Паровая турбина как объект регулирования

В подавляющем большинстве случаев паровые турбины в энергетике используются в качестве пер­вичных двигателей для привода синхронных элек­трических генераторов. Так как вырабатываемая электрическая энергия нигде в энергосистеме не ак­кумулируется, то ее производство в любой момент времени должно соответствовать потреблению. Критерием этого соответствия является постоянст­во частоты сети (Для России частота f=50 Гц).

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

f=pn, (9.1)

где р — число пар полюсов генератора.

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

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

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

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

Рассмотрим некоторые свойства турбины как объекта регулирования. На рис. 9.1 представлены кривые изменения крутящего момента М_т, развивае­мого паром, расширяющимся в турбине (кривая 1), и тормозящего момента сопротивления на валу гене­ратора М _г(кривая 2). Моментные характеристики турбины построены для постоянного расхода пара, что при неизменных параметрах пара соответствует определенному открытию регулирующих клапанов.

Установившемуся режиму работы, при котором М_т = М_г, соответствует пересечение моментных ха­рактеристик в точке а при частоте вращения n_a. При изменении нагрузки электрической сети, на­пример при отключении некоторых потребителей, характеристика генератора сместится в положение, определяемое кривой 3. Если параметры пара и по­ложение регулирующих клапанов турбины останут­ся неизменными, то новый стационарный режим ра­боты турбоагрегата будет достигнут в точке Ь. Та­ким образом, турбина и генератор могут перехо­дить от одного устойчивого режима работы к дру­гому без какого-либо воздействия на них за счет од­ного лишь саморегулирования. Саморегулирование определяется тем, что в точке пересечения момент­ных характеристик д М_т Iдn < 0, а д М_Г /дn> 0.