SAFR2000水轮机调速器基本介绍
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第一部分 水轮机调速器概述
调速器的工作原理
现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两 大类。
反击式水轮机有混流式、轴流式、贯流式等 冲击式水轮机有水斗式、斜击式和双击式等
调速器与机组构成水轮机调节系统，调速器是调 节设备，机组是被调节设备，调速器是作用于水 轮机的，为水轮机服务。
调速器的工作原理
系统控制插箱简介
A、B两套系统均为标 准8U插箱
A系统右侧比B系统多 一块双机切换模件
除此之外两套系统完 全一样，以A套系统插 箱为例，其插箱面板 如图所示
双重供电
调 试 窗
组合电源
主机模件
采样 控制 数字 模拟 空 双机 模件 模件 模件 模件 面板 切换
2.4 各插件面板说明如下：
2.41双重供电模件：
第二部分 SAFR-2000功能特点及技 术参数
2.1 SAFR-2000微机水轮机调速器简介 2.2 装置硬件基本配置 2.3 SAFR2000微机调速器硬件系统 2.4 各插件面板说明 2.5 SAFR-2000型调速器的运行界面 2.6 微机测速装置
2.1 SAFR-2000微机水轮机调速器简 介
调速系统主要作用
1、维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调 频要求；
电力系统的频率稳定主要取决于系统内有功功率的平衡， 当系统缺有功时，系统频率就下降，当系统有功功率多时， 系统频率就上升。水轮机调速器的主要任务就是发电机在 空载时维护机组转速在额定值左右，而在并网发电后调速 器的主要作用是实现功率调节同时以50HZ作为频率调节的 给定值，并维持机组频率在50±人工死区范围内。一个性 能良好的水轮机调速器可以保证发电机组和电力系统的安 全可靠，并且可以提高发电机组和电力系统的技术经济指 标．
水头水压 模拟量输出 工况命令 报警及状态
A/D
D/A
D/I
D/O
水头水压 模拟量输出 工况命令 报警及状态
A/D
D/A
D/I
D/O
CANBUS 或
PROFIBUS
QSPI M C MC68332 U
TPU
切换信息
切换信息
QSPI M
MC68332 C
U TPU
CANBUS 或
PROFIBUS
信号调理
水轮机调节的基本任务
调速系统的主要任务就是:把系统频率对于其额定 值的偏移限制在一个相当小的范围内（如2%）。 即根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的功率 输出，并维持机组转速在规定的范围内。
水轮机调节的基本任务是：当电力系统负荷发生 变化、机组转速出现偏差时，通过调速器相应的 改变流入水轮机流量，以使水轮机转矩与发电机 负荷转矩达到新的平衡，以维持频率在规定的范 围之内。
插件上有3个显示灯，自上而下，为
“AC220V交流输入” “DC220V直流输入” “OUT整流电源输出” 分别显示电源当前状态。 下方有2个按键开关，分别控制交流电
。 源和直流电源的通断
2.42组合电源模件：
插件上有3个显示灯，自上而下为 “+5V输出” “+12V输出” “-12V输出” 分源自文库显示电源当前状态。面板下方有1个按键开关，用来控制电源的
调节机构 (导水机)
水能
调节对象 (机组)
电能
执行元件 放大元件 综合环节 敏感元件 稳定元件
电能质量指标
电压：励磁调节器进行调整 频率：大型电力系统要求频率波动±0.2HZ，
中小型电力系统要求频率波动±0.5HZ，频 率的调节可以分为一次调频，二次调频， 甚至三次调频多个过程来实现，参于频率 调节的环节也很多，最终的执行机构是调 速器。
信号调理
信号调理
行程测量
频率测量
控制输出
切换逻辑 最终输出
信号调理
信号调理
信号调理
控制输出
频率测量
行程测量
2.2装置硬件基本配置如下(见右图)：
32位CPU主机模件2块 信号测量采集模件2块 控制输出通道模件2块 开关量输入/输出模件2块 双机切换及通讯模件1块 交直流双重供电模件2块 组合开关电源模件2块 控制及信号继电器部件16个
2、控制并联机组间有功功率的分配
3、满足机组的正常操作要求：开停机、增减负荷，以 及空载时增减转速。
4、保证机组的安全运行
5、能接受电站计算机监控系统指令，实现机组的经济 运行（AGC），满足机组开停机、增减负荷的控制要 求。
调速器系统的组成
主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接力 器、油压装置三部分组成。
1、调速柜 控制水轮机的主要设备，能感受指令
并加以放大，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
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：
提供调速系统动力，由压力油罐，回油 箱，油泵，漏油箱四部分组成。
抽屉式键盘
双
组
重
合
供
电
电
源
主 机 模 件
采 样 模 件
控 制 模 件
数 字 模 件
模 拟 模 件
空 面 板
空 面 板
1Z J
2Z J
3Z J
4Z J
5Z J
6Z J
7Z J
8Z J
9Z J
10Z J 11Z J
12Z J 13Z J
14Z J 15Z J
16Z J
2.3 SAFR2000微机调速器硬件系统
等器件接口，可处理有功功率、水头、水压等信号采集，导叶及桨叶 模拟量输出，增减令、开机令、停机令等开入信号采集，故障开出信 号处理等。 TPU模块可处理导叶及桨叶行程采样，频率测量和控制输出等 MCU模块则可处理PID调节计算等
该CPU集成度高，功能完善，可以充分提高系统的调节性能。
SAFR-2000系统结构图
国电自动化研究院于2000年初推出了SAFR-2000电气控制柜 采用了摩托罗拉公司的32位CPU MC68332作为控制核心，高级C语言
编程 其系统结构见图，其CPU内部集成了QSPI同步串行总线模块和TPU定
时处理模块以及MCU计算处理模块等。 QSPI同步串行总线可以和许多串行芯片，如A/D，D/A，D/I，D/O
液晶显示工控机（人机界 面）1套
采用两套完全相同的微机控制 系统(A、B)，互为备用；通过 故障自诊断进行双机切换，严
重故障时（如伺服阀卡）可自 动切换至手动运行。
SAFR-2000
水轮机调速器
平板机
双
组
重
合
供
电
电
源
主 机 模 件
采 样 模 件
控 制 模 件
数 字 模 件
模 拟 模 件
空 面 板
双双 机机 切切 换换
调速器的工作原理
现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两 大类。
反击式水轮机有混流式、轴流式、贯流式等 冲击式水轮机有水斗式、斜击式和双击式等
调速器与机组构成水轮机调节系统，调速器是调 节设备，机组是被调节设备，调速器是作用于水 轮机的，为水轮机服务。
调速器的工作原理
系统控制插箱简介
A、B两套系统均为标 准8U插箱
A系统右侧比B系统多 一块双机切换模件
除此之外两套系统完 全一样，以A套系统插 箱为例，其插箱面板 如图所示
双重供电
调 试 窗
组合电源
主机模件
采样 控制 数字 模拟 空 双机 模件 模件 模件 模件 面板 切换
2.4 各插件面板说明如下：
2.41双重供电模件：
第二部分 SAFR-2000功能特点及技 术参数
2.1 SAFR-2000微机水轮机调速器简介 2.2 装置硬件基本配置 2.3 SAFR2000微机调速器硬件系统 2.4 各插件面板说明 2.5 SAFR-2000型调速器的运行界面 2.6 微机测速装置
2.1 SAFR-2000微机水轮机调速器简 介
调速系统主要作用
1、维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调 频要求；
电力系统的频率稳定主要取决于系统内有功功率的平衡， 当系统缺有功时，系统频率就下降，当系统有功功率多时， 系统频率就上升。水轮机调速器的主要任务就是发电机在 空载时维护机组转速在额定值左右，而在并网发电后调速 器的主要作用是实现功率调节同时以50HZ作为频率调节的 给定值，并维持机组频率在50±人工死区范围内。一个性 能良好的水轮机调速器可以保证发电机组和电力系统的安 全可靠，并且可以提高发电机组和电力系统的技术经济指 标．
水头水压 模拟量输出 工况命令 报警及状态
A/D
D/A
D/I
D/O
水头水压 模拟量输出 工况命令 报警及状态
A/D
D/A
D/I
D/O
CANBUS 或
PROFIBUS
QSPI M C MC68332 U
TPU
切换信息
切换信息
QSPI M
MC68332 C
U TPU
CANBUS 或
PROFIBUS
信号调理
水轮机调节的基本任务
调速系统的主要任务就是:把系统频率对于其额定 值的偏移限制在一个相当小的范围内（如2%）。 即根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的功率 输出，并维持机组转速在规定的范围内。
水轮机调节的基本任务是：当电力系统负荷发生 变化、机组转速出现偏差时，通过调速器相应的 改变流入水轮机流量，以使水轮机转矩与发电机 负荷转矩达到新的平衡，以维持频率在规定的范 围之内。
插件上有3个显示灯，自上而下，为
“AC220V交流输入” “DC220V直流输入” “OUT整流电源输出” 分别显示电源当前状态。 下方有2个按键开关，分别控制交流电
。 源和直流电源的通断
2.42组合电源模件：
插件上有3个显示灯，自上而下为 “+5V输出” “+12V输出” “-12V输出” 分源自文库显示电源当前状态。面板下方有1个按键开关，用来控制电源的
调节机构 (导水机)
水能
调节对象 (机组)
电能
执行元件 放大元件 综合环节 敏感元件 稳定元件
电能质量指标
电压：励磁调节器进行调整 频率：大型电力系统要求频率波动±0.2HZ，
中小型电力系统要求频率波动±0.5HZ，频 率的调节可以分为一次调频，二次调频， 甚至三次调频多个过程来实现，参于频率 调节的环节也很多，最终的执行机构是调 速器。
信号调理
信号调理
行程测量
频率测量
控制输出
切换逻辑 最终输出
信号调理
信号调理
信号调理
控制输出
频率测量
行程测量
2.2装置硬件基本配置如下(见右图)：
32位CPU主机模件2块 信号测量采集模件2块 控制输出通道模件2块 开关量输入/输出模件2块 双机切换及通讯模件1块 交直流双重供电模件2块 组合开关电源模件2块 控制及信号继电器部件16个
2、控制并联机组间有功功率的分配
3、满足机组的正常操作要求：开停机、增减负荷，以 及空载时增减转速。
4、保证机组的安全运行
5、能接受电站计算机监控系统指令，实现机组的经济 运行（AGC），满足机组开停机、增减负荷的控制要 求。
调速器系统的组成
主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接力 器、油压装置三部分组成。
1、调速柜 控制水轮机的主要设备，能感受指令
并加以放大，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
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：
提供调速系统动力，由压力油罐，回油 箱，油泵，漏油箱四部分组成。
抽屉式键盘
双
组
重
合
供
电
电
源
主 机 模 件
采 样 模 件
控 制 模 件
数 字 模 件
模 拟 模 件
空 面 板
空 面 板
1Z J
2Z J
3Z J
4Z J
5Z J
6Z J
7Z J
8Z J
9Z J
10Z J 11Z J
12Z J 13Z J
14Z J 15Z J
16Z J
2.3 SAFR2000微机调速器硬件系统
等器件接口，可处理有功功率、水头、水压等信号采集，导叶及桨叶 模拟量输出，增减令、开机令、停机令等开入信号采集，故障开出信 号处理等。 TPU模块可处理导叶及桨叶行程采样，频率测量和控制输出等 MCU模块则可处理PID调节计算等
该CPU集成度高，功能完善，可以充分提高系统的调节性能。
SAFR-2000系统结构图
国电自动化研究院于2000年初推出了SAFR-2000电气控制柜 采用了摩托罗拉公司的32位CPU MC68332作为控制核心，高级C语言
编程 其系统结构见图，其CPU内部集成了QSPI同步串行总线模块和TPU定
时处理模块以及MCU计算处理模块等。 QSPI同步串行总线可以和许多串行芯片，如A/D，D/A，D/I，D/O
液晶显示工控机（人机界 面）1套
采用两套完全相同的微机控制 系统(A、B)，互为备用；通过 故障自诊断进行双机切换，严
重故障时（如伺服阀卡）可自 动切换至手动运行。
SAFR-2000
水轮机调速器
平板机
双
组
重
合
供
电
电
源
主 机 模 件
采 样 模 件
控 制 模 件
数 字 模 件
模 拟 模 件
空 面 板
双双 机机 切切 换换