第五章 水轮机的调速设备

第五章 水轮机的调速设备
§5.1 水轮调节的基本概念
一、 水轮机调节任务
电压变化→发电机电压调节系统完成（自动)使U =U 电力系统负荷变化 流频率变化f ，f =k (p ,n )，p 不变，只有调节转速n →f 稳定(f =50Hz)，由水轮机调速器完成。

水轮机调节的任务：
1、随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。

2、保持机组转速和频率变化在规定范围内。

3、启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)。

二、水轮机调节原理
(一)、原理：水轮发电机组的运动方程式为：
dt
d J M M g t ϖ=- 式中：t M ——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)；
g M ——发电机的阻力矩(发电机定子对转子的作用力矩与t M 相反)； J ——机组惯性矩；
dt
d ϖ——角加速度；
(1) 当t M =g M 时，dt
d ϖ=0，
e n n C ==ϖ (2) N ↓→g M ↓→t M 〉g M →dt
d ϖ〉0→n ↑ (3) N ↑→g M ↑→t M 〈g M →dt
d ϖ〈0→n ↓ 所以当负荷变化时，应调节t M ，使t M =g M ，
e n n =，f=50Hz 。

又：ϖηγηγϖ/HQ M QH M t t =⇒⇒=
要使C =ϖ，一般不能改变H 和效率η(做不到或不经济)，而是通过改变Q 而达到改变主动力矩M t 的目的。

调节流量的途径：
反击式：通过改变导叶开度a 0
ZZ ：同时改变叶片转角。

冲击式：通过改变喷嘴开度
(二)、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。

(N 变化 —— a 0变化—— Q 变化 —— n=n e ),调节实质：调节转速 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。

二、调节系统的特性(略)
三、水轮机调节系统的组成
调速器的作用：以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，已达到改变出力恢复转速的目的。

调速器主要有以下几个部分组成：
测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变为位移信号，然后输出。

放大机构(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力器，二级放大)：位移变化→油压变化。

执行机构：主接力器，控制导叶开度，改变流量
反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使t M =g M 时，反馈信号使调节停止。

机械液压型调速器是以压力油作为外界能源。

四、调速器的类型与系列
(一)、类型
1、按调速器元件结构分：机械液压(机调)和电气液压(电调)
电调比机调的优越性：调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。

电气液压：用电气回路代替机调中的机械元件。

2、按调节机构数分：单调、双调。

单调：只有一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组
双条：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角)，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
（二)、调速器系列（反击式水轮机）
由三部分组成：
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25×105Mpa 不加注
例：YT—300 中型、带油压装置、机调、额定油压2.5Mpa，工作容量3000×9.81Nm
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40×105Mpa，A是第一次改型后产品
A、B、C为改型次数，系列型谱见表5—1。

五、调速器油压装置（自动化）
油压装置是供给调速器压力能源设备，是调速系统设备之一。

组成：压力油罐（储存压力油)、回油箱（收集调速器回油和漏油)、油泵（向压力油罐送油。

六、水轮机调速设备的选择
包括：调速柜、接力器、油压装置。