水轮机调速系统的工作原理从无反馈到加入硬反馈和软反馈共64页文档
《水轮机的调速设备》课件
调速器
1 作用
调速器用于控制水轮机 的转速，保持系统稳定 运行。
2 分类
调速器根据原理和工作 方式的不同，可分为液 力调速器、机械调速器 和电子调速器等。
3 液力调速器的原理
和特点
液力调速器通过调整工 作液的流量和工作特性， 实现对水轮机输出转矩 的调整和控制。
调速器动作机构
1
作用
调速器动作机构用于将调速器的指令转化为具体的动作，控制水轮机转速的变化。
《水轮机的调速设备》 PPT课件
水轮机是一种重要的水力发电设备，其调速设备起到关键作用，本课程将深 入探讨水轮机调速系统的原理、分类、控制方式以及常见问题及解决方法。
概述
作用
水轮机调速系统的作用是调整转速，以适应不同负荷需求和系统运行状态。
组成部分
调速系统包括调速器、调速器动作机构和控制系统等组成部分。
2 后续发展方向
未来，水轮机调速系统将更加智能化，通过先进的控制算法和通信网络，实现更高效、 可靠的水力发电。
参考文献
[1] 张明，水轮机调速系统设计与实践，中国水利水电出版社，2018 [2] Smith, J., Turbine Speed Control: A Comprehensive Guide, Wiley Publishing, 2020
案例分析
某水电站水轮机调速系统的应用情况
介绍一个水电站使用的调速系统，包括调试过程 和调速问题的处理方法。
调试过程中的问题及处理方法
分享调试过程中遇到的一些问题，以及针对这些 问题采取的解决方法和优化措施。
总结
1 水轮机调速系统的重要性
水轮机调速系统保证了水轮机的稳定运行，对水力发电的可靠性起到至关重要的作用。
水轮机调速系统的工作原理
k
②转速降低过程?
k
3、与无反馈系统的区别？ （1）从接力器的动作情况分析（图） （2）从动力矩及转速的变化分析（图）
结论：不管是负荷增加使转速下降还是负荷减少使转 速上升，经过系统调整后，机组能基本恢复到原来 的额定转速并相对稳定下来，即实现无差调节。
无差调节： 不论机组负荷增加还是减少，调节后的稳定转速都 保持不变。
此时仍然是：Mt ＜Mg
第三阶段： 转速下降，引导阀转动套随之下移，此时，缓 冲阀上下腔油压在节流孔作用下已达平衡，从 动活塞在自身弹簧回复力作用下向下回中，通 过连杆作用，带动引导阀针塞下移，与转动套 回到相对中间位置。 但由于所有环节都没有使接力器左移（即增加 水轮机有效进水流量），因此： 机组转速继续降低……进入下一个调节周期
（2）软反馈部分（在硬反馈动作一定时间后动 作）： 主接力器向右关闭，反馈锥体右移----使反馈 框架顺时针转动，m点上移，带动g点上移 ，f 点下移，缓冲装置主动活塞下移，从动活塞上 移，带动引导阀针塞上移。 在软、硬反馈部分的共同作用下，引导阀针 塞与转动套恢复相对中间位置以上，封住相关 油口，最终使主接力器停止右移。
水轮机调节 4
罗远福
上节课知识回顾：
1、调速器 无反馈系统 的工作特性？
上节课知识回顾：
1、调速器无反馈系统的工作特性？ 系统负荷降低Mt>Mg----转速升高----离心摆下支 持块带动引导阀转动套上移----引导阀中间腔室与 排油相通，腔内油压降低----辅助接力器与配压阀 活塞上移----压力油进入接力器左腔，同时右腔接 通排油----接力器活塞右移关小导叶，减小流量---Mt=Mg----转速停止升高----接力器继续关闭---Mt<Mg----转速降低并等于额定转速----Mt<Mg---转速降低并低于额定转速----离心摆下移……
水轮机的调速设备—调速设备的特性及其基本原理
➢ 动特性：机组负荷发生变化时，调节过程中机组转速随时间的变化 关系称为调速器的动特性。
6.2.2 调速器基本原理
偏差信号通过信号放大及油压转换元件放大并转换成油压后，再通 过操作元件（主配压阀）利用油压去操纵接力器，以控制导水机构 去关闭或开启导叶，从而达到改变流量，使水轮机的主动力矩与新 的发电机阻抗力矩相适应，使机组转速恢复正常。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
• 水轮机调速系统一般由调速柜、接力器和油压装置三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
1. 调速柜 调速柜是控制水轮机的主要设备，能感受指令并加以放大，用它来
操作执行机构，使转速保持在额定范围内。调速柜还可进行水轮机开 机、停机操作，并进行调速器参数的整定。 2. 接力器
接力器是调速器的执行机构。接力器控制水轮机调速环（控制环） 调节导叶开度，以改变进入水轮机的流量。 3. 油压装置
油压装置由压力油罐、回油箱、油泵三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
6.2.4 调速器的类型和系列
1.调速器类型 （1）按调速器元件结构分： 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机械环节完成。
6.200
中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工作容量 300×9.81Nm
DST—100A—40
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径100mm，额定油压 40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后产品。
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） （3）按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm
第一章 水轮机调节的基本原理
电网
水力发电生产过程：
压力引水 水库 道
发电机
功率 整流 屏 L=0 机械液
水轮机
励磁 调节 器
调 速 器
压执行 机构
尾水
频率与机组转速的关系（电机学而知）：f p n 60 f——发电机输出交流电频率，Hz； p——发电机的磁极对数； n——发电机的转速，r/min 。 p对于加工好的机组是一个常数（定值），因此f只与n有关（正比）。 水轮机调节的基本任务：要保证频率在规定的范围内，就要根 据电力系统负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率的输出， 并维持机组转速在规定的范围内。
（二）缓冲装置：又称软反馈元件， 主要用于调速系统反馈校正，其性 能好坏直接关系到调速系统的稳定， 是调速器的重要部件之一。 组成：壳体、主动活塞、从动活 塞、节流孔、弹簧等。
节流孔是上、下腔唯一的通道，调整节流孔大小可以调节油流阻力。 主接力器活塞杆通过杠杆、拉杆等作用于主动活塞，从动活塞通过拉杆、杠杆作用于 引导阀针塞。 1）主动活塞没有受到接力器反馈锥体反馈作用时，主、从动活塞都处于相对中间位 置，从动活塞的上端没有位移输出； 2）主动活塞受到接力器反馈锥体反馈作用而向下移动时，由于油是不可压缩液体， 且活塞下腔的油不能马上由节流孔进入上腔，因此下腔油压升高，迫使从动活塞上移，输 出一个位移信号，并作用于引导阀针塞，同时压缩弹簧。下腔压力油经节流孔进入活塞上 腔，在弹簧恢复力作用下，经过一段时间，上、下腔压力平衡，从动活塞逐渐回复到中间 位置，使输出位移消失。反之，当主动活塞受力上移时，主动活塞下部产生真空，由于上 腔油来不及通过节流孔到下腔，从动活塞被向下吸引，产生一个向下的位移，并作用于针 塞向下移动。随后在弹簧恢复力作用下，上腔的油通过节流孔流入下腔，从动活塞回复中 间位置，输出位移信号消失。 缓冲装置输出位移只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，因此 这种反馈称为软反馈或暂态反馈。
水轮机的调速设备
❖ 测速装置—离心飞摆
❖ 1.离心飞摆的作用
❖ 离心飞摆是机械液压调速器的测速装置，利 用机械部件转动的方式检测转速偏差，并将其转 变成相应机件位移输出。离心飞摆的转速与水轮 发电机组的转速成正比。当机组转速变化时，离 心飞摆转速也随之按比例相应变化。离心飞摆的 作用是将机组每一瞬间转速变化的大小和方向， 转换成相应的机械位移量，去控制下一级元件工 作。
4、调速器的分类、型号和系列型 谱
❖ 按照元件结构分类。可分为机械液压调速器和电 气液压调速器，前者由机械元件和液压元件构成 ，后者由电气元件和液压元件构成。
❖ 按照调速器容量的大小分类。可分为特小型、小 型、中型、大型调速器，特小型、小型和中型调 速器容量是指接力器的工作容量，单位：N•m，当 接力器工作容量大于30000Nm时属于大型调速器， 其容量用主配压阀直径的大小表示，单位：mm。
（3） 油压装置的选择
❖ 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，故首先
应按经验公式求出压力油罐的总容积Vk：
Vk=(18~20)Vs
对于HL水轮机
Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 对于ZZ水轮机
Vs和Vc分别为前面计算出的接力器容积。
❖ 若油压装置需要供给空放阀接力器用油，则Vk需要增加 (9~10)Vt，Vt为空放阀接力器的容积。
❖ 若油压装置需要供给进水阀接力器用油，则Vk需要再增加 3Vf，Vf为进水阀接力器的容积。
❖ 计算出压力油罐总容积后，可查表选择油压装置。
水轮机调节
2、水轮机调节原理 调节流量的途径：
反击式：通过改变(gǎibiàn)导叶开度a0 ，ZZ：同时改 变(gǎibiàn)叶片转角
冲击式：通过改变(gǎibiàn)喷嘴开度（针阀行程）。 水轮机调节的定义：
随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变 (gǎibiàn)导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并 保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。
精品资料
（3）电液转换器（步进电机）结构原理及 作用
电液转换器的作用是将电气部分信号输出 的综合信号，转换成具有一定操作(cāozuò) 力的机械位移信号或具有一定压力的流量信 号。
电液转换器有电气位移转换信号和液压放 大两部分组成。
精品资料
工作线圈：实现控制(kòngzhì)操作 线圈
振荡线圈：防止卡阻，提高工作可靠性
精品资料
（2）油压设备 当油压降低(jiàngdī)到正常工作油压下限
(2.3~2.7MPa)时，油泵自动启动，将回油箱 内的油泵入压力油罐，油压达到正常工作油 压上限时，油泵停止工作。 （3）接力器 接力器是调速器的执行元件，控制导叶开度， 改变流量，大型电站设两个或两个以上接力 器。
精品资料
油压装置(zhuāngzhì)
电液转换器中一般有两个线圈，一个工作 线圈，一个振荡线圈。工作线圈通的是工作电 流，振荡线圈通入振荡电流。通入工作电流后 ，使控制(kòngzhì)套产生位移，使下一级随 动。振荡电流使线圈和控制(kòngzhì)套产生 微小振动，以提高控制(kòngzhì)套的灵敏度 ，防止卡阻。
精品资料
（4）紧急停机电磁阀 属于(shǔyú)保护设施之一 动作的条件：机组运行中，几乎所有
化
化→发电机调速器动作→发电机的转速恢
《水轮机调节的基本概述与工作原理》
(1)水轮机的工作流量较大，水轮机及其导水机构的尺 寸也较大，需要较大的力才能推动导水机构，因此，调速器 需要有放大元件和强大的执行元件(即前述的接力器)。
(2)水轮发电机组以水为发电介质，与蒸汽等相比，水 有较大的密度，同时，水电站的输水道一般较长，其中的水 体有较大的质量，水轮机调节过程中的流量变化将引起很大 的压力变化(即水锤)，从而给水轮机调节带来很大困难。
导水机构
水能 QH
机组执行元件ຫໍສະໝຸດ 放大元件电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机调节系统方框图
在方块图4—1中，测量、加法、放大、执行和反馈元件总称 为自动调速器。导水机构包括机组在内，统称为调节对象。
调速器和调节对象构成水轮机自动调节系统。
水轮机调节系统以频率 f (亦即机组转速)为被调节参数，根 据实测 f 与给定值间的偏差调节导水机构的开度，从而改变机组 的出力和转速(频率)，但要使改变后的频率符合给定值需要一个 调节过程，这个过程又称为调节系统的过渡过程，在这个过程中， 频率、开度等参数随时间不断变化。各参数随时间的变化情况， 及在经过一段时间以后是否能达到新的平衡状态(即稳定工况)， 与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的动特性。若在经 过一段时间之后系统能够达到新的平衡状态，那么新平衡状态与 原平衡状态的关系，即各参数是否能回复到初始状态，亦与调节 系统的特性有关，这种特性称调节系统的静特性。下面将分别研 究水轮机调节系统的这两种特性。
(１) Mt=Mg ，水轮机的动力矩等于发电机的阻力矩， dω/dt=0，ω为一常数，机组以恒定转速运行。
(2) Mt＞Mg，水轮机的动力矩大于发电机的阻力矩，当发电机 的负荷减小时会出现这种情况，此时dω/dt＞0，机组转速上 升，在这种情况下，应对水轮机进行调节，减小流量，从而 减小Mt，以达到新的平衡状态。 (3) Mt ＜ Mg，水轮机的动力矩小于发电机的阻力矩，当发电 机的负荷增加时会出现这种情况，此时dω/dt＜0，机组转速 下降，在这种情况下，应增大水轮机的流量Q以达到Mt=Mg的新 的平衡状态。
水轮机微机调速器系统介绍
水轮机微机调速器系统介绍一、基本概念：水轮机是将水流的流量转换为转轴的旋转机械能的机器。
近代水轮机主要作为水力发电的原动机。
水流进入水轮机后，水流的能量便发生了改变，最后变成主轴旋转的机械能，这一过程，称为水轮机的工作过程。
反映水轮机工作过程特性的一些参数，称为水轮机的工作参数。
其中主要的工作参数有：水轮机工作水头、水轮机流量、水轮机功率、水轮机效率和水轮机转速。
水轮机工作水头为水轮机进口截面水流单位能量与出口断面水流单位能量之差。
水轮机工作时，除了需具有一定的水头之外，还要有一定的水量流过水轮机，单位时间流过水轮机既定断面的水量，就称为水轮机流量Q。
（Q=Fv，其中F 为水轮机过水断面面积，v 为过水断面平均流速）水流流经水轮机时，随着水流能量转变为转能旋转机械嫩，水流便对水轮机做功，单位时间内所做的功，在工程上称为水轮机的功率或出力。
水流输入给水轮机的功率Nt=pgQH(^_^，不好表示密度，就用p 表示了）水轮机效率，就是水流能量的有效利用程度，要注意，水轮机是所有旋转机械中效率最高的设备（大家查查，看是不是），远高于水泵、汽轮机等。
水轮机转速，水轮机主轴单位时间旋转的次数。
水轮机额定转速是在设计时选定的同步转速。
二、水轮机的分类：现代的水轮机一般按水流能量转换的特征分为两大类，即反击型和冲击型。
目前我们多见的大多数为反击型，反击型里又有混流式、轴流式、斜流式、贯流式。
一般来讲水头高的电站用的水轮机类型是混流式、例如三峡水力发电厂、小湾水力发电厂，水头略低的是轴流式，例如葛洲坝，还有的分定浆和转浆式，也就是浆叶的叶片能否调节，福建的孔头电站就是定浆的。
水头再低一些，而且流量较大的流域就可以建设贯流式电站了，例如广西长洲（单机45MW）、广西桥巩（单击58MW）等。
一般对调速器而言，如果只有导叶可调，就叫单调机组，导叶、浆叶都能调整的就叫双调机组。
对于水轮机再往深入的讲，我也不清楚了。
下面我就具体讲讲调速器相关的知识，会讲到基本功能、工作原理、然后举例（一个实际的设备）讲讲电气部分、液压部分和调节规律等），不足之处大家多多指教了。
水轮机调速器系统
水轮机调速器系统水轮机调速器系统主要由调速器、液压传动系统和控制系统三部分组成。
调速器是水轮机调速器系统的核心部件，负责接收来自控制系统的指令，调节水轮机的进水阀门开度，从而实现水轮机的转速控制。
液压传动系统将调速器的指令转化为液压力，通过液压缸或液压马达来控制进水阀门的开度。
控制系统是整个调速器系统的控制中枢，根据水电站的发电负荷和运行条件，通过测量和分析水轮机的转速、进水流量、水头等参数，并根据先进的控制算法，向调速器发送调节指令。
水轮机调速器系统的功能主要包括：保护水轮机、稳定水轮机运行以及实现发电站的负荷调节。
具体来说，水轮机调速器系统通过控制水轮机的进水阀门开度，能够在发电站小电荷到满负荷之间进行快速调节；通过控制水轮机的转速，能够在一定的范围内保持水轮机的稳定运行，防止过速和欠速现象的发生；通过监测水轮机的运行状态，能够及时发现和处理水轮机的故障和异常情况，保护水轮机的安全运行。
水轮机调速器系统的设计和运行需要考虑多个因素。
首先是根据水轮机的特性和工况要求，选择合适的调速器类型。
常见的调速器类型包括机械式调速器、液压调速器和电子调速器等。
机械式调速器结构简单，但调速范围有限；液压调速器具有调速范围广、响应迅速的优点，但需要较为复杂的液压传动系统；电子调速器可以实现高精度的调速控制，但对电气系统的要求较高。
其次是根据水轮机的装机容量、水头、流量等参数，确定调速器和液压传动系统的尺寸和参数。
调速器的尺寸和参数应能满足水轮机各工况下的转速控制要求；液压传动系统的尺寸和参数应能满足调速器的控制要求，同时考虑到液压传动系统的可靠性和稳定性。
此外，水轮机调速器系统的控制算法也是设计的关键。
控制算法应根据水电站的负荷特性和运行条件，合理分配调速器的指令，实现快速、准确的调速控制。
常用的控制算法有比例控制、积分控制、微分控制和模糊控制等。
在水轮机调速器系统的运行过程中，需要进行定期的维护和监控。
定期维护包括对调速器和液压传动系统的检查和保养，包括液压油的更换、密封件的更换和调节等。
水轮机调速系统应用与故障维修探究
水轮机调速系统应用与故障维修探究水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的设备，广泛应用于水力发电厂、水库等水利工程中。
为了提高水轮机的效率和性能，调速系统成为其关键部件之一。
调速系统能够调节水轮机的转速和输出功率，使其适应不同的工况和输出需求。
本文将探讨水轮机调速系统的应用与故障维修，帮助读者深入了解水轮机的调速原理和维护方法。
一、水轮机调速系统的应用1. 调速系统的基本原理水轮机调速系统的基本原理是通过调节进水流量或改变叶片角度来控制转速和功率输出。
通常采用液压调速和电子调速两种方式，液压调速主要依靠油压柱塞和阀门调节水轮机的进水量，电子调速则是通过传感器和控制器实现对水轮机的转速监测和调节。
两种调速方式各有优劣，可以根据具体的工程要求和经济性进行选择。
2. 调速系统的主要组成水轮机调速系统主要包括液压系统（或电子系统）、调速器、控制器和传感器等组成部分。
液压系统主要负责控制进水量，调速器负责将液压信号转化为机械控制，控制器负责整个调速系统的监测和控制，传感器则用于监测水轮机的转速和运行状态。
3. 调速系统的应用场景水轮机调速系统广泛应用于各类水利工程和水电站，如以集中调度为主的调速系统、分散式调度为主的调速系统等。
在特定的工程中还可能应用到数字化调速系统、自适应调速系统等先进的调速技术，以满足不同的工程需求和技术要求。
1. 常见故障类型水轮机调速系统的常见故障类型包括：液压系统漏油、阀门堵塞或卡死、调速器失灵、控制器故障、传感器故障等。
这些故障可能会导致水轮机的转速和输出功率失控，影响水轮机的正常运行和安全性。
2. 故障排查和维修方法在水轮机调速系统出现故障时，需要及时排查并进行维修。
首先需要对液压系统进行检查，清洗液压油箱、更换密封圈和滤芯等，保证液压系统的正常运行。
对阀门进行检查和维护，确保阀门的灵活性和密封性。
对调速器、控制器和传感器进行检测和调试，排除故障原因并进行修复。
需要注意的是，对于一些电子调速系统，需要专业的维修人员进行维修和调试，以免造成更大的损害。
水轮机调速器原理
⽔轮机调速器原理什么是⽔轮机调速器？⽔轮机调速器的作⽤是什么？⽔轮机调速器的发展历程是怎样的？⽔轮机调节是通过⽔轮机调节系统根据机组转速的变化不断地改变⽔轮机过流量来实现的。
⽔轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象组成的闭环控制系统（如图1-1）。
通常把调节控制器和液压随动系统统称为⽔轮机调速器。
图1-1 ⽔轮机调节系统构成图⽔轮机调速器作⽤是保证⽔轮发电机的频率稳定、维持电⼒系统负荷平衡，并根据操作控制命令完成各种⾃动化操作，是⽔电站的重要基础控制设备。
⽔轮机调速器问世以来，⽔轮机调速器先后经历了三代的发展：⽔压放⼤、油压放⼤式的机械式液压调速器（20世纪初-20世纪50年代）、模拟电路加液压随动系统构成的电液式调速器（20世纪50年代-20世纪80年代）和微机调节器配以相应的机械液压系统构成的微机调速器（20世纪80年代⾄今）。
⽬前微机调速器以可靠性⾼、操作简便全⾯取代其他类型的调速器。
⽔轮机调速器调速器有哪些类型？如何划分？⽔轮机调速器的分类⽅法较多，按调节规律可分为PI和PID调速器；按系统构成分为机械式调速器（机械飞摆式）、电液式调速器及微机调速器；实际应⽤中常⽤是以下⼏种区分⽅式：1、按我国⽔轮机调速器国家型谱以及调速器⾏业规范，调速器分为：中、⼩型调速器；冲击式调速器；⼤型调速器等。
中、⼩型调速器以调速功⼤⼩来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数⽬来区分，⼤型调速器以主配压阀名义直径来区分。
调速器分类表⼩型调速器中型调速器⼤型调速器W≤1000Kg.m接⼒器调速功1000Kg.m＜W≤7500Kg.mW>7500Kg.m2、微机调速器依据调节器（电⽓部分）及机械液压系统（机械部分）的不同形式，有以下区分：2.1按调节器的硬件构成有单⽚机、⼯控机、可编程控制器三⼤类调节器。
其中单⽚机、单版机构成的调节器由于可靠性差、故障率⾼等多⽅⾯原因，已趋于淘汰。
⽬前可编程控制器以其⾼度的可靠性成为调节器构成⾸选。
水轮机调速器2022
水轮机调节及调速器基本知识基本概念⏹国际电工委员会对调速系统的定义：用来检测转速偏差x，并将它按一定特性转换成主接力器的偏差y的一些装置和机构的组合体。
⏹y的变化就是导叶开度的变化，开度的变化导致流量Q的变化，从而改变了水轮机主动力矩M t，以力图减小或消除转速偏差x，以使转速保持恒定。
调节的途径水轮机调节系统●系统结构：水轮机调节系统的结构图调速器主要元件作用⏹测量元件负责测量机组输出电能的频率，并与频率给定值比较，当测得的频率偏离给定值时，发出调节信号。
⏹放大元件负责把调节信号放大，然后通过执行元件去改变导水机构的开度，使偏离恢复到给定值。
⏹反馈元件的作用是使调节系统的工作稳定。
调速器主要作用⏹未并网前：调整机组转速⏹并网后：通过调整导叶开度调整机组有功出力。
⏹正常开停机。
⏹电气事故情况下紧急关闭导叶，以防止事态扩大。
步进电机调速器组成系统结构图机械结构⏹柜内部布置有上搁板、底板。
上搁板上布置有步进电机、驱动器、位移传感器、开度指示机构、手操机构等。
底板上安装有滤油器，紧急停机电磁配压阀、压力表，检修阀门等。
引导阀、主配压阀布置在底板下。
⏹刮片式滤油器供给引导阀及应急阀块用油，压力表指示滤油器后部的压力值。
工作原理⏹正常运行时,步进电机驱动器接受电气控制信号，驱动步进电机旋转，步进电机带动丝杠运动，丝杆将电机的转动变成直线位移：位移传感器将丝杠位移信号送至PCC，当丝杆的位置与PCC 所要求的值相同时，步进电机停止转动，电--位移伺服系统完成闭环调节。
⏹丝杠的位移信号经过杠杆带动引导阀，控制辅助接力器，主配压阀，驱动主接力器运动，主接力器的位移信号经机械反馈机构，杠杆送至引导阀，使引导阀回中，液压随动系统完成跟随调节。
⏹紧急停机时，紧急停机电磁阀接受停机信号，切断导叶引导阀的油源,实现紧急停机。
⏹手操机构用于检修，试验和纯机械手动运行时的控制。
正常运行的开度限制由PLC通过步进电机实现，手操机构放到经验位置。
水轮机调节原理及调速器选择
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协 调结构，实现双重调节。
三、水轮机调节系统的基本工作原理
导水机构
水能 QH
机
组
电能 UIf
给 定 f f
执行元件
放大元件
测量元件
反馈元件
水轮机自动调节系统方框图
调速器原理图
1—飞摆；2—主配压阀；3—接力器；4、5—活塞；6—节流孔； 7—硬反馈；8、9、10—变速机构；11—移动滑块
(二) 调速器系列(反击式水轮机)
第一部分：基本特性和类型
大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T
机械液压：无代号； 电动调节：D 单调：无代号； 双调：S 调速器：T 第二部分：工作容量 中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm) 第三部分：额定油压
2.5MPa 不加注释
例： YT—300 中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工 作容量300×9.81Nm
二、水轮机调节原理
水轮发电机组的运动方程式为： d Mt Mg J dt 式中：Mt——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)
Mg ——发电机的阻力矩
J ——机组转动部分的转动惯量； d ——角加速度；
dt
d (1) M t M g， 0, c, n ne dt d ( 2) N M g M t M g 0n dt d (3) N M g M t M g 0n dt
d s D1 b0 H max D1
λ为计算系数，查表。b0为导叶高度。 当额定油压为4.0MPa时，接力器直径ds为：
d s d s 1.05 2.5 / 4.0 0.81d s
由计算的接力器直径，查标准接力器系列表，选用相邻 偏大的直径。
第二章水轮机调节系统工作原理
§2.1 水轮机调节系统原理简图 （图 2-1）
电动机
调速器
水轮发电机组
开关站 高压输电
离心飞摆 压力油 引导阀
Z Y
回油
X
转 速 调 整
缓冲弹簧
辅助 接力 器
永磁机
缓冲活塞 节流阀
缓 冲 器
发电机 导水机构
主配压阀
缓冲杯
回油 主接力器 开 关 进水
水轮机
尾水
从水轮机调 节转速自动 调节系统框 图可知： 调速器由 测量元件、 比较元件、 放大元件、 执行元件、 反馈元件等 组成。 见图2-2对 应位置 ， 以下分别讲 解个元件。
接力器在静止时，有
( pΙ pII) F R
或
R p p F
(2-15)
式中：pⅠ、pⅡ分别为接力器关闭腔、开启腔的油压力，F为接 力器活塞面积，R为导水机构上的阻力。 以下讨论主接力器静止时的几个重要参数
a.漏油量
见图2-5液压放大装置工作原理图。漏油压力损失在遮程上， 由于间隙很小（ 0.01mm~0.02mm ），流速较低为层流，压力 损失与流量的一次方成正比例，设压力油罐油压为p0，回油箱 油压为“0”，则有
a.离心摆工作参数有不均衡度（δf）
f
ZM
n max n min 100 % nr
* M
(2-4)
b.位移变化量基准值（ZM*）
f
? 100%
Z
Z
* M
ZM
如T型、 YT型 δf=50%，但 T型K=0.4mm/1%， ZM*=40mm； YT型K=0.3mm/1%， ZM*=30mm； (2-6)
例一 YT型调速器，辅接活塞直径42mm，活塞杆直径22mm，有 效面积FA=10.05cm2；主配直径上 35mm、下25mm， 差动面 积 F1 –F2= (3.52-2.52) *3.1416/4=4.71cm2 。 设 工 作 油 压 p0=25kg/cm2 ，求得：pi=11.72kg/cm2。 例二 T-100 型调速器，辅接直径 132mm ，有效面积 FA=42cm2 ，主 配 直 径 上 100mm 、 下 94mm ， 差 动 面 积 F1 –F2= (102-9.42) *3.1416/4=9.14cm2 。 设 工 作 油 压 p0=25kg/cm2 ， 求 得 ： pi=5.44kg/cm2。 液压放大系统的动作如下（先考虑针塞不动） ⑴.转速下降，转动套向下，pi> pi0， 则PA>PM，辅助接力器活 塞向下，主接力器开大，主动力矩上升，转速向上恢复； ⑵.转速上升，转动套向上，pi< pi0， 则PA<PM，辅助接力器活 塞向上，主接力器关小，主动力矩下降，转速向下恢复。
水轮机调节及频率调整概述
xf
xf1 ep xf2 xf3
A
C
② Pc2 ① Pc1
B
O
p1
p2
p3
p
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上图中，A点的机组目标功率为Pc1，机组实际功率为P1=Pc1 ， 机组频率为f1，速度变动率为ep，如果此时负荷突然增加到P3，功率 缺额为P3-P1。 负荷突然增加，发电机来不及调整出力，系统功率失去平衡，发 电机转速下降，系统频率下降，若不进行调节，系统频率将沿静态特 性曲线①Pc1下降至f3，各机组根据频率偏差进行一次调频，机组增 发功率P2-P1，系统频率为f2（图中的B点），由于一次调频是一个有 差调节，调节过程会引起频率的变化，（且仅根据bp或ep进行偏差计算， 系统必然存在稳态偏差）系统频率不可能恢复到扰动前的f1。 若电网二次调频将讨论的机组目标功率由Pc1修正为Pc2，水轮机 调节系统静态特性曲线变为②Pc2，其中Pc2=P3，最后的调节结果为 图中的C点，此时功率得到了补偿，系统频率也恢复到扰动前的f1。
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控制原理
机频 信号 网频 信号
信号 整形
电液转 换器
机械液 压系统
现地开关、 按钮操作 二次及监控 系统送来的 开关量指令
监控及AGC 等送来的数 字量指令
可 编 程 计 算 机 控 制 器 P C C
传感 器
变送 器 人机对 话单元
微机调节器包括外部信号处理， 通信，PID调节等模块，最后输 出模拟电压信号。 电液转换器通过驱动器、步进 电机可以完成电气信号至机械 液压信号的转换。 机械液压系统由引导阀、主配 压阀及接力器及其它辅助机构 构成导叶控制部分。 微机调速器工作时，通过测量 比较环节输入频率差或其它信 号，信号经过整形处理后，输 入到PID控制环节，得到一个消 除偏差的信号，该信号在电液 转换器中完成电信号到位移信 号的转换，达到控制机械液压 系统的目的，完成频率调整。