汽轮机调速系统的核心功能是维持机组转速稳定（确保发电频率符合标准），并根据电网负荷需求精准调节进汽量，同时实现机组启动、停机及事故工况下的安全保护。根据技术发展历程，主流调速系统可分为机械液压调速系统（传统型）和数字电液调速系统（DEH） （现代主流型），二者在结构、原理上差异显著，以下详细介绍：

一、机械液压调速系统（Mechanical-Hydraulic Governing System）

机械液压调速系统是早期汽轮机的核心调速方式，依赖“机械感受+液压放大”实现控制，结构简单、可靠性高，多用于小型汽轮机（如工业拖动机组、老旧电站机组）。

1. 核心结构组成

系统以“机械信号→液压放大→执行动作”为核心链路，主要部件包括：

-1.1 转速感受元件（敏感机构）核心作用是将“转速变化”转化为“机械位移”，最常用的是离心飞锤（或飞环）机构，安装在汽轮机主轴（或增速器轴）上，随主轴同步旋转。

-飞锤：由2-4个可径向滑动的重锤组成，重锤通过弹簧与主轴中心连接（弹簧力指向中心，离心力背离中心）。

-辅助部件：导向套（限制飞锤滑动方向）、连杆（传递飞锤位移）。

-1.2 中间放大元件（液压放大器）

机械感受元件的位移量极小（通常仅几毫米），无法直接驱动调节汽阀，需通过液压放大将“小位移”转化为“大推力”，核心部件是错油门（滑阀） 和油动机（液压缸） ：

-错油门：圆柱形滑阀，可沿轴向滑动，阀套上开有“进油口”“回油口”和“油动机接口”，通过滑动改变油口通断状态，控制高压油（通常为1.5-2.5MPa压力油）进入油动机的方向和油量。

-油动机：双作用液压缸（或单作用液压缸+复位弹簧），活塞杆与调节汽阀连杆连接，高压油推动活塞移动时，直接带动汽阀开关。

-1.3 执行机构即调节汽阀（调门） ，通常为多个（如高压主汽阀、高压调节汽阀、中压调节汽阀），安装在汽轮机进汽管道上，通过阀门开度变化控制进入汽轮机的蒸汽流量，进而调节机组功率和转速。

-1.4 反馈机构（闭环控制关键）为避免调节过度（转速波动），需通过“反馈”将“执行机构的动作”传回感受元件，形成闭环平衡，常用杠杆反馈或弹簧反馈：

-杠杆反馈：油动机活塞杆通过连杆与错油门（或飞锤连杆）连接，油动机移动时，通过杠杆拉动错油门反向滑动，抵消飞锤的初始位移，实现“调节→平衡”。

-弹簧反馈：在错油门或油动机上设置反馈弹簧，油动机移动时压缩/拉伸弹簧，产生反向力阻碍错油门滑动，达到平衡。

-1.5 附加装置

-同步器：手动或电动调节装置，可改变飞锤弹簧的初始预紧力（或改变错油门的零位），实现“人为设定转速”（如机组启动时升速、并网时调整转速与电网同步）。

-超速保护装置：如危急遮断器（与飞锤联动，转速超限时触发停机）、安全阀（防止液压系统超压）。

2. 工作原理（闭环控制过程）

基于“离心力与弹簧力平衡”和“液压放大闭环”，具体过程如下：

1. 稳态平衡：机组额定转速运行时，飞锤的离心力与弹簧的拉力（或压力）平衡，飞锤处于固定径向位置，错油门处于“中间位”（进油口、回油口均关闭），油动机无动作，调节汽阀开度稳定，进汽量不变，转速维持额定值。

2. 负荷变化→转速波动：

-若电网负荷降低（需减少机组出力），汽轮机输出功率大于外界负荷，转速升高→飞锤离心力增大，克服弹簧力向外滑动→通过连杆带动错油门向上（或向下）滑动→打开错油门的“油动机回油口”，油动机内高压油排出→油动机活塞在复位弹簧（或另一侧油压）作用下移动，带动调节汽阀关小→进汽量减少，机组出力降低→转速逐渐回落。

-若电网负荷升高（需增加机组出力），则过程相反：转速降低→飞锤向内滑动→错油门打开“油动机进油口”→高压油推动油动机活塞移动，调节汽阀开大→进汽量增加，转速回升。

3. 反馈平衡→稳定转速：油动机移动时，通过反馈杠杆（或弹簧）拉动错油门反向滑动，逐渐关闭油口，直至错油门回到中间位，油动机停止动作，调节汽阀稳定在新开度，转速恢复至额定值，形成闭环控制。

二、数字电液调速系统（DEH，Digital Electric-Hydraulic Governing System）

DEH是20世纪80年代后发展的现代调速技术，结合“数字控制+电液执行”，具有精度高、响应快、功能丰富（如一次调频、AGC协调控制）的特点，是大型火电机组、核电机组的标配。

1. 核心结构组成

DEH系统分为电气控制部分（“大脑”，负责信号处理与决策）和液压执行部分（“手脚”，负责动作执行），二者通过电液转换元件连接，结构如下：（1）电气控制部分（核心决策层）

-1.1 转速/功率信号采集单元替代机械飞锤，精准采集机组运行参数，核心元件：

-转速传感器：通常为3套磁阻式传感器（或光电式传感器），安装在汽轮机主轴（或发电机轴）旁，将“转速”转化为“脉冲电信号”（转速越高，脉冲频率越高），实现冗余测量（避免单传感器故障）。

-功率传感器：通过电流互感器（CT）、电压互感器（PT）采集发电机的电流、电压信号，计算机组实际输出功率，用于“负荷闭环控制”。

-压力传感器：采集主蒸汽压力、再热蒸汽压力信号，避免进汽压力过低时过度开阀导致机组不稳定。

-1.2 DEH控制器（数字核心）

相当于系统的“大脑”，通常基于PLC（可编程逻辑控制器）或DCS（分散控制系统）实现，核心功能是“信号对比、逻辑运算、指令输出”：

-硬件：CPU模块、输入/输出（I/O）模块、通信模块（与机组DCS、电网调度系统通信）、人机界面（HMI，用于操作人员设定参数、监控状态）。

-软件：固化控制逻辑（转速控制逻辑、负荷控制逻辑、一次调频逻辑、超速保护逻辑）、参数数据库（额定转速、最大负荷、阀门特性曲线等）。

-1.3 伺服放大器将DEH控制器输出的“微弱电信号”（通常为±10V直流信号）放大为“可驱动电液伺服阀的电流信号”（通常为4-20mA），同时实现信号隔离（防止液压系统干扰电气系统）。

（2）液压执行部分（动作执行层）

-2.1 电液伺服阀（电液转换元件）连接电气控制与液压执行的关键部件，核心作用是将“电信号”转化为“液压油流量/方向信号”，结构为“电磁线圈+滑阀+喷嘴挡板”：

-原理：伺服放大器输出的电流信号通入电磁线圈，产生电磁力推动滑阀（或喷嘴挡板）移动，改变高压油（通常为10-16MPa高压抗燃油）的流通路径和流量，控制油动机的动作方向和速度。

-特点：响应速度快（毫秒级）、控制精度高（位移误差小于0.1mm），但对油质要求极高（需定期过滤抗燃油，防止杂质卡涩）。

-2.2 油动机（液压执行机构）与机械液压系统的油动机功能类似，但推力更大、控制精度更高，通常为双作用式液压缸（无复位弹簧，两侧均通高压油，通过伺服阀控制两侧油量差实现活塞移动），活塞杆直接连接调节汽阀的阀杆。

-2.3 位置反馈元件（LVDT）即“线性可变差动变压器”，安装在油动机上，一端固定，另一端与油动机活塞（或活塞杆）连接，核心作用是将“油动机活塞的位移”转化为“电信号”，传回DEH控制器，与控制器输出的“目标位移指令”对比，形成闭环控制（避免阀门开度偏差）。

-2.4 液压油系统为液压执行部分提供高压油，包括：-抗燃油箱（储存高压抗燃油，具有防火特性）、高压油泵（提供10-16MPa压力油）、油过滤器（过滤杂质，保护伺服阀）、蓄能器（稳定油压，吸收压力波动）。

2. 工作原理（数字闭环控制过程）

DEH系统以“数字信号处理”为核心，实现更精准、灵活的控制，具体过程如下：

1. 参数采集：转速传感器、功率传感器、压力传感器实时采集“实际转速”“实际功率”“主汽压力”等信号，转化为电信号传入DEH控制器。

2. 指令对比与运算：DEH控制器将“实际转速”与“设定转速”（如额定3000r/min）对比，或“实际功率”与“负荷指令”（电网调度下发）对比，通过内置控制逻辑（如PID调节算法）计算出“调节汽阀的目标开度指令”。

3. 电液转换与放大：目标开度指令经伺服放大器放大为电流信号，传入电液伺服阀→伺服阀根据电流信号调整滑阀位置，控制高压油进入油动机的一侧（或排出另一侧油）→油动机活塞在油压差作用下移动，带动调节汽阀向“目标开度”方向动作。

4. 位置反馈与平衡：LVDT实时检测油动机活塞的实际位移，将电信号传回DEH控制器→控制器对比“目标开度”与“实际开度”，若有偏差则调整输出信号，直至调节汽阀开度达到目标值，转速（或功率）稳定，形成闭环控制。

5. 功能扩展：DEH还可实现“一次调频”（电网频率波动时自动调整负荷）、“AGC协调控制”（接收电网调度指令自动调整负荷）、“超速保护”（转速超限时快速关闭调门）等功能，通过软件逻辑即可实现，无需改动硬件。

三、两种调速系统的核心差异对比

总结

机械液压调速系统是“机械控制”的经典代表，结构可靠但精度有限；DEH系统通过“数字控制+电液执行”实现了调速技术的升级，满足了大型机组对高精度、高灵活性的需求，已成为现代汽轮机调速系统的主流。实际应用中，需根据机组容量、运行场景（发电/拖动）及控制需求选择合适的调速系统。

来源：电厂运行学习笔记