切换意义不大。一、单阀／顺序阀的切换原理一般要求在进行阀门切换时，机组负荷在时，汽机的工况稳定，即凝汽器压力不变，主蒸汽参数不变，不考虑抽汽，则汽机出力仅由蒸汽量决定，而各个阀门所控制的蒸汽量只与阀门开度有关。设为汽轮机出力，为阀门开度，为阀门开度和蒸汽流量即汽机功率的函数关系，则单阀方式下（设汽轮机高压调门为个）顺序阀方式下单阀序阀方式下的任意状态下图单阀／顺序阀的热耗率曲线如果要求单阀顺序阀方式下以及切换过程中标准分享网www.bzfxw.com免费下载

54负荷为无扰，则要求即要实现式（的算法，可采用如下逻辑。单阀方式下每个阀门流量的计算单阀运行时，阀门流量由图得出，汽轮机总的流量信号除以调门数（个或个）后，得到每个阀门的流量值，考虑到在不同负荷的情况下，不同阀门的流量大小是不一样的，有的将受到限制，受到限制部分的流量将加到下一个阀门上，直至加到最后一个阀门为止，如果最后一个阀门也受到限制，则汽机的出力也受到限制。www.bzfxw.com图单阀流量计算顺序阀流量的计算图为顺序阀流量计算逻辑图。总流量（）信号乘以作为和的流量信号，当此值超过阀门的流量限制时，和为阀流量的最大值，流量值乘以与比较后作为第三个阀的流量信号，以此为推，可以得到每个阀门的流量信号。单阀／顺序阀之间的转换阀门转换需一定时间才能完成，在转换过程中，通过阀门的总流量将保持不变。图为高压调门位置指令图。以调门为例进行说明：首先将单阀方式流量信号图顺序阀流量计算

55和顺序阀方式下的流量信号送到模拟量切换器，在机组负荷为时，运行人员按下“顺阀”控制键（原运行方式为单阀方式），则开始进行单阀顺阀的转换，此时以一定的速率（由模拟量切换器中设定）从的值切换到的值，此值送到加法器，与偏差值相加，经上下限制器后，经流量阀位转换器后得到的阀位信号，如果在转换过程中的值大于（或小于）限制器的值，则在偏置器产生一个偏差，这个偏差为期望值与实际值间的偏差，说明不能满足加法器给出的期望值，应由下一个阀门继续承担这一部分指令，当所有调门的指令之和与总的指令产生偏差时，此差值将均匀分布在每个阀门上。www.bzfxw.com图高压调节门位置指令由顺阀方式转换到单阀方式的过程类似不再叙述。上述的阀门转换有一定的条件，在实际切换过程中，负荷的扰动不可避免，如果处于自动方式下投入功率反馈回路或速度级压力反馈回路，则可以一定程度上减少负荷的扰动。在阀门切换过程中，如果出现跳闸或是出现任一个阀门紧急状态，则强行将阀门控制置为单阀方式。所谓紧急状态是指执行器定位状态故障，当实际阀门位置信号和给出的阀位指令之间的偏差大于已设定的限制时，认为执行器定位状态故障。这种情况下强制成单阀方式可以减小负荷扰动。二、阀门试验阀门活动性试验主要用于检验调节阀和主汽阀活动是否灵活，防止卡涩而引起不安全后果，尽可能消除机组不安全因素，根据高中压分类，可分为高压阀门活动性试验和中压阀门活动性试验；根据左右侧分，又分为左侧阀门试验和右侧阀门试验。左侧高压阀门活动试验（主汽门）和（高压调门）分为左右两侧，它们是互相结合的。在操作员自动，功率回路投入自动，或速度级压力投入自动，机组负荷在且单阀方式时，标准分享网www.bzfxw.com免费下载

56可以进行一侧的阀门试验。阀门试验是从运行人员按下“阀门试验”键、按下“高主”键和“关闭”键开始的，此时，选中的主汽门同一侧汽室的高压调门（在内相继关下，右侧的阀门为了维持机组负荷不变，由负荷控制回路控制（应开大）。待左侧调门安全关闭后，则主汽门在内迅速关闭（指令关到，阀位降至左右）。按“复位”键，灯亮，则主汽门先开启，然后调门相继开启，则左侧阀门试验完成。左侧阀门试验的关闭曲线如图所示。图左侧阀门试验曲线左侧高压调门（以调门为例）的关阀过程由图的逻辑实现。由图可看出，试验开始后，的试验指令由变化，速率为这时www.bzfxw.com的值等于的设定值与的试验指令的代数和，即开始逐渐减小，当图阀门试验逻辑

57的单阀值等于时，则全关，在左侧的门全关后，全关，复位后，全开并产生左侧高压阀门试验停止指令，的试验指令将某一负值逐渐向接近，则单阀值逐渐增大，直到切为的设定值为止。左侧阀门试验结束。右侧高压阀门活动试验右侧阀门试验及中压阀门的试验原理同上不再叙述。第四节　　　　汽轮机自启动汽轮机自启动（）程序以应力计算为基础，对转速控制可以给出目标转速和速度变化率，而对于负荷只能给出负荷变化率，在控制中运行人员对于传感器故障和某些报警信号可以超驰，以上为控制方式。另外一种为监视方式，它仅监视各个参数的变化，产生相应的报警信号给运行入作为提示，或是产生跳闸信号以保护汽轮机。下面从不同方面对加以阐述。汽轮机在启动或改变负荷时，由于汽轮机热惯性大，特别是转子。如果蒸汽温度变化快，汽轮机内部温差较大，产生过大的热应力，经过多次升降负荷，循环产生热疲劳裂纹，引起机组疲劳损坏。控制汽轮机第一级蒸汽变化速度，变能控制热应力，这可通过控制负荷变化量和变化率来达到。一、汽轮机转子热应力的计算汽轮机转子与汽缸的热应力是大功率汽轮机在运行中主要的监视参数。因为大功率机www.bzfxw.com组都是高温高压机组，进汽温度可达，进汽压力可达，或者更高。再加上大功率机组的汽缸和转子的直径和厚度的增大，各部分温度分布不均匀所引起的热应力问题就更加突出。目前大功率汽轮机无论是启动还是在负荷变动的过程中，都把热应力作为一个主要的考虑因素。如果处理得当，则可加速升速与带负荷过程，处理不当则将使汽轮机的汽缸和转子受到很大的热应力，影响机组的寿命，甚至损坏设备。除此之外，差胀问题也是汽轮机运行中需要考虑的一个重要因素。它和热应力一样，也是由于温度分布不均所引起。目前一般认为，只要热应力能够得到很好的控制，再加上制造厂在生产汽轮机时适当加大通流部分的轴向间隙，差胀问题就能顺利地得到解决。热应力的产生主要是在汽轮机启动阶段和负荷变动时期。特别是在冷态启动时，汽轮机各金属零部件的温度都很低，进入蒸汽后温度逐渐升高。在温度升高过程中，由于零部件温度场的不均匀，就会导致在零部件中产生热应力，加温愈快，则热应力愈大。此外，热态启动和负荷变化过程中，零部件的温度也会发生变化，因而也会产生热应力。除了启动加强机炉配合，提高锅炉的运行水平，保持主蒸汽参数的恒定，也是值得重视的问题。热应力的产生汽缸和转子的热应力是由于受热不均匀所引起的。在启动、停机和负荷变动过程中，蒸汽和汽缸或转子的温度不同，因而蒸汽就要向金属零件的表面放热，或自零件的表面吸取热量。汽缸和转表面接受来自蒸汽的热量后，再以热传导方式逐渐把热量传给零件的其标准分享网www.bzfxw.com免费下载

58他部分。由于在传递热量时必然有温差，有温差就会引起热应力。在单位时间内传给金属表面的热量愈多，则汽缸和转子内外的温差就愈大。所以一般汽机在启动时，都需要一定的暖机的怠速时间，其目的就是为了避免汽缸和转子内外产生太大的温差，使热应力超过金属允许的界限。蒸汽与金属壁面之间的放热过程，可以用下面的等式来表达。蒸汽传给金属壁面的热量为式中蒸汽传给金属表面的热量；放热系数；换热面积；蒸汽与金属壁面的温度差。金属壁面通过热传导将热量传给内壁，它可以用以下公式来表达式中导热系数；壁后；内外壁温差；导热面积。图www.bzfxw.com是蒸汽温度发生突变时，金属表面（曲线和金属内部（曲线的温度变化规律。由图可知，金属表面温度变化很快，而内部温度变化却慢的多。在蒸汽温度变化后，内外壁的温差迅速加大，在达到最大值后又逐渐减小，最后趋于零。在蒸汽进入汽缸时，如果金属表面温度低于在此压力下的饱和温度，则属于凝结放热。凝结放热时的放热系数极大，因而金属壁面温度上升很快，金属内外的温差也大。当汽缸壁面温度高于相应蒸汽压力的饱和温度时，这时蒸汽热量以对流方式传给金属表面。对流放热系数的大小和蒸汽速度及汽流的温度压力有关。在冷态启动时，金属表面图金属内外壁的温度变化规律的温度一般低于饱和温度，属于凝结放热，蒸汽温度；金属表面温度；金属内壁温度传热量大，因此要求启动的速度低，以避免出现过大的热应力。汽轮机各部分的热应力也不相同。在汽轮机的调节级部分，蒸汽的温度和压力最高，进汽量变化时它们的变化幅度最大，因此在启动和负荷变动时热应力也最大。除此之外，再热汽温也很高，一般与主蒸汽温度相同，因此中压缸进汽部分的热应力也很大。由于上述原因，汽轮机热应力的监视点一般都设在高压缸的调节级和中压缸的进口处。以汽轮机的热应力和转子的热应力相比，由于转子的热应力比汽缸的热应力更危险，

59因此在汽轮机启动、停机和负荷变化时期，主要应控制高压缸调节级和中压缸第一级处的转子应力，只要这两处的热应力不超过安全允许的限度，则其他部分一般也不成问题。在汽轮机加负荷时，各部分的温度、压力升高，此时转子被加热。在负荷减少时，各部分的温度、压力降低，转子被冷却时，转子表面温度低于内壁温度，故转子表面受到拉应力。转子的热应力虽然是负荷变化所引起的，但是计算表明并非是负荷变化幅度愈大时应力也愈大。而是在不同的负荷下，同样的负荷变化幅度所产生的热应力也不同。图是汽轮机带负荷时减负荷所产生的热应力计算曲线。由图可见，当甩掉全负荷时，即时，热应力；而当时，热应力可达。图）是汽轮机带负荷时，减负荷所产生的计算曲线。由图可见，同样时，热应力仅为。而当汽轮机带负荷时，［见图（）］，最大应力仅为图中的（）虚线是负荷突然增加的情况。由图可见，当汽轮机突然增加负荷时所产生的热应力远远大于负荷突然降低时所产生的热应力。但是也要说明的是，由于在增负荷时转子所受的是压应力，而减负荷时所受的是拉应力，金属材料在受压时的许用应力比受拉时要大得多，因此最危险的工况还需要具体分析。www.bzfxw.com图负荷突然变化时汽轮机的热应力在负荷时减负荷；在负荷时减负荷；）在负荷时减负荷以上的计算仅仅说明了从一个稳定工作点变化到另一个稳定工作点所产生的热应力。但是实际的运行情况是更为复杂的，负荷的变化有可能是连续的，例如先从负荷增加到负荷，在各部分的温度场尚未达到稳定，又从负荷增加到负荷。因此有必要寻找一种热应力的测量方法（或计算方法），通过这种方法能够随时测定汽轮机的热应力。热应力监视装置检测热应力的方法目前有两种：一种是通过计算来确定热应力，我国从西屋引进的机组就是采用这种方法。它是根据蒸汽初温、初压高压缸第一级的温度、蒸汽流量、转速以及冲转开始的时间来计算出传热系数、转子中心温度和实际温升，根据实际温升就可以确定热应力。另一种是元宝山电厂法国汽轮机上采用的方法，这种方法实际上是一种模拟的方法，简单介绍如下：众所周知，热应力是由于温差所引起的。对于汽轮机转子这种圆柱形结构，转子表面标准分享网www.bzfxw.com免费下载

60温度低于平均温度时，则转子表面就受到拉应力；当表面温度高于平均温度时，就受到压应力。应力的大小与温度成正比，其关系可用下式表示式中转子表面的热应力；转子表面温度；转子平均温度；比例系数。因此，要测转子的表面温度和平均温度就不难求得热应力。但是汽轮机转子是一个高速旋转的零件，要测量它的温度，特别是它的内部温度，是十分困难的。为了解决这个问题，采用了热模拟的方法。三菱公司热应力的计算图是三菱公司汽轮机高压转子热应力计算简图。从图中可以看出，它们将高压转子分成个圆筒，根据汽轮机第一级蒸汽温度，计算各圆筒的温度分布情况，各圆筒温度分布为www.bzfxw.com图转子温度分布式中计算程序中内定系数。在计算出各层的温度分布后，三菱的中的热应力控制系统主要是在运行中监控第一级（调节级）处的热应力计算公式为式中系数。式（说明热应力是用转子表面温度和加权平均温度来表示的。通常汽轮机的进汽条件要求蒸汽过热度超过，又要求在升速过程中，调节级汽室温度和金属温差不超过。若超过，则汽轮机自动将转速保持在，直至小于℃再升速，热应力计算的组态图如图、图、图所示。图、图给出了计算转子各层温度分布情况的组态图，它是式（的具体实现。转子表面温度是一级蒸汽温度经一级蒸汽压力和汽机转速修正后（乘以小于的数），与经修正（乘以小于的数）的和而得到的。一级蒸汽温度是由下式而得的

61www.bzfxw.com图转子热应力计算图转子应力计算标准分享网www.bzfxw.com免费下载

62www.bzfxw.com图转子应力的计算式中一级蒸温度；主蒸温度；主蒸汽压力；系数。式（的组态图由图得到。二、转速控制方式下的转速控制是全自动控制，目标转速由程序按不同工况给定，转速变化率根据转子应力而定。目标转速给定中要考虑到冲转允许、暖机程序、阀切换、同期并网控制、振动对目标转速控制以及叶片对目标转速控制等内容，另外当出现某些条件时产生转速保持。目标转速确定如果判断冲转允许或者是转速设定值大于，则将目标转速置为摩擦转速，在此转速下进行摩擦检测。如果投入旁路则为中压缸冲转方式，当转速大于时，将目标转速置为，这个转速是和切换转速。当转速大于后，置目标转速为暖机转速

63如果不投入旁路则为高压缸冲转方式，这种情况下，当转速大于后，直接置目标转速为暖机转速转速大于且暖机结束后，置目标转速为，这个转速下进行阀门切换。转速大于后，即判断切换是否结束，如果阀门切换结束处于阀门控制方式时，置目标转速为，这个转速下，控制汽轮机同期并网。如果处于振动控制中，则由振动控制目标转速的变化。如果在临界共振转速区中出现了转速保持，由自动将目标转速设定于各自的安全转速上。如果出现了叶片对目标转速控制，则按相应工况将目标转速设定于相应值上。如果退出转速控制，则目标转速跟踪自动方式下的转速设定点，这是为了从自动方式下投入转速控制时的无扰。目标转速产生逻辑如图所示。暖机程序汽机冷态启动时，在处要暖机。组态提供了两种暖机时间，可人为选择，分述如下：一是厂家提供的暖机时间（。它根据暖www.bzfxw.com机前第一级金属温度（高压）和持环温度（中压），由各自特定曲线计算出的较长时间为暖机时间。不存在校核问题，一旦确定即不再改变。一是优化暖机时间（。基本思路是，每，根据目前转子的温度水平和升温速度，重新校核一次暖机时间，直到暖机结束。通常，这种方法得出的暖机时间较短，经济性好。如果应力计算程序不可用，逻辑会自动先用厂家提供的暖机时间。暖机初始时间是冲转开始时由调节级金属温图给定值处理逻辑度和中压缸叶片环金属温度确定的，当金属温度小于℃时需要暖机，对调节级金属温度和中压缸叶片环金属温度，分别按温度值大小设定和的暖机时间，初始暖机时间为这两个时间中较大值。如果冲转开始时判定调节级金属温度和中压缸叶片环金属温度均大开，则认为转子处于热态而不需要暖机，这个初始暖机时间在冲转开始时就置入和暖机时间计时器中。汽轮机转速大于后才开始暖机，如果暖机后汽机转速降到以下，则产生暖机转速低信号。对于方式，如果转子处于热态，则暖机刚开始，就产生暖机时间结束信号，如果转子处冷态，并且再热汽温大于时才开始暖机计时，一个倒计时计时器从标准分享网www.bzfxw.com免费下载

64初始暖机时间倒计时，产生暖机剩余时间。而另一个正计时计时器从暖机开始由开始正计时，产生已暖机时间，这两个时间之和为总暖机时间。当倒计量计时器计时结束时说明暖机结束。暖机时如果再热汽温小于，则当暖机开始后产生暖机结束。这是非正常结束。采用方式暖机时，暖机时间由转子中心计算温度升高到预定值的时间而定。对于高压转子，其中心暖机目标为；对于中压转子，其中心暖机目标为。暖机程序首先求得转子中心计算温度内变化值，然后用目标值和当前值之差除以上述变化率则得到中心计算温度上升到目标温度所需要的时间。开始暖机时，暖机时间更新计时器以开始倒计时，当计时结束时，将最新的暖机时间置入暖机计时器。暖机倒计时计时器对暖机时间会计时，输出暖机剩余时间。暖机正计时计时器对暖机时间从开始正计时，产生已暖机时间。暖机剩余时间和已暖机时间之和产生总暖机时间。总暖机时间和总暖机时间之差值为采用暖机比暖机节约的暖机时间。通过暖机当高压转子中心计算温度大于且中压转子中心计算温度大于时，认为暖机结束。暖机过程中各种信息在操作员站上的显示内容为：暖机正在进行暖机已经结束汽机转速www.bzfxw.com暖机剩余时间已暖机时间总的暖机时间暖机剩余时间已暖机时间总暖机时间再热蒸汽温度是否低暖机转速低阀门切换当如下个条件具备时，发出阀切换指令：汽机转速大于后不得存在振动报警转速处于控制方式汽机转速大于暖机结束和内壁最低温度不得低于饱和蒸汽温度如果内阀切换没有结束，则认为切换失败使对汽机转速控制自动退出。同期并网控制当满足如下各个条件时，发出合励磁开关命令：励磁开关处于断开位

65允许励磁开关合闸汽机转速处于和的并网转速区中同期转速区中没有如下故障发电机及励磁机冷却系统没故障，即：氢气压力不大于氢气压力不小于氢气纯度不大于氢气纯度不小于氢气压力大于时，氢油压差不小于发电机冷却氢气温度不大于励磁机冷却空气温度不大于并网转速区中没有振动保持。并网转速区中高压转子表面应力实际值不大于允许应力值或高压转子表面计处温度小于调节级金属温度。主断路器没有闭合励磁器断路控制没有闭锁处于控制方式当满足如下各个条件时，投入自动同期方式：同期开关处于自动位www.bzfxw.com发电机无功电压大于励磁开关已闭合发电机断路控制器开关没闭锁调压器投入运行同期转速区中没有如下故障：发电机及励磁机冷却系统没故障，即：氢气压力不大于氢气压力不小于氢气纯度不大于氢气纯度不小于氢气压力大于时，氢油压差不小于发电机冷却氢气温度不大于励磁机冷却空气温度不大于）并网转速区中没有振动保持。并网转速区中高压转子表面应力实际值不大于允许应力值或高压转子表面计处温度小于调节级金属温度。汽机转速处于中振动对目标转速的控制标准分享网www.bzfxw.com免费下载

66随着汽轮机转速升高，振动报警限值下降，当转速从上升到时，振动限制值从线性下降到，转速小于，振动限值恒为转速大于，则振动限值恒为。无论转速多少，振动跳闸值均为。当个轴承中任一个振动值大于其报警限制时，产生振动报警。当汽轮机转速大于后，即处于振动监视过程。汽轮机转子有两个临界区：。此外还有个叶片共振区，非临界共振区中升速时，如果某个轴承出现了振动报警，并且这个轴承后的预测值不大于振动跳闸值，则振动控制目标转速增。另外，如果在转子临界区或叶片共振区中因为轴承振动而使转子保持，则振动也控制目标转速增。当汽轮机转速大于，非临界区中升速时，如果某个轴承出现了振动报警，并且这个轴承后的预测值大于振动跳闸值，则振动控制目标转速减。另外，如果在转子临界区或叶片共振区中出现振动跳闸，则振动也控制目标转速减。振动减出现时，如果转速大于，则以当前转速以下为目标转速；如果转速小于，则以为自标转速。汽轮机实际转速等于该目标转速，并且振动减条件消失后要等才能退出振动减对目标转速的控制逻辑，这是为了通过暖机而使振动报警消失。当实际转速等于目标转速后如果振动减仍存在，则立即继续上边的振动减控制。振动增出现时，目标转速等于当前转速和一个当前转速的函数）的和，）如下www.bzfxw.com时，（）时，（除此之外，），而如果，目标转速为。在振动增过程中，如果出现振动减条件，则振动增控制退出，振动减控制投入，由此说明振动减控制优先约高于振动增控制，这从安全角度分析亦是合理的。如果出现转速保持条件（这里不包括振动所引起的转速保持），则退出振动增控制。当实际转速和振动目标转速相等时且振动报警消失，则立即退出振动增控制，否则过后继续振动控制，即每个振动增过程正常情况下要控制。对于振动增控制，当出现轴承振动报警时内，振动增控制由于转速保持而不能真正控制转速变化。无论是振动增还是振动减控制中，如果出现方式退出或是叶片控制目标转速，则立即退出振动控制方式。在振动增控制中，如果给出的目标转速大于，但暖机没有完成，则将目标转速锁定于暖机转速上。如果振动所控制的目标转速恰好落入了转子临界区或叶片共振区中，则将修正成相应的安全转速，具体而言

67当切换结束前，最大目标转速锁定于振动对目标转速控制的逻辑详见图www.bzfxw.com图振动控制目标转速逻辑框图标准分享网www.bzfxw.com免费下载

68转速保持于临界共振区中时目标转速确定当汽轮机在转子临界区或叶片区中出现转速保持时，自动将目标转速置于相应的安全转速上，控制实际转速值达该值上。实际转速对应的安全转速如下＜对应于上面个临界共振区的安全转速，当实际转速和目标转速相差和时，即认为实际转速已处于安全转速上，这时转速保持才能真正开始。个安全转速所对应的转速范围如下www.bzfxw.com如果在转子临界区或叶片共振区中出现振动报警而使转速保持，则首先按上边逻辑关系将转速控制在相应安全转速上，同时立即开始振动增控制。因为在临界共振区中转速不能真正保持，所以振动增使实际转速越出临界振区。汽轮机叶片逻辑汽轮机末级叶片较长，所以其离心力相对较大，如果对于某个凝汽器压力，中压缸入口汽温较高，则末级叶片可能由于其应力大于屈服应力而产生损伤，所以对不同的凝汽器压力，对再热器蒸汽温度应有个限制值，当再热汽温大于限值时，按机组不同工况进行控制，只有当汽机转速大于时才开始判断。当转速大于　时，如果再热汽温大于由凝汽器真空度确定的限制，则将转速控制到上，如果转速处于仍存在这种情况，则立即控制转速处于暖机转速上。当转速降到以下或处于之中时，再热汽温大于由凝汽器真空决定的限制，则延时后控制汽轮机转速处于摩检转速上。如果汽轮机处于摩检转速上这种情况仍然存在，则延时后跳闸。应力对速度变化率的控制机组升速过程中，升速率控制逻辑以在尽可能情况下使升速时间最短为目的，将汽轮机升速至同步转速。方式中，速度变化率由应力大小决定，这个应力是高缸转子和中缸转子的表面应

69力，高压转子对速度变化率的控制和中压转子应力对速度变化率的控制完全相同。应力对速度变化率的控制只有当转速大于后才有效。当转子当前应力大于允许应力或者尽管当前应力大于允许应力，但后的预测应力大于允许应力时，应力使转速保持，即升速率为零。虽然当前应力不大于允许应力，但后预测应力小于允许应力时，应力控制速度变化率增大。当高压转子应力或中压转子控制速度变化率减小时，应力真正控制变化率减小，只有高压转子应力和中压转子应控制速度变化率增大时，应力才真正控制速度变化率增大。应力对速度变化率的控制有的周期，即每个由应力决定的速度变化率要持续才能被新的速度变化率代替。应力控制中，每分钟的速度变化率有如下个值：非方式时，输出速度变化率为，所以投入时，速度变化率以此为基点而以的速率增量而变化。当处于转子临界区中时，输出的速度变化率不小于三、负荷控制对负荷的控制作用只限于给出负荷变化率和速度变化率，负荷变化率由高压和中压转子的表面应力而定，其设计目的是使升负荷时间在应力允许的条件下最短。高压转子应力对负荷变化率的控制和中压转子应力对负荷变化率的控制完全相同。www.bzfxw.com当转子当前应力大于允许应力，或者尽管当前应力大于允许应力，但后的预测应力大于允许应力时，应力使负荷保持，即负荷变化率为零。当前应力不大于允许应力，而后预测应力大于允许应力时，应力控制使负荷变化率减小。当前应力小于允许应力，且后预测应力小于允许应力，或者当前应力小于允许应力而且功率增大时加热转子，功率减小时冷却转子（判据为对应于转子表面温度和转子平均温度相差）时，应力控制使负荷变化率增大。当高压转子应力或中压转子应力控制负荷率减小时，应力真正控制负荷变化率减小，只有高压转子应力和中压转子应力控制负荷率增大时，应力才真正控制负荷变化率增大。应力对负荷变化率的控制有的周期，即每个由应力决定的负荷变化率要持续才能被新的负荷变化率代替。应力控制中，负荷变化率有如下个值；非方式下，输出的负荷变化率由高压转子和中压转子应力系数（应力系数为实际应力和允许应力之比值）中较大值的大小而定，具体如下：应力系数时应力系数时应力系数＜时标准分享网www.bzfxw.com免费下载

70应力系数时所以投入时，负荷变化率按由当前应力决定的基准点，以的负荷率增量而变化。四、转速／负荷保持这个功率是在检测到某些参数开始恶化或有恶化趋势后，为防止其进一步恶化而采取的措施。即将机组停（保持）在某个安全转速或负荷水平上，等待危险解除后再继续。当产生如下个条件中任一个时，产生转速／负荷保持信号。这个条件分别如下：或内外侧温差后预测值大于或内外侧温差已经大于）高压转子应力产生保持信号；高压转子当前应力大于允许应力或者虽然当前应力大于允许应力，但后预测应力大于允许应力。）中压转子应力产生保持信号：中压转子当前应力大于允许应力或者虽然当前应力大于允许应力，但后预测应力大于允许应力。调节级蒸汽温度变化率高：当调节级金属温度左右侧中一侧测量有效时，求出调节级金属温度为该测量值内的平均值，如果两侧测量值均有效，则两者之间较大值的内平均值为调节级金属温度。这个温度和内平均值之差比应力部分给出的第一级蒸汽温度变化率大www.bzfxw.com，并且转子应力计算程序无效，则并网后或转速处于中时，产生调节级蒸汽温度变化率高信号。这个调节级蒸汽温度变化率实际上是应力计算无效时应力的代替参数。处于偏心检测时，偏心大于）上下缸温差大于。这个信号由如下任一个条件产生：中压缸机头端上下缸温差大于中压缸排汽口上下缸温差大于高压缸排汽口上下缸温差大于凝汽器压力大于胀差小于或大于）胀差后预测值大于或小于轴向位移大于或小于）轴承温度高值：推力轴承温度大于号径向轴承温度大于号径向轴承温度大于）发电机和励磁机冷却温度受到限制：发电机冷却氢气温度大于，励磁机冷却空气温度大于氢气系统故障。并网转速区（中存在如下任一条件：发电机冷却氢气温度大于励磁机冷却空气温度大于

71氢气压力大于氢气压力小于氢气纯度大于氢气纯度小于氢气压力大于，氢油压差小于）传感器故障保持。当个传感器出现故障时，产生保持，利用功能可超驰该信号。）并网转速区中，高压转子表面应力实际值大于允许应力值，并且高压转子表面温度大于调节级蒸汽温度。这个保持条件实质上是预测并网应力超限保持。众所周知，汽机并网时必须加上初始负荷。因此，从下空载到并网后带初始负荷这个过程是一个负荷跳变过程，必将引起第一级蒸汽温度的突升，即转子应力的突增。为了防止并网引起的第一级温度飞升造成超应力，设计了该项保持，使高压转子在并网以前应力水平趋缓后才能并网，从而保证并网不会对高压转子造成损害。）发电机容量限制。设代表发电机有功功率，代且发电机无功功率，为功率因数。当无功为负且时，给定；当无功为正且时，给定正常情况下，给定www.bzfxw.com。当）（时，认为发电机容量受限制。）振动报警保持。并网后如果任一轴承出现振动报警，则产生保持。并网前如果任一轴承出现振动报警，或在临界共振区中出现保持，或者振动控制增过程正在进行，则计时产生振动报警保持信号。）盘车转速区中，主蒸汽过热度小于转速／负荷保持在转速控制中产生速度保持，但必须是在非临界共振区中才有效。同时这个信号使振动增对目标转速的控制以及对速度变化率的控制退出（如查由于振动而引起的转速保持不能使振动增控制退出）。转速／负荷保持在负荷控制中产生负荷保持，同时使应力对负荷变化率的控制退出。振动报警产生转速保持的控制过程较为特殊，下面稍作说明。分析中假设转速保持仅由振动报警产生。如果在非临界共振区中出现振动报警，则要等的转速保持后才能执行振动对转速的控制。在的时间中如果振动报警消失，则恢复正常的转速控制。如果在临界共振区中出现振动报警，首先判断振动是否达跳闸值，如果是，立即实施振动减控制，如果不是则立即实施振动增控制，尽管这时由于振动报警而产生了计时的振动转速保持，但由于临界共振区中转速保持信号并不能真正使转速保持，所以完全可以将实际转速控制到非临界共振区中的安全转速上。原组态设计中将转速保持定为禁止振动增控制的条件不妥，合理的方案应当是非振动转速保持而产生的转速保持才禁止振动增控制，否则振动增永远不会起作用，这部分详情请参见前文中“振动控制目标转速标准分享网www.bzfxw.com免费下载

72框图”五、其他功能方式下可对传感器故障信号及某些报警条件分别进行传感器故障超驰（或报警超驰（，其操作可以通过操作员站或相应的指示灯给运行人员提示。现场个别信号通道或传感器损坏是常见的，为了不使这种情况影响控制系统的正常工作，程序对个传感器测量值进行质量判断。处于控制方式下，如果某个传感器故障而使其测量值为坏质量时，利用脉冲将报警触发器置位，这个报警信号送操作员站并于逻辑中产生允许条件，同时产生速度／负荷保持。这个条件通过操作员站给运行人员以指示，这时运行人员可通过操作员站进行操作。操作指令使超驰触发器置位，该触发器输出指令使出现故障的传感器测量值被常数或另外传感器的测量值替代，同时操作指令使报警触发器复位，进而自动解除操作指令。当传感器测量信号为好质量且要后才能使超驰触发器复位，这时该测量值进入程序中。另外如果汽机跳闸后，超驰触发器亦复位。参数质量检测及超驰逻辑如图所示。www.bzfxw.com图参数质量检测及超驰逻辑下面给出个可进行的信号以及这些信号被超驰时的代替数值或测量信号：内壁金属温度内壁金属温度／外壁金属温度。内壁金属温度内壁金属温度／外壁金属温度。外壁金属温度外壁金属温度内壁金属温度。外壁金属温度外壁金属温度／内壁金属温度。发电机氢气压力润滑油压力凝汽器压力轴承温度（左）轴承温度（右）轴承温度（左）。轴承温度（右）轴承温度（左）

73轴承温度（右）轴承温度（左）轴承温度（右）轴承温度轴承温度轴承温度轴承温度）推力轴承温度（前））推力轴承温度（后））推力轴承温度（前）推力轴承温度（后））低压轴封蒸汽温度。冷油器出口温度）氢油压差）轴向位移）无功功率）低压缸排汽机头端温度低压缸排汽机尾端温度。）低压缸排汽机尾端温度低压缸排汽机头端温度。www.bzfxw.com高压缸下部排汽端金属温度高压缸上部排汽端金属温度。高压缸上部排汽端金属温度高压缸下部排汽端金属温度。）中压缸下座排汽端金属温度中压缸上盖排汽端金属温度。）中压缸上盖排汽端金属温度中压缸下座排汽端金属温度。）中压缸下座机头端金属温度中压缸上盖机头端金属温度。）中压缸上盖机头端金属温度中压缸下座机头端金属温度。）偏心度号轴承振动号轴承振动号轴承振动号轴承振动号轴承振动号轴承振动号轴承振动号轴承振动氢气纯度。）高压轴封蒸汽温度中压缸发电机端金属温度／高压缸机头端金属温度。）中压缸发电机端金属温度高压缸机头端金属温度／高压轴封蒸汽温度。高压缸机头端金属温度中压缸发电机端金属温度／高压轴封蒸汽温度。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

74氢冷器出口氢温（汽端）氢冷器出口氢温（汽端）氢冷器出口氢温（励端）氢冷器出口氢温（励端）对个报警信号允许运行人员进行报警超驰。当报警信号产生时，报警触发器置位，这个信号给运行人员以指示。这时运行人员可以通过操作员站进行操作，该操作指令使报警触发器复位，当报警信号消失时，报警指示亦消失。这个可进行的报警信号分别如下：并网转速区中高压转子表面应力实际值大于允许值，且高压转子表面温度大于调节级蒸汽温度。）转子为冷态时主蒸汽温度大于。判定转子为冷态的判据是：如果采用暖机方式，则如果高压转子中心计算温度小于，或中压转子中心计算温度小于；如果采用暖机方式，则调节级金属温度或中压缸叶片环金属温度小于盘车时轴封蒸汽温度报警：高压轴封蒸汽温度大于低压轴封蒸汽温度大于低压轴封蒸汽温度大于高压轴封蒸汽温度同汽缸端金属温度差大于www.bzfxw.com盘车时低压缸排汽温度大于盘车挂闸时中压缸疏水阀关闭。切换转速区或并网转速区中振动报警。盘车时润滑油温度小于盘车挂闸时抗燃油压力低。盘车挂闸时高压缸疏水阀关闭。）盘车挂闸时抗燃油温度低。汽机处于摩检转速区中时，主蒸汽过热度小于上述个条件分别是冲转不允许条件及转速／负荷保持条件，或切换和投同期不允许条件，所以当以上任一条件出现时，会相应地影响程序的执行，功能允许运行人员将这些条件超驰而使程序进行。六、保护程序中的大量内容是为汽机保护而设计的。部分输入大量信号，当这些输入信号出现报警时分别通过操作员站给运行人员以指示，如果这些信号超过跳闸限制值，则产生跳闸指令保护报警由于报警信号众多，这些报警信号分别对程序产生相应影响，且许多已于前文中提及，故而在此不一一列举，仅对如下几种报警信号加以说明：

75（主蒸汽温度变化率。当负荷大于后，对主蒸汽温度变化进行判断，如果主蒸汽温度于内变化值大于，则产生报警信号，此信号在操作员站上进行显示。）再热蒸汽温度变化率。当负荷大于后，对再热蒸汽温度变化率进行判断，如果再热蒸汽温度于内变化值大于，将产生报警信号。发电机定子电流限制。利用发电机氢气温度确定定子绕组中电流的限值，氢气温度越高则电流限值越小，当实际电流值大于限值时产生报警。具体限值如下：＜保护跳闸程序产生如下个保护跳闸信号：www.bzfxw.com汽轮机叶片跳闸。当产生汽轮机叶片时，如果汽机转速已降到摩检转速上，而再热蒸汽温度仍然比此时冷凝器真空度所对应的限值大，这种状况持续后跳闸。轴承温度高跳闸。推力轴承温度大于号径向轴承温度大于号径向轴承温度大于汽机上下缸温差大跳闸。中压缸机头端上下缸温差大于中压缸排汽口上下缸温差大于中压缸排汽端上下缸温差大于）轴向位移大跳闸。轴向位移大于轴向位移小于胀差大跳闸。胀差大于胀差小于）振动跳闸。非临界共振区中如果任一轴承振动大于，且历时后产生跳闸。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

76上述个跳闸信号可以由软件维护人员利用逻辑中的软件开关进行闭锁。当处于控制方式，即机组运行方式为方式时，则上述跳闸信号动作个高压跳闸电磁阀和个低压跳闸电磁阀以及两个超速保护电磁阀。当处于监视方式，即机组运行方式为自动、手动或紧急手动时，则上述跳闸信号经过中跳闸继电器给系统一个接点闭合信号，通过使汽机跳闸。七、监视方式无论控制方式使用与否，该部分都将产生报警、跳闸信号，是的参数监视、保护部分。汽机运行时的主要被监视参数都在该部分中。它们是各轴承油温，高、中压上下缸温差，转子位移，差胀，各轴承振动以及低压段叶片保护等，其中，前个是简单的值域监视逻辑，构成如图所示。图轴承油温、上下缸温差、转子位移，胀差值阈监视逻辑轴承振动的监视逻辑略有不同，如图www.bzfxw.com所示。图振动监视逻辑振动达到跳闸限后有延迟，设计意图是为了防止振动信号“跳动”，确认振动达到跳闸限是在其发生后，而真正跳闸信号是当机组不在临界／共振区，同时发生振动超标后产生的。从逻辑上看，前后两个延时有重复。低压级叶片保护功能是为了汽机在近同步转速或低负荷情况下，防止低压段叶片因鼓风作用过热造成损坏的一种保护措施。当控制系统检测到叶片保护信号发出后，将分别采取以下两种操作：如果机组未并网，逐级目标转速，直至该保护信号消失。否则，机组到，保持后跳闸。如果机组已并网，则向操作员发出扫警信号，提示操作员增加负荷，或降低再热蒸

77汽温度，或降低凝汽器真空。第五节抗燃油及执行机构一、抗燃油供油系统的组成为了提高控制系统的动态响应品质，级机组普遍采用了抗燃油。抗燃油是一种三芳基磷酸脂的合成油，它具有良好的润滑性能、抗燃性能和流体稳定性，自燃点为℃以上。因而在事故情况下，当有高压动力油泄漏到高温部件上时，使发生火灾的可能性大大降低。但抗燃油价格昂贵，且有一定腐蚀性，并且对人体健康有影响，不宜在润滑系统内使用，因而需设置单独的供油系统。国产优化引进型机组的系统（见图）主要由油箱、高压油泵、控制单元、蓄能器、过滤器、冷油器、抗燃油再生装置及其他有关部套组成。系统的基本功能是提供电液控制部分所需要的压力油，驱动伺服执行机构，同时保持油质完好www.bzfxw.com图供油系统工作原理由交流电机驱动高压油泵，通过油泵的吸入滤网将油箱中的抗燃油吸入。油从油泵出口先经滤网再经逆止阀进入高压活塞式蓄能器，和蓄能器连接的高压油母管将高压抗燃油送至各执行机构和危急遮断系统。当蓄能器充油压力达到上限值时，逆止阀后的油压信号使液控卸荷阀动作而卸荷，把油泵出口的高压油直接通向油箱，使油泵在无负荷工况下运行，当蓄能器油压跌到下限值时，卸荷阀复位，从而油泵再次向蓄能器充油。叶片在承载和卸载的交变工况下运行，可减少能量损失和油温的升高，因而增加了泵的寿命和工作效率。安全阀在高压油母管压力达到时，开启通向油箱的窗口，起到过压标准分享网www.bzfxw.com免费下载

78保护作用。各执行机构的回油通过压力回油管先经过油滤器，然后通过冷油器回至油箱。高压母管上压力开关能自动启动备用油泵和对油压偏离正常值进行报警。冷油器出水口管道装有油箱温度控制器，油箱内也装有油温过高报警的测点。油箱盖板有油位报警和遮断的装置，另外还设置油位指示器等（见图供油系统的组成保证电液控制系统的性能完好，在任何时候都应保持抗燃油油质良好，使其物理和化学性能都符合规定。因此，除了在启动系统前要对整个系统进行严格的清洗外，系统投入使用后还必须按需要运行抗燃油再生装置，以保证油质。推荐的抗燃油的物理化学性能见表图油箱油位表抗燃油物理化学性质www.bzfxw.com油箱。油箱是油系统最重要的设备之一。国产优化引进型的油箱，容量为，能保证系统全部设备运行所需的总油量。由于抗燃油有一定的腐蚀性，油箱用不锈钢板制成。油箱顶部装有浸入式加热器、控制单元组件、各种监视仪表和维修入孔等。油箱底部有一个手动泄放阀，油箱上还装有加油组件以及供油质监督取样的取样阀。整个结构布置紧凑、工作可靠、检修方便。个装有磁棒的空心不锈钢杆全部浸泡在油中作为磁性过滤器，以吸附油中可能带有

79的导磁性杂质，它们必须定期清洗。每个不锈钢杆及磁芯可以单独拆出进行清洗，因此清洗工作可轮换进行。油箱除有就地的指示油位计外，还设有个浮子式油位继电器，在油位改变时，它们推动限位开关动作。其中一个用于低油位报警和低油位遮断停机，另一个用于低油位报警和低油位遮断停机（见图油箱油温由指针式温度计和温度控制继电器控制。该机组要求油系统不能在低于℃的情况下长期运行，而且不得在低于℃的情况下运行，为此在油箱内装有个电加热器，在油温低于℃时对油进行预热。而在油温升高到时，温控继电器动作，发出报警信号或通过温度调节阀调节冷油器的冷水量，保持系统在正常油温范围运行。高压油泵。国产优化引进型机组油系统的压力抗燃油由交流电动机驱动的高压叶片泵提供。系统中装有台相同的油泵，其出口流量为，设计排油压力为台泵并联装在油箱的下方，以保证在正吸入压头下工作。台油泵的进口共用个安装在油箱内的吸油滤网。滤网由的金属丝网构成，能很方便地由油箱顶部的人孔拆出进行维修，而不影响其他相邻部件的正常工作。每台油泵输油到高压集管的油路系统完全相同，并且相互独立。正常运行时，台油泵的出油就能满足整个油系统的运行需要，故台油泵互为备用。特殊情况下台泵也可以同时运行。高压油集管在正常运行时，设计油压为www.bzfxw.com，当油压降到时，与集管相通的压力继电器动作，通过中间继电器接通备用油泵的驱动电动机电路，使备用油泵启动。压力继电器的信号油路与高压集管之间设置了个固定节流孔，在调整压力继电器整定值、进行备用油泵自启动试验时，打开布置在压力继电器信号油路上的试验阀向油箱排油，使压力继电器信号油路产生局部压力降，检验其动作情况。此时，高压油集管的压力基本不变，不会因试验而影响系统的正常工作。试验阀有个，一个是压力继电器附近的电磁阀，用于远方操作试验；另一个是油箱附近的手动阀，用于就地操作试验。油泵启动后不会自动停运，必须操作相应控制开关手动停泵。该控制开关也是个三位开关。停泵以后，从断开位置释放开关时，开关靠着弹簧力回到自动位置，此时泵被置于压力继电器的控制之下。为了保证系统的连续运行和提高系统的可靠性，正常运行时，备用泵的控制开关必须保持在自动位置。油箱控制单元组件。国产优化引进机组油箱控制单元是一个由卸荷阀、逆止阀、过压保护阀、截止阀和个金属过滤器等组成的组合装置，安装在油箱顶盖上。从高压油泵来的油首先经过控制组件中具有金属丝网的滤芯式过滤器。对应每台油泵的出口，有个过滤器，如图所示。这个过滤器分开安装，可以取出清洗并再次使用。为了判断滤网是否为污物堵塞，在台油泵出口过滤器上都安装有压差开关，用于感受过滤器进出口侧的压差。当过滤器进出口两侧压差达时，压差开关引起音响报警，表示此过滤器被堵，需要进行标准分享网www.bzfxw.com免费下载

80清洗或调换滤网。高压油泵的来油经过过滤网后流入卸荷阀（也称压力控制阀），卸荷阀用于控制系统中的压力，它的动作压力由调整旋钮调整锥形弹簧的预紧力来整定。系统高压油集管的油压引入卸荷阀并作用于控制柱塞的左端。当集管压力低于且控制滑阀处于关闭位置时，此时卸荷阀处于关闭状态，油泵来油全部进入高压油集管。当集管中油压达时，柱塞克服锥形弹簧力右移，打开套筒泄油窗口，将油泵来油直接送回油箱，卸荷阀处于排油状态。由于油箱内油压甚低，故卸荷阀处于排油状态时，高压油泵负载最轻，功耗最小，发热效应减小，有益于延长泵的使用寿命。当卸荷阀处于排油状态时，集管与油箱通过卸荷阀连通。因此为了阻止在卸荷阀流回油箱，控制组件上，在油泵出口管与集管之间设有逆止阀。当卸荷阀处于排油状态时，油泵出口与油箱连通，油压很低，因而止回阀的弹簧将阀关闭，阻止高压油集管压力油倒流回油箱。而当卸荷阀复位以后，油泵出口压力建立，顶起止回阀，将油输入高压油集管。高压油集管的设计压力很高，因此超压是十分危险的。尽管有卸荷阀控制，但为了提高可靠性，在控制组件上还设置了个安全阀（或称溢流阀、过压保护阀）。安全阀和逆止阀后的集管连通，以防集管超压，可保护系统安全。该机组过压保护阀的动作压力为。安全阀结构与卸荷阀类似，动作原理基本相同，从对集管的保护作用来说，实际上可看成是卸荷阀的备用阀。在控制组件上还安装有个截止阀。手动关闭这两个阀门，就使得控制组件与高压集管隔绝，以便对卸荷阀、过滤器、逆止阀以及泵进行维修。关闭其中一个阀门，只切断双www.bzfxw.com重系统中的一路，不会影响机组的正常运行。）蓄能器。为了维持系统的油压在卸荷阀的两个动作油压之间的相对稳定，以防止卸荷阀或过压保护阀反复动作，在国产引进型机组油系统中装有只活塞式蓄能器，也称高压蓄能器。其中一只容量为，安装在调节汽阀附近的支架上。活塞式蓄能器实际上是一个有自由浮动活塞的油缸。活塞的上部是气室，下部是油室，油室与高压油集管相通。为了防止泄漏，活塞上装有密封圈。蓄能器的气室充以干燥的氮气，充气时，用隔离阀将蓄能器与系统隔绝，然后打开其架油阀排油，使油室油压为，此时从蓄能器顶部气阀充气，活塞落到下限位置，正常的充气压力是。机组运行时，蓄能器中的气压与系统中的油压相平衡，不会发生气体泄漏。但停机时，系统中无油压，会有一定的漏气发生，所以当气室压力小于时，需要再次充气。气体是可压缩的介质，故油压高于气压时，活塞上移，压缩气体，油室中油量增多。在调节机构动作而油泵又没有连续向集管输油的情况下，蓄能器的储油借助气体膨胀被活塞压入高压集管，以保证调节机构动作需油量及所需的动作油压。当集管油压达时，卸荷阀动作使高压油泵处于卸荷状态工作，无压力油送入集管，这时活塞式蓄能器的气室压力也是，用以维持系统的油压和补充系统的用油量。另外，在通向油箱的压力回油管上装有个低压蓄能器。低压蓄能器结构是球胆式的，由合成橡胶制成的球胆装在不锈钢壳体内，通过壳体上的充气阀可以向球胆内充入干燥的氮气，充气压力为。壳体下端接压力回油管球胆将气室与油室分开，起隔

81离油气的作用。合成橡胶球胆可经随氮气压力降到时，必须再充气。冷油器和滤油器。国产优化引进型机组油系统在回油管道上装有套滤油器一冷油器装置，所有的回油在送回油箱以前均流过滤油器和冷油器，正常运行时，只需一套装置便可以满足系统的需要，另一套作为备用装置。为了保证油温在正常范围内，在冷油器循环冷却水出口处装有温度控制阀，它与浸在油箱中的温度控制器温包相连，对流过冷油器的水流量进行控制。冷却水进口管路中装有配备清洗塞的滤网。冷油器装在油箱边上，冷却水在管内流过，回油在冷油器外壳内环绕管束流动。冷却水量除通过温度控制阀控制外，也可由手动控制。水量应调到保证系统的回油温度在之间。油箱表盘上的盘式温度计随时指示油箱中的油温，当油温高到℃时，由一个温度敏感开关发出报警信号。滤油器的过滤元件为具有互换性的渗透性滤芯。为了便于调换滤芯，在每个滤油器外壳上装有个可拆卸的盖板。正常情况下，回油通过个滤油器一冷油器组合装置架油箱。油的流向由个手动的三通方向控制阀决定。用这个三通阀可以隔绝两个滤油一冷油器装置中的任一个，以进行清洗和维修。当三通阀阀芯处于中间位置时，两套装置同时投入运行。三通阀之前有个压力开关，在感受油压达时接点闭合，发出警报，表示正在运行的滤油器或冷油器已经变脏。这个报警信号表明回油管路压力已经达到了最大极限，若继续运行，就会使污物穿过滤油器的可能性增加，这时应将三通阀置于另一套装置运行的位置，对已污脏的滤油器滤芯进行检查、清洗。www.bzfxw.com为了保证在各种条件下运行可靠，在三通控制阀前设置了另一通向油箱的回油路。正常情况下，这条回油管路由一个逆止阀关死（见图。当冷油器堵塞造成回油压力过高时，油压作用力将顶开逆止阀，使回油经过旁路，绕过冷油器及滤油器回箱。油再生装置。油再生装置是一种用来储存吸附剂使抗燃油再生的组件，它主要由硅藻土滤油器与波纹纤维滤油器串联而成，通过带节流孔的管道与高压油集管相通。对国产引进型机组，此节流孔管路使每分钟大约有的油流过油再生装置，然后进入油箱。硅藻土滤油器根据具体情况可以经旁路，使油仅通过波纹纤维滤油器。硅藻土滤油器与波纹纤维滤油器的滤芯为可调换的。当滤油器的油温在℃之间，而压力达时，滤芯需要更换。关闭通往再生装置管跌上的阀门时，可以进行滤芯的调换。每个滤油器上装有一个压力表，当指示不正常的压力值时，表明滤油器需要检修。二、的执行机构（液压伺服系统）在调节系统中，数字部分的输出，进入伺服系统，该系统由伺服放大器、电液伺服阀、油动机及线性差动位移传感器反馈（）组成，是的末级放大与执行机构。引进型机组的调节油和润滑油分开的独立系统。油系统，如图所示，它由四大部分组成：图的右下方为保护的遮断系统，用于机组保护；右上方为遮断试验系标准分享网www.bzfxw.com免费下载

82www.bzfxw.com图调节的液压系统图统，作为系统的试验；左上方为中压主汽阀（个）和调节汽阀（个）控制系统；左下方为高压主汽阀个）和调节汽阀个）控制系统。各油动机及其相应的汽阀称为系统的执行机构，整个调节系统有个这种机构，由于其调节对象和任务的不同，其结构型式和调节规律也不相同，但从整体看，它们具有以下相同的特点：所有的控制系统都有一套独立的汽阀、油动机、电液伺服阀（开关型汽阀例外）、隔绝阀、止回阀、快速卸载阀和滤油器等，各自独立执行任务。所有的油动机都是单侧油动机，其开启依靠高压动力油，关闭靠弹簧力，这是一种安全型机构，例如在系统漏“油”时，油动机向关闭方向时动作。执行机构是一种组合阀门机构，在油动机的油缸上有一个控制块的接口，在该块上装有隔绝阀、快速卸载阀和止回阀，并加上相应的附加组件构成一个整体，成为具有控制和快关功能的组合阀门机构。高压主汽阀和调节汽阀的组合结构高压主汽阀（）和高压调节汽阀）是一种控制型的阀门机构，运行时可以根据需要将阀门控制在任意中间位置上，使调节规律为蒸汽流量与阀门的开度成正比。控制型汽阀的工作原理。图为控制型汽阀的工作原理图，图中给出了组合

83图高压主汽阀和调节汽阀的工作原理图阀门的各种主要功能构件，和两种汽阀的结构相同。当给定或外界负荷变化时，计算机输出开大或关小汽阀的电压信号，经伺服放大器转换成电流信号并进行功率放大，在电液伺服阀将电信号转换成弹簧片的位移信号，经喷嘴控制使伺服阀活塞产生位移，输出高压油对油动机进行控制。增加负荷时，高压使油动机活塞向上运动，通过连杆带动，使汽阀开启；当负荷降低时，弹簧力的作用使压力油自油www.bzfxw.com动机活塞的下腔泄出，油动机活塞向下运动而关小汽阀。当油动机活塞移动时，用于反馈的线性位移变送器（，将油动机活塞的机械位移转换成电信号，该信号经解调器与计算机输入的信号比较，伺服放大器的输入偏差为零时，电液伺服阀的活塞回到中间位置，从而切断油动机的进油通道，油动机停止运动，系统在新的工作位置上达到平衡。主汽阀和调节汽阀的油动机旁，各设有一个快速卸载阀，用于汽轮机故障需要停机时，通过安全油系统使遮断油总管失压，快速泄去油动机下腔的高压油，依靠弹簧力的作用，使汽阀迅速关闭，以实现对机组的保护。在快速卸载阀动作的同时，工作油还可排入油动机的上腔室，从而避免回油旁路的过载，这是一种巧妙的设计。）组合汽阀的机构。高压主汽阀和调节汽阀的结构相同，下面以图的高压调节汽阀的组合结构为例说明。从图中看出，该机构包括了油动机、电液伺服阀、隔绝阀、溢流阀、逆止阀、过滤器和线性位移差动变送器等所有功能部件，并且组合成一体，由于减少了各部件单布置时的大量连接管件，从而提高了运行的可靠性。图中的控制块是用来安装并连接所有部件的，它也是将所有电气接点和各液压接口的连接件。位置控制的信号、伺服放大器、及其解调器，也是组合机构的工作部件，它们安装在调节器的组膈控制柜内。油动机是单侧油动机结构，布置在每个蒸汽室的侧面，其活塞通过一对连杆与调节汽标准分享网www.bzfxw.com免费下载

84www.bzfxw.com图高压调节汽阀的组合结构一控制块；溢流阀；一电液伺服阀；线性位移差动变送器（一端盖；注油节头；一管接头；杠杆；端杆；端杆套筒；油动机支座；油缸；过滤器盖；截止阀；逆止阀；套筒；端子排；特氟纶密封圈；过滤器；过滤器引导；形圈；冲洗块阀连杆相连，杠杆的支点布置成油动机向上运动是调节汽阀的开启方向。）快速卸荷阀。快速卸荷阀是一种由导阀控制的溢流阀，用于机组发生故障时，迅速泄去安全油，实行紧急停机。图为快速卸荷阀的工作原理图，该阀安装在油动机板块上，它的上部装有一环状滑阀，滑阀下部的腔室与油动机活塞下部的高油路相通，并受到高压油的作用，在滑阀底部的中间有一个小孔，使少量的压力油通到滑阀上部的油室，该室有两条油路，一路经过逆止阀与危急遮断油路相通，正常运行时由于遮断油总管上的油压等于高压油的油压，它顶着逆止阀并使之关闭，滑阀上的压力油不能由此油路泄去；另一油路上经针形阀控制的缩孔，控制通到油动机活塞上腔的油通道，调节针形阀的开度，可以调整滑阀上的油压，以供调试速定之用。正常运行时，滑阀上部的油压作用加上弹簧的作用力，大于滑阀下部高压油的作用力，使杯形滑阀压在底座上，连接回油路的油口被关闭。当汽轮机故障、电磁阀动作，遮断油总管失压时，作用在杯形滑阀上的压力油顶开逆止阀并泄油，使该滑阀上部的油压急

85图快速卸荷阀的工作原理剧下降，下部的高压油推动滑阀上移，滑阀套上的泄油孔被打开，从而使油动机内的高压油失压，并在弹簧力的作用下迅速下降，关闭调节汽阀，实行紧急停机。快速卸荷阀也可用作调节汽阀或主汽阀的手动关闭。在手动关闭任何一个汽阀时，首先要关断隔绝阀，以防止快速卸载阀放走大量的高压油，然后将压力速定调整杆反向慢慢旋出，从而改变针形阀控制的泄油口，改变油动活塞下腔室的动力位置，然后慢慢打开隔绝阀。www.bzfxw.com隔绝阀。隔绝阀也称隔离阀，用于切断通往油动机的高压油。工作时该阀全开，运行中关断该阀，可以对油动机、电液伺服阀、快速卸载阀和位移变送器进行不停机检修，以及清理或更换过滤器等。过滤器。为了保证电液伺服阀的清洁，保证阀内节流孔喷嘴和滑阀能正常工作，所有进入电液伺服阀的高压油，均需经过的过滤器的过滤。滤网要每年更换一次，被更换下来的滤网，当有合适的滤网清洗设备时，在彻底清洗干净后还可以再使用。此外，电液伺服阀内还有一道滤网，以确保油的清洁。逆止阀。在油动机的控制油路中设有个逆止阀，个是通往危急遮断油路总管去的逆止阀，如图所示，其作用是当检修运行中某一台油动机时，其对应的绝断阀已经关闭，使油动活塞下的油压消失，而其他油动还在工作，此时该逆止阀起到阻止危急遮断油总管上的油倒流入油动机的作用；另一个逆止阀安装在回油管路上，以防止在油动机检修期间，由压力回油总管来的油倒流到被检修的油动机去。两阀共同保证油动机的不停机检修。线性位移差动变送器（的作用是把油动机活塞的位移（同时也代表调节汽阀的开度）转换成电压信号，反馈到伺服放大器前，与计算机送来的信号比较，其差值经伺服放大器功率放大并转换成电流值后，驱动电液伺服阀、油动机直至调节汽阀。当调节汽阀的开度满足了计算机输入信号的要求时，伺服放大器的输入偏差为零，于是调节汽阀处于新的稳定位置。是由一芯杆与外壳所组成（见图，在外壳中有个绕组，一个是一次绕标准分享网www.bzfxw.com免费下载

86组，供给交流电源；在中心点的两侧各绕有一个二次绕组，这两个绕组是反向连接的，因此，二次绕组的净输出，是该两绕组所感应的电动势之差值。当绕组内的铁芯处于中间位置时，两个二次绕组所感应的电动势相等，变送器输出的信号为零。当铁芯与绕组有相对位移，例如铁芯向上移动时，则上半部绕组所感应的电动势较下半部绕组所感图组成应的电动势大，其输出的电压代表上半部的极性。二次绕组感应的电动势经速形滤波后，转变为铁芯与绕组间相对位移的电信号输出。在实际装置中，外壳是固定不动的，铁芯通过杠杆与油动机活塞连杆相连，这样，输出的信号便可模拟油动机的位移，于是，也就代表了调节汽阀的当前开度。在进行设计时，应使输出信号具有“凸轮特性”，也就是当油动机活塞移动到某一定的位置后，再将调节信号增大时，油动机的位移和调节汽阀的开度增较小，使汽轮机进汽量增加也较小，正如凸轮旋转到靠近弧段一样，这一思想只需在差动变送器端单位长度中增加绕组数便可以实现。增加反馈信号意味着局部速度变动率的加大，信号变化时进汽量增加很小，但是，这样设计成的线性差动变送器所产生的位移信号就不再是线性的，不再正比于油动机的位移，因此，当油动机进入凸轮效应的影响范围后，其反馈信号增加相对减小，使得计算机来的调节信号与反馈信号比较时不再为零，也即伺服放大器一直有一信号输入，使得油动机继续位移，该动态过程一直到极限位置为止。凸轮位置的开始影响点是可调的，也即油动机的极限位置是可调的。www.bzfxw.com中压主汽阀的组合机构中压主汽阀也称再热蒸汽主汽阀，它只有全开和全关两个位置，属于开关型汽阀。中压主汽阀组合机构的组成与特点。中压主汽阀组合机构的主要组成部件是：油缸、控制块、电磁阀、溢流阀、隔绝阀、逆止阀（个）等，其组成与上述高压调节汽阀类似，但由于它是一种开关型执行机构，没有控制功能，因此，具有不同的特点：由于没有控制功能，所以不必装设电液伺服阀及其相应的伺服放大器。增设个二位二通的电磁阀，用以开关中压主汽阀，以及定期进行阀杆的活动试验，保证该阀处于良好的工作状态。当电磁阀动作时，能迅速地泄去中压主汽阀的危急遮断油，使快速卸载阀动作，紧急关闭主汽阀。该机构安装在中压缸主汽阀的弹簧室上，其油动机活塞杆与该主汽阀的阀杆直接相连，因此，当油动机向上运动时为开启中压主汽阀，油动机向下运动时为关闭中压主汽阀。油动是单侧油动机，高压抗燃油提供开启汽阀的动力，快速卸载阀泄油可使油动机下腔室的动力油失压，依靠弹簧力的作用，快速关闭中压主汽阀。前面已分析，由于再热机组具有庞大的中间容积，机组甩负荷时即使高压主汽阀和调节汽阀能同时立即关闭，该容积也能使机组严重超速，因此，甩负荷后除应立即关闭中压调节汽阀外，也应立即关闭中压主汽阀，让蒸汽通过旁路排入凝汽器，对机组实现双重保护，这能起到十分重要的作用。中压主汽阀的工作原理。图是中压主汽阀的工作原理图，高压动力油自隔

87图中压主汽阀的工作原理图绝阀引入，经过一个固定节流孔板后直接进入油动机的下腔室，该节流孔板是用来限制油动机进油的，其作用一是开门时使汽阀缓慢开启，避免大量的高压油又自隔绝阀涌入，会使中压主汽阀的关闭速度减慢，仍有超速的危险。快速卸载阀的结构的工作原理与图相同，该阀是由危急遮断总管油压控制的，当该总管油压被迫遮断时，通过快速卸载阀的回油管与油动机的上腔室相连，因而瞬间排www.bzfxw.com油也不会引起回油管的过载。二位二通电磁阀用于遥控，它的开启可把遮断油泄去，使快速卸载阀杯形滑阀上部的油压失压，并将与油动机连通的油路卸油，从而使油动机迅速关闭。同样，进行试验时把旁路阀打开，也可使油动机关小或关闭。此外，手动压力调整螺杆，也可以打开或关闭油动机。由于中压主汽阀只处于全开或全关位置，因此不设置变送器，而且该阀在安装后一般不作特殊的调速工作。同样，对于每一个中压主汽阀的组合机构，只要关断隔绝阀的进油，并有逆止阀阻止回油的倒流，都可以进行不停机检修，保证机组可继续运行。中压调节汽阀的组合机构中压调节汽阀（）也称再热蒸汽调节阀，是一种控制型的执行机构，可在它的控制范围内，把阀门控制在所需要的任意中间位置上，并能按比例进行调节。中压调节汽阀组合机构的组成。中压调节阀是由其油动机控制的，它是一种拉式弹簧单侧作用油动机，以高压抗燃油为动力，能迅速而准确地将中压调节汽阀开到计算机输出电信号所要求的位置上。该油动机布置在中压缸调节汽阀的弹簧箱上，用连杆与汽阀杆相连，油动机活塞向上运动为开调节汽阀，向下运动为关调节汽阀。重型关闭弹簧可将调节汽阀保持在关闭的位置上，而油动机能克服弹簧力将调节汽阀开到任何所需的位置上。组合执行机构的主要组成是：油动机活塞缸、油动板块、过滤器、电液伺服阀、快速标准分享网www.bzfxw.com免费下载

88卸载阀、隔绝阀、逆止阀（个）和线性位移差动变送器（）等。油动机板块上装有几个部件，并对它们起液压连接作用，它也是电气接点和油系统液压接口的连接件。伺服放大器和解调器则装在调节器控制柜内。鉴于中压调节汽阀的执行机构中的许多部件都与高压调节汽阀相同，这里只指出其特点和不同部分。与高压调节汽阀的油动机相比，虽然都是采用单侧油动机，但弹簧的布置相反，高压调节汽阀的弹簧布置在油缸内，是压弹簧；而中压调节汽阀的弹簧布置在油缸外，是拉弹簧，因而，两者在结构上有一些差别。快速卸载阀的结构有所不同。图是调节汽阀快速卸载阀的结构简图，它布置在油动机的液压板块上，可将油动机的动作油迅速泄去，使中压调节汽阀迅速关闭。其弹簧可使快速卸载阀保持在打开位置，作用在阀门定位器上的腔室中的油压合快速卸载阀关闭。快速卸载阀伸入到油动板块中，并且贴合在板块的阀座上，腔室的油是经供油总管来，当总管压力足够高时，弹子逆止阀就会落在阀座上，将排油口关闭。正常运行时，高压油通过试验电磁阀进入腔室，此压力与电液伺服阀供给油缸的高压油压力相等，但由于它在腔室中的作用面积较大，因而克服了弹簧的约束力，将快www.bzfxw.com图中压调节汽阀快速卸载阀的结构简图一快速卸载阀；销；一弹簧座；一支持圈；阀定位器；逆止阀；阀体；套筒；形圈；阀；弹簧

89速关闭卸载阀，切断油缸中高压油的回路通道，从而使油动机的活塞下部能建立油压。危急遮断油总管的油压等于或略高于送到腔室内的油压，因此，当此总管的油压降低时，总管的逆止阀被打开，卸载阀内的逆止阀也被打开，于是腔室内的油压下降，快速卸载阀打开，将油动机活塞下部的高压油排入回油管，从而迅速关闭中压缸调节汽阀。当试验电磁阀通电时，例如在试验中压调节汽阀时，它将到腔室去的高压油的回油通道打开，从而使逆止阀打开，快速卸载阀随之打开，中压调节汽阀关闭。应该注意的是对电磁阀做通电试验时，应输出一个偏压信号，将电液伺服阀关闭，由于电磁阀试验的油是由高压供油管路节流而来，所以，在电磁阀做试验时，油压的降低只是局部的，不会影响其他调节汽阀的正常运行。当危急遮断油总管的油压重新建立和试验电磁阀停止试验时，快速卸载阀迅速关闭，使油动机活塞的下部腔室能建立起油压，继续行使调节任务。试验电磁阀，该电磁阀也是装在油动机板块上的，用于遥控关闭中压调节汽阀，机组正常运行时电磁阀是断电的，高压没能直接通到快速卸载阀的上部腔室，使油动机能建立压力油。当电磁阀通电时，电磁阀打开回油通道，切断高压油的供给。此外，在中压调节汽阀进行阀杆活动试验时，通过电子控制器使试验电磁阀通电便可进行。中压调节汽阀的工作原理。图为中压调节汽阀的工作原理图，高压抗燃油通过隔绝阀和过滤器进入电液伺服阀，输出油压控制油动机和调节汽阀，油动机向上运动时，中压调节汽阀开启，向下运动时关闭。www.bzfxw.com图中，来自隔绝阀、滤油器的高压油，经过未通电的电磁阀进入快速卸载阀上部的腔室，由于油压的作用，快速卸载阀紧贴在关闭位置上，切断油动机活塞下腔室的回油通道，于是，油动机处于油压作用和工作位置。电液伺服阀接受计算机输出的信号控制，其位置与输入的阀位信号相对应，电液伺服图中压调节汽阀快速卸载阀的工作原理标准分享网www.bzfxw.com免费下载

90阀滑阀的移动，控制油动机进油量的大小，当调节汽阀开启到所需的位置时，伺服放大器的输入偏差为零，电液伺服阀回到中间位置。线性位移差动变送器的输出，代表中压调节汽阀实际位移的反馈信号，该信号送到控制柜与计算机输出的信号比较，经伺服放大器后作为输入电液伺服阀的控制信号，输出油压控制油动机，使调节汽阀处于与计算机输出信号相对应的新的平衡位置。一般而言，处于平衡位置的油动机应属于断流状态，但设计时考虑有少量油流到油动机的上油室，用以弥补油动机活塞和快速卸载阀的漏油，这样，只要外界负荷不变，汽阀的开度就不会改变。此外，油动机上下腔的油，通过回油和高压油系统分别与主油泵的进油和出相连接，有效地抑制了高压油压力波动引起油动机的任何波动，从而保证油动机进行的稳定性、第六节的超速保护和危急遮断系统在大型汽轮机中，某些参数严重超标有可能酿成设备损坏，甚至毁机事故，为此，大型汽轮机都设有严密的保护措施。引进型机组设有超速保护和危急遮断系统。由于机组超速的危害最大，因此，除了超速兼有超速保护和危急遮断多重保护外，其余重要参数的严重超标，都通过危急遮断系统实行紧急停机。一、超速保护控制器（www.bzfxw.com具有电超速保护控制功能（的功能主要是当汽轮发电机组甩负荷时，瞬时关闭高、中压阀门，防止汽轮机超速脱扣，为汽机提供了动态超速保护手段。系统由四部分组成（见图，它的功能如下：部分甩负荷时，中压调节阀快速关闭功能。）负荷下跌预测功能。超速控制功能。超速保护功能。在面板上带有一钥匙开关，它具有“试验”、“投入”、“切除”三档，机组正常运行时，超速保护功能投入钥匙开关置“投入”位置，此时可实施其功能。超速保护控制的工作原理如图所示，其中机械功率由再热蒸汽压力表示，发电机电功率信号来自三相功率变送器，代表机组的输出功率（关闭中调阀部分甩负荷功能（快关中压调节阀）是为了改善电力系统稳定性而增设的一种保护措施。机组正常运行时，才迅速关小，以免因汽轮机机械功与电功率的不平衡引起功角增大，使电机失步，电力系统失稳。快关功能是由图上部的逻辑系统实现的。其工作原理是：当发电机负荷下跌，汽轮机的功率在额定负荷的时，汽轮机的功率与发电机功率的差超过时，控制保护逻辑使的触发器置位，在内迅速关闭中压调节阀门。如果此时发电机

91www.bzfxw.com图超速保护逻辑标准分享网www.bzfxw.com免费下载

92励磁系统是闭合的，表明机组只是部分甩负荷，关中压调门使汽机功率下降，以适应外部负荷的下降，避免继续超速在内，若汽机功率与发电机功率相等，则重新打开中压调节阀，若仍有变化，上述过程只能在后动作。负荷下跌预测功能（该功能是由图中间部分的逻辑实现的，它是基于负荷大幅度下跌（如全甩负荷）、励磁电路断开、机械功率仍保持在额定功率以上的一种保护措施，目的是为了避免机组超速过大，引起危急遮断系统动作。此时，由置位并发出请求，关闭高压和中压缸调节汽阀，机组自动转入速度控制方式。当励磁断开一段时间后（，确信转速已小于时，复位，电磁阀断电，系统重新建立遮断总管油压，中压调节汽阀重新被打开，高压调节汽阀仍受的控制，在转速达到额定转速后，再行重新并网，缩短机组重新启动的时间。机组超速控制功能该功能是由图中部的逻辑实现的，此时，不论机组是转速控制还是负荷控制，只要转速超过，而且信号可靠时，超速控制器的逻辑系统都要输出控制信号，快速关闭高压和中压调节汽阀。如果此时的超速是由于负荷下跌引起的，符合上述第或第种功能的条件，其保护系统还可以加速关闭中压调节汽阀。以上功能是以电磁阀作为执行机构。超速保护功能该功能由图www.bzfxw.com的下部逻辑实现，不论在何种方式下运行，只要转速超过，则关闭所有的调节汽门和主汽门。其执行机构由遮断系统给出。二、液压执行机构从前图看出，超速保护控制系统的个电磁阀，即（和（／，采用并联回路，其中只要有一路动作，便可通过高和中压油动机的快速卸载阀，释放油动机内的控制油，快速关闭调节汽阀，防止超速。何时重新开启，是由调节器根据故障分析结果，然后发出指令来进行的。这种连接方法可以做到：防止一路不起作用时，另一路仍可工作，确保系统的可靠和机组的安全。可以进行在线试验，即当个回路进行在线试验时，另一回路仍具有连续的保护功能，避免保护系统失控。电磁阀只对控制器来的信号产生响应，例如机组负荷下跌，引起机组突然升速，或其他原因使机组超速达到时，由调节器对电磁阀发出指令，通过快速卸载阀，把高、中压调节汽阀油动机内的控制油泄去，从而关闭调节汽阀，防止继续超速而引起电磁阀的动作。与此同时，止回阀的逆止作用，保证遮断总管不会泄油，使各主汽阀仍保持在全开状态。在各调节汽阀关闭后，待机组的转速下降，调节器重新发出指令关闭电磁阀，总管建立油压，调节汽阀才能恢复控制任务。该方法可避免机组停机，减少重新启动的损失，节约时间，间接地提高了电厂运行的热经济性。图为电磁阀的结构图，和电磁阀结构相同，仅有的区别是：是由

93www.bzfxw.com图电磁阀的结构图阀体；螺栓；一干密封管塞；节流螺钉；一紧固螺钉；提升头；罩盖；簧；民磁阀；弹簧销；定位销；座圈；形圈内部供油控制的，电磁阀则由高压油路外部供油所控制。三、汽轮机的电气危急遮断控制系统（（一）危急遮断系统的任务和保护项目汽轮机危急遮断系统的任务，是用来监督对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，紧急停机。机组的危急遮断项目和参数为：超速保护：转速达到）时遮断机组。轴向位移保护：以轴向位移的定位点为基准，机头方向超过或发电机方向超过时，遮断机组，这种限定意味着极限位移离基准位置的两侧各只有左右。轴承供油低油压和回油高油温保护：轴承供油油压低到和回油油温高到℃时，遮断机组。（抗燃）油低油压保护：轴承供油油压低到时遮断机组。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

94凝汽器低真空保护：汽轮机的排汽压力高于）时遮断机组。此外，系统还提供一个可接受外部遮断信号的遥控遮断接口，以供运行人员紧急时使用。（二）电气危急遮断逻辑的总系统图是气危急遮断逻辑的总系统图。机组的所有电气遮断信号，均通过该系统去遮断汽轮机。该电气系统的组件，布置于运行盘上的遮断电气柜内。www.bzfxw.com图机组电气危急遮断逻辑总系统图为了提高保护的可靠性，系统采用了双通道连接方法，即奇数通道电磁阀（／和（；偶数通道电磁阀和（，每一通道均由遮断项目的相应继电器控制。当机组正常运行时，脱扣继电器的触点闭合，使系统处于通电状态，各电磁阀因通电而关闭，危急遮断油总管即可建立安全油压。当遮断项目中的任一个处于遮断水平或外部接口请求遮断时，对应项目遮断继电器的触点，由原来的闭合状态转为断开状态。此时继电器的线圈失电，电磁阀紧急打开排油通道，泄去危急遮断总管的安全油，从而紧急关闭所有的主汽阀的调节汽阀，实行紧急停机（三）电气超速遮断系统（电气超速遮断系统的工作原理电气超速遮断系统由一个安装在盘车设备处的磁阻发信器和一个安装在遮断电气柜中的转速插件所组成。图是电气超速遮断系统原理图。图左边的磁阻发信器是用来将被测转速信号转换成频率信号的测量元件，它是由测速齿盘和测速头两部分组成。测速齿盘随转子一起旋转。测速头内装有永久磁铁、铁芯和线圈组件，它装在齿盘径向位置旁边的固定支架上，间隙左右。当齿盘随转子转动时，铁芯与齿盘的间隙便不断变化，每经过一齿，气隙磁阻变化一次，而磁路中的磁通量也随之变化，套在铁芯上的线圈感应出一个交变电动

95势的波形。此感应电动势，就是测速头的输出信号。设齿盘的齿数为，汽轮机转子的转速为，则输出信号的频率为由于齿数是固定的，与为单值关系，因而很方便地将频率代替转速作为信号。该信号经过整形、滤波等处理后，便可得到一个模拟转速的电压信号。图的右边，一路是经过由运算放大器组成的缓冲放大器，它把信号转换成转速的指示值。另一路则与规定的超速脱扣电压作比较，当转速低于脱扣转速时，说明被测转速的模拟电压低于脱扣电压，经比较后输出的电压为正值；当被测转速高于整定转速时，经比较后输出的电压为负值，使控制继电器的晶体管导通，继电器的线圈带电，通过超速遮断继电器逻辑系统，最终紧急停机。图电超速遮断系统原理图图中的频率发生器，是为启动前输出频率，代替测速头的信号，用以检查转速指示表的指示是否正确。固定电阻（粗调）和可变电阻www.bzfxw.com（细调）用于调整给定电压，以保证在给定转速下脱扣继电器能准确动作并通过停机。电气超速遮断控制继电器逻辑图是电气超速遮断控制继电器逻辑系统。机组正常运行时，继电器的触点是闭合的，触点断开，线圈和带动逻辑总系统的触点闭合。当机组达到脱扣转速（）时的线圈通电，其触点闭合，断开了上相应的触点和，切断逻辑总系统的电源，使电磁阀动作并泄去安全油，从而关闭所有的主汽阀、调节汽阀和抽汽阀，进行紧急停机，以确保机组的安全。（四）轴向位移遮断系统（在运行中，汽轮机的轴向位移是受到严格限制的，当汽轮机转子的推力过大，产生超过允许值的位移时，会引起推力轴承的磨损，严重的会使汽轮图电气超速遮断控制继电器逻辑机的转动部分和静止部分产生摩擦，甚至会造成叶征断裂等重大事故，因此，汽轮机都必须设置轴向位移遮断系统，以实现对机组的安全保护。相对而言，电气遮断逻辑总系统还是比较可靠的，这样，轴向位移的遮断问题，实质上就是如何保证轴向位移测量的准确性问题，以便在轴向位移超标时，向危急遮断系统提供最可靠的遮断信息。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

96轴向位移遮断机构引进型汽轮机转子的总长度为，而允许的轴向位移量，两侧之和也不过，是转子总长的，由于允许的位移量很小，因此，轴向位移遮断机构起着十分重要的安全保障作用。机组的轴向位移机构如图所示，它由个轴向位移传感器、个试验汽缸、个电磁阀和用来作为传感器基准点的联轴器垫征所组成，其他零部件是支托架和用来安装试验汽缸和传感器的有关部件。在任何情况下，各传感器的安装，都必须与个基准面保持间隙，例如，与联轴器平面或指示盘间有一定的间隙。在试验汽缸和传感器与联轴器指示盘的间隙整定好后，用定位销把试验汽缸最后固定。www.bzfxw.com图轴向位移遮断机构图在正常情况下，转子的轴向推力是由推力轴承平衡的，机组的失常导致轴向位移的超标，首先在这里有所观察，因此，监视转子轴向位移的传感器，应当装在推力轴承的附近。轴向位移测量装置由测量盘和传感器组成。测量盘装在推力轴承附近，而在该盘的发电机侧直径的两水平端面上，各装有个作为重复保护的传感器，用来测量转子向机头侧和发电机侧两个方向的轴向位移，测量盘和传感器之间间隙的变化，即表示轴向位移的变化。转子正常的轴向位移，由推力轴承的间隙、推力轴承的静挠度和推力瓦块的磨损来确定，会有一些正常缓慢的变化，但变化很小。当推力轴承损坏时，若转子向发电机方向移动，传感器与测量盘间的间隙变小；若向机头方向移动，则该间隙变大，这种间隙变化将引起传感器内磁阻的变化，通过变送器使输出的电气信号改变。变送器提供的信息有两种监控功能，第一种是报警功能，表示过度的轴承挠曲和瓦片

97磨损使轴向位移超过第一个规定值，通过继电器向运行人员发出报警信号以提醒注意。第二种是遮断功能，表示位移已增加到第二个规定值，机组转动部分与静止部分即将接触，监控系统一方面通过声光信息说明位移已达到遮断状态，另一方面使继电器遮断触点动作，通过危急遮断系统使汽轮机紧急停机。轴向位移遮断控制继电器逻辑图为轴向位移遮断控制继电器逻辑系统。为了确保动作的可靠，系统设有两个完全相同的独立通道，每个通道都由同一个安装板上的相邻两个变送器组成。根据制造厂的规定，每个通道中的轴向位移整定值均相同，即以处的零位整定点为基准，每个通道的报警值分别为：调速器方向，发电机方向而遮断（）值则相应为和图轴向位移遮断控制继电器逻辑。任何一个传感器，只要测到的位移超过报警位移值，都可以通过报警继电器发出声光报警。当位移达到第二规定值时，只有在一个通道中的两个传感器同时测到，才能发出遮断报警信号，并通过危急遮断系统紧急停机，这种做法可以避免因单个传感器缺陷而引起错误停机。由于该系统采用双传感器和双通道，因而可进行在线试验，即当一个通道进行试验时，另一个仍起保护作用。www.bzfxw.com（五）轴承油压过低遮断系统（机组轴承油压过低，引起供油量不足，容易造成轴颈与轴瓦间的干摩擦，烧坏瓦片，引起机组强烈振动等，为此，汽轮机都设有轴承低油压遮断系统。轴承油管的压力测量，可用一般带触点的压力变送器进行。图为轴承油压过低遮断控制继电器逻辑系统。该系统为双通道系统，将轴承油管支管到低油压保护设备处，分两路经节流后分别与个触点式压力计相连，其中一路为图轴承油压过低遮断控制继电器逻辑标准分享网www.bzfxw.com免费下载

98和（，另一路为（和（，它们分别与中间继电器和串联，而两通道则是并联的（和）其中和为遮断控制继电器，和为选择开关，和为电磁阀脱扣继电器。轴承油压正常时，以第一通道为例，压力开关（和（的触点是闭合的，与遮断控制继电器串联的中间继电器触点心和平都是闭合的。当轴承油压低到规定值时，压力开关断开，串联的中间继电器、遮控制继电器的触点均断开，脱扣控制继电器断电，同时也引起电磁阀释放，将自动停机遮断总管的高压油泄去，汽轮机也因快卸阀动作而紧急停机。在双通道系统中，要求每一个通道内至少有一个中间继电器动作，才能使脱扣继电器动作，只有此时，才允许紧急停机。这种做法可避免某一个触点压力开关或中间继电器误动作而错误停机，提高了遮断系统工作的可靠性。采用双通道系统，还可以保证该系统能进行在线试验。例如，通道进行低油压试验时，打开选择开关，同时允许继电器在试验时释放而不释放，才可进行试验。然后，利用电动阀或手动阀将排油管慢慢打开并泄油，待油压下降到规定值后，观察通道的动作情况。由于自轴承油管来的油是经节流后进入低压保护设备的，因此，试验时油压降低，不会影响整个润滑油压，从而也不会影响机组的正常运行。万一此时果真出现轴承油压过低的情况，此个压力开关仍继续感受油的变化，个遮断控制继电器和www.bzfxw.com中，仍有个可以继续释放而紧急停机，所以遮断系统是安全的。（六）油压过低遮断系统（（抗燃）油是系统中的控制和动力用“油”，是用来控制所有主汽阀和调节汽阀的，当油压过低时也能导致机组失控，因此，必须进行低油压保护，以便紧急停机。低油压遮断系统也是双通道四压力触点开关系统，其遮断控制逻辑与轴承低油压遮断控制器逻辑系统相同。（七）机组低真空遮断系统（一般来说，机组真空过低，主要是由循环水系统或抽气系统发生故障引起的。当真空过低时，引起排汽温度升高，会使低压缸变形，机组振动过大，严重时也会酿成事故，因此，一般的汽轮机也都设有低真空保护系统。机组的低真空保护，采用两级保护系统。一级保护是类似轴承低油压保护那样的遮断继电器控制逻辑系统，所不同的是压力触点开关监视的工质是蒸汽，而且由于测量的是压力，所以，对低真空而言，压力开关是常闭的二级保护是机械保护，它是基于电气遮断保护系统失灵，而排汽压力又过高的情况下采用的上一级保护系统。显然，这是一种防止排压力过高的双重保护，其措施就是在排汽缸处装置大气阀。图为排大气阀的结构图，它装设在排汽缸盖，并用螺钉紧固在汽缸法兰上，是由一个铅质薄膜环构成的，该薄模环紧压在环形垫片和阀盖的外冗长封面间，其

99内部也用螺钉压紧在压环和承压板的内密封面中，承压板由图中虚线所示的组焊式格栅来支托，借以承受来自外部的大气压力。图排大气阀的结构图承压板；压环；螺钉；螺钉；一薄膜环；环形垫片；阀盖；承压格栅当汽轮机排汽压力超过设计的最大安全值时，排大气阀的承压板即推向外侧，引起铅质薄膜环在压环外缘和阀盖内圆间剪断，则薄膜环断裂，汽流自汽缸向上排出，而阀盖则防止铅质薄膜环、承压板和压环甩出，设在外径上挡板，起引导汽流向上排出的作用，以免伤人。www.bzfxw.com对薄膜环的承压要求，一般在排汽压力达到）时即自行破裂。（八）外部信号遥控遮断系统（系统提供了一个遥控接口，用于接受外部遮断机组的命令，以供运行人员在紧急情况下使用。图为遥控遮断控制继电器逻辑，它也是一个双通道系统，每个通道各控制个电磁阀，通过选择开关（取消和的跳接线），可对两个进行在线试验，而另外两个仍可继续执行遥控任务，确保遮断的可靠。图遥控遮断控制继电器逻辑当用户遥控遮断机组的命令用单通道系统时，可取消虚线的继电器，但需保留和的跳接线，此时，遥控遮断机组的触点输入，将短接两个继电器和，并将图标准分享网www.bzfxw.com免费下载

100上的个触点和同时断开，释放个电磁阀，实行紧急停机。此时，遥控通道将不能做在线试验。四、执行机构自动停机脱扣系统（，可以认为是的上一层保护，因为此时要涉及停机，所以要求其可靠和准确地工作，为此，电磁阀采用串联和并联混合连接系统，其连接过程可简化成图所示的简化图。从图中看出，该连接的特点是：串联油路中的任何一路电磁阀［或（］动作，都可以进行停机；而任何一个电磁阀误动作，也不会引起错误停机。图电磁阀的并联油路中，任何一个奇数号电磁阀／混合连接简化图和（］和任何一个偶数号电磁阀［／和（］动作，系统都可以顺序或交叉动作并停机。这样，由于采取了双路双阀门的顺序或交叉连接系统，不仅确保系统的动作可靠，而且当任何一个阀门不动作或做在线试验时，系统仍然具有保护功能。换言之，该系统只有在一对奇数号或偶数号电磁阀都不起作用的双重故障下，保护系统才会失效，这种机会显然极小。综观前面所述，从液压系统看www.bzfxw.com个电磁阀为混合串联并联连接系统，而从继电器控制逻辑系统看是双通道［和（系统，因此，在系统中的任意一个电气或液压元件发生故障时，都保证系统能可靠地工作，而且误动作的可能性也减至最小。下面介绍电磁阀的工作原理。当机组正常运行时，图的电磁阀的线圈是通电的，该阀左侧中垂位置的一级阀小室的泄油孔被电磁力所关闭，在该室内建立油压，该油压和弹簧使水平位置的二级阀关闭，与油动机控制油相连通的危急遮断总管上的安全油，由继电器控制逻辑总系统中的各种信号所保持，机组处于正常的工作状态。当系统中的任一参数处于遮断水平时，控制逻辑总系统中的相应继电器把电路断开，结果，电磁阀失电，一级阀的泄油口被打开，控制小室的油压很快下降，使与该室连通的二级阀的端面上的作用力减小，于是，另一侧油压使该滑阀向左运动，泄去遮断油总管中的安全油，快速卸载阀也因油压下降而将油动机腔室内的控制油泄去，从而关闭所有的汽阀和抽汽阀，实行紧急停机。五、机械超速危急遮断系统（一）机械超速危急遮断系统的工作原理在系统中，对转速的保护是多重的。机械超速遮系统是一个独立的系统，与常规液压调节系统中的超速保护基本相同，在机组超速时通过机械动作而实现停机。图为机械超速保护危急遮断系统的工作原理图。它的传感器为飞锤式传感器，装于转子延伸轴的横向孔中，其重心与转子的几何中心偏置，通过压弹簧，将飞锤紧压在

101图机械超速遮断系统的工作原理图横向小孔中，利用弹簧约束力与飞锤离心力平衡的原理来设计动作转速。设飞锤的质量为，飞锤的重心与转子的几何中心距离为www.bzfxw.com，飞锤出击距离为，离心力为，转子角速度，重力加速度为，则飞锤的离心力与转子角速度的关系为从上式中看出，只要规定了动作转速，则离心力便可以求出。然后，设计压弹簧，其约束力的方向与离心力的方向相反，当时，飞锤不出击；当时，飞锤出击，通过碰钩使机械危急遮断机构动作并实现停机。机械超速保护系统的油系统，与电超速系统（）互为独立，采用的是与润滑油主油泵相连的油系统。当机组正常运行时，脱扣母油管中的油，自主油泵出口管经节流后分两路进入危急遮断油滑阀，其中一路经二级节流后，作用在危急遮断油滑阀并使之紧压在阀座上，把滑阀的泄油口关闭；另一路只经一级节流，引入超速保护试验滑阀，再进入危急遮断滑阀。由于危急遮断滑阀左侧的面积小于右侧的面积，所以油压的作用力把滑阀推向左侧，使蝶阀紧压在阀座上，堵住了泄油孔，结果，脱扣油母管中的油压等于主油泵出口的油压，遮断系统处于等待备用状态。飞锤出击的转速，一般为额定转速的。当机组正常时，飞锤因偏心所产生的离心力，不足以克服弹簧反方向的约束力，飞锤不能出击。当机组超速时，随着转速的升高，离心力和约束力随之增加，离心力大于约束力时，飞锤外移，偏心距加大，根据飞锤的设计特性，到达整定的转速后，离心力增加的速度超过约束力增加的速度，于是迅速克服约束力而使飞锤出击。出击的飞锤作用在脱扣碰钩上，使碰钩围绕其短轴旋转，带标准分享网www.bzfxw.com免费下载

102动危急遮断滑阀向右运动，蝶阀随之离开阀座并泄油，导致机械脱扣油母管中的油压降低，通过隔膜阀的作用，使汽轮机紧急停机，关于这一点，下面将进一步介绍。当机械遮断系统动作，汽轮机停止进汽后，转速将逐渐下降，当降到离心力接近弹簧的约束力时，根据飞锤的设计特性，由于离心力的降低速度较约束力降低的速度快，弹簧的约束力使飞锤退回到出击前的原位，其对应的转速，称复位转速。考虑到重新并网的方便，一般复位转速稍高于额定转速。由于脱扣碰钩转动时可使曲臂脱钩，曲臂受弹簧拉力的作用而向下转动，所以，当飞锤复位以后，若要重新建立脱扣油压，运行人员必须手动复位，使曲臂转动并重新返回到挂钩位置，此时，危急遮断滑阀才能在油压的作用下向左移动，使蝶阀重新压在阀座上并建立脱扣油压，继续行使超速遮断保护功能。（二）机械超速遮断系统与系统的联动原理机械超速遮断系统，也可认为是更上一级的保护，即当超速保护系统、电气超速遮断系统（）均不起作用时，由机械超速遮断系统行命名保护机组的任务。因此，它的动作转速，应整定得比电超速遮断的转速略高，一般为（机械超速遮断系统使用的润滑油与系统的抗燃油互不相干，它与危急遮断安全油系统的唯一联系是隔膜阀。因此，它没有独立的液压执行机构，而是在该系统动作、使隔膜阀的上部油压消失时，依靠压弹簧的张力，打开隔膜阀，卸去危急遮断总管上的安全油，使快速卸载阀动作而实现停机。www.bzfxw.com

103第一节概述一、汽轮机监测的意义随着机组容量不断增大，汽轮机参数越来越高，使得机组的金属材料大多在接近极限值的情况下工作，任何超过设计裕度的运行都将造成机组永久性破坏；同时，大功率机组为了提高运行的经济性，其级效率设计较高，级间间隙、轴封间隙等设计较小，运行中的操作不当，很容易发生转动部件与静止部件间的相互摩擦，引起主轴弯曲，振动过大以及飞车等恶性事故。大功率机组一旦损坏，恢复周期长，影响生产，造成的损失是巨大的。为了确保火电机组的安全经济运行，对反映机组运行的状态参量进行长期、有效、准确、严密的监视与控制已显得日益重要，特别是机组采用计算机控制后尤显得必不可少，否则将无法实现自动启停和正常的负荷控制。汽轮机监测仪表系统（www.bzfxw.com）是一种可靠的连续监测汽轮发电机组转子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统，可用于连续显示机组的启停和运行状态，为记录表提供输出信号，并在被测参数超出预置的运行极限时发出报警信号，必要时采取自动停机保护。此外，还能提供用于故障诊断的各种测量数据。二、汽轮机监测的内容汽轮机应监视和保护的项目随蒸汽参数的升高而增多，一般有以下一些参数。轴向位移监视：连续监测推力盘到推力轴承的相对位置，测量目的是为了保证转子与静止部件间不发生摩擦，以避免灾难性事故的发生。当轴向位移过大时，发出报警或停机信号。差胀监视：连续监测转子相对于汽缸上某基准点（通常为推力轴承）的膨胀量，一般采用电涡流探头进行测量，也可用线性变量差动互感器（）进行测量。缸胀监视：连续监测汽缸相对于基础上某一基准点（通常为滑销系统的绝对死点）的膨胀量。由于膨胀范围大，目前一般都采用线性变量差动互感器（）进行缸胀监视。零转速监视：连续监测转子的零转速状态。当转速低于某规定值时，报警继电器动作，以便投入盘车装置。转速监视：连续监测转子的转速。当转速高于整定值时给出报警信号或停机信号。振动监视：监视主轴相对于轴承座的相对振动和轴承座的绝对振动。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

104）偏心度监视：连续监视偏心度的峰峰值和瞬时值。在转速为时，主轴每转一圈测量一次偏心度峰峰值，此值与键相脉冲同步。当转速低于时，机组不再盘车而停机，这时瞬时偏心度仪表的读数应最小，这就是最佳转子停车位置。相位监视：采用相位计连续测量选定的输入振动信号的相位。输入信号取自键相信号和相对振动信号，经转换后供显示或记录。阀位指示：连续指示调速汽门的动作位置。本特利公司采用线性变量差动互感器或电位计传感器，通过传感器输出信号的大小表示阀门的开度。对于每一台机组，应视其型式、结构特点等因素，确定需要监视与保护的项目，本文中所指的汽机监测是指对机组转子和汽缸的机械工作参数进行监视。为了监视这些参数，配置了相应的监视仪表。三、各种的比较我国目前电厂的主要是引进美国本特利公司系列、系列、系列和西德飞利浦公司系列旋转机械监测保护系统。这些系统的测量原理对比情况见表。表几种汽轮机监测仪表测量原理的比较www.bzfxw.com第二节系统的组成和功能系统是一种专用的机组信息系统，它可以保证运行人员获得正确的机组运行信

105息。系统采用了积木式（）方法，便于扩展或逐步改善系统功能。本特利内华达公司的积木式系统包括：系列监测系统。瞬态数据管理系统）计算机接口。台式计算机。本特利内华达公司的专用软件。此外，和配套的还有：（旋转设备故障自动诊断系统）、用于在线测量和振幅与相位的矢量监测器、调谐滤波器、磁带记录仪、示波器、长型记录仪、标定台和其他便携式诊断及试验仪器。一、监测系统的组成系统由框架、电源、系统监测器和下列监测器及其传感器系统组合而成，具体包括以下部分：双通道轴向位移监测器偏心监测器双通道差胀监测器缸胀监测器转速、零转速、转子加速度监测器双通道振动监测器双通道速度监测器www.bzfxw.com复合式探头监测器六通道热电偶式（温度监测器六通道热电阻式（温度监测器矢量监测器双通道阀位监测器各种传感器通过屏蔽电缆与框架仪表相连接。两个仪表框架、的最左边第一位置安装“电源单元”，第二位置安装“系统监视器单元”，剩下的位置安装其他可扩展的监视单元。框架框架用来容纳电源、系统监测器以及其他各种形式的监测器。该框架共个位置，最多可容纳个监测器。最左边位置被指定为电源位置，紧靠电源位置是留给系统监测器的，其余个位置可以安装其他任何类型的监测器。框架设计有微机接口电路，可通过通信处理器与动态数据管理系统和瞬态数据管理系统相连，无需再增加接口模块。电源单元（交流电源安装在框架内的最左端，可将或交流电压变成直流电压，能可靠地为多达个监测器及其所连的传感器提供电源。它可以承受的负载很大，在同一框架内不再需要第二个电源。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

106系统监测器（系统监测器对监测系统进行监测，有以下三种重要功能：连续监测在框架中所有电源的电压，可对框架中任一监测器的报警设置点进行调整。具有串行数据接口，可用来在传感器以及监测器中的数据与过程计算机（）数字／分散控制系统，程序逻辑控制器以及其他设备之间进行通信。动态数据接口，它可以用来在传感器以及监测器数据和本特利内华达公司的动态数据管理系统之间进行通信。继电器继电器用于外部报警信号指示器的触发或作为自动停机装置的输入，监测器采用内置形式无需额外的箱体，它与框架之间不需要外部连线。继电器模块有双支式的每个模块有支继电器，和四支式的每块模块有支继电器。为将系统安装在底板上，在危险地区和恶劣环境地区，可采用带有气密封的双支式继电器，否则，可采用带环氧树脂密封继电器组（如控制室），作为提高寿命的措施，继电器均带有消弧电路。二、系统的功能特征参数显示功能：它可以显示被测参数值（连续量或数字量），同时还可以显示设定的限值，如“正常”限值，“警告”和“危险”限值，以及前置器输出的电压值间隙电压。状态显示与开关量输出功能：通过面板上的www.bzfxw.com发光二极管可以显示“正常”、“警告”和“危险”三种状态。当被测参数在“正常”的限值范围之内时，亮，当其熄灭时，应查找是输入通道故障，还是被测参数越限，如果被测参数超越“警告”限，亮，再进一步的超越“危险”限值时，相应的“灯亮，上述三种状态均带有相应的继电器状态输出的开关量信息，可用于声光报警或请求危急遮断。参数设定功能：所有限值（）均可通过“开关”和“按键”设定或修改。从参数越限至继电器触点状态变化可选择一定的时间延迟，以消除干扰的误报警。这段时间间隙也可人为地设定与改变。缓冲输入功能：被测参数（由传感器前置器送来）经缓冲处理（阻抗变换和功率放大后），送显示器前面板同轴接头和后部接线端子，以供外部故障诊断或数据管理系统使用。可编程选择记录驱动信号类型：被测参数经隔离、放大和转换后，经过后部端子可输出记录仪所要求的记录信号：或，这些信号的类型可通过硬接插件编程选择。通电抑制功能：在电源接通或断开的瞬间可能会产生大的干扰脉冲，为避免误报警，设有通、断电瞬间的报警抑制功能。通道旁路功能：系统设计有可编程选择的“危险旁路”和“通道旁路”功能。考虑到在对监测器及其有关线路进行维修时，不致于其他偶然因素引起“危险”继电器动

107作，特设有“危险旁路（切除）”功能开关（位于监测器前面板后的线路板上），但不影响前面板的其他功能，旁路的切除可通过在线路板上插入相应的编程短接块实现。“通道旁路”是指旁通（切除）某一非状态的通道。对于双通道监测器，如果两者都旁路，则整个监测器将失效，“通道旁路”功能可通过监控器线路板上的开关投入。第一报警功能：系统监测器设有“警告”或“危险”报警的第一报警电路。若某一监测具有此功能，并且“警告”或“危险”报警在框架中最先发生，则其相应的报警会以闪烁的形式显示。在操作员确认后可按系统监测器上的键使复位。除上述功能以外，由于系列采用微处理器芯片（，它还具有故障自诊断功能：）通电时自诊断：它是在监测器每次通电后自动进行，完成一系列的基本检查和传感器检查。周期性自诊断：它是在监测器运行期间自动进行，若发现异常将使监测器暂时中断工作，并在液晶显示（）上闪动错误代码。若这种异常是间断出现，则监测器恢复工作，但错误代码将被贮存并可在用户启动自检时重新看到，此时以闪亮表示通道正常且错误代码被贮存。用户启动自诊断：它是由用户启动可完成通电自诊断的内容，诊断出的错误通过代码显示段（显示，操作者可读取并消取在周期自检时贮存的错误代码。当以闪亮时表示存贮的错误代码，并可在前面板上的上显示。三、监测单元的基本组成与工作原理www.bzfxw.com无论是国产的，还是进口的；无论是分立元件构成的，还是由集成电路组成的，或者是由微处理芯片构成的系统，从结构和组成的角度分析，它们均可由图所示的三部分描绘。图原理结构传感器将机械量（如转速、轴位移、差胀、缸胀、振动和偏心等）转换成电参数（频率、电感，品质因素、阻抗等），目前应用广泛的有：电涡流传感器，电感式速度传感器，电感式线性变量差动互感器和磁阻式测速传感器等。前置器（信号转换器）又称变送器，它将电参数转换成一定大小的电压、电流、矩形波或方波信号送与信息处理器。它与传感器组成测量电路，因为被测对象环境恶劣（高标准分享网www.bzfxw.com免费下载

108温、高压、强磁场、电场干扰），将探头安装在被测体上，前置器安装在距探头一定距离的现场，二者之间通过一定长电缆相连。如图示意了具有典型意义的电涡流式传感器和信号转换器的原理框图。图传感器和信号转换器框图前置器由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、线性网络及输出放大器等组成，检波器将高频信号解调成直流电压信号，此信号经低通滤波器将高频的残余波除去，再经直流放大器，线性补偿电路和输出放大处理后，在输出端得到与被测物体和传感器之间的实际距离成比例的电压信号。信号转换器的额定输出电压为（线性区）。www.bzfxw.com第三节监测系统综述一、系统概述旋转机械状态监测经历了监测仪表到计算机化的监测系统发展过程。年代后期，随着计算机、通信技术的迅猛发展，汽轮发电机组状态在线监测系统被赋予网络化的特点。利用计算机监测，采用分布式结构，通过先进的通信技术远距离数据传输，更大范围内实现状态监测，解决了测点数量多、分布广的问题。通过网络连接可以实现不同设备之间的数据共享和设备共享。系统是一套汽轮发电机组在线监测系统，由系统框架、监测器模块、数据通信网关、数据采集／动态数据交互计算机、主计算机组成。可连续测量和监测多处监控参数，实时显示运行结果，并存储数据和管理数据。当监测参数超限时，实现报警。系统可对旋转机械和往复式运动机械的运行状态提供所需要的评价信息，同时对测量参数进行时域和频域分析，对诸如不平衡、不对中、轴裂纹和轴承故障等机械问题的早期判定提供关键的信息。系统继承了设备可靠性的优点，最大的进步在于日常维护全部通过主计算机组态完成，包括框架接口模块选项设置、键相位选项设置、监测器选项和通道选项设置、通信模块选项设置、报警设置点选项设置等。维护量减少，可靠性大大提高。由于监测系统可以连续监测范围内的多个参数。因此可以为机组提供全面的保护和管理。该系统除了进行实时工况监测、故障诊断以及为预测性维修提供重要的数据信息外，同时还具备网络互连能力，可以弥补生产管理层（

109对现场设备工况运行的动态信息的缺乏，为实现生产的动态管理提供条件。二、系统总体构成监测系统主要由下列模块构成：电源框架接口模块键相器模块通道继电器模块位移监测器位移、速度、加速度监测器位置监测器转速表模块超速保护系统温度监测器通信接口系统是永久性的在线连续监测系统。每一传感测量信号都对应独立的监测器和报警设置点。其中某监测器发生故障时，不会影响其他设备工作，从而使系统的可靠性大大地提高，这对保证汽轮机组的安全运行十分必要。系统采用先进的组态设计，简单易学。在安装现场或主控室，通过组态可以方便地对监测器进行选项，诸如量程范围，传感器输入，记录仪输出，报警时间延迟，报警www.bzfxw.com逻辑表决和继电器组态等的设置和修改。监测器硬件采用模块系统设计，选用的是插板式组件，便于维护和扩展。三、监测系统的主要特点监测系统的设计应用微处理器技术，是一个全功能监测系统，和前面已经介绍的系统完全兼容。监测系统和监测仪表相比，除保留原有的优点外，还具有以下一些特点：（一）安装和维修费用降低节省了大量连接电缆监测系统具有外部终端，全部传感器的信号都连接到外部终端上，然后再通过单芯或多芯电缆和系统框架相连，使用电缆较少，降低了电缆消耗。另外，监测系统可以安装在机械导轨上，移动灵活，大大缩短了连接电缆，使安装费用降低。设备的兼容性较好监测系统与本特利公司所有的传感器系统都兼容，与该公司的“数据管理系统也兼容，如图所示，现场可以把现有的监测装置连接在监测系统上，充分利用已有资源。另外，系统还可以同时兼容其他类型的监测传感器。需要的备件减少某些监测器可以完成几种不同的功能，因此通过系统的组态，一种监测器可作标准分享网www.bzfxw.com免费下载

110图现场可以把所有的监测装置连接在监测系统上为若干种监测器备件，例如位移、速度和加速度监测器，可组态成径向振动、轴向位移、差胀、弯曲、加速度测量或速度监测器。www.bzfxw.com改善空间利用方式和其他监测系统相比，监测系统框架尺寸虽然很小，但包含很多监测通道，一个框架，可以处理高达个通道测点的振动数据。如果面板空间不够大，框架还可以安装在隔板或墙壁上。先进的组态方式系统采用先进的组态设计思想，日常维护全部通过主计算机组态完成，包括框架接口模块选项设置，键相位选项设置，监测器选项和通道选项设置，通信模块选项设置，报警设置点选项设置等。操作人员只要点击鼠标而不用编程，使可以完成全部维护工作。（二）改进了电厂控制计算机系统的整体性系统可以通过其通信接口与电厂的计算机以及集散控制系统（进行通信，利用具有“个性的模块”在不同系统之间进行通信。支持多个协议一个单独的框架，可以同时和几个不同的系统进行通信，例如一个框架，可以同时给系统以及远距离显示系统提供数据，可以应用不同的通信协议。同步过程和振动数据振动和过程数据同步显示运行时间，这样可以把过程参数变化和机械振动变化进行相关处理，以便于数据保存。

111（三）加强的运行信息改善操作人员的信息操作人员看到振动信息，不仅包括振动通频值，而且还可对振动数据打包，称为信息数据组，包括：通频振动值（的信号）轴的位置（探头间隙电压）倍频振幅和相位倍频振幅和相位非倍频振幅上述信息，可以通过系统的通信通路获得，并多点显示在计算机屏幕上。可以早期确认机组存在的问题，及时采用相应的对策，防止发生故障。报警事件清单通过通信通路可将系统保留的报警事件清单传到控制系统中，该清单包括高达个报警事件以及日期和时间标记，并按发生的次序进行贮存。系统事件清单系统同时也保留系统事件清单，它跟踪所有与系统有关的事件，诸如组态、模块和设置点的变动并且都有日期和发生时间的标记。通过通信路可查看其中任一项。以为基础的操作者显示软件操作者显示软件是www.bzfxw.com系统的可选项，可给运行人员提供需要的所有信息。运行人员显示软件在环境下运行，与网络兼容并支持协议，它同时也支持调制解调器的连接，如图所示。（四）远距离的数据通信借助于系统的连接电缆和任何远距离传输，可以将测量数据送到电厂的任何地方。例如，在汽轮机旁边安装一个远距离面板，在启动和停机过程中时，可以就地看到的信息数据组。网络兼容运行人员显示软件基于环境运行。通过动态数据交换（它可提供全面的网络支持。任何在环境下运行的计算机或支持协议的计算机，都可以取得数据。支持运行人员显示软件，支持传输控制协议和协议（图框架和调制解调器的连接支持标准分享网www.bzfxw.com免费下载

112操作者显示软件可以在任何版本的环境下运行，电厂中的任何终端都可观察到数据。在远处或在无人地区，可以取得完整的数据解调器可以装配在框架的内部，远程计算机通过解调器也能够对框架组态进行操作，并可获得实时监测数据，也可以应用的信息数据以及报警事件清单和系统事件清单。若再有一台在线数据采集计算机，则会加强远距离数据传输和数据访问能力，包括所有监测值的趋势信息。安全可靠有两种方法可以保证框架组态的安全，一种是用安全锁的方法，另一种是组态加密码。若安全锁处于激活状态或操作者不知道组态密码，框架组态就不会被更改，保证运行状态的可靠性。www.bzfxw.com

113第一节　　　　概述一、传感器的应用为了运行的安全性和经济性，旋转机械需要应用各种各样的传感器。没有传感器提供必要的信息，就发现不了机器所处的危险和不经济运行状态。系统传感器的设计和制造，与机器的测量参数相一致，这些测量参数是根据机器的维修方案决定的。为了增加机组运行的安全性和经济性，传感器的选择在机组监测工作中是最重要的一步。二、传感器的类型及选择传感器的选择是受许多因素影响的，主要考虑两个方面：一是传感器性能；二是被测对象的条件和要求。只有两者很好地结合，才能获得最佳效果。最佳的传感器应该是这样的：当机组的机械（如振动）状态产生很小的变化时，便能产生一个很大的信号输出变化。理想的传感器应该是既能够用于机器的监视又能用于故障诊断。对于振动监测，由于www.bzfxw.com大多数机器的振动问题来源于轴或转子系统，所以最佳的传感器应该能够检测出轴振动的变化。传感器的选择还要涉及到其他许多因素，这些因素包括机器在工厂生产过程中的重要性（停机所造成的损失），测量该参数的目的（机器监视或要求监视与诊断的能力），人员和工厂的安全性，保险范围以及工业标准。从力学观点看，振动传感器系统按其测量参数的类型通常分为三种：趋近式探头（电涡流）传感器系统测量轴的相对振动；绝对式传感器（速度和加速度式，也称为电磁式、地震式传感器）测量轴承箱体的绝对振动；复合式探头测量轴的绝对振动。对于某一具体机器，选择哪种理想的传感器关键取决于机器的振动特性。以上叙述的三种传感器不仅可以测量振动参数，也可以用来测量其他参数。比如电涡流传感器可用来测量轴向位移、胀差、转速以及转子偏心等。为测量更多的参数，除了这几种传感器，还需要别的传感器，比如测量缸胀的线性变量差动互感器第二节　　　　电涡流传感器系统电涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，本节主要介绍应用广泛的高频反射式电涡流传感器。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

114一、组成及工作原理组成电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器三部分组成，如图所示。图是探头放大的外形图。它的外形与普通螺栓十分相似，头部有扁平的感应线圈，把它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线从螺栓另一端与高频电缆相连。工作原理当头部线圈通上高频（）电流时，线圈周围就产生了高频电磁场。如果线圈附近有一金属板，金属板内就要产生感应电流。这种电流在金属板内是闭合的，所以叫做涡流，如图所示。根据焦耳楞次定律，电涡流。产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了线圈的电感。电感的变化程度，与线圈的外形尺寸、线圈及金属板之间的离、金属体材料的电阻率、导磁率、激励电流强度图电涡流传感器的组成频率及线圈的几何形状等参数有关。假定金属体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈的电感www.bzfxw.com可用如下函数来表示图电涡流传感器外形一头部线圈；固定螺高频电缆图电涡流传感器结构示意当被测材料一定时，为常数；具体仪表中，为定值；传感器制成后，也为常数。可见，如果控制、、、、恒定不变，那么电感就成为距离的单值函数。假如把传感器与被测体间的距离保持不变，则传感器的输出值将与被测体材料的电阻率、导磁率成函数关系，利用这个关系可以用来测量金属材料的导电率、导磁率、硬度等参数，以及检测裂纹。高频电感线圈附近引入金属体后，在金属体表面感应的涡流对线圈的反向作用，可用图所示的等效电路来说明。图中和为传感线圈的损耗电阻和电感，图高频电感线圈与和为被测金属体的等效损耗电阻和电感，为线圈的被测体的等效电路图高频激励电压，为传感器线圈与被测体间的互感量

115互感量用来表征线圈与金属导体的耦合松紧程度，随着距离的减少而增大。根据基尔霍夫定律，可以将图所示的等效电路用下列方程式表示（）（）将上列方程式联立解得其中式中，分别表示在金属体涡流磁场作用下的线圈等效电阻的增加量和等效电感的减小量，是涡流磁场反作用下线圈的阻抗，称作反射阻抗。线圈的品质因数由降低为（／，反射阻抗公式中实数部分为实数部分是等效损耗电阻www.bzfxw.com和互感系数的函数。显然，当线圈与被测体间的距离减小时，其值增大，这一变化与被测体是不是磁性材料无关。虚数部分为式中第一项与静磁效应有关，即与被测体是不是磁性材料有关，式中第二项与电涡流效应有关。电涡流产生一个与原磁场方向相反的磁场，此磁场使线圈的电感减小。间距越小，电感量减小程度就越大。当传感器与被测体间的距离减小时，静磁效应使得电感增大，而电涡流效应却使等效电感减小，这两种效应是相反的。当被测材料是软磁性材料时，以静磁效应为主，因而间距减小时，线圈的等效电感量增大；如果被测体材料为非铁磁材料或硬磁材料时，线圈的等效电感量则减小。由以上分析可知，电涡流传感器可以把传感器与被测体间的距离值变换成传感器线圈的等效电感值或阻抗值，也可以转换成线圈的品质因数。因为被测物体向传感器接近时，线圈的损耗功率增大，其品质因数值就下降。测量方法因为传感器线圈与被测金属体间的距离变化可以变换为线圈等效电感、等效阻抗和品质因数三种参数的变化，所以相应地可用测量法、测量或测量法来测量的变化值。电涡流式保护装置中常用的是测量法。将传感器线圈与电容并联，构成并联谐振回路。当电感量发生变化时，回路的谐振频率将随之发生变化。测量法就是利用测量谐振回路谐振频率的方法来间接测标准分享网www.bzfxw.com免费下载

116出传感器线圈与被测金属体间的距离。测量法的测量原理有三种。调幅式测量原理。图所示为调幅测量原理示意。由石英晶体振荡器产生一稳频稳幅的高频信号，用来激励由传感器线圈和电容组成的图调幅式测量原理示意并联谐振回路。谐振回路输出一个受位移控制的稳频调幅信号。图示出了三根谐振曲线，曲线是在没有金属体接近的情况下得到的。当回路的振荡频率等于晶体振荡器供给的高频信号频率时，回路的阻抗最大，因而输出电压亦为最大。当被测体接近传感器线圈时，线圈的等效阻抗发生变化，回路失谐，谐振峰向两边移动。线圈离被测体越近，回路的等效阻抗越小，如图中曲线的和曲线的，输出电压亦跟着减小。曲线是在有非铁磁性材料或硬磁材料金属体接近时得到的，曲线是在有软磁性材料金属体接近时得到的。）调频式测量原理。传感器线圈与电容组图谐振曲线波形图www.bzfxw.com成并联谐振回路，并作为高频振荡器的选频网络。位移的变化，引起电感变化，使传感器的输出频率发生变化，即将位移量转换成频率信号后通过频率计数器进行测量，或通过频率电压转换，用电压值显示频率数。与调幅式测量方法相比，调频式的输出不受材料的影响，即对不同被测金属无需重新标定，这给使用带来方便。它的主要问题是：一切影响频率变化的因素，如振荡频率不稳定，传感器与振荡器之间连接电缆分布电容的影响等都将影响测量准确度。调频调幅式测量原理。把传感线圈接入一个电容三点式振荡器的选频网络中，振荡器输出的频率和幅值随着被测物体与传感器线圈之间的距离而变，即高频振荡器输出的是调频调幅波，经检波后输出电压信号。调频调幅式是调幅式和调频式的改进，虽工作稳定性略低于调幅式和调频式，但其线性范围和灵敏度有明显增加，并且，传感器探头和前置放大器的互换性有了提高。前置放大器电涡流传感器配以相应的前置放大器，就可将被测的非电量信号转换成电压信号。再经过监测仪表，向指示器、记录器提供信号，以便进行指示和记录，同时进行报警判别。当被测值达到报警值时，发出报警信号，达到危险值时发出停机信号，实行停机保护。前置放大器一般由石英晶体振荡器、跟随器、放大器、检波器和滤波器等组成。图所示为前置放大器电路。

117图前置放大器电路石英晶体振荡器。晶体振荡器用来提供频率稳定的高频信号，以激励传感器线圈电感和电容所构成的谐振回路。若振荡频率不稳定，将引起回路阻抗的变化；而振荡幅值不稳定，也将导致输出电压的变化。可见，振荡器的振荡频率及幅值的稳定与否，将直接影响到整个前置放大器的稳定性。为此，采用了石英晶体振荡器，并在电路结构上采用工作点稳定的电路形式（图中振荡器电路由和等元件组成）。稳频稳幅振荡器的输出信号经馈给传感器线圈与组成的并联谐振回路。线圈产生的高频电磁场作用于被测体。由于被测体表面涡流反射作用，www.bzfxw.com的电感量降低，回路失谐，从而改变输出电压的大小。的电感数值随测距的增加（或减小）而增加（或减小）。源极跟随器。为了提高并联谐振回路的品质因数值，在回路后面紧接一级源极跟随器，以提高输入阻抗，减小测量电路的负载，并降低输出阻抗，增加带负载的能力。高频放大器。为了使源极跟随器的输出信号有足够的功率去驱动检波器工作，必须将信号进行放大。这里采用了由和三只晶体管组成的三级直接耦合高频放大器，并引入了深度负反馈。整个放大器的增益由和组成的串联反馈网络阻值决定，即式中，、代表电阻、的阻值。）检波器和滤波器。为了使高频调幅信号转换成直流电压信号（位移测量时）或低频电压信号（振幅测量时），以便送到监视仪表中进行读数显示和报警比较，必须将信号进行检波。这里采用了由二极管和组成的倍压检波器，以提高检波效率。检波后的输出信号再经滤波器滤波，成为纹波系数很小的直流电压信号，其值与位移量或振动幅值成正比。图中、与用作电源滤波，使电源更稳定。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

118现将测量位移或振幅时检波器的输入输出信号分析如下：位移测量：当传感器用于位移测量时，输入到检波器的信号是等幅的高频电压信号，如图所示。由于采用有恒定频率的载波调幅波测量位移，输入到检波器前的信号是等幅的高频电压信号见图，可表示图测量位移时检波器输入输出信号的波形图输入信号；输出信号为用有效值表示为式中传感器变换系数；高频放大器的放大倍数；被测位移。检波后的输出信号为式中检波器系数。综合上两式，得www.bzfxw.com其中式中转换系数。上式表明检波器的输出电压是位移量的函数。电涡流传感器测量位移时的输出特性如图所示。振动测量：当传感器用于振幅测量时，输入到检波器的信号就成为调幅波，如图所示。经检波后的输出信号有两部分组成：一是与振动频率和振幅有关的交流电压信号二是与位移图测量位移的转换特性图成正比的直流电压信号。检波和滤波后的输出电压即为前置器的输出信号，它输往相应的监视器，进行指示、记录或报警。二、主要性能与影响因素涡流传感器由于测量线性范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强，不受油污等介质的影响，特别是非接触测量等优点，而得到了广泛的应用。它可作为主要的传感器用于转速、位移、振动、偏心等的测量与监视。另外，它也用于测量厚度，表面温度，温度

119变化率，判别材质、应力、硬度和金属探伤。利用涡流传感器测量位移或振幅时，输出电压与距离的单值函数关系是在其他条件不变的假设下得到的，这些条件变化将会影响测量精度与灵敏度。被测体的面积比传感器相对应的面积大很多时，传感器的灵敏度不受影响，当被测体面积为传感器线圈的一半时，其灵敏度减少一半，更小时，灵敏度将显著下降。以一被测体为圆柱体为例，当其直径为传感器直径的倍以上时，不影响被测结果，若时，灵敏度降至，这一点在实际安装时图测量振幅时检波器应予以注意。输入输出信号的波形图实验表明：工作表面热处理对测量结果没有影响，工件表面镀铬后，会使灵敏度增加，镀铬厚度不均匀，会引起读数的跳动，因此尽可能不要测镀铬的表面，即使镀铬均匀，也须进行静态校验。被测体表面的光洁度对测量结果基本上没有影响。被测体的材质对灵敏度有影响，不同的材质，或同一材质，其表面不均匀，工件内部有裂纹将影响测量结果。三、传感器的安装正确安装传感器是准确测量的前提，任何一种影响电涡流效应因素的出现，均会造成测量的结果不可信，使用中必须考虑这些因素的影响。www.bzfxw.com对工作温度的要求一般涡流传感器最高容许温度，目前国产涡流传感器最高容许温度大部分是在℃以下，实际上若工作温度超过，不仅灵敏度会显著降低，还会造成传感器的损坏，因此测量汽轮机高、中、低转轴振动时，传感器必须安装在轴瓦内，只有特制的高温涡流传感器才容许安装在汽封附近。对被测体的要求为防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出，安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间。若被测体与传感器间不允许留有空间，可采用绝缘材料灌封。若在测试过程中在某一部位需要同时安装两个或两上以上传感器，为避免交叉干扰，两个传感器之间应保持一定的距离。探头安装时，应保证端部之间的距离不少于。另外，被测体表面积应为探头直径的倍以表面不应有锤击，撞伤以及小孔和缝隙等，不允许表面电镀。被测体材料应与探头、前置器标定的材料一致，否则需重校。对探头支架的要求探头通过支架固定在轴承座上，支架应有足够的刚度以提高其自振频率，避免或减小被测体振动时支架的受激自振。一般而言，支架的自振频率至少应为机器旋转速度的倍。支架分为永久性、半永久性和临时性三种。永久性固定支架用于油介质密封的被测系标准分享网www.bzfxw.com免费下载

120统。例如：在高压腔内或密封环外测油膜厚度，安装时传感器用高性能粘接剂灌封，干固后连同轴或轴瓦一起精加工，直至达到工艺要求。半永久性固定用于一般位移振动测量，为便于调整间隙，常设计成可调式，一旦调试完毕，常用螺丝拧紧。临时性固定一般用于实验或简单现场测试，常用磁力表架。虽然探头的中心线以垂直位置变化，对变送器系统的特性无影响，但支架支撑的探头，位置应与被监视的表面垂直。对初始间隙的要求各种型号电涡流传感器应在一定的间隙电压（传感器顶部与被测物体之间间隙，在仪表上指示一般是电压）值下，其读数才有较好的线性度，所以在安装传感器时必须调整好合适的初始间隙。如图所示的电涡流传感器特性曲线，静态最大量程不能大于，动态下为了获得较好的线性度，其工作间隙应在范围内，即仪表指示间隙电压为转子旋转和机组带负荷后，转子相对于传感器将发生位移。如把传感器装在轴承顶部，其间隙将减少；如装在轴承水平方向，其间隙取决于转子旋转方向；当转向一定时，其间隙取决于安装在右侧还是左侧。为了获得合适的工作间隙值，在安装时应估算转子从静态到转动状态机组带负荷后轴颈位移值和位移方向，以便在调整初始间隙时给予考虑。根据现场使用经验，转子从静态到工作转速，轴颈抬高大约为轴瓦间隙的；水平方向位移与轴瓦形式、轴瓦两侧间隙和机组滑销系统工作状况有关，一般位移值为，位移方向如图所示，传感器安装在右侧水平位置，转子旋转后，间隙增大；装在左侧，减少。图一般电涡流传感器静态、动态曲线图轴颈水平位移方向与一静态；动态　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　传感器安装位置有关轴颈在轴瓦内发生位移除与转速有关外，还与机组有功负荷有关，对于质量较小的汽机高压转子和带减速器的转轴，在部分进汽和齿轮传递力矩作用下，会把轴颈推向轴瓦的一侧，其位移值有可能接近于轴瓦的直径间隙。在调整传感器初始间隙时，除了要考虑上述这些因素外，还要考虑最大振动值和转子原始晃摆值。传感器初始间隙应大于转轴可能发生的最大振幅和转轴原始晃摆值的安装步骤探头插入安装孔之前，应保证孔内无杂物，探头能自由转动而不会与导线缠绕。

121为避免擦伤探头端部或监视表面，可用非金属测隙规测定探头的间隙。也可采用连接探头导线到延长电缆及前置器的电气方法整定探头间隙。当探头间隙已调整适合后，旋紧防松螺母。此时应注意，过份旋紧会使螺纹损坏。探头被固定后，探头的导线亦需牢固。延长电缆的长度（指探头至前置器之间的距离），应与前置器所需的长度一致。任意地加长或缩短均将导致测量误差。前置器应置于铸铝的盒子内，以免机械损坏及污染。不允许盒子上附有多余的电缆，在不改变探头到前置器电缆长度的前提下，允许在同一个盒内装有多个前置器，以降低安装成本，简化从前置器到监视器的电缆布线。采用适当的隔离和屏蔽接地，将信号所受的干扰降至最低限度。信号电缆的屏蔽层只允许单端接地，以避免形成接地回路。第三节　　　　速度传感器系统速度传感器属于接触式传感器，用来测量轴承座、机壳或者基础的振动。一、工作原理速度传感器是利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出。速度传感器的力学模型可以用一个由集中质量、集中弹簧和集中阻尼组成的二阶系统来表示，如图所示。由图可见，质量块通过弹簧和阻尼器装在传感器的基座上。测振时传感器的基座随外界被测振动物体而振动，此时质量块就与基座产生相对运动。设为振动物体的绝对位移，为质量块的绝对位移，则质量块与振动物体之间的相对位移为根据运动学原理得到图振动系统模型质量块；弹簧；一阻尼器即式中，、与分别表示振动系统的质量、阻尼系数和弹簧刚度，等式的左边表示惯性力，右边分别表示阻尼力和弹簧恢复力，上述微分方程表示了集中质量的加速度、速度与位移之间的关系。应用微分算子代入上式，得由上式即可求出输入与输出的相对值。若求其传递函数，则有标准分享网www.bzfxw.com免费下载

122或其中式中阻尼比；振动系统的固有频率。当振动物体作简谐振动时，即当输入信号为正弦波时，以代入上式，即可得到频率响应函数为上式为复频函数，其振幅比为令得式中频率比。由此可见，振幅比是频率比和阻尼比的函数。同时，相位角也是这些量的函数，即当振动物体的频率等于传感器的固有频率时，系统出现共振，这时有即系统共振时，振幅只与阻尼比有关。阻尼越小，振幅比越大。当振动物体的频率比传感器的固有频率高得多时，质量（也称地震质量）与振动物体之间的相对位移就接近等于振动物体的绝对位移。在这种情况下，传感器的质量块可以看作是静止的，即相当于一个静止的基准，速度传感器就是基于上述原理测量振动的。这种传感器有时也称为惯性式传感器或地震传感器。速度传感器按其支承系统工作原理可分为绝对式和相对式两种。

123绝对式速度传感器的结构如图所示。传感器的磁钢与壳体固定在一起。芯轴穿过磁钢的中心孔，并由左右两片柔软的圆形弹簧片支承在壳体上。芯轴的一端固定着一个线圈另一端固定一个圆筒形铜杯（阻尼杯。这种结构形式的传感器，其惯性元件（质量）是线圈组件、阻尼杯和芯轴。当振动频率远远高于传感器的固有频率时，线圈接近静止不动，而磁钢则跟随振动体一起振动。因此，线圈与磁钢之间就有相对运动，其相对运动的速度等于物体的振动图速度传感器结构示意速度。线圈以相对速度切割磁力线，传感器引线；壳体；线圈；磁钢；就有正比于振动速度的电动势信号输出，所一芯轴；阻尼杯；弹簧片以这类传感器称为速度式传感器。又因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称为绝对式速度传感器，或称地震式速度传感器。线圈中产生的感应电动势为式中磁场强度；感应线圈导线长度；相对运动速度。相对式速度传感器工作原理和绝对式速度传感器基本相同，不同的是动线圈采用较硬的簧片和外壳固定，与动线圈直接相连的拾振杆伸处传感器外壳，测量振动时将拾振杆直接压在物体上，传感器外壳固定在支架上，测量的振动是表示支架相对于物体的振动，所以称为相对式速度传感器。由于拾振杆与振动物体间存在摩擦，因此这种传感器目前很少采用。不论是绝对式还是相对式速度传感器，若要取得与振动位移成正比的振动信号，传感器输出的信号必须经积分回路，这种电路一般都设在仪表本体内，但少数振动仪将这一电路单独分离出来，称它为速度／位移转换器（，如美国本特利公司的速度传感器附带这种转换器，而仪表本体内还设有积分电路。这种外设积分电路给记录振动位移信号和检查振动仪输入回路是否正常带来方便，但投资也相应增加（与速度传感器的价格相当）。二、速度传感器的安装速度传感器一般是用来测量轴承振动的，在少数情况下也用来测量转轴振动。测量轴承振动时，速度传感器安装比较简单，目前在现场采用的有手扶、橡皮泥粘接、永磁吸盘固定、螺栓固定种方式。在临时性振动测试中，绝大多数采用手扶传感器，这种方式测试灵活、使用方便，特别是当传感器数目不足和各个传感器互换性不好时，它有突出的优点；但是测试误差较大，而且劳动强度也大。用橡皮泥粘接传感器比较方便，测量正确性较手扶高得多，但是橡皮泥黏性不大，它标准分享网www.bzfxw.com免费下载

124不能将传感器粘接到垂直平面上，只能固定在水平面上，例如测量轴承座顶部垂直、水平、轴向振动。在粘接牢靠时，时，最大能测量振动。橡皮泥粘接传感器的主要缺点是其粘接力受温度影响较大，温度较高和较低都使粘接力显著降低，因此它不适用于温度较高的汽机高中压转子和带盘车齿轮的轴承，冬季冷态启动时，轴承温度过低也不宜采用。永磁吸盘固定传感器较橡皮泥更方便，而且目前国内也能制造出尺寸为或的永磁吸盘，其吸力能达，用这样的吸盘固定以下的传感器，吸附在水平面上，最大可测量振动。但是一般机组轴承座都涂有泥子和油漆，使吸盘的吸力降低，因此当吸附在垂直平面上、振幅较大时，仍需手扶，以免脱落，摔坏传感器。用螺栓直接将传感器固定在轴承上，不仅可以牢靠地测量轴承座顶部三个方向振动，而且可以测量垂直平面上两个方向振动。这种安装方法是四种安装方法中最牢靠地一种，所以在固定式传感器安装中均采用这种方法，但在临时性测试中显得有些麻烦。为了获得正确的测量结果，速度传感器的安装应注意下列几点。工作温度一般速度传感器工作温度均在℃以下，温度过高会使传感器绝缘损坏和退磁，使其灵敏度降低。对于高中压转子的轴承，当其轴封漏汽严重时，传感器不能较长时间装在轴承上。避免传感器固定不稳和共振不论是采用哪一种方式与轴承连接，传感器都必须紧密地固定在被测物体上，不能有松动，否则会引起传感器的撞击，使测量结果失真。传感器采用单个螺丝固定，有时会引起传感器的共振，使传感器产生较明显的横向振动，引起测量误差。为了避免传感器固定在振动物体上发生共振，其连接螺栓不能小于，而且传感器与被测物体之间的接触面要平整，接触面的直径不能小于。如果采用外加的夹具把传感器固定在轴承座上，夹具高度应尽量降低，否则会把被测的振动放大。测点位置前后一致一般机组的轴承在不同的位置振动有较大的差别，因此凡是采用手扶、橡皮泥粘接和永磁吸盘固定传感器，都应标出测点位置，避免因前后测点位置不同而发生误差。这一点对于振动故障诊断和转子平衡中振动测量尤为重要。传感器的互换性为了减轻测试中劳动强度，目前在机组振动测试中一般采用几个至十几个传感器测量各点振动。对同一点振动来说，当前后采用不同的传感器测量时，各个传感器灵敏度和相位特性应统一，只有经过严格试验的传感器在测试中才能互换，否则会引起较大的测量误差。为了避免因传感器互换性不好而引起的测量误差，传感器应对号入座（测点）。但其测量结果只能作纵向（前后）比较，为了横向比较，最好采用同一个传感器测量各点振动。传感器安装方向与要求测量方向应一致轴承振动往往在某一方向上特别显著，当传感器方向稍为偏离测量方向时，表计指示

125值就会发生较大的变化，特别时采用手扶传感器时，传感器不大的偏斜往往不易觉察；另外采用橡皮泥粘接传感器时，由于轴承温度升高时橡皮泥会软化，使传感器产生倾斜而偏离测量方向，所以测振时应随时注意传感器的安装方向。三、速度传感器的特点安装简单，可适用于绝大多数机器的环境条件，对于汽轮发电机组振动来说，它具有合适的频率响应范围。不需外加电源，振动信号可以不经任何处理传送到需要的地方。体积、质量较大，活动部件易损坏，低频响应不好，一般测量以下的振动时，将产生较大的振幅和相位误差。）标定较麻烦，只能作动态测量，价格较贵。第四节　　　　加速度传感器系统一、工作原理加速度传感器的结构如图所示，它利用压电材料（如石英、陶瓷和酒石酸钾钠等）的压电特性，当有外力作用在这些材料上时便产生电荷。图中，蝶形簧片通过质量块和导电片与压电晶体片紧密接触，而且保证在一定的振动值下它们相互不会分离。将这些部件装在不锈钢外壳内，晶体片的电荷通过导线引出。当把这样的装置固定到振动物体上时，由于物体振动而会产生加速度。若振动是简谐振动，其加速度可用下式表示式中振动圆频率和频率；振动幅值（单振幅）。根据牛顿定律，施加在压电晶体片上的作用力与质量块的质量和振动加速度成正比。而压电晶体片输出电荷与作用在晶体片上的力成正比，当一定时，传感器输出电荷与振动加速度成正比，所以称它为加速度传感器。压电晶体片产生的电荷，只有当测量电路具有无限高的输入阻抗时才能存在，这一点实际上是办不到的，因此加速度传感器不能作静态测量，而只能作动态测量，即只有在受到连续交变力作用时，压电晶体片才能连续不断地产生电荷，并在电路中形成电流和电压。如果加速度传感器的输出信号通过较长的导线输到图加速度传感器的结构振动仪，即使输入阻抗很高，也会显著降低传感器的灵一底座；一压电晶体片；导电片；质量块；一外壳；蝶形敏度，而且仪表的指示值与导线长度、阻抗直接有关。簧片；引出线接头；一导线为了克服这些不利影响，所有加速度传感器输出都采用标准分享网www.bzfxw.com免费下载

126了有一定阻抗而长度较短的高频电缆。为满足远距离传送振动信号的需要，将其输出信号先送到前置放大器，然后才能输送到振动仪或别处。采用加速度传感器，要获得振动速度信号，必须经一次积分；要获得振动位移信号，必须经两次积分。由此使原来的振动信号衰减以上，灵敏度显得不足，而且受外界干扰影响较大，所以加速度传感器虽然结构简单，且特别牢靠，但在汽轮发电机组振动测试中一直没有得到广泛的应用。二、加速度传感器的特点体积小、质量轻，适用于受附加质量影响显著的振动系统的测试，例如汽轮机叶片、飞机外壳的振动测试。）结构紧凑、牢靠、不易损坏。环境噪声、传感器安装方法和导线敷设方式，对测量结果有较大的影响。对汽轮发电机组来说，其工作频率范围显得太高。标定困难，只能作动态测量，价格较贵，需设前置放大器。第五节　　　　复合式探头传感器系统既然机组的振动伴随着运行而存在，转子自然是引起振动的主要原因，当振动异常时，反映在主轴上的振动要比轴承座的振动变化明显得多，因此，监视主轴的绝对振动显得尤为重要。这也说明了，目前机组的振动监视已从监视轴承发展到直接监视轴相对于自由空间的振动（即轴的绝对振动）的缘由。虽然接触式传感器可测量轴的绝对振动，但其顶杆直接触主轴，存在着触点磨损，需要润滑，因此触点润滑情况与轴的表面光洁度会影响测量值，响应速度受到限制。因此，近年来发展了一种复合式振动传感器，它由一个电涡流传感器和一个速度传感器组合而成，放在一个壳体内，壳体可以安装在机组的同一个测点上，如图所示。图复合式振动传感器示意这里电涡流传感器用于测量主轴相对于轴承座的振动，即主轴的相对振动，而速度传感器用于测量轴承座的绝对振动。速度传感器输出的速度信号经转换器转换，变为

127绝对振动的信号，与电涡流传感器输出的相对振动信号一起输入合成器，在合成器内进行矢量相加，然后输出主轴的绝对振动信号。主轴的绝对振动测量是根据相对运动原理实现的。设表示主轴相对于轴承座的振动矢量；表示轴承座相对于自由空间的振动矢量，根据相对运动原理，可得主轴相对于自由空间的振动矢量为其振动矢量关系图如图所示。图中与之间存在相位差，这是由油膜及轴承结构等因素决定的。如能测得和，即可得出，实现主轴相对于自由空间的振图振动矢量图动测量。图示意了复合式传感器及其振动测量的原理框图。电涡流传感器所得到的位移变化量，通过前置器转换为电压变化，经放大后获得振动信号变化量；速度传感器所测经转换器（积分器），把速度信号变换为位移信号，经放大后获得振动位移信号电压。为了得到正确的幅值和相位关系，在频响范围的低频端进行相位补偿。两个振动位移信号电压和同时输入到加法器上，加法器输出端输出的便是轴的绝对振动位移信号，再经过高通滤波，峰一峰值检波后送表头显示。图复合式传感器电路方框图第六节　　　　键　　　　相器相位是描述转子在某一瞬间所在位置的一个物理量，精确的相位测量在转子动平衡试验、确定临界转速以及分析某些机械故障时都非常有用。测量振动相位有许多方法，早先采用的有转子上划线法、凸轮接触法、示波器法，后来采用闪光测相法，目前采用标准脉冲法。采用标准脉冲法测相的振动仪，要正确地测量振动相位，最关键的是正确地取得标准脉冲信号。要获得标准脉冲信号，可使用光电传感器，又分为可见光光电传感器和红外线标准分享网www.bzfxw.com免费下载

128光电传感器，但光电传感器存在抗光、热干扰能力差、反光带易失效等缺点，所以现在普遍使用电涡流传感器作为键相器。对一个已定的电涡流传感器来说，其输出电压与传感器和被测物体之间的距离成正比，如果在转轴上设置一个凸条或凹槽，转轴每转一周，涡流传感器便输出一个负或正脉冲信号。图为振动信号相对于同步脉冲的相位图。图）表示振动探头、键相器探头、键相记号、振动高点等的相对位置图；图为检测到的振动信号同步分量的波形和键相器检测到的每转一个脉冲的波形图。键相器的输出是振动输入信号的转速分量，用图）的正弦曲线表示。相位角定义为从同步信号（键相脉冲）前缘到正弦曲线正峰值（高点）间的角度。图振动信号相对于同步脉冲的相位图）相对位置图；波形图一转子；振动高点；一振动探头；键相器探头；键相记号相角测量也可以鉴别出几种不同的机械故障，某些机械故障有与其密切的确定关系，而其他故障形式则与有变化的相角特征有关。当然，运转速度高于一个或多个平衡共振频率的机器，在经过共振频率区时，一般都会发生的相位变化。因此相角测量可用于证实转轴共振速度或临界速度的存在。相位表是机组的诊断仪器，当它工作在相位、振幅模式时，可以用来得出趋势曲线。当它工作在正交、同相模式时，可以用来得出极坐标图。汽轮机组的动态分析方法，常用的有轴心轨迹图法、振动时基曲线法、频谱图分析法、波特图法及极座标图法等。波特图（）实际是两条独立的笛卡尔坐标曲线，即振幅与转速的关系曲线和相位滞后角（相角）与转速的关系曲线。机组作共振响应、平衡响应时，通常使用波特图测量，它能表明机组在谐振时的转速，比较直观。极坐标图（）是转速和作为转速函数的相位和振幅的相量图。图为典型的极坐标图。由于极坐标在遇到初矢量的时图极坐标图

129候其形状不变，而波特图上的振幅和相位却表现出很大的变化，所以用它来分析机组的动态特性是很有用的。键相器的另一种功能是测量转轴中心线的涡动方向，或转轴的涡动方向。如果转轴中心线的涡动与转轴旋转方向相同，就称之为向前涡动，反之称为向后涡动。虽然大多数机器都出现向前涡动的动态运动，例如由于不平衡或油膜引起的涡动，但是某些机械故障亦会发生向后涡动的现象，例如动静部件的摩擦。第七节线性变量差动互感器一、机壳膨胀传感器的应用机壳膨胀是汽轮机监测仪表（的一个重要测量参数，它是指在机组启动或正常运行时汽缸的热膨胀。典型情况下，传感器安装在绝对死点的相对端基础上，机壳膨胀传感系统提供的是汽缸相对于基础的热膨胀。完整的机壳膨胀信息应由两个传感器获得，即使用两个传感器来分别测定汽机中心线两侧的汽缸热膨胀，这种布置可以了解汽缸与滑销系统的工作情况，如果滑销被卡住，将造成汽机变形进而引起机组损坏，此双传感器机壳膨胀传感器系统通过使用机壳膨胀监测器可发出报警。机壳膨胀的测定也能确定机组温度是否升高。开始时，机壳膨胀是一个起动参数，它标志着机壳和转子是否以近似相同的速度膨胀，不同速率的热膨胀能够造成转子部件和固定部件之间的内部摩擦，这种情况可以由机壳膨胀监测装置来探测。二、线性变量差动互感器的工作原理机壳膨胀传感器实质上就是一个线性变量差动互感器，其原理结构如图所示。它由三个线圈组成，其中为激磁绕组，它接受电压，产生交流激磁电源；为输出绕组，反相差动连接，输出的交流电压正比于铁芯偏离中心位置的距离。交流信号经解调器检波后变为直流电压信号输出。测量缸胀时，的外壳固定在基础上，铁芯与汽缸相连，当芯杆的零点和壳体的零点重合时，输出电压为零。如图为输出信号与铁芯位移的特性曲线图。图中示意了图结构示意图图输出特性曲线标准分享网www.bzfxw.com免费下载

130和三种型号的特性曲线。当铁芯在中间位置时，输出信号为零，当铁芯左右移动时，输出信号经解调为正、负直流电压信号，并与铁芯位移具有线性关系。三条曲线的量程分别为，其灵敏度分别为和

131第一节　　　　汽轮机轴向位移监视一、汽轮机产生轴向位移的原因和危害（一）汽轮机转子产生轴向位移的原因汽轮机转子高速旋转，而汽缸及隔板是静止不动的，所以动静部分之间必须留有一定间隙。汽轮机叶片具有一定的反动度，叶片的叶轮前后两侧存在着压差，形成一个与汽流方向相同的轴向推力；轮毂两侧转子轴的直径不等，隔板汽封处转子凸肩两侧的压力不等，也要产生作用于转子上的轴向力，所以转子受到一个由高压端指向低压端的轴向推力。在这个轴向推力的作用下，转子就会产生轴向位移，使动静之间的间隙减小甚至消失，这是绝对不允许的。因此要设法平衡轴向推力，采取了高中压缸反向布置、中低压缸对称分流、开设平衡孔等一系列措施，平衡部分轴向推力，其余的则由推力轴承来负担。汽轮机在运行过程中，引起轴向推力增大的原因有以下几方面：汽轮机发生水冲击：由于含有大量水分的蒸汽进入汽轮机内，水珠冲击叶片使轴向推力增大，同时水珠在汽轮机内流动速度慢，堵塞蒸汽通路，在叶轮前后造成很大的压力差，使轴向推力增大。隔板轴封间隙增大：由于不正确地启动汽轮机或机组发生强烈振动，将隔板轴封的梳齿磨损，间隙增大，漏汽增多，于是使叶轮前后压力差增加，致使轴向推力增大。动叶片结垢：蒸汽品质不良，含有较多盐分时，会使动叶片结垢。动叶片结垢后，蒸汽流通面积缩小，引起动叶片前后的蒸汽压差增大，因而增大了转子轴向推力。叶片的结垢情况，可以由监视段压力的变化情况判断出。为了监视监视段的压力变化，需要作出通流部分清洁时的监视段压力与负荷的关系曲线。监视段压力的最大增长值，一般来说，对于中压冲动式汽轮机为，高压冲动式汽轮机为，有平衡盘的中压反动式汽轮机为，有平衡盘的高压反动式汽轮机为新蒸汽温度急剧下降：新蒸汽温度急剧下降，转子温度也跟着降低，由于转子的收缩量大于汽缸的收缩量，致使推力轴承的负荷增加。当汽轮发电机采用挠性靠背轮时，靠背轮对转子的移动起了制动闸的作用，因而使推力轴承上承受的推力增大。若是齿形靠背轮，当齿或爪有磨损或卡涩情况就更为严重，使推力轴承极易发生事故。真空下降：汽轮机凝汽器真空下降，增大了级内反动度，致使轴向推力增大。汽轮机超负荷运行：汽轮机超负荷运行时，蒸汽流量增加，会使轴向推力增大。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

132润滑油系统由于油压过低、油温过高等缺陷使油膜破坏而导致推力瓦块乌金烧熔，也会使转子产生轴向位移。润滑油系统会造成油膜破坏的原因有：润滑油压过低。润滑油温过高。润滑油中断。油质不良。润滑油中有水。轴瓦与轴之间的间隙过大。乌金脱落。）发电机或励磁机漏电。（二）汽轮机转子产生轴向位移的危害和监视保护措施当轴向推力过大时，推力轴承过负荷，造成推力瓦块烧毁或动静部分发生碰摩，造成设备的严重损坏。当转子轴向推力过大，推力轴承过负荷，将破坏油膜，致使推力瓦块乌金烧熔，转子窜动。当轴向位移超过动、静部件之间预留的间隙时，将会造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮碎裂等恶性事故。因此严密监视机组的轴向位移显得特别重要。一般在推力瓦块上装有温度测点，在推力瓦块回油处装有回油温度测点等，以监视汽机推力轴承的状态。此外，还装设各种轴向位移监测保护装置，以监视转子的轴向位移变化。对于轴向位移监测器在正常工况下指示轴的位移量，当位移超过一定限值时，发出报警信息，提醒运行人员严密监视机组状态，采取处理措施，当轴向位移达到“危险”限值时，发出危急遮断高、中压调节阀门与主汽门的信号，以保证机组设备和人身的安全。（三）轴向位移测量装置轴向位移测量装置有四种类型：机械式：采用一耐磨的金属直接与汽轮机大轴相接触，将大轴的轴向位移变化通过杠杆传递系统传至指示器，当轴向位移达到限值时，保护跳闸机构动作，遮断去自动主汽门和调速器错油门的保护油路，实行紧急停机。）液压式：轴向位移改变喷油嘴与轴端平面（或转子的凸缘平面）之间的间隙，改变油的油量，引起喷油嘴前的压力变化，以此压力指示轴向位移的大小，当压力低于某一数值时，滑阀动作实现紧急停机。电感式：将转子的机械位移量转换成感应电压的变化，然后进行指示、报警或停机保护。电涡流式：根据电涡流原理，将位移的变化转换成与之成比例的电压变化，从而实现位移的测量、报警和停机保护。二、双通道轴向位移监测器（一）工作原理双通道轴向位置监测器如图所示。通道与采取完全对称的双选式结

133构，两个通道都独立地、连续地在监测器的液晶显示器上显示读数，以提高系统的可靠性。图双通道轴向位置监测器接线图系统由电涡流探头（、前置器和位移监测器（即信号处理器）三部分组成。电涡流传感器内有一测量线圈，将被测体与线圈之间的距离（间隙）变化，以电感、电抗及或品质因素的形式，反馈至前置器。一般情况下，被测表面是轴上的推力盘或者轴上别的平面（该平面应和轴为一个整体），如果是轴向上的一个平面，则要求该平面距离推力瓦的工作面在之内。被测体的直径应为探头直径的倍以上。一般而言，传感器的线性范围是线圈外径的。若要增大线性范围，以满足检测需要，就必须增大线圈的外径增大传感器尺寸，而尺寸的增加会导致两个方面的问题：一是灵敏度下降；二是被测导体的尺寸不能太小，因为实验证明，当被测导体的直径标准分享网www.bzfxw.com免费下载

134为探头直径）时，传感器的线性范围和灵敏度均受到影响，为此，常常在前置器内部增加线性网络，以扩展传感器的线性范围。电涡流传感器和前置放大器安装在现场，当现场有易爆、易燃气体存在时，应采取防爆措施。传感器采用防爆安全罩，而放大器必须在没有任何爆炸危险的地方工作。另外，在电源电路和测量电路上须加入齐纳屏蔽器，以提高电路工作的安全可靠性。位移监测器接受电涡流传感器送来的反映位移变化的电压信号，由核心器件微处理器进行相应处理。以通道为例，前置器输出的信号分三路进入监视器。通过缓冲器处理电路处理后（阻抗变换与功率放大），一方面送系统的底板，一方面送监视器前面板的同轴接头，以便外接故障诊断或维修测试仪。）通过间隙电路处理后，送单片机模数（转换器，转换的数字量存入内存中供运行人员调用，显示传感器探头与监视平面间的间隙电压值。经“信号比例放大”处理后分两路：一路直接送信号处理集成芯片的输入通道，另一路经过通道的处理电路后送信号处理集成芯片的输入通道。信号处理集成芯片，同样对称地接收通道送来的两路信号：输入和通道输入信号，另外，它还接受微处理器送来的通道旁路、通道旁路和正常闭锁复位指令。的输出是对称的（各两路），仍以为例：一路为“通道输出”信号，它被送至单片机的输入口，另一路“通道的直流电压输出（”信息经过“反相、衰减和偏置”处理后，一方面送单片机的通道转换与位移对应的数字量送内存单元，另一方面它又分成两路：一路经接口电路输出至系统底板；另一路通过“记录器通道”，处理后送监视器的后面板接线端子，作为位移的记录信号，供记录器记录之用。记录器处理通道可接受使用人员的硬接线编程以便选择输出信号的类型：或单片机除接受上述信号以外，还接受前面板输入的开关量信号，开关量信号的类型：）参数的显示：“正常（）限值”、“警告（）限值”、“危险（）限值”以及间隙电压（）的显示命令。参数的修改命令：上述限值的修改（增加或减少）命令，通过相应的开关与按键送入微处理器。系统结构变更的硬件接插件编程命令。单片机的输出信号，除前述送至的三路外，还有下述几方面：送至前面板的和。它包括：双通道的轴向位移连续显示，正常警告，危险和旁路二极管显示，正常、警告、危险的上、下限值，以及间隙电压显示。最后一类参数的显示通过操作相应的按键，才可能在表头的等离子柱体上显示出。开关量状态信息送监视后板上的继电模块或系统底板，以便外接报警电路或送数据管理系统。这些开关量包括，正常监视（、警告（、危险（位移监测系统的一些状态信息，它将通过“系统信号电路”输出，如“第一报警

135输出”等。另外，系统提供的电压经底板至位移监视器，经过限流处理后分别送至通道的前置器。（二）功能双通道轴位移监视：轴向位移是转子在轴向相对于一个固定参照物（静止部件）的平均位置或位置变化。双通道轴位移监视器提供两个通道连续测得的轴向位移量，并在表头两边的等离子柱上显示，为了便于对机组进行保护，正常的轴位移方向可以是接近或远离探头表面（可通过编程选择），双通道“危险”状态量的输出，可以采用“与”逻辑，以保证当某一通道失效时，不会给出误报警信息；也可采用“或”逻辑在重要性较差的情况下使用，此时两通道相互独立。“探头间隙）电压”显示：探头间隙用负的直流电压量度，它与探头表面与被监测表面之间的间隙成正比。每一通道的探头间隙电压，在手按键后，由表头显示。“正常（状态”显示：前置器输出的电压在线性范围之内时，系统被认为是正常的，此时将点亮前面板上的“，，并触发“正常（”状态继电器，监测器提供“闭锁”与“不闭锁”功能供选择，若选择“闭锁”功能，在异常时，灯灭，即使故障消除系统已恢复正常，灯仍不亮，必须按下系统监测器上的复位（键，才能恢复。“正常（”状态输出，“正常（”状态通过系统底板输至“正常（）继电器”。此继电器位于电源输入组件（模块）上，只有在框架中的每一个继电器的通道处于正常状态，或处于旁路状态时，才能触发正常（）继电器。“报警”功能：监测器设有第一级报警警告（，和第二级报警危险（功能。通过按前板上的警告（键，可在表头上显示每个通道所设置的“警告”上、下限值，同理可操作与显示“危险”的设置值。当轴位移信号超过了预先设置的限值时，并在所选择的延迟时间之后，警告和危险发生二极管点亮，同时，相应的警告和危险报警继电器的触点闭合。报警逻辑的选择决定了危险继电器触点的触发时间。“第一报警选择”功能：对于警告和危险报警，都分别具有第一电路。一个监测器如果选择有第一报警项，当该监测器的某一通道在整个框架中，第一个发生报警时，则该通道的报警发光二极管闪烁，表示及确定该通道第一报警。）报警继电器闭锁／不闭锁功能：监测器的报警可编程选择为“闭锁”与“不闭锁”两种模式。对于不闭锁模式，当报警条件已不复存在时，报警自动复位，而对闭锁模式，则必须手按系统监测器前面板上的复位键，才能使报警条件复位（或者合上外部复位触点），如果报警条件依然存在，则报警不会复位。“危险旁路”功能：根据维修任务的需要，位于监测器线路板上的危险旁路开关，可被设置在危险继电器驱动被抑制的状态。此时，旁路二极管点亮，而其他功能不受影响。另外，也可利用监测器上的外接块，使该功能不起作用。“缓冲输出”功能：位于监视器前面板上的两通道的同轴接头，以及位于标准分享网www.bzfxw.com免费下载

136信号输入继电器模块上的终端，都有来自于每一传感器的缓冲输出信号，可直接与故障诊断和预测维修仪器相连，而不需要特殊的电缆和接口卡。“记录仪输出”驱动功能：每一通道都提供位移的驱动记录信号，其输出正比于满量程，可通过编程选择下述三种形式中的任意一种输出信号：或仪器自检功能：监测器设有通电自检、周期性自检和用户启动自检三种自检方式。每当监测器通电之后，通电自检就自动进行，它将进行一系列的基本自检和传感器是否正常的检查。在监测器正常运行时，将自动地进行周期性检查，若此时碰到故障发生，则监测暂时失效，同时棒状液晶显示器以闪烁的方式显示错误代码。如果故障是周期性的，或故障消除，则监测器恢复工作，但错误代码会存储起来，当用户启动自检时，可以重新得到该代码，被存储的错误代码，由间断的显示。用户启动自检可完成通电自检的项目，并可读出周期性自检时存储的错误信息，还可将它清除，存有错误信息时“正常（”发光二极管以频率闪烁的方式示意，同时错误代码由前面板上液晶棒状显示器显示。用户启动自检时通过短接两个自检的探针（它位于“表头”后面）来启动。当通电自检或用户启动自检探测到错误时，则检测中止，直到用户采取措施，问题得到解决为止。监测器通电自检或用户启动自检可重复进行。在完成用户启动自检之后，如果有错误代码存在，监测器把已被储存的错误代码重新调出，这些错误代码应在操作者干预之下予以清除，以便监测器继续工作。若看到在棒状显示器上的错误代码，按下警告）按钮，并维持左右再放开，将依次在棒状液晶显示器上显示每一错误代码。在显示的最后，液晶的整个棒状显示图（即可整个满量程内），都由段段棒状组成。按下警告按钮重读一下该显示，再按下危险按钮并维持左右，可从存储器中清除错误代码。（三）功能的编程选择系统监测器具有“编程”变更系统结构、测量范围、输出信号的形式等功能，而且这种“编程”完全面向使用人员无需任何语言，采用短接线的“插入”与“拔出”方式即可实现。对于具体的功能、选择与短接的位置编号，直观、简单、明了地表示为表表功能编程选择

137续表为出厂时所选的功能。（四）参数的设置与调校参数的设置与调校，是通过借助于框架中的系统监测器和双通道轴位移监测器上的开关、按键来完成。报警参数的调整报警参数的调整是针对无“倍增报警”功能的系统而言。若系统安装有倍增报警装置，并由触点闭合来启动时，就不能调整报警设置点，因此，下述“参数的调整”步骤也就不适用了。报警参数调整步骤。打开前面板，分别把（通道的调整）或（通道的调整）开关放在启动标准分享网www.bzfxw.com免费下载

138位置（即的一侧）然后根据需要调整的方向，将开关置于相应的位置，检测器机板上的棒状开始闪烁。按下前面板上的报警（）或危险（）按键。利用系统监测器前面板上的（升）或（降）按键，将报警值调整到所需的位置。复位或开关，装好前面板。至此，监测器将从新的设置点工作。“通道旁路”的设置“通道旁路”的设置很简单，只需将（通道旁路）或（通道旁路）放在启动位置（侧，相应的旁路发光二极管亮，正常（发光二极管熄灭，同时幅值为零，通道无显示、无报警、也无保护功能，即功能组件已从系统中切除。“危险旁路”的设置将危险旁路开关置于侧，点亮两个通道的旁路发光二极管，切除“危险”继电器的自启动功能，机器失去保护，但危险报警发光二极管的显示功能仍将存在。注意，利用“危险旁路”失效的短接线，也可使危险旁路开关不起作用。通道报警的校验上述所设置的报警值是否准确，可以在线检验，以通道为例，其检验步骤与方法如下：以信号输入继电模块上取下公共端子（及输入端子（）上的电缆，并上万用表及电源。）调整电源电压，使监测器显示为零（即）或（按下复位按钮，确认亮，警告和危险指示灯均熄灭。）调整电源电压，使其超过警告（）设定值，同时确认其发光二极管亮，如果具有第一报警装置，则发光二极管闪烁，并确认警告继电器状态发生了变化。按复位键，确认仍然稳定地发光。调整电源输出，使其超过设定值，并确认其发光二极管发光或闪烁（选择了第一报警功能），确认危险继电器状态已动作。按复位键确认“警告”和“危险”指示灯仍然稳定地发光。如果通道被旁路，则“与”逻辑不起作用。降低电压输出，可进行另一方向的报警校验。通道的校准仍以通道为例，其步骤为：拉出前面板并往右挪，可看见增益电位计（）通道试验。调整电源电压输出，使处的电压为，并确认前面板显示为（或调整电源为满值，确认表头指示值和记录仪记录值一致且均为满为千分之英寸。

139值。此时，对于正方向靠近探头的方向，可通过调整增益电位器使通道测试点）处的电压为对于反方向远离探头的方向，则处的电压为电源满量程的输入电压的计算可以灵敏度为，测量范围为。以探头无屏蔽罩的系统为例：满刻度电压应为）。如果正方向是朝着探头，则满值变化应为输入电压值为零点时的电压减去满刻度时电压（）（如果正方向是离开探头时，则满量程值为零点电压加上满刻度值的输入（（正常（）范围校验以通道为例，其校验步骤为：将万用表并接在信号输入继电器模块的通道上。从探头上取下延伸电缆，并重新连到校准仪的代用探头上。设置间隙电压使其在左右。确认通道的正常发光二极管发光，按下复位按钮，同时确认通道的都亮。逐步增加间隙，直到正常（）发光二极管（）熄灭为止（上限），此时万用表所测到的间隙电压应为检验正常（继电器的变化情况。为使正常继电器的和触点（一般情况是通以电压的）闭合，所有通道一定要正常或者被旁路。逐渐减少间隙到，按下键，直到正常（亮，应在其上、下限之间亮。减少探头间隙，直到发光二极管熄灭，此时万用表所测的间隙电压应在范围内。零点电压的调校安装探头时，首先应使转子处于它的零点位置（靠着活动的或静止的轴承，或者浮动区的中心），探头的间隙电压也应与传感器的零点电压一致。以通道为例，零点电压的调校步骤为：在前置器的输出和公共端上并接一个万用表。调整探头间隙，使其间隙电压零点电压在，监测器棒状显示为零。如果表头显示不为零，而且也不可能重新调整探头间隙时，零点电压的调整可借助于短路块的插入或拔出来调校。应注意在改变功能之后，一定要重新检查正常（）和报警功能为了增大零点调整范围，拔出列在“，一列的短接块，插上“”一列的短接块。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

140第二节　　　　汽轮机热膨胀监视一、机组热膨胀的原因及危害（一）缸胀和差胀汽轮机的汽缸和转子在启动、停机过程中，或在运行工况发生变化时，都会由于温度变化而产生不同程度的热膨胀。汽缸受热而膨胀的现象称为“缸胀”。缸胀时，由于滑销系统死点位置不同，汽缸可能向高压侧伸长或向低压侧伸长，也可能向左侧或向右侧膨胀。为了保证机组的安全运行，防止汽缸热膨胀不均，发生卡涩或动静部分摩擦事故，必须对缸胀进行监视。缸胀监视仪表指示汽缸受热膨胀变化的数值，也叫汽缸的绝对膨胀值。转子受热时也要发生膨胀，因为转子受推力轴承的限制，所以只能沿轴向往低压侧伸长。由于转子体面比小，而且直接受转子的冲击，因此温升和热膨胀较快，而汽缸的体积较大，温升和热膨胀相对要慢一些。当转子和汽缸的热膨胀还没有达到稳定之前，它们之间存在较大的热膨胀值，简称“胀差”（或“差胀值，也叫汽缸和转子间的相对热膨胀差。在机组启动或增负荷时，是一个蒸汽对金属的加热过程，转子升温快于汽缸，大于汽缸的膨胀值，称为正胀差；在停机或减负荷时，是一个降温过程，转子降温快于汽缸，所以转子收缩的快，也就是转子的轴向膨胀值小于汽缸的膨胀，称为负胀差。汽缸的绝对膨胀值理论上可以用下式表示式中计算段材料的线膨胀系数，计算工况金属温度与安装温度之差，即计算段的温度增量，℃；计算截面至死点的轴向距离，但在实际应用时，往往采用近似方法进行计算，即沿着轴方向分成若干区段，先计算各区段的绝对膨胀值，然后进行修正和叠加，得出汽缸的绝对膨胀值。由于汽轮机转子的轴向位置是由推力轴承固定的，所以差胀是以推力轴承为起点（相对死点）的某一处转子和汽缸总的膨胀差，例如高压缸在点处的差胀可表示为式中分别为转子和汽缸的膨胀值，（），（分别为转子和汽缸材料的线膨胀系数，；分别为转子和汽缸的计算工况温度增量，。由于汽缸和转子是由很多区段组成的，所以计算差胀时，也是先计算各区段的差胀，然后相加。由上可知，加热时差胀由前段至后段，一般是递增的，这就是一般制造厂在设计动静部分轴向间隙时，自前至后把间隙设计得越来越大的原因。一旦某一差胀超过预留

141的轴向动静部分之间的间隙，就将发生动静部分摩擦，造成设备损坏。（二）汽轮机胀差过大的原因汽轮机在启动、暖机和升速、停机过程中，或在运行中工况发生改变时，都会由于温度变化而引起转子和汽缸不同程度的热膨胀。汽轮机带负荷后，转子和汽缸受热逐渐趋于饱和，它们之间的相对胀差也逐渐减少，最后达到某一稳定值。在运行中，一般负荷的变化对热膨胀的影响是不大的，只有在负荷急剧变化或主蒸汽温度不稳定时，由于温度变化大，才会对热膨胀产生较大的影响。正胀差过大的原因一般有：启动时暖机时间不够，升速过快。运行时增负荷速度过快。负胀差过大的原因一般有：减负荷速度过快或由满负荷突然甩到空负荷。空负荷或低负荷运行时间过长。发生水冲击（包括主蒸汽温度过低的情形）。）停机过程中，用轴封蒸汽冷却汽机速度太快。真空急剧下降，排汽温度迅速上升时，使低压缸负胀差增大。（三）胀差过大的危害和监视措施随着机组功率增大，级间效率提高，机组轴封和动静叶片之间的轴向间隙设计得越来越小。若启停或运行过程中胀差变化过大，超过了设计时预留的间隙，将会使动静部件发生摩擦，引起机组强烈振动，以致造成机组损坏事故。为此，一般汽机都规定有胀差允许的极限值，它是根据动静叶片或轴封轴向最小间隙确定的，即当转子与汽缸相对胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向最小间隙仍留有一定的合理间隙。因此，为了在汽轮机启动、暖机和升速过程中，或在运行、停机过程中，保护机组的安全，必须设置汽轮机热膨胀测量装置和转子与汽缸相对膨胀测量装置。一旦缸胀或差胀值达到允许极限值时，立即发出声光报警信号，以便运行人员及时采取相应措施，保护机组的安全。有的大型机组还装设了胀差保护装置。在胀差超限时，不仅发出声光报警信号，也可令机组停机。停机保护一般只在机组停机过程中及低负荷运行时投入。因为正常时，胀差一般变化不大。二、缸胀监测器的工作原理缸胀监视器将输出的直流电压信号转换后，驱动指示器，并有一直流电压信号输出供外接记录器用。缸胀监视器的框图如图所示。传感器将量程为的缸胀信号转换成。传感器信号经输入阻尼器，交流成分通过滤波电路去除，再经输出阻尼器向面板接线插座提供传感器的输出信号。阻尼器的输出信号还输入到信号调整放大器，经调节后的输出信号为然后输入到表计驱动线路。表计零刻度为，中间刻度为，满刻度为。信号同时经驱动器输出到记录器，进行缸胀记录。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

142监视器内部设有电路电路用以检验输入到监视器的传感器信号是否正常，并且通过发出一个“非信号指示传感器工作不正常。这个“非信号使得位于监视器前面板上的二极管熄灭，并使信号盘上显示系统状态的“非”灯发亮。在缸胀监视器中电路是由输入阻尼器的输出信号控制的。如果这个信号超过预先整定的上限或下限值，电路就提供一个继电器驱动信号，同时使发光二极管熄灭。电路框图如图所示。图缸胀监视器框图输入阻尼器的输出信号加到上限和一传感器信号；输入阻尼器；输出阻尼器；电路的上下限是根据传一信号调整放大器；一表计驱动线路；下限比较器驱动器；电路感器的特性和运行要求预先整定的。当入信号在上下限电压范围内，指示灯亮若输入信号超过任一限值，相应的比较器输出改变状态，产生一个“非信号。在传感器接线开路的情况下，施加于输入阻尼器，经比较器输出信号，使继电器驱动器和发光二极管驱动电路改变状态，指示灯灭，表明传感器系统发生故障。电路中的禁止信号是用于防止在装置投运或切换电源时引起电路的误动作的。若电路有连锁选择，则电路恢复后必须由操作命令使它复位。差胀监视系统与上述的缸胀监视系统的测量原理相同，只是差胀超过限值时会严重影响机组的安全，为此需要有报警信号和跳闸保护信号输出。差胀监视器中除了驱动指示器、记录器及内部的电路外，还包括报警和危险（跳闸）电路，这些电路与前述的报警、危险电路原理基本相同，在此不再赘述。三、机壳膨胀监测器（一）概述机壳胀监测器是以微处理器为基础的监测器，可为被测值提供数值可调的警告和危险报警设置点。这种监测器的显示单元提供了监视图电路框图器和传感器的种状态显示，即正常、一传感器信号；输入阻尼器；上、下限比较器；警告、危险、旁路和显示模式，按动模驱动器；一驱动电路

143式开关可以使显示单元在同时显示两个的测量值和显示两者差值之间相互切换。报警只是用于两通道的差值报警（汽轮机中心线两侧汽缸的膨胀之差）。在显示两通道差值的状态下，按警告和危险按钮可以看到报警设置点。在监测器的前面和后面板上均设有传感器缓冲输出接口，不需要特殊的电缆或接口卡件，即可用于机械故障诊断时的信号采集。（二）功能机壳膨胀监测器还具有下面一些标准功能。危险旁路：危险继电器在维修中可以通过旁路来防止误报警。在监测器线路板上有一个程序接合器，用来防止非有权人员因误动危险旁路开关而使监测器危险旁路。通道旁路：通道的液晶显示、记录仪输出和继电器都可以在必要时旁路。通电抑制功能：最大限度地减少由于瞬时电源波动或者断电以及随之而来的重新通电所带来的误报警，这个功能可在电源稳定之后抑制所有的报警左右，然后恢复系统的所有报警功能。监测器具有自检功能，包括通电自检、周期性自检以及运行人员要求的自检，这样可以保证监测器的正常工作，并且提高运行人员对监测系统的信任感。监测器的故障通过快速闪烁的灯来表示，错误代码存在内存中并可在需要时调出来。这样有助于故障的检查与排除，保证监测器很快恢复到在线的连续的对机组的保护状态。由于采用了特殊的电子设计，允许监视器在带电的情况下插入和拔出，因而使其更换和维修十分方便。显示单元是条线形非复式液晶显示器，可以根据运行人员选择的工程单位做出迅速、快捷而准确的显示，而且视角大。显示单元在独立方式时，连续显示两传感器的测量值；在差值方式时，显示两通道测量值之差。（三）有关参数的选择）记录仪输出：或监测器满量程调整：可通过程序接合器设置不同的满量程，改变满量程后需重新校准监测器。）报警时间延迟：和警时间延迟指的是以输入信号超过报警点到继电器动作的时间。一般延迟以把误报警现象减到最小，并能使正常运行不受电气噪声源影响。报警复位模式：即闭锁和不闭锁的功能，警告和危险是相互独立的。报警继电器模式：警告和危险继电器均有正常通电和正常断电两个模式，可在信号输入／继电器模块上用程序接合器配置。首先报警功能：监测器显示在框架最后一次通电或复位后第一个报警（警告和危险）的信号。通道关闭方式：把通道的显示和报警均关闭。传感器选择：允许选择和的作为输入。扫描方式选择：此方式可以使显示器在显示两通路差值和各自监测值之间每标准分享网www.bzfxw.com免费下载

144切换一次，按模式键将使扫描方式中断四、双通道差胀监测器（一）差胀监测器综述系列差胀监视器有双通道差胀监测器、斜面式差胀监测器和补偿式差胀监测器三种。斜面式差胀监测器属于单通道监测器，从两个趋近式探头输入量，安装的两个探头与斜面垂直。这种斜面装置较之有一个探头的监测系统，量程有所增加。斜面角度可由用户现场编程，从。使用或　探头最大量程可达。内部处理机计算斜面的修正系数，显示真正的胀差量。热膨胀的大小、方向以及机器处于警告或正常状态都可直观显示。补偿式差胀监测器也属于单通道监测器，它通过两个以补偿方式安装的趋近式探头获取输入信号。较为典型的方法是在一个轴环的两侧各装一个探头或用两个探头监测两个轴环。热膨胀过程中，当被监测轴环移动超出第一个探头测量范围时，紧接着就进入第二个探头监测量程。由监测器的微处理机选择从一个传感器的线性范围。这种补偿装置仅多用一个探头就可以把系统的量程提高一倍。使用探头最大量程可达热膨胀的大小、方向以及机器处于警告或正常状态都可直观显示。这三种差胀监测器都是由电涡流传感器、前置器和监视器三部分组成，时双通道监测器，都属于单通道差胀监测器，它们的基本工作原理和功能等都是相似的。（二）双通道差胀监测器工作原理双通道差胀监视器是两个通道连续在线监测差胀的监测器。差胀的数值和方向在液晶显示器（上显示。用户可以把零点刻度调节在刻度盘上任何位置，同时还可以把报警点调节为所希望的任何水平。如果有些机器只有一个差胀测量点，则可以使监测器的一个通道无效而作为一个单通道的监测器使用。监测器的传感器应安装在远离止推轴承（相对死点）的机器壳体上，可监视某一个轴环与该传感器探头之间的距离，此距离的变化即为胀差的变化。传感器信号送到前置器，变化为电压信号，经各种相应处理后，向监测仪提供各种状态指示。通道（前置器送来的信号，除了一路送缓冲处理以后，另一路经“比例放大处理电路”送多路切换开关，由其选择通道或的信号送位的模／数转换器，转换的结果送寄存器以便由微处理器读入并贮存。（三）双通道差胀监测器的功能双通道差胀监测器具有下述标准功能：双通道差胀（转子相对于机壳）的连续监视，双通道“危险”状态的开关量输出，可采用“与”或者“或”逻辑表决后输出。探头间隙电压显示。）正常（）状态显示。）正常（状态开关量输出。

145报警（警告与危险）、状态显示与状态开关量输出。“第一报警”输出功能。报警继电器模式“闭锁／不闭锁”模式。“危险旁路”模式。“缓冲输出”功能。“记录仪输出”可编程选择输出信号类型。三种自诊断方式：上电自诊断、周期性自诊断和用户启动自诊断。（四）双通道差胀监测器的技术说明输入信号：可以接受两个趋近式传感器的信号。输入阻抗：信号灵敏度：可用程序接合器选择，有）或者。）电源：接受从框架电源来的稳定直流电压，额定功耗为通电报警抑制：从系统监视器接受通电报警抑制信号。）复位：和系统监测器来的报警、复位信号相呼应。信号调节监测器的满量程：可以借助程序接合器选择。）表头刻度：在系统手册中提供有高质量的激光打印的不同大小满量程的刻度表。输出记录仪：可由程序接合器选择或三种。电压和电流输出量都与选定的监测器满量程成比例。每个传感器均存有各自的记录仪输出，记录仪输出短路不会影响监测器的运转。输出阻抗：电压变化范围：（电流输出）经过负载电压范围为，选用时，负载阻抗为精度：在满量程的之内，最大为传感器缓冲输出：在前面板上，每个传感器信号都有一个同心接头，同时在后面板上还有一个接线端子，所有这些都有短路保护。传感器供电电压：可以选用或，在每个监测器的线路上都有电流限制功能。计算机接口：可做为双通道（双传感器）监测器向通讯处理仪提供信号。报警报警设置点：警告报警和危险报警都可以在满量程的范围内调整。在按照所要求的水平进行设置时，其精度可在液晶显示的精度范围之内（满量程的。一旦设定之后其报警点可以重复在满量程的范围之内，其报警设置点被存储在不易丢失的存储器里，并可以利用位于监测器线路板上的开关以及位于系统监测标准分享网www.bzfxw.com免费下载

146器前面板上的上／下按钮，进行调节。报警及正常继电器：报警继电器具有两个报警信号（警告和危险），另外有一个正常继电器信号。监测器报警功能：可以选择闭锁或不闭锁运行方式，对于警告和危险可以分别选择。）报警延迟时间：可以选择和继电器模块每个监测器后面都可以安装一个继电器模块。每个系统至少要有一个继电器模块。显示表头：条线形非复式液晶显示，每个信号都有段液晶显示，同时也可以显示故障代码和监测器的调整模式。精度：在监测器满量程的之内。）尺寸：，垂直方向尺寸）。）发光二极管的指示：正常指示：每一个通道都有一绿色发光二极管。如果此管亮，则表明监测器、传感器及连线工作正常；如果此管不亮，则表明情况不正常或者监测器处于旁路状态；如果显示正常的发光二极以的频率闪烁，则说明信号不正常，现已恢复正常；但如果现在仍末恢复正常，则指示正常的发光二极管以的频率闪烁，故障代码已存在存储器里。报警：两个红色发光二极管，用来指示报警状态（分别为警告报警和危险报警），报警二极管闪烁表示它第一个发生报警。旁路：两个红色发光二极管，用来指示危险以及监测器的旁路情况。控制前面板：有三个按钮（警告、危险和间隙）控制表头显示。在一般情况下液晶显示器显示胀差，按间隙开关，则显示间隙电压；警告和危险按钮启动时分别显示警告和危险报警设置点水平，按动按钮不会打断正常的监测器功能。频闪表明通道处于调整模式或者表明存在故障代码。内部开关：有个开关，分别控制危险旁路、监测器旁路、上／下限报警设置点的调整，另外个开关用于校准。有两个终端针用来执行运行操作人员所要求的自检，把前面板往旁拉开一点即可进行调整，不需把框架或监测器断电。第三节　　　　汽轮机转速、零转速监视一、超速的原因、危害和转速测量方法（一）汽轮机超速的原因汽轮机运行中的转速是由调速器自动控制并保持恒定的。当负荷变动时，汽轮机转速将发生变化。这时调速器便动作，调速汽门随着开大或关小，改变进汽量，使转速维持在

147额定转速。汽轮机发生超速的原因，主要是负荷突变且或调速系统工作不正常，不能起到控制转速作用。在下列情况下，汽轮机的转速上升很快，这时若调速系统工作不正常，失去控制转速的作用，就会发生超速：汽轮发电机组运行中，由于电力系统线路故障，使发电机油断路器跳闸，汽轮机负荷突然甩到零。单个机组带负荷运行时，负荷骤然下降。正常停机过程中，解列的时候或解列后空负荷运行时。汽轮机启动过程中，闯过临界速度后应定速时或定速后空负荷运行时。危急保安器作超速试验时。运行操作不当。如运行中同步器加得太多，远远超过高限位置，开启升速主汽门开得太快，或停机过程中带负荷解列等。调速系统工作不正常造成超速的原因较多，比如：调速器同步器的下限太高，当汽轮机甩负荷降至零时，转速上升速度太大以致超速。速度变动率过大，当负荷骤然由满负荷降至零时，转速上升速度太大以致超速。调速系统迟缓率过大，在甩负荷时，调速汽门不能迅速关闭，立即切断进汽。）调速系统连杆卡涩或调速汽门卡住，失去控制转速的作用。（二）汽轮机超速的危害汽轮机是高速旋转的机械，转动时各转动部件会产生很大的离心力，这个离心力直接与材料承受的应力有关，而离心力与转速的平方成正比。当转速增加时，应力将增加；转速增加时，应力将增加。在设计时，转动件的强度裕量是有限的，与叶轮等紧力配合的旋转件，其松动转速通常是按高于额定转速的考虑的。尤其是随着机组参数的提高和单机功率的增大，机组时间常数越来越小，甩负荷后飞升加速度更大。因此，运行中若转速超过这个极限，就会发生严重损坏设备事故，严重时，甚至会造成飞车事故。所以，一般制造厂规定汽轮机的转速不允许超过额定转速的最大不允许超过额定转速的。因此，为了保护机组的安全，必须严格监视汽轮机的转速并设置超速保护装置。（三）转速测量方法转速的测量方法有很多种，常用的有离心式、测速发电机式、磁阻式、磁敏式、电涡流式等。离心式测速离心式测速表是根据惯性离心力的原理制成的，转速表由传动部分、机芯和指示器三部分组成。测量转速时，转速表的轴接触汽轮机的转轴，转速表内离心器上重锤在惯性离心力的作用下离开轴心，并通过传动装置带动指针转动。在惯性离心力和弹簧弹性力平衡时，指针指示在一定位置，此位置表示轴的转速。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

148测速发电机测速测速发电机是一永磁交流式三相同步发电机，将转速变成电压信号，然后进行测量和保护。图为型转速测量与超速保护装置的组成示意图。测速发电机的转子通过弹簧联轴节与汽轮机转子前端相连接。测速发电机的转子上有三个永久磁极，静子为三个互成的显极，每个极上套有一个绕组。当转子旋转时，静子绕组中感应出的电动势为图转速测量与超速式中系数；保护示意图静子绕组匝数；一测速发电机；转速测量部磁通，分；超速保护部分；一近距离转子转速，指示器；远距离指示器；自测速发电机输出的频率为动记录表；整流器；超速保护回路式中转子磁极对数。由以上两式可见，静子绕组匝数、磁通和磁极对数是常数，因此测速发电机的输出电动势或频率是与转速成正比的，这样，便于采用电压表或频率表来测量。图中，绕组和输出的交流信号分别经整流器和整流成直流电压后，加到由电阻和电位器组成的分压器上，从电位器取出电压，分别接到近距离指示器、远距离指示器和自动记录表上，由它们指示或记录转速值。绕组接到由晶体管和继电器组成的超速保护回路。当汽轮机转速超过额定值的（即时，继电器动作，接通信号回路和保护回路，发出超速信号和自动停机信号。磁阻测速图为磁阻测速传感器示意图，在被测轴上放置一导磁材料制作的有齿的齿轮（正斜齿轮或带槽的圆盘都可以），对着齿顶方向或齿侧安装磁阻测速传感器，它由永久磁铁和感应线圈等组成。当汽轮机主轴带动齿轮旋转时，齿轮上的齿经过测速传感器的软铁磁轭处，使测速传感器的磁阻发生变化。当齿轮的齿顶与磁轭相对时，气隙最小，磁阻最小，磁通最大，线圈感应出的电动势最大；反之，齿槽与磁轭相对时，气隙最大，线圈产生的感应电动势最小。齿轮每转过一个齿，传感器磁路的磁阻变化一图磁阻测速次，因而磁通也变化一次，线圈中产生的感应电动势为传感器示意感应线圈；软铁磁轭；永久磁铁；支架式中，为线圈匝数，为穿过线圈的磁通量。

149感应电动势的变化频率等于齿轮的齿数和转速的乘积，即式中旋转轴的转速，测速齿轮的齿数。当时，，即传感器感应的交变电动势的频率数等于轴的转速数值。磁敏测速采用磁敏差分原理进行转速测量的传感器内装有一个小永久磁铁；在磁铁上装有两个相互串联的磁敏电阻。当软铁或钢等材料制成的标准齿轮接近传感器旋转时，传感器内部的磁场受到干扰，磁力线发生偏移，磁敏电阻的阻值发生变化，两个磁敏电阻串联接成差动回路，与传感器电路中的两个定值电阻组成一个惠斯顿电桥。图所示为传感器安装示意，图（为磁敏式转速测量电路示意。图磁敏式转速测量装置示意）传感器示意图；磁敏式转速测量电路示意图一标准齿轮；传感器；磁敏电阻；稳压器；一触发电路；放大电路当齿轮的触发标记旋转到某一角度时，两个磁敏电阻阻值发生变化，一个阻值增加，另一个阻值减小，桥路失去平衡，输出正向电压；当触发标记旋转到另一个角度时，桥路反向不平衡，输出反向电压。电桥输出的电压信号经触发电路和快速推挽直流放大电路，成为一个边沿很陡的脉冲信号。电涡流测速采用电涡流传感器测速时，在旋转轴上开一条或数条槽，或者在轴上安装一块有轮齿的圆盘或圆板，在有槽的轴或有轮齿的圆板附近装一只电涡流传感器。当轴旋转时，由于槽或齿的存在，电涡流传感器将周期性地改变输出信号电压，此电压经过放大、整形变成脉冲信号，然后输入频率计指示出脉冲数，或者输入专门的脉冲计数电路指示频率值。此脉冲数（或频率值）与转速相对应。如轴上有一条槽或一个齿，频率计指示相当于转速为；如有个槽或齿的存在，若频率计指示，则转速为或这时每分钟的转数就可直接读出。如果轴上无法安装齿形圆板或者不能开槽，那么也可利用轴上的凹凸部分来产生脉冲信号，例如轴上的键槽等。（四）转速测量原理上述几种测量方法都是把转速转换成与转速成比例的脉冲信号。要读出转速，还必须标准分享网www.bzfxw.com免费下载

150计算这些脉冲数。根据计算方法分为测频率法与测周期法两种，相应的监测仪器为数字转速监测器、零转速监测器。数字转速监测器数字转速监测器的测量原理一般为计数法测频率，即在一定的时间间隔内对被测脉冲进行计数，图为数字式转速监测器的原理框图。图数字转速表框图由转速传感器将转速转换成数字脉冲信号，通过整形电路将脉冲信号变化成窄脉冲信号进入门控电路输入端。门控电路实际上是一个具有“与”门功能的电路。当控制端为高电平时，“与”门电路导通。送至控制端的基准时间信号是由高精度石英晶体振荡器的振荡信号，经整形和多级分频后形成的。因此门控信号是一个宽度为的矩形脉冲，在时间内，被测信号通过门控电路输入计数器计数。例如，在计数时间内发出个脉冲，则被测轴的转速为式中计数器读数；转轴上的标记数或轮齿数；计数时间，这种数字式测频法，由于存在固有的量化误差，当转速很低时，数字转速表的准确度很低。因此，数字转速表有一个最低的转速测量值。例如系列和系列数字转速表，当被测转速低于（当标记为个，旋转频率为）时，最低转速闭锁电路产生一个闭锁信号，数字转速为空白显示，而模拟信号和记录信号钳制为最小值。零转速监测器零转速监测器用于连续监视机组的零转速状态。由于被测转速很低，如果还是采用上述的计数法测频率，则个字的量化误差很大。例如：当，门控时间为时，其误差将为。为了提高低频测量的准确度，通常采用反测法，即先测出被测信号的周期，再以周期的倒数来求得被测频率。这样，可提高测量准确度。图为测周期的原理框图。与图测频原理框图相比，测周期原理框图中只是将整形后的被测信号作为门控信号，即门控时间为被测信号的周期，而晶振信号经整形后直接输入门控电路，相当于被测信号。不难理解，计数器的记数值为时，被测周期为

151图测周期原理框图式中晶体振荡器的振荡频率和周期。当转速传感器发出的脉冲周期大于预定的报警周期时，说明汽轮机的转速很低，为了防止大轴弯曲，需启动盘车装置。此时，控制电路将使报警继电器动作。二、转速表（一）概述转速表是一种基于微处理器的监测器。它提供三种不同性质的监测功能，使用者可选择下列一种操作方式：双设置点式转速表提供两个完全独立的可调的报警设置点，用于超速或低速的报警。零转速式转速表为零转速提供一个报警设置点，同时为轴转速也提供一个报警设置点。转子加速度式转速表为转子加速度提供一个报警设置点，并为轴转速提供一个报警设置点。转速表是一种单通道监测器，它接受两个传感器的信号输入。两个传感器之间的逻辑并举关系减少了由于其中一个传感器失灵而造成错误指示的可能性。（二）转速表的功能特征转速监视器除了用以监视机组的上述三种参数，并且有记量显示和报警信号输出功能以外，下述功能特征也是标准的：探头间隙电压显示。第一报警输出。状态显示：触发灯用于指示传感器输入信号和监视器的状态，如果转速信号低于或大于，或者是在两个传感器输入触发脉冲之间的转速变化超过了时，熄灭。）报警继电器闭锁／不闭锁可编程选择功能。报警旁路功能。）监视器旁路功能。）峰值保持功能：峰值保持功能记忆了自上次峰值复位后的最大转速，同时按下和，可读到监视器里所保持的峰值。即使监视器断电，峰值仍然被保持，除标准分享网www.bzfxw.com免费下载

152非短接前面板后面的两个相邻的试验点。缓冲输出功能。记录信号输出类型可选择功能。）三种形式的自检功能：通电自检、周期性自检和用户启动自检。若自检时出错，则在监视器的面板上部显示“，在其下部显示出错的代码。（三）参数的调校监视器满量程调整在出厂时转速表的满量程为，转子加速度表设定的满量程为，也可通过开关、按键调整选择下述中的一种作为表计的满量程：可选择的转速表满量程：、、可选择的加速度表的满量程范围：、满量程调整步骤：取出监视器及其侧面盖板。插入短接块将监视器插入框架，转速的满量程显示在面板上。将开关置于侧时，满量程值开始闪烁。为调整转速满量程，按右边报警键同时调整系统监视器上的“”或“”按键至所需满量程。复位开关置位置，则满量程永久贮存在表中。移去监视器及其侧盖板，取走短接线，然后恢复其原状。每转一周的信号数（齿数）的调整转速测量时的计数时间，与轴每转一周的信号数（齿数）以及加速表的最大量程等因素有关，确定值以后，可通过下述步骤将其输入至监视器中，以便微处理器确定计数时间、触发电平等参数。取出监视器和移走侧盖板。调整时将涉及到的短接块插入。将监视器插入框架，则在前面板上部显示齿数，下部显示将转速表的功能开关置于“位置，则在前面板上开始闪烁。按住前面板上右边的报警键，同时使用系统监视器上的“”或“”按键，可调整（或的数目至所计算的值。将开关）置于位置，此时已写入中。）重复第一步拔出短接块，再恢复表的原状，至此调整结束。触发电压的调整转速表设计有手动与自动触发模式，这一切能通过短接块的选频来选择门槛电压方式。双设定点和轴加速度表设计为自动触发方式，零转速表设计为手动触发方式，输

153入至监视器的每转信号数（，决定了能够使用自动触发的最小转速，对于的监测器，自动触发的最小频率相应是或，因此，输入信号频率必须大于才能使自动触发电路正常工作，否则不要使用自动触发方式。如果每转的信号数从增加到，则最小的自动触发频率将为触发的手动调整步骤如下：将手动调整触发电压的开关）置于位置，前面板上下方分别闪烁传感器与的触发电平。）当调校传感器的手动触发电位时，将示波器连接到藏于面板后面的触发测试点上；同理，当测试传感器时，应连到上。调试时，机组应在转动，传感器应正确地在转速监视器信号组件上。）调整的触发电压时，按住前面板上左边的报警按钮，此时触发的电压能保持闪烁。使用系统监视器上的“”或“”键调整触发值。将触发的值升高或降低直到示波器显示出方波（近似为，触发正常二极管灯亮。）增加的触发值直到火，并且示波器无方波显示。此处即为方波触发时的门槛电压值。向下调整门槛电压值直到重新亮，方波再现。继续降低触发的值直到灯灭，并记录下此时的触发值。最后调整的触发值到两步所得到值的平均值。）同理可调整的触发值。手动触发调整完后，将开关复置位置。上述调整后的终值将存入微处理器中。报警设定值的调整以双设置点转速表的报警值设定为例：将前面板抽出并移向右边，可见到功能选择开关。将报警值开关置于位置，面板上的闪烁，指示为报警值调整模式。按住前面板上右边的键，显示器显示此时的报警设定值，是上限还是下限由边上的箭头“”与“”指示。使用系统监视器上的“”或“”键，将报警值调整至所希望的数值。按前面板上左边的键，同样可调整第二个报警设置点。复位开关（即置于，将所调整的报警值记忆在存储器中。关好前面板。与此类似可调整“零转速表”和“转子加速度表”的报警设定值。转速表报警值的切／投转速表报警值（包括双设定点转速表、零转速表和加速度转速表）“旁路”功能的投入与切除决定于功能选择开关是置于位置，还是位置，对于双设定转速标准分享网www.bzfxw.com免费下载

154表，报警的继电器状态不能被旁路，即没有使用，在报警被旁路时，相应的灯亮。报警设定值的检验三种类型转速表的报警设定值是否准确需要检验，以零转速表报警值的检验为例：将输入信号模块上传感器的公共端（）和输入端）上的信号线断开。将信号发生器接到示波器上，调整信号发生器输出，直到产生的正弦波或方波足以触发转速表显示。将信号发生器的输出端子从示波器上移到监视器信号输入组与端子（双通道并接）。）调整信号发生器的频率，使转速表显示的读数在上限之下或下限之上，可越过零转速设置点。）按系统复位（）键，核实灯应该亮，转速报警值和零转速报警二极管熄灭。调整信号发生器的频率直到转速表显示的转速在上限之上或下限之下。核实转速报警值指示灯应亮，相应的继电器状态发生了变化。按系统监视器上的复位键，核实转速报警灯仍然发光。外接信号输入组件上的零转速投入触点。）慢慢调整信号发生器的频率，直到转速表显示的数值在零转速设定点之下（零转速表设有转速下降的保护功能，转速下降太快时，“零转速报警”并不发生，而指示灯熄灭，以指示这种状况的发生）。核实零转速报警指示灯亮（如投入第一输出报警功能，报警指示灯将闪烁）。）核实零转速报警继电器状态已改变。）按系统复位键，核实零转速报警指示灯仍然亮。）调整函数发生器的频率，使转速表的读数在转速报警值的上限之下和下限之上，并在零转速设定值之上。）按系统复位键，核实转速和零转速报警指示灯熄灭。）复位原监测系统。第四节　　　　汽轮机偏心监视一、汽轮机主轴弯曲的原因、危害与监视（一）机组主轴弯曲的原因汽轮机组启动、停机或运行过程中的主轴弯曲现象是经常发生的，这是由于转子和汽缸各部件的加热或冷却程度不同，形成一定的温差。转子暂时性的热弯曲称弹性弯曲，这种弯曲一般通过正确盘车和暖机是可以消除的。但是，转子与汽封之间产生严重径向摩擦，汽缸进水，上下缸温差过大，轴封或隔板汽封间隙调整不当，汽缸加热装置使用不当等，都会使主轴产生永久性弯曲，即转子完全冷却后仍存在弯曲。此时，只能停机进行直

155轴。如果仍继续运行，则会造成设备的严重损坏，如通流部分严重磨损、汽封片推倒损坏、推力瓦损伤等恶性事故发生。在汽轮机启动、运行和停机过程中，主轴弯曲的原因可概括为下述几个方面：由于主轴与静止部件发生摩擦引起弯曲主轴与静止部件发生摩擦，在摩擦地点附近，主轴因摩擦发生高热而膨胀，产生反向压缩应力，促使轴弯曲。当反向压缩应力小于主轴材料的弹性极限时，冷却后轴仍能伸直恢复原状，在以后正常运行中不会再出现弯曲，此种弯曲叫做弹性弯曲。若反向压缩应力大于材料弹性极限，轴弯曲后在冷却时也不能再伸直恢复原状，此种弯曲叫做永久弯曲。此时，就得进行直轴工作。由于制造或安装不良引起轴弯曲在制造过程中，因热处理不当或加工不良，主轴内部还存在着残余应力。在主轴装入汽缸后运行过程中，这种残余应力会局部或全部消失，致使轴弯曲。在安装或换装叶轮时，安装不当或叶轮加热变形，因膨胀不均匀而使主轴发生弯曲。由于检修不良引起轴弯曲通流部分轴向间隙调整不合适，使隔板与叶轮或其他部分在运行中发生单面摩擦，轴产生局部过热而造成弯曲。轴封、隔板汽封间隙过小或不均匀，启动后与轴发生摩擦而造成轴弯曲。转子中心没有找正，滑销系统没有清理干净，或者转子质量不平衡没有消除等原因，在启动过程中产生较大的振动，使主轴与静止部件发生摩擦而弯曲。汽封门或调速汽门检修质量不良，有漏气，于是汽轮机在停机过程中，因蒸汽漏入机内使轴局部受热而弯曲。由于运行操作不当引起轴弯曲汽轮机转子停转后，由于汽缸与转子冷却速度不一致，以及下汽缸比上汽缸冷却速度快，形成了上下一定的温差，因而转子上部较下部热，转子下部收缩得快，致使轴向上弯曲。此种弯曲属于弹性弯曲，等到汽缸冷却到上下汽缸温度相同时，转子又伸直，恢复原状。停机后，轴弹性弯曲尚未恢复原状又再次启动，而暖机时间又不够，轴仍处于弹性弯曲状态，这样启动后就会发生振动。严重时主轴与轴封片发生摩擦，使轴局部受热产生不均匀的热膨胀，引起永久弯曲变形。在汽轮机启动时，转子尚未转动就向轴封送汽暖机，或启动时抽真空过高使进入轴封的蒸汽过多，送汽时间过长等，均会使汽缸内部形成上热下冷，转子受热不均而产生弯曲变形。）运行中发生水冲击，转子推力增大和产生很大的不平衡扭力，使转子剧烈振动，并使隔板与叶轮、动叶与静叶之间发生摩擦，进而引起轴弯曲。（二）汽轮机主轴弯曲的危害和监视措施汽轮机在启动、运行和停机过程中，主轴发生弯曲的原因是多种多样的。当主轴发生标准分享网www.bzfxw.com免费下载

156弯曲时，其重心偏离机组运转的中心，于是在转子运转时就会产生离心力和振动。当轴弯曲严重时，汽封径向间隙将消失，就会引起动静部件相碰撞，以致造成损坏机组事故。若轴弯曲过大，会形成永久弯曲，此事故就大了，这时就得进行直轴。因此汽轮机在启动、运行和停机过程中，必须严格监视主轴的弯曲情况。监视主轴弯曲最简单的方法是在轴端装一块千分表，检测转子的晃动度，晃动度的一半称为轴的弯曲度，也叫做轴的偏心度或挠度。测量轴的偏心度时，常将千分表插在轴颈或轴向位移传感器处轴的圆盘上进行测量。根据所测的偏心度值、轴的长度、支撑点和测点之间距离的比例关系，可用下式估算转子的最大偏心度（见图式中千分表测得的偏心度，两轴承之间转子的长度，；千分表位置与轴承间的距离，实际上转子的弹性弯曲经常发生在调节级区域内。根据比例关系可知，由上述公式估算出的数值比实际的弯曲数值大，因此，当以此估算值控制转子的弹性弯曲时，安全裕度比较大，运行中不会发生危险。图用千分表测主轴偏心度示意偏心度的监测方法有很多种，电气测量方法有电感式、变压器式、电涡流式等，目前广泛采用是电涡流式原理测量主轴的偏心度。二、偏心监视器的工作原理图为偏心度监视器系统框图。监视器包括报警（预告报警和危险报警）电路和电路。由偏心度前置器来的输入信号同时被送往缓冲放大器电路和低通滤波器，如果开关放在位置，缓冲放大器输出就被送往面板上的前置器测试点和面板指示器，用于检查偏心度前置器输出的间隙电压。低通滤波器的输出信号同时输往函数放大器和峰一峰检波器。如果开关放在位置，偏心度瞬时信号可直接输向记录器和面板指示器。从峰一峰检波器来的输出信号被加法器相加，并转变为与之成正比例的直流信号加到采样一保持放大器在转速低于时，主轴每转一圈，采样一次，并与定时控制电路来的定时信号同步。该定时控制电路由键相前置器的输出信号所控制。采样一保持放大器的输出信号为零至满刻度值时，经增益放大器放大，成为信号。该信号同时输往报警电路和危险电路。键相前置器来的信号先经触发和滞后电路，通过电位器调整出发时间或滞后时间，然后输入脉冲整形器，最低运行转速检测器将从脉冲整形器来的键相输出频率与定时控制电器来的振荡器频率相比较，如果键相器频率大于振荡器频率，面板上的“高于最低速”指示灯就亮，反之灯灭，即偏心度监视器内的时间控

157图偏心度监视器系统框图输入信号；缓冲放大器；电路；低通滤波器；指示器；开关；一函数放大器；检波器；法器；采样一保持放大器；一定时控制电路；键相前置器；一增益放大器；报警电路；一危险电路；触发和滞后电路；一脉冲整形器；一转速检测器制脉冲在转速大于时取用键相器来的脉冲信号，否则取用控制电路中的振荡脉冲。三、偏心监测器（一）概述偏心监测器监测转子的偏心位置，也就是轴的径向位置。偏心的测量，可以指示转子的偏心（在低速时的弯曲）是否够小，是否可以启动，而不致使机器遭到破坏。偏心监测器提供两种形式的偏心指示：）直接偏心（，亦即瞬时偏心值。峰一峰值偏心（，它表示的是轴弯曲正方向的极值与负方向的极值之差。系统采用了两套传感，一套偏心涡流式传感器，它与前置器一起将探头和旋转轴面的间隙，转换成电压信号一偏心信号；另一套为键相位涡流传感器，与其前置器共同作用，产生轴每转一圈，监视器测量计算一次“偏心峰一峰值”的同步信号。（二）功能特征由微处理器实现的偏心监视器，其左边显示偏心的瞬时值，右边显示偏心的峰一峰值。键相位输入（）是轴每转一周发生一次事件的标记，作为计算处理的同步信号。它可由编程选择其来源，或者是直接通过信号输入模块，接受转动中直接送到监测器的键相信号，或者是通过系统监测器和系统监测器后面板上的键相位线接受转动中直接送到系统监测器中的两个键相信号中的一个，或者是使用内部的模拟键相位信号。对于标准分享网www.bzfxw.com免费下载

158系统中键相信号进行处理的触发与滞后电压的设定也可由编程实现。键相位的正常状态（由指示）是指其输入在之间且相邻两转的转速变化不超过一定值，如果这些条件不满足，则键相位灯灭，“峰一峰”值被锁在零位。偏心监视器具有下述标准功能：状态显示与信号输出：包括偏心（传感器及通道）显示与信号输出，报警和状态显示与输出。“瞬时值报警投入／切除”的可编程选择。“第一报警”功能。“监测器旁路”和“危险旁路”功能。“报警继电器，闭锁／不闭锁”的编程选择。“缓冲输出”功能。“输出记录仪信号类型”的可编程选择功能。）三种形式自检功能：通电自检、周期性自检和用户自启动的自检。（三）参数的调校拉出监测器并往右移，可见到参数调整开关，参数的调整可通过上述开关及系统监测器的与按键共同完成。监测器零点的调整零点调整应在轴静止时进行，以获得最大精度，若此时轴转速大于，则测量到的峰一峰值轨迹将在表头上表现为随轴转动而上、下跳动的液晶柱。在机器装有探头的前提下，由监测器前面板的缓冲输出接头测取传感器间隙电压。对于偏心值的峰一峰值测量，适当的零点调整至关重要，否则，将使刻度的读数无效，监测器被旁路且表头出现错误代码。瞬时值报警点的检验步骤将信号输入继电器模块中端子引线的和断开，在端子上加负的直流电压（相对于端子），调整电压直至通道的读数为按下键，记下“靠近”和“远离”设置点的数值，同时读出的数值。）等待通道上灯亮。调整负的电压值，直至指示超过报警“靠近”设置点的数值。检查发光二极管，应在编程选项设定的延时后发亮。若报警发光二极管的发亮出现闪动，表明此时为本次开机后的第一报警，按下系统监测器上的键，使发光二极管停止闪动。注意在亮时，其接点（位于信号继电器模块上）应发生变化。调整负的电压值直到液晶柱至少比设置点低个小液晶段，应当熄灭，报警继电器应当复位。）重复上述，可对瞬时值的“远离”设定点、报警时的“靠近”与“远离”点进行检查。

159峰一峰报警值检验步骤将信号输入继电器模块上和的断开。在通道的端子上加具有偏置的正弦波。提供一个的键相信号。）选择外部键相信号选项。按键，记下设置值。按键，记下设置值。确信此时两通道的发光二极管均亮。增加信号幅值至超过峰一峰值的报警设置值。检查在经过编程选项确定的延时后，峰一峰值发光二极管发亮。）当报警发光二极管发亮后，报警继电器接点（在信号输入继电器模块上）改变状态。调整信号输出幅值至液晶柱比设置值少两个小液晶段，若在非闭锁状态选项，报警停止；若在闭锁状态选项，则按系统监测器键，消除报警。）重复步骤，完成对峰一峰值设置点的检查。通道校验的步骤将信号输入继电器模块的端子上引线的和断开。打开前面板。在试验接点和公共端之间接一个电压表。）在和端子（参照端子）上加一负电压，使在试验点的电压表读数为，记下这一电压值。将满量程范围乘以（或，将这一数值加上和端子上的负电压值。将这一新的电压值施加给和端子。）调节电位差计直至试验点上的电压为极限值的检查偏心测量通道功能检查：这一检查旨在确保偏心测量探头的间隙电压在工作的正常值之内。若间隙电压超过了极限值，则出现非将信号输入继电器模块上和端子上的引线断开。将负电压源和电压表接在和端子上。调节电压值达到确保此时的发光二极管亮，若此时在延时正常监测器失效组态下，则等待后的发光二极管亮。按系统监测器上的键。缓慢增加负电压值输入直至的发光二极管指示熄灭，记下此时的电压值。键相位测量通道功能检查：这一检查是考核键相位信号脉冲为时，键相位信号是否正常。若信号有不适当的滞后或出现键相监测电压，此信号为不正常。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

160将信号输出继电器模块上的和端子断开。确保自动槛值电压选项未投。对端子施加一振幅为的矩形波。若矩形波的频率在））之间，则键相位探头正常。第五节　　　　汽轮机振动监视一、机组振动原因、危害及应采取的措施（一）汽轮机发生振动的原因汽轮机组在启停和运行中产生不正常的振动是比较普遍的现象，而且是一个严重的问题。产生振动的原因是多种多样的，可以是某一个因素引起的，也可以是多方面的因素引起的。一般说来，有以下几个方面的原因。由于机组运行中中心不正而引起振动汽轮机启动时，如暖机时间不够，升速或加负荷太快，将引起汽缸受热膨胀不均匀，或者滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，均会使汽缸对转子发生相对歪斜，机组产生不正常的位移，造成振动。在机组升速过程中，应严格监视各轴承的振动。对机组在升至临界转速以前，轴承振动应不超过，否则应立即打闸停机。在通过临界转速时，振动不超过，否则就立即打闸停机。通过临界转速后振动一般不超过，最大不超过。当发现机组内部有异声或振返回突然增大到，则立即打闸停机，检查原因。机组在运行中，若真空下降，将使排汽温度升高，后轴承上抬，因而破坏机组的中心，引起振动。靠背轮安装不正确，中心没找准，因此运行时产生振动，且此振动是随负荷的增加而增加。）机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行，将使其膨胀差和汽缸变形增加，如高压轴封向上抬起等。这样，会造成机组中心移动超过允许限度，引起振动。由于转子质量不平衡而引起振动运行中叶片折断、脱落或不均匀磨损、腐蚀、结垢，使转子发生质量不平衡。转子找平衡时，平衡质量选择不当或安放位置不当、转子上某些零件松动、发电机转子绕组松动或不平衡等，均会使转子发生质量不平衡。由于上述两方面的原因转子出现质量不平衡时，则转子每转一圈，就要受到一次不平衡质量所产生的离心力的冲击，这种离心力周期作用的结果，就产生振动。由于转子发生弹性弯曲而引起振动转子发生弯曲，即使不引起汽轮机动静部分之间的摩擦，也会引起振动。其振动特性和由于转子质量不平衡引起振动的情况相似，不同之处是这种振动较显著地表现为轴向振动，尤其当通过临界转速时，其轴向振幅增大得更为显著。

161由于轴承油膜不稳定或受到破坏而引起振动油膜不稳定或破坏，将会使轴瓦乌金很快烧毁，进而引起因受热而使轴颈弯曲，以致造成剧烈的振动。由于汽轮机内部发生摩擦而引起振动工作叶片和导向叶片相摩擦，以及通汽部分辐向间隙不够或安装不当；隔板弯曲，叶片变形，推力轴承工作不正常或安置不当，轴颈与轴承乌金侧向间隙太小等等，均会引起摩擦，进而造成振动。由于水冲击而引起振动当蒸汽带水进入汽轮机内发生水冲击时，将造成转子轴向推力增大和产生很大的不平衡扭力，进而使转子产生剧烈的振动，甚至烧毁推力瓦。由于发电机内部故障而引起振动如发电机转子与静子之间的空气不均匀、发电机转子绕组短路等，均会引起机组振动。由于汽轮机机械安装部件松动而引起振动汽轮机外部零件如地脚螺丝、基础等松动，将会引起振动。（二）汽轮机振动过大的危害和监视措施汽轮机运行中振动大小，是机组安全与经济运行的重要指标，也是判断机组检修质量的重要指标。汽轮机运行中振动大，可能造成以下的危害和后果：端部轴封磨损。低压端部轴封磨损，密封作用被破坏，空气漏入低压汽缸中，因而破坏真空；高压端部轴封磨损，自高压缸向外漏汽增大，会使转子轴颈局部受热而发生弯曲，蒸汽进入轴承中使润滑油内混入水分，破坏了油膜，并进而引起轴瓦乌金熔化。同时，漏汽损失增大，还会影响机组的经济性。隔板汽封磨损。隔板汽封磨损严重时，将使级间漏汽增大，除影响经济性外，还会增加转子上的轴向推力，以致引起推力瓦乌金熔化。滑销磨损。滑销严重磨损时，会影响机组的正常热膨胀，从而会进一步引起更严重的事故。轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断裂。）转动部件材料的疲劳强度降低，将引起叶片、轮盘等损坏。调速系统不稳定。调速系统不稳定，将引起调速系统事故。危急遮断器误动作。发电机励磁机部件松动、损坏。由上述可见，汽轮机运行中发生振动，不仅会影响机组的经济性，而且会直接威胁机组的安全运行。因此，在汽轮机启停和运行中，对轴承和大轴的振动必须严格进行监视。如振动超过允许值，应及时采取相应措施，以免造成事故。为此，一般汽轮机都装设轴承振动测量装置和大轴振动测量装置，用于监视机组振动情况。当振动超过允许极限时，就发出声光报警信号，以提醒运行人员注意，或者同时发生脉冲信号去驱动保护控制电路，标准分享网www.bzfxw.com免费下载

162自动关闭主汽门等，实行紧急停机，以保护机组的安全。二、双探头振动监视器的工作原理该振动监视器有电涡流传感器和速度传感器两个测振探头，分别测量轴一轴承座的相对振动和轴承座的绝对振动，在监视器内将两个信号的矢量求和并转换成输出信号，以驱动指示仪表和记录仪表。当振动幅值超过规定值时，发出报警信号。图为双探头振动监视器的框图。图双探头振动监视器框图速度位移转换器；回路；一缓冲放大器；整形放大器；一相位补偿器；综合回路；高通滤波器；检波器；报警回路；一危险回路；驱动回路；一开关地震传感器（速度传感器）的输出信号输入至速度位移转换器，将速度信号转换成位移信号，然后输入监视器。监视器的输入信号分别输入回路、缓冲放大器以及整形放大器。缓冲放大器为前面板提供低阻抗的绝对振动输出信号，整形放大器的可调电位器用于调整放大器的增益，以满足后面回路所要求的信号电平。相位补偿器用于校正瓦振信号的低频相位和振幅。由电涡流探头和前置器组成的相对振动传感器，其输出信号输入到监视器，然后分别输入回路、缓冲放大器及整形放大器，整形后的相对振动信号与经过相位校正后的绝对振动信号一起输入到综合回路，进行矢量相加，其输出信号即为主轴的绝对振动

163信号该信号输入到两个缓冲放大器，向有关端子提供低阻抗的输出信号。绝对振动信号同时输入到高通滤波器滤波后的信号输入峰一峰值检波器，转换成直流信号。然后分别输入报警回路、危险回路及绝对振动记录器驱动回路，并通过开关输入至缓冲放大器，由指示器显示其振动值。选择开关用于指示器显示相对振动值或显示绝对振动值的选择。三、振动监测器（一）概述系列振动监测器包括双通道振动监测器（／间隙）、双通道速度监测器和复合式探头监测器等。双通道速度监测器对于大部分机械来说，进行振动测量用电涡流式传感器直接测量轴的振动比较好，但如果由于各种原因（安装受到限制及环境的因素等），安装电涡流式传感器不可能或不现实，则就可以使用速度传感器系统来测量轴承壳或机壳的振动，这种传感器可以进行相对于自由空间的绝对振动或相对振动测量。双通道速度监测器，具有两个通道，可以连续地在线监测机组振动，该监测器接受一个或两个来自速度传感器系统的信号。它可安装在系统的框架之中，与电源、系统监测器一起使用。如果为了对机组进行全面保护而进行机壳、轴承壳振动测量，则应考虑到每个测量都应该是有效的，机组最容易发生的故障（如不平衡、不对中等）大多数起源于转子，转子的振动会增大。为了使每个对轴承壳的测量对机器的全面保护都有效，转子的振动要足够大，能够传到轴承盖上传感器所在的地方。高度可靠的双道监测器同时具有很大的灵活性，允许有下列组态：两个速度信号输入，在机组上可以分别对两个点的振动进行测量。一个速度信号输入，但可以把它引到两个通道。在上述每种组态下，都有下列模式可以用：两个通道都显示速度值（或，峰值或者均方根值）。通道显示速度值（或，峰值或者均方根值，通道显示对速度的积分值（位移）。两个通道都显示速度积分值（位移）。两个通道的信号都可以缓冲处理，并被处理后送到各自的输入信号／继电器模块上的终端，同时也被送到监测器前面板上的同轴接头上以及内部的计算机接口处。双通道速度监测器可以组态成两个通道都输入速度信号。无论哪种情况，监测器都对输入和用户设置的警告和危险报警点进行比较。复合式探头监测器大型汽轮机发电机组，一般都采用油膜轴承，因此，机组轴系的振动是由转子相对于轴承座（汽缸）和轴承座（汽缸）相对于自由空间（基础）的绝对振动合成的。确定转子的绝对振动，需要对两种振动进行测量，轴承座或汽缸的振动以及转子相对标准分享网www.bzfxw.com免费下载

164于轴瓦的振动。复合式探头使用一个电涡流探头来测量转子的相对振动，再用一个速度传感器去测量轴承座或汽缸的振动。复合式探头最基本的功能是测试转子的绝对振动，通过这种测量，可以获得有关转子的径向位置、振动波形和相位等重要信息。复合式探头监测器，是一个技术先进的在线监测器。它可以显示轴的绝对振动、轴承座的绝对振动以及电涡流探头的间隙电压，可连续测量并监视来自速度传感器以及电涡流探头的信号。复合式探头对于转子及汽缸（轴承座）所能提供的信息，可以判断出不平衡、不对中、摩擦、油膜涡动、油膜振荡、轴裂纹等机组故障。为了能够全面地对本机组进行监测以及故障诊断，需要对轴心轨迹进行分析，因此，每个轴承需要有两个探头。转子的相对振动：由电涡流探头测量转子相对于轴承座的振动。轴承座的绝对振动：由速度传感器测量轴承座相对于自由空间的振动。）转子的绝对振动：轴承座的绝对振动与转子相对振动的矢量和。转子相对于轴承的径向平均位置：由电涡流探头测量间隙直流分量，即可知道位置。双通道振动监测器双通道振动监测器，具有两个通道，可以连续地在线监测两个完全独立通道的径向振动，并接受来自两个电涡流传感器系统的信号。此外，这两个通道还可以监测轴的径向平均位置（间隙）。它安装在系统的框架之中，与电源、系统监测器一起配合使用。双通道振动监测器，测量并监视从两个电涡流传感器输入的信号。棒状液晶显示器上连续地显示两个通道振幅值。为了能够进行全面保护，在一个轴承上，需要安装两个夹角为的探头（。这两个探头应位于同一个垂直于轴中心线的端面上，并应接近于轴颈轴承。在实际的安装中，两支探头无需一定垂直或水平布置，但其夹角需保证（即互相垂直）。由于监测器的两个通道是完全独立的，包括报警点的设置也是独立的，因而两个探头并不一定安装在一个轴承上。例如，两个探头可以分别安装在两部机器上。但是，对于转子径向振动的测量，只用一个通道的监测（每个轴承只用一个探头）是不完备的。为了能够对轴的过大径向振动进行全面的监测从而得到保护，对一个轴承最好还是安装两个探头。（二）双通道振动监测器的功能特征双通道振动监测器是一个具有微处理器的监测器。对于警告及危险报警点的设置，可以进行数字调节；对于径向振动的振幅，两个通道可以相互独立地设置警告及危险报警点；而对于间隙则只有警告报警（包括间隙过大或过小）；此外还有不同状态下的显示（监测器及传感器是否正常，是否处于警告、危险以及旁路的状态）；对于振动信号的峰一峰振幅，两个通道都完全独立地连续显示，并且可以独立地输出给记录仪，在监测器

165后面的端子板上提供有一个短接线路，以对两套传感器系统的电源进行保护；此外还有正常（）线路，可连续地监视每个传感器及连接线路的工作情况。两个通道都独立并连续地在监测器的液晶显示上显示其读数。该监测器也为与计算机连接做好了准备。应用本特利内华达公司标准的计算机化在线监测硬件和软件，可加强计算机数据的存取系统，无须再另加硬件。为了得到监测器设置的报警以及间隙电压大小，只要分别按报警　和按键，就可以读出各报警设置设置点的大小和探头距被测表面的间隙。此外该系统有标准的自检功能，发生错误的代码可以在监测器的显示器上读出。两个传感器的输入信号，都被缓冲处理（）并送往位于信号输入继电器模块（在监测器的后面）上各自的端子以及监测器前面板的同轴接头上。有些仪器，诸如本特利公司数字矢量滤波器，数据采集仪快速数据收集仪，平衡仪以及等都可以和这些终端直接连接起来，由此可对机械进行故障诊断以及制订预测维修方案，它不需要特殊的电缆和接口。现将双通道振动监测器的功能总结如下：探头间隙电压显示探头间隙是以负的直流电压来测量的，这一电压值直接正比于探头端面与被监测轴表面之间的间隙值，按下前面板上的键可以显示每一通道的探头的间隙电压。状态显示当前置器输出电压在其上／下限之间时，则定义此时传感器处于状态。检查电路控制着通道的发光二极管显示，同时通过监测器驱动系统监测器的继电器。继电器功能继电器位于电源输入模块上。只有在框架中的每一个通道都在或旁路状态时继电器才接通。延时正常通道失效功能延时正常／通道失效功能可防止由于传感器的接线错误引起的伪报警。若某通道的信号输入值不在值的上／下限范围内，则该通道发光二极管熄灭，发光二极管接通，该通道被关闭，同时继电器动作。若通道的输入信号值已恢复到值上／下限范围内达，则通道发光二极管将以频率闪亮以表示状态恢复，发光二极管熄灭并恢复监测。操作人员需按下系统监测器前面板上的（复位）键以使发光二极管停止闪亮（并恢复正常发亮）。若通道仍处于非状态，可把监测器电路上的通道旁路开关设置在将该通道从监测状态中切除的位置上。此时监测器则以单通道监测器的状态工作，同时继电器回到状态（接通）。而若无此功能时，继电器则不能再动作，在延时正常／通道失效模式下，记录仪输出和监测器显示均静止在振动值上。振动报警功能按下监测器前面板上的或键，可从前面板表头上读取（第一标准分享网www.bzfxw.com免费下载

166级报警）和（第二级报警）报警点的设置值。当径向振动信号已达到或超过预先设定的警告报警点并已达到所选择的报警延时后，发光二极管就会发亮，相应的警告报警继电器就会动作。当轴的径向振动信号超过预先设定的危险报警点时，则发光二极管就会发亮，相应的危险报警继电器就会动作。间隙电压报警功能同时按下和键，可显示间隙电压警告报警点的设置值。当间隙电压达到或位于间隙电压范围的上限或下限之外并达到时，发光二极管就会发亮，同时相应的警告报警继电器接点就会动作。第一报警功能警告报警和危险报警具有各自的第一报警电路。当框架中的监测器具有第一报警功能选择时，若某通道的警告或危险报警为框架中最先发生，则其相应的报警发光二极管会以闪亮的方式显示。在操作人员确认后可按下系统监测器上的键使发光二极管复位。报警继电器功能监测器的报警可以用闭锁或不闭锁的方式工作。在不闭锁模式下，报警的复位可在报警值不存在后自动地进行。在闭锁模式下，报警的复位必须由操作人员通过按下系统监测器前面板上键（或外部复位接点）来手动完成，报警发生的条件未消除前报警将不复位。危险旁路功能在操作人员对机器进行维修时，可以通过监测器前面板后的线路板上危险旁路开关的设置而防止危险继电器的动作。这一功能使发光二极管灯亮，而前面板上的其他功能不受影响。可以通过在线路板上插入相应的编程短接块实现这一功能。通道旁路功能若某通道一直处在非状态，操作人员可通过设置在监测器线路板上通道旁路开关使该通道从系统中切除。零位功能当间隙的满量程范围用工程单位表达时，零位是一个设置的参考间隙值，它是表头上间隙刻度的中点，这样，操作人员可以相对于这个零位，读取间隙值。满量程范围用工程单位可增加间隙值显示的分辨率，因为在传感器范围内只有一段选择的区域被显示。缓冲输出功能监测器前面板上的同轴电缆接头和信号输入模块接线端子均为各通道提供相应的缓冲信号输出。这些接头可将外部设备与监测器相连接。倍增报警功能倍增报警功能可把设置的报警点水平提高到原来的两倍或三倍，这一功能可由电源输入模块端子上一个外部接点的闭合来实现。在这一模式下的前面板表头和记录仪输出达到饱和。记录仪输出功能根据选择的监测器选项，可提供正比于振动信号测量值的记录仪输出，其输出可以选

167择，或自检功能监测器具有三种级别的自检：通电自检、周期自检和用户启动自检。通电自检是当每一次监测器通电后自动进行的，它完成一系列的基本检查和传感器检查。周期自检是在监测运行期间自动进行的。周期自检时，若这种异常是间断出现的，则监测器恢复工作，但错误代码将被贮存并可在用户启动自检时重新看到。此时发光二极管以闪亮表示通道正常且错误代码被贮存。用户启动自检是由用户启动才进行的自检，它可以完成通电自检的内容，同时使操作者可读取并清除在周期自检时贮存的错误代码。当发光二极管以闪亮时表示有贮存的错误代码，并可在前面板上的液晶柱上显示。（三）有关参数选择记录仪输出，或者。监测器满量程范围不同的满量程范围，可根据程序接合器进行选择（在变更满量程之后，监测器需要重新校准）。表头刻度在手册里，提供有高质量、激光印刷的各种不同满量程的表头刻度纸。报警时间延迟报警时间延迟为以及。报警时间延迟是一段时间，它是从输入的振幅信号超过报警设置点时开始，到报警电路引起继电器开始动作时为止的一段时间。根据研究结果及现场经验认为，为了把误报警减至最小，延迟一般就够了，它可以防止由于“正常地”瞬态振动以及由于电噪声带来的误报警。但是对于某些机器，当振动值变大时，很容易遭到破坏（内就会破坏），在这种情况下，就要把时间延迟设置得短一些。间隙报警时间的延迟一般设定为危险继电器的逻辑选择按照标准，有“或门”与“与门”两种。对于双通道监测器来说，如果选用“与门”对于警告（）报警，两个通道都可以独立地各自产生报警信号。而对于危险（）报警，则要两个道都超过危险报警点后，才会启动继电器。“与门”是两个通道都“同意”的逻辑。而“或门”是两个当中的一个“同意”即可。在选用“或门”的情况下，每个通道都可以独立地产生报警（包括警告和危险报警两种）。一般情况下，“与门”逻辑适用于这种情况，当两个通道都用来测量同一个变量（两个传感器同时测量该变量），同时当某一个传感器发生故障时，很可能会导致监测器的误报警，这时适用“与门”。而“或门”则适用于下面情况，即两个通道不是同时测量同一变量，并且传感器发生故障时，不太可能导致监测器的误报警，这时采用“或门”则较为合适。标准分享网www.bzfxw.com免费下载

168传感器及其连线，由其最常见的故障（短路和开路）所产生的信号，在振动监测器里一般不大可能产生误报警。所以一般情况下，对于用两个传感器重复测量某一参数时，没必要采用“与门”。对于应用两个探头的情况（两个探头监测同一个轴承），这两个径向安装的探头，不能认为是重复探测同一个振动参数，亦即，它们并不是测量同一振动。轴的径向振动在被测量的两个方向，几乎是不会相同的。事实上，在一个方向如果发生过大的振动，就可以使机器损坏。而在与其垂直的另一个方向，其振动还可能小于报警设置点。所以“与门”逻辑，对于上述具有两个探头的振动监测器，从电的观点来看不仅不需要，而且从机械的观点来看，它也是不合适的。定时正常／通道失效这个线路可以使得由有毛病的传感器以及与之相连的电缆或者传感器所引起的误报警的可能性减至最小。当正常界限被超过时，通道即告失效。同时指示正常的发光二级管灭掉。此后，微处理器对重新调好的传感器运转状态进行检查，当故障确已排除，该通道则重新回到工作状态（一般情况下要延迟。这时，表示正常的绿色发光二极管即闪亮，直到操作者使其复位之后，停止闪烁。如果传感器的问题未被排除，则与之相连的监测器通道就可以取消（失效）。取消的办法是用装在内部的通道旁路开关进行。在监测器的前面板上，另有一个红色发光二极管，用来指示旁路情况。报警的复位方式有闭锁和不闭锁两种方式。对于警告和危险可独立地进行选择。报警继电器模式警告以及危险继电器的模式有两种。一是正常情况下通电，一是正常情况下不通电，用设在信号输入／继电器模块上的编程短接块进行选择。第一报警功能它可指出哪一个监测器在最后一次通电或复位之后，在框架里首先发生了报警。频率响应）或者

169参　　考　　文献谷俊杰型汽轮机控制系统，汽轮机技术，吴季兰汽轮机设备及系统中国电力出版社，谢柏曾汽轮机热工监视与保护水利电力出版社，张文溥程序控制与热工保护水利电力出版社，施维新汽轮发电机组振动及事故中国电力出版社，标准分享网www.bzfxw.com免费下载

170随着科学技术的迅速发展，新技术、新材料、新工艺不断涌现并得到应用。电力生产是技术高度密集型产业，伴随科学技术及电力工业的发展，现代化电力生产也朝着“大容量、高参数、高自动化”的方向快速发展。快速发展的电力技术对电力生产技术人员和管理人员提出了更高的要求，迅速提高生产技术人员素质及观念，更新知识，已经成为当前电力生产的重要任务。在职教育是提高劳动者素质的重要途径，高等学校发挥自身的人才优势，开展在职教育是现代高等教育发展的一大趋势。华北电力大学动力工程系统经过十多年的努力与探索，在开展在职教育，为电力生产企业培训高层次技术人才方面，取得了一定成绩，积累了丰富的实践经验。为满足电力生产企业培训及电力生产技术人员学习新技术、新知识的需要，华北电力大学动力工程系组织具有十多年培训经验的教师，编写了这套《大型火电厂生产技术人员培训系列教材》。本套教材首批共种：《火电厂锅炉设备及运行》、《火电厂汽机设备及运行》、《火电厂电气设备及运行》、《火电厂过程控制》、《火电厂开关量控制技术及应用》、《汽轮机控制、监视和保护》、《计算机控制系统及其在电厂中的应用》、《火电厂自动控制理论基础本套培训教材的特点：一、力求反映当前电力生产的新知识、新技术。二、力求理论结合实际，明确理论在生产过程、生产设备及系统中的作用。三、注重解决生产过程中的实际问题。本套教材可供电力生产企业培训生产技术人员使用，也可供其他相关工程技术人员学习、参考。这套教材的出版是编著者多年教学培训实践的积累结果，但不可避免地会存在一些问题和不足，热切地希望广大读者给予批评指正。《大型火电厂生产技术人员培训系列教材》编委会年月

171现代火力发电机组的控制技术以计算机系统为核心，采用了许多新的技术和方法，大大的提高了火力发电机组的运行和安全水平，汽轮机控制、监测和保护系统是保证汽轮机安全运行的重要组成部分。本书共分章，全面、系统地介绍了现代大型汽轮机数字电液控制的原理和汽轮机监测保护的原理。第章由谷俊杰编写，讲述了汽轮机控制的原理、汽轮机数字电液控制的组成和功能、汽轮机数字电液控制的逻辑分析及系统和超速保护；第章由丁常富编写，讲述了汽轮机监测仪表系统的组成、汽轮机监测常用传感器技术及汽轮机轴系各参数的监测方法。本书由华能上安电厂郄彦明高级工程师审阅，并提出了详细的修改意见。此外韩爽讲师参与了第章的部分工作，在此对她们的辛勤劳动致以衷心感谢。由于作者水平有限，书中的错误和缺点在所难免，恳请读者批评指正。编者年月标准分享网www.bzfxw.com免费下载

172file:///E|/download_cx/10987167_汽轮机控制、监视和保护/FreePic2Pdf.txt[GeneralInformation]书名=汽轮机控制、监视和保护作者=谷俊杰丁常富编页数=172SS号=10987167出版日期=2002年10月第1版出版社=中国电力出版社file:///E|/download_cx/10987167_汽轮机控制、监视和保护/FreePic2Pdf.txt[2008-11-121:50:19]

173file:///E|/download_cx/10987167_汽轮机控制、监视和保护/FreePic2Pdf_bkmk.txt目录1第一章汽轮机功率——频率电液控制的基本原理1第一节中间再热式汽轮机的控制特点1第二节功频电液控制的原理及各环节的数学模型2第三节功频电液控制系统分析19第二章汽轮机数字电液控制（DEH）的组成及功能24第一节DEH的组成24第二节DEH系统的功能27第三节DEH自动控制系统分析30第四节DEH系统的操作32第三章DEH的控制逻辑分析36第一节汽轮机转速控制36第二节汽轮机负荷控制45第三节阀门管理逻辑分析53第四节汽轮机自启动（ATC）58第五节EH抗燃油及DEH执行机构78第六节DEH的超速保护和危急遮断系统91第四章汽轮机监测仪表系统综述104第一节概述104第二节3300系统的组成和功能105第三节3500监测系统综述109第五章传感器系统114第一节概述114第二节电涡流传感器系统114第三节速度传感器系统122第四节加速度传感器系统126第五节复合式探头传感器系统127第六节键相器128第七节线性变量差动互感器130第六章劳鼻分机轴系各参数监测132第一节汽轮机轴向位移监视132第二节汽轮机热膨胀监视141第三节汽轮机转速、零转速监视147第四节汽轮机偏心监视155第五节汽轮机振动监视161参考文献170file:///E|/download_cx/10987167_汽轮机控制、监视和保护/FreePic2Pdf_bkmk.txt[2008-11-121:50:19]标准分享网www.bzfxw.com免费下载

174[GeneralInformation]书名=汽轮机控制、监视和保护作者=谷俊杰丁常富编页数=172SS号=10987167出版日期=2002年10月第1版出版社=中国电力出版社

175目录第一章汽轮机功率——频率电液控制的基本原理第一节中间再热式汽轮机的控制特点第二节功频电液控制的原理及各环节的数学模型第三节功频电液控制系统分析第二章汽轮机数字电液控制（DEH）的组成及功能第一节DEH的组成第二节DEH系统的功能第三节DEH自动控制系统分析第四节DEH系统的操作第三章DEH的控制逻辑分析第一节汽轮机转速控制第二节汽轮机负荷控制第三节阀门管理逻辑分析第四节汽轮机自启动（ATC）第五节EH抗燃油及DEH执行机构第六节DEH的超速保护和危急遮断系统第四章汽轮机监测仪表系统综述第一节概述第二节3300系统的组成和功能第三节3500监测系统综述第五章传感器系统第一节概述第二节电涡流传感器系统第三节速度传感器系统第四节加速度传感器系统第五节复合式探头传感器系统第六节键相器第七节线性变量差动互感器第六章劳鼻分机轴系各参数监测第一节汽轮机轴向位移监视第二节汽轮机热膨胀监视第三节汽轮机转速、零转速监视第四节汽轮机偏心监视第五节汽轮机振动监视参考文献标准分享网www.bzfxw.com免费下载