水轮机调节
水轮机调节
1、水轮机调节的基本任务是什么？与其它调节系统相比，水轮机调节有哪些特点？基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组转速(频率)在规定的范围内。
这就是水轮机调节的基本任务。
水轮机调节的特点：(1)水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位水体 小所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因 而水轮机及其导水机构也相应较大。
(2)水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。
(3)有些水轮机具有双重调节机构。
(4)随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能。
总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。
2、什么是调速系统的转速死区？其对调节性能有何影响？ 转速死区：在调速系统的转速上升和下降静态特性曲线中，相同开度下的转速之差与额定转度之比。
对调节性能的影响：转速死区使调节系统频率调节质量降低，使机组负荷分配误差增大，对调节系统稳定性也不利。
5、什么是调节保证计算？在设计阶段就计算出甩负荷过渡过程中的最大转速上升值及最大压力上升值，以判断甩负荷过程中的压力和转速是否超过允许值，工程上把这种计算称为调节保证计算。
6、什么是直接水击、间接水击？什么是水击相长？直接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’<Tr ，则在水库传来的反射波还没到达时，阀门（导叶）已经关闭（开启）。
因此，在阀门（导叶）关闭（开启）时刻，只受到直接波的影响，这一现象，称为直接水击。
间接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’<Tr ，则阀门（导叶）关闭（开启）前，反射波已经达到。
因此，阀门处的压力取决于直接波和反射波，这一现象称为间接水击。
水击相长：由A 端产生的水击波到达B 端反射回A 端所经历的时间称为水击的相长。
aLT 2r =7、试写出T w 、T a 、T r 的公式，并分析各自的物理含义和在调节系统所起的作用。
水轮机调节及频率调整概述
bp
•
A
1.0
y
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频率给定 f c ：根据运行要求设定的系统频率。 开度/功率给定 y c p c ：对应于频率给定的开度及功率。 人工开度/功率死区：不起调节作用的开度及功率区间。
微机调速器进入稳定状态的必要条件：
f c f g 50 b p ( y c y ) f c f n 50 e p ( p c p )
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当系统负荷发生变化时，各机组根据自身的速度变动率，自动分配 系统的负荷变化，分配的多少与速度变动率成反比。 在二次调频中，一般选用速度变动率较小，容量大的机组或电站利 用调速器的频率调整机构，联合调节。这要求做此种功能的机组调节性 能要好，调速器动作灵敏。
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其实，对于比例-积分-微分环节的调节机理我们在对水轮机进行 手动调节时已经形象地反映出来了。例如：机组频率为51HZ和 54HZ均大于50HZ，但针对前者，关闭导叶的幅度要小一点，慢 一点；对于后者，幅度要大一点，快一点。这就是比例环节的 体现。 当机组频率接近额定值时，应当密切观察频率偏差， 缓慢、微量地开启或关闭导叶，直至机频恢复正常范围。 类似 于积分环节。 当机频由54HZ以较快速度下降到51HZ时，虽然仍 大于50HZ，但此时不应继续关闭导叶，可能还需要使导叶稍微 开启一点，这是针对水流惯性和机组惯性而采取的超前调节原 则，对应于PID环节中的微分环节。
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频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量的下降不仅影响用户 的用电质量，同时对电力系统的影响也很大，严重时可造成系统瓦解。 当机组并入大电网运行时，水轮机调速器主要起到电网一次调频 的频率调节器和电网二次调频及电网负荷频率控制的功率控制器的作 用。所以，原来所说的水轮机调节系统的功能有了增加和扩展：在完 成水轮机频率调节任务的同时，还与电网AGC系统和电厂AGC系统相接 口，具有一些与电网控制有关的附加功能。 电网的一次调频是针对偏离了系统额定频率50HZ的频率偏差，按 功率永态差值系数（速度变动率）ep对机组进行功率控制，由于该系 数的存在，也决定了该调节是一个有差调节，因而由各机组共同完成 的一次调频不可能完全弥补电网的功率差值，从而也不可能使电网频 率恢复到允许范围。 为了进行电网负荷频率控制，使电网的功率差值得到弥补，恢复 电网频率，就必须进行电网的二次调频，控制机组的目标功率值，改 变调速系统静态特性曲线，使机组在新的目标功率值确定的静态工作 点下运行，补偿了功率和频率，电网实现新的功率平衡。
水轮机调节
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Q，从 而减小Mt，以达到新的平衡状态。
谢谢
根据偏差的情况通过放大器向执行元件发出指令，执行元件根据指令改变导水机构的 开度，反馈元件则将导叶开度的变化情况反回给计算器，以检查开度变化是否符合要求， 如变化过头，则发出指令进行修正。
在图中，测量、计算、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。
反馈元件
水轮机调节系统方框图 13
图中的方块表示水轮机调节系统的元件： 箭头表示元件间信号的传递关系： 箭头朝向方块表示信号的输入， 箭头离开方块表示信号的输出，前一个元件的输出是后一个元件的输入。 从图中可以看出，由导水机构输人的水能经机组转换成电能输送给系统。
电能的频率f(亦即机组的转速n)信号输入调速器的测量元件，测量元件将频率f信号转化 成位移(或电压)信号输送给计算器(图中的⊕)并与给定的f值作比较，判定频率是否有偏差 和偏差的方向，
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。
第四章 水轮机调节
调速设备的组成：调速柜、接力器、油压装置
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。
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径 100mm， 额定油压40Mpa，A是第一次改型后产品 A、B、C为改型次数。
七、调速器油压装置
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：压力油箱（储存压力油)、集油箱（收集调速 器回油和漏油)、油泵（向压力油箱送油)。
油压装置型号由三部分组成，中间用横线隔 开，形式为：
HYZ—4
表示组合式油压装置，压力油箱容积为4m3，一个 油箱，额定油压为2.5MPa。
无第三部分表示压力油罐数为一个，额定油压小 于2.5MPa。
八、水轮机调速设备的选择
包括：调速柜、接力器、油压装置。
中小型调速器的选择 大型调速器的选择
中小型调速器的选择
中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功 查调速器系列型谱表来选择的。中小型反击式水轮 机调速功的经验公式：
电能
执行元件
放大元件
综合环节
稳定元件
敏感元件
六、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)、电气液压(电调)和微机电液（微调） 电气液压：用电气回路代替机调中的机械元件。调节性
能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。 微机电液：采用计算机控制器，可靠性、调节功能和品
A (200 ~ 250)Q HmaxD1
第一章 水轮机调节的基本原理
随着电力系统容量扩大、自动化水平提高，对水轮机调速器稳 定性、速动性、准确性提出了越来越高的要求，调速器的操作功能、 自动控制不断完善，已成为水电站综合自动化必不可少的自动装置。 四、调速器的发展 最早调速器是蒸汽机调速器。20世纪30年代出现了完善的机械液 压调速器。20世纪40年代中期出现了电气液压型调速器。20世纪 80年代初，出现在了常规油压和高油压微机调速器。
式 中
负反馈—— 反馈信号的作用方向与原输入信号的方向相反的反馈； 负反馈 正反馈—— 反馈信号的作用方向与原输入信号的方向相同的反馈； 正反馈 调速器中一般采用负反馈 负反馈。 负反馈 在机械液压调速器中常见的反馈有两种：一种是硬反馈；另一种是软反馈。 （一）硬反馈 硬反馈 局部反馈是一种硬反馈。
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。
水轮机调节的基本概念
水轮机调节系统的新技术和新应用
智能控制技术：实现水轮机调节的自动化和智能化 远程监控技术：实现水轮机调节的远程监控和故障诊断 节能技术：提高水轮机调节的效率和节能效果 环保技术：减少水轮机调节对环境的影响实现绿色环保
水轮机调节系统的挑战和机遇
挑战：技术难度大需要不断研发和创新 挑战：市场竞争激烈需要不断提高产品质量和性能 机遇：绿色能源需求增长水轮机调节系统市场前景广阔 机遇：政策支持有利于水轮机调节系统的推广和应用
03 水轮机调节的种类
机械调节
机械调节原理：通过改变水轮机叶 片角度或导叶开度来调节流量
机械调节特点：响应速度快、调节 精度高、稳定性好
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机械调节方式：叶片角度调节、导 叶开度调节、桨叶调节等
机械调节应用：广泛应用于水电站、 泵站等水轮机调节系统中
电气调节
原理：通过改变发电机的励磁电流来调节水轮机的转速 优点：响应速度快调节精度高 缺点：需要额外的励磁设备成本较高 应用：适用于大中型水轮机特别是调频调峰场合
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汇报人：
调速器：控制水轮机转速的 装置
水轮机：将水流的动能转化 为机械能的设备
控制系统：实现水轮机调节 的自动化控制
传感器：监测水轮机运行状 态的设备
执行器：根据控制信号调整 水轮机运行状态的设备
水轮机调节的基本原理
水轮机调节的目的是控制水流量以保持稳定的发电量 水轮机调节的基本原理是通过改变水轮机的叶片角度改变水流量 水轮机调节的基本原理是通过改变水轮机的叶片角度改变水流量 水轮机调节的基本原理是通过改变水轮机的叶片角度改变水流量
水力发电站：调节水轮机转速控制发 电量
水力发电站：调节水轮机转速控制发 电量
水电站教程课件 第四章 水轮机调节
第四章 水轮机调节学习提示内容：介绍水轮机调节的任务，水轮机调节系统特性，水轮机调速器的工作原理，调速器的类型，调速系统的油压装置。
重点：水轮机调节的途径，调速器和油压装置的选择。
要求：了解水轮机调节系统特性，水轮机调速器的工作原理；掌握水轮机调节的概念和调节途径，调速器的种类和适用情况、油压装置的选择。
第一节 水轮机调节的任务一、问题提出水电站作为电力系统的供电电源，不仅要保证供电的安全可靠，而且要保证供电电压和频率的稳定。
在电力系统中，由于电压和频率的过大变化会严重影响供电质量，使电力用户的产品质量和正常生产遭受破坏。
因此，我国电力系统规定：电力系统的频率应保持为50Hz ，当电力系统容量小于50万kW 时，频率偏差值不超过±0.5Hz ；当电力系统容量大于等于50万kW （大电力系统），频率偏差值不超过±0.2Hz 。
用户端电压变动幅度的允许范围是：35kV 及其以上的用户为额定电压的±5%，10kV 及其以下的用户为额定电压的±7%，低压照明用户为额定电压的+5% ～-10%。
一些发达国家，对频率和电压的稳定要求更加严格。
电力系统的负荷是随时不断变化的，由于负荷的变化而引起系统电压和频率变化势必会影响供电质量。
这要求系统中承担调频任务的机组，在系统负荷变化时，能迅速改变其功率使之适应于外界负荷的变化，并同时使电力系统的电压和频率恢复和保持在允许变化范围以内。
在水电站中，电压调整由发电机的电压自动调整系统（励磁装置）实现，频率调整由水轮机的调速器来完成。
二、水轮机调节任务与途径发电机输出电流的频率f 与其磁极对数p 和转速n 的关系为/60f pn =。
对一定的发电机来说，其磁极对数p 是固定不变的，要调节发电机电流频率f 只能调节水轮机的转速n ，所以水轮机调节的实质就是转速调节。
因此，水轮机调节的基本任务就是根据外界负荷的变化，通过调节机组出力使之与外界负荷相适应并保证机组的转速变化在规定范围之内。
水轮机调节的基本要求
水轮机调节的基本要求发电机是给电力系统提供足够可靠的“信赖”，功率调节范围宽，调节精度高以及其调节性能良好，因此调节是液力发电设备运行中重要的调节工作。
发电机液力调节有很多技术要求，有三种常用的调节方式，即水力泵、气流泵和电力机组。
其中，水轮机发电调节是运电量调控最重要的水轮机调速系统，涉及调节要求因而响应更加复杂多变。
水轮机的调节要求一般包括如下内容：1. 发电机的运行范围要宽：水轮机发电调节一般要求能实现从最大出力调节到最小出力，出力范围一般为95%-105%，高级调节要求可达90%-110%。
2. 调节精度高：液力发电机的调节精度是一个重要的技术指标，比如现代液调机组的调整精度由1%或0.5%调节至0.1%，调节范围从原来的手动调节，到现在的PLC调节，使液力发电机的调节精度不断提高，来满足发电机最优发电要求。
3. 调节速度快：液力发电机调节要求调节速度快，要适应各种变化的负荷，在发电过程当中实现调节速度，根据机组的调节曲线的设定，要求调节速度快，可调节时间1min 以内，以保证机组的平稳、可靠运行。
4. 功率调节平稳：发电机调节要求功率调整平稳，不宜瞬间大特别又频繁的调节，以保证机组的安全运行，提高机组的利用效率，节省机组运行成本。
5. 稳定性要强：发电机的调节要求稳定性较高，尤其是在不断变化的环境下，要保证机组调节的准确性、稳定性和条件参数的完备性，良好的调节才能保证机组的安全运行。
总的来说，水轮机调节的基本要求就是要协调负荷变动和发电量的变化，以保证机组的安全运行。
发电机液力调节要求运行范围宽，调节精度高，调节速度快，功率调节平稳，稳定性要强等。
发电调节是发电机运行中的关键技术指标，因此，发电厂要综合考虑有关的技术指标，选定最合适的调节设备及系统以满足发电厂运行的要求和效率。
第一章水轮机调节的基本原理
转速不变
转速上升
转速下降
1：上支持块 ； 2：钢带 ；3：限位块 ； 4：重块 ；5：限位螺杆 ；6：弹簧； 7：下支持块； 8：转动套
在忽略惯性力、液摩阻力时，离心摆的输入信号与输出信号之间成正比关系：
式 中
上式表明：若把下支持块位移量△L看成离心摆的输出量，把转速变化量的相对值x看成输 入量，则离心摆的输出量与输入量成正比。
水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程。 具体做法：利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差， 调整水轮机导叶或喷针开度，使水轮机动力矩和发电机阻力矩及时 恢复平衡，从而使转速和频率保持在规定的范围内。 三、水轮机调节的特点
▲机组以水为工作介质，谁能开发受到自然条件限制，且单位工 作介质小，发出同样的电能需要通过较大的流量，配备的导水机构 也较大，需要配置较大液压操作机构，但液压元件非线性和时间滞 后性会影响水轮机调节系统的动态品质；
第一章 水轮机调节的基本原理
第四节 调节系统静态与动态特性
前言： 1.调速器是机组最重要控制设备之一，其担负着机组转 速（f）调整、机组开机、停机、并网及有功负荷调整等 任务。 2.调速器性能的好坏直接关系到机组运行的稳定和可靠 性，甚至关系到电网的稳定。 3.调速器性能品质指标衡量指标： 调速器静态特性/动态特性，及其相关参数 一、调节系统的静态特性及品质指标
通过引导阀的油流量与针塞阀盘和转动套相对位移量关系：
Q vS vbh
式中 v：转动套窗口油流速度； △S：引导阀窗口开度； b：转动套窗口宽度； △h：针塞阀盘与转动套窗口的相对位移。
（二）辅助接力器与主配压阀 组成：阀体、辅助接力器活塞、主配压阀活塞等。 辅助接力器活塞是差动活塞，上盘上部通压力油，下部通排油； 主配压阀活塞2个阀盘，上盘面积大、下盘面积小；
水轮机调节的基本要求
水轮机调节的基本要求
1水轮机调节
水轮机调节是一种利用水力发电的机器，它根据池塘的水位的变化，调节水轮机的转速，使电力系统的峰谷差更有效地发挥作用，更好地满足电力系统的发电要求。
1.1水轮机的调节方式
水轮机的调节主要有两种方式，一是固定式，一是变动式。
固定式水轮机在水压不变的情况下，其流量调节由改变转速来实现，从而调节电力发电量；变动式水轮机则是通过水轮机本身的涡轮叶片来更改检测口的水流量，从而调节转速以及电力发电量。
1.2水轮机的基本要求
在水轮机的调节过程中，必须考虑一定的安全控制问题，因此水轮机的调节过程中需要考虑两个基本要求：
1）水位控制要求：在调节水轮机过程中，要保证水轮机不会超负荷运转以及供水不足，以保证水位持续处于允许调节范围内；
2）调节变化率控制要求：为了避免电力系统中峰谷差的过大变化，在调节水轮机时，应该限制水轮机的调节变化率，确保电力系统的峰谷差的变化满足要求。
总之，调节水轮机是一项艰巨的任务，必须考虑到水位控制要求和调节变化率控制要求，才能有效调整水轮机，达到理想的发电效果。
水轮机调节第七讲
第七讲水轮机调节系统动态特性及参数整定一、水轮机调节系统动态特性水轮机调节系统由调节对象和调速器组成，具有加速度回路的软反馈型调速器的水轮机调节系统的方块图见图7—1。
它是一个定值调节系统，x c 和c 是转速给定信号，m g0为负荷扰动信号。
本节将讨论如图7—1所示水轮机调节系统的动态特性。
具有加速度回路的软反馈型调速器的传递函数为设b p =0，T y =0，T'n =0，则即具有PID 型调节规律。
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pd p t y d y d x r b s T b b T s T T s T s x s Y s G +++++==])([1)()()(1211sT b b s x s Y s G d t t c r 11)()()(+≈=设有混有式水轮机，且e qx ＝0，按刚性水击考虑引水系统水流惯性作用，则水轮机及有压引水系统的传递函数为式中：发电机及负载的传递函数为sT e seT e s T e s T e e e e e s Y s M s G w qh w yw qh w qh y h qy y t t +-=+--==111)()()()(qhh yqy e e e e e -=na t g e s T s M s x s G +==1)()()(因此，在使用软反馈型调速器时，水轮机调节系统的开环传递函数为或式中：)1)(1)(1)(1()1)(1()()()(0++++++-==s e T s T e s b T s b T b e b s T s eT e s x s x s G naw qh t y p d t n p d w y c ))(1)()(()1)(1()(0anw qh y t d t p dw d T e s T e s T b s T b b s T s eT s K s G ++++++-=ya qh y d T T e e e K =在使用有加速度回路的软反馈型调速器时，调节系统开环传递函数为或式中：)1)(1)(1)(1)(1()1)(1)(1()()()('0+++++++-+==s e T s T e s b T s b T b s T e b s T s eT s T e s x s x s G na w qh t y p d t n n p d w n y c ))(1)()()(1()1)(1)(1()('0anw qh y t d t p n dw n n T e s T e s T b s T b b s T s T s eT s T s K s G +++++++-+=ya qh n y n d T T e T e e T K '=对给定信号x，调节系统的闭环传递函数为c，调节系统的闭环传递函数为对负荷扰动信号mg0分式前负号表示负荷力矩增加相应转速减少。
水轮机调节的基本概念讲解
水轮机控制系统 hydraulic turbine control systems:
用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差， 并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。
被控制系统 controlled system:
由水轮机控制系统控制的系统，它包括水轮机、引水和泄水系统、装有 电压调节器的发电机及其所并入的电网。
所以，在一定的机组工况下，只有调节流量Q和效率 η ，才能调节水 轮机转矩，达到调节目的。从最终效果来看，水轮机调节的任务是维持 水轮发电机组转速（频率）在额定值附近的允许范围内。然而，从实质 上讲，只有当水轮机调节器相应地调节水轮机导水机构开度（从而调节 水轮机流量Q）和水轮机轮叶的角度（从而调节水轮机效率），使，才 能使机组在一个允许的稳定转速（频率）下运行。从这个意义上讲，水 轮机调节的实质就是：根据偏离额定值的转速（频率）差信号，调节水 轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机组功率与负荷功率的平衡。
水轮机调节的基本概念 和
数字式（微机）电液调速器
一、水轮机调节的基本概念
1.水轮机调节系统 2.水轮机调节的任务 3.水轮机微机调速器的原理 4.静态特性 5.动态特性
二、数字式（微机）电液调速器
1.微机调速器的结构 2.静态特性 3.动态特性 4.控制功能
一、水轮机调节的基本概念
器的主要作用是根据偏离机组频率(转速)额定值的偏差，调 节水轮机导叶和轮叶机构，维持机组水力功率与电力功率平 衡，使机组频率(转速)保持在额定频率(转速)附近的允许范 围之内。这时的水轮机调速器主要是一个机组频率(转速)调 节器。 现代水电厂和电力系统，对水轮机调速器的性能及功能提出 了新的和更严格的要求。
水轮机调节系统(普通高等教育“十三五”规划教材)
水轮机调节系统（普通高等教育“十三五”规划教材）一、引言水轮机是一种将水能转化为机械能的设备，广泛应用于水力发电和水资源利用领域。
水轮机调节系统是水轮机运行和控制的关键部件，其稳定性和可靠性对水轮机的运行效率和安全性起着重要作用。
本文将对水轮机调节系统的构成、工作原理、性能指标和未来发展方向进行介绍和分析。
二、水轮机调节系统构成水轮机调节系统由传感器、控制器、执行器和监测系统等组成。
传感器负责感知水轮机的状态和环境参数，包括水位、流量、压力等，将这些信息传递给控制器。
控制器通过对传感器信号的处理和分析，制定相应的控制策略，并将调节信号发送给执行器。
执行器则根据控制信号控制水轮机，完成对水轮机的调节。
监测系统则对水轮机的运行状态进行实时监测和分析，以确保水轮机调节系统的安全稳定运行。
三、水轮机调节系统工作原理水轮机调节系统的工作原理是通过控制水轮机的进水量来实现对水轮机转速的调节，从而控制水轮机的输出功率。
当负荷发生变化时，控制器接收到传感器的信号，根据预设的控制策略计算出相应的调节信号，并发送给执行器。
执行器根据控制信号的大小和方向，对水轮机的进水阀门进行调节，改变进水量，从而使水轮机的转速稳定在预设值附近。
四、水轮机调节系统性能指标水轮机调节系统的性能指标包括响应时间、稳定性和控制精度。
响应时间是指系统从接收到负荷变化信号到完成调节的所需时间，影响到系统的动态特性。
稳定性是指系统在负荷变化过程中的稳定性能，包括系统的抗干扰能力和抗过载能力。
控制精度是指系统调节水轮机转速的精确程度，反映了系统的控制能力和调节精度。
五、水轮机调节系统的发展方向随着科技的进步和需求的变化，水轮机调节系统也在不断发展和改进。
未来的水轮机调节系统将更加注重系统的智能化和自动化程度。
例如，利用先进的传感技术和自适应控制算法，提高系统对复杂环境的适应能力和控制精度。
同时，加强对水轮机运行状态的监测和分析，预测和预防潜在的故障和风险，提高系统的可靠性和安全性。
水轮机调节的基本知识(可用)
A'
E"
E
E'
机组出力E
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水轮机调节基本知识
当电网频率发生变化时，如频率从 f 下降到 f ' 时，则工作点 沿静特性由A移至A'，机组出力由E增加到E'
电网 频率f
f f' A A'
E
E'
机组出力E
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水轮机调节基本知识
机组静态转差率 bｐ 值愈大(即调速器的转差率 bｐ 值整定愈大，但 ep 不完全取决于 bｐ ，它还与水头，机组特性等有关)，则在电网频率发生 变化时，机组所承担的变动负荷愈小，如图 6 所示，反之则愈大，当 b ｐ 整定为零时(即 eP 也为零)，该机组即为单机调频机组，电网频率的 微小变化，将引起机组出力的大幅变化。
水轮机调节基本知识
1
水轮机调节基本知识
一、水轮机的调节系统组成
组成：调节器、调节对象、反馈测量
2
水轮机调节基本知识
1.
调节器
即调速器，由电气、机械液压两部分组成
2.
调节对象
由水轮机、引水系统、发电机及负载等组成
3.
反馈测量
包括机组转速测量和机组出力测量两部分
4.
给定
有功率给定和频率给定两种
5.
扰动
8
水轮机调节基本知识
五、水轮机调节系统的基本原理
M1 F P2 + + f R T P1 G
一次调频及及二次调频回路示意
C1
+
－
M3
E
C2
+ M2
－
W
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水轮机调节基本知识
水轮机调节
（5）阀组（安全阀、逆止阀、减载阀）
安全阀的作用是保证压力油罐内油 压不超过允许值，防止油泵与压力油罐 过载。
减载阀的作用是保证油泵电动机在 低负载下启动，缩短启动时间，减少启 动电流。
逆止阀用来防止压力油罐内的压力 油在油泵停止运行时倒流
6、调速器的类型与系列
（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。现在很少使用。
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
（1）无差调节：调节前后 机组转速不变，如图5-1a。 （2）有差调节：调节前后 机组转速有一小的偏差， 如图5-1b。
对单机运行的机组，才有可能采取无差调节的方式； 多台机组并列运行时，各台机组反应时间和动作快慢 不同，需采用有差调节的运行方式。
（2）有差调节
（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 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。
工作线圈：实现控制操作 线圈
振荡线圈：防止卡阻，提高工作可靠性
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 ，使控制套产生位移，使下一级随动。振荡电 流使线圈和控制套产生微小振动，以提高控制 套的灵敏度，防止卡阻。
成一个整体，称为组合式，运行方便。
（1）调速柜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。
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微机调速器液压调速器
80年代，微机调速器问世
工控机型
国内，81年开始研制，84年第一台产品投入运行
微机调速器的优点：
和PLC型
➢
可靠性高
➢
动、静态品质优良
➢
运行维护方便
➢
配合计算机监控系统，可大大提高水电厂综合自动化水平
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水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
调速器的型号含义
额定油压 主配压阀直（mm） 调速器基本型号（T）
的自动化水平
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水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
调速器的分类
机械液压型
1901年，机械调速器问世（机械离心飞摆式调速器）
50年代末，机械调速器全盛时期
电气液压型（模拟、数字）
50年代末-60年代，电液调速器迅速发展
50年代-70年代，电调经历了三个阶段，其放大器分别用以下的元件实现：电子 管、晶体管、集成电路。
【映电总厂发电部】
调速器的作用
实现手动、自动启停机组
DDT调速器4种方式； BWT调速器的三种控制方 式
调速器应具备手动、自动两种控制操作方式，并实现二者
之间的无扰动切换。现在调速器为了更可靠的操作机组，具 有多种容错控制方式，即一种控制不可靠后可以迅速无扰动 切换到另一种方式
发电并网前的调节
机组并网必须满足的条件？
电气开限机构
一定水头下，限制电调的输出，从而限制机组在最 大出力范围内运行
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水轮机调速系统
人工死区
【映电总厂发电部】
什么是死区？
实测频率与给定频率之差为Δf，由 于调速器的灵敏性受限，并不是在任意 大小的Δf下调速器都会输出控制的。
设置人工死区的目的
第二、低转速时残压信号严重失真，根本无法通过残压信号正确 测量出机组频率，若调速器处理不当将会造成机组过速，调节不 稳定等。
第三、若PT的保险炸裂、接触不良或断线等，此时调速器接受到 的残压信号完全是一个干扰信号，这个干扰信号通过硬件电路根 本无法消除，因而此时调速器难以准确、及时地判断出断线等故 障，仍然以错误信号加以调节，引起接力器大幅度抽动，机组转 速将会大幅度变化，严重时，引起低油压事故等，严重威胁机组 安全、经济运行、造成极其严重后果。
功率调整回路使机组出力尽快跟踪功率设定值，功率设定值 可来自操作人员现地手动输入、中控室输入或中调远方输入。
机组并网以后的频率调节
频率调测速量器值以偏内离部参设考置值的时频，率频f率0调为整参回考路值起，作一用般，为按50照Hz预，先当整电定网 的静态转差率 ，以有差调节方式调整机组出力，自动承担电网 的变动负荷，使系统频率尽量维持在规定范围内
的频率，从而得到残压信号
齿盘测频
残压测频存在的缺陷
齿盘测频由齿盘、接近开关和微机测频单元组成
电源
机频显示
T2
3
3
T1
3
5V 24V G
4CPCP-＊型 齿盘测频装置
P
D16位数字量
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水轮机调速系统
测频单元
【映电总厂发电部】
现在水电厂广泛采用的微机调速器一般 都采用了齿盘测频和残压测频冗余容错 式的双路测频。双路测频互为热备用。
为了防止运行中调速器测频回路故障， 引起机组误调节，在双路频率信号都消 失的情况下，要求机组保有故障前的频 率或保持机组的当前运行状态不变
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水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
残压测频存在的缺陷
第一、干扰源复杂且难以排除，部分表计、励磁调节器、保护装 置大多与测频装置取自于同一PT的信号，无法隔开，而且各个部 分引入PT信号的线路环境各异，走线复杂，彼此间相互干扰。
为什么要采用有差调节？
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水轮机调速系统
调速器在事故情况下，需要从运行态尽快停下来， 机组采用最快的关闭速度关闭导叶。
实现双调节机组的高效协联 关闭速度受水击限制
对轴流转桨式水轮机，让导叶的开度和轮叶的
开度实现最佳的配合
手动运行如何协联？
与电厂的其它自动装置配合使用，提高整个电厂
阻力力矩 Mg：电功 率；机械 损耗
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水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
水轮机调节系统组成
水
水能
导水机构
水轮发电机组
电能
转速给定
f
功率给定
执行元件
放大以元件
测量元件
反馈元件
由上图可知：调速系统由调节对象－水轮发电机 组和调节器组成
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水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
水轮机调节系统组成
其中自动调速器由测量、放大、执行、反 馈元件构成
测量元件：负责测量机组输出电能的频率，并与给定 频率值比较，当测得的频率偏离给定值的时候，发出 调节信号
放电元件：负责把调节信号放大，然后通过执行元件 改变导水机构的开度，使机组频率恢复到给定值
反馈元件：提供执行反馈，使调速器稳定工作
没有反馈时会出现什么情况？反 馈为正时又是什么情况
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水轮机调速系统
在机组并网前，调节机组转速使之满足并网需要，机组 输出功率为零，仅机组转速调整回路起作用，调速器调整自 动跟踪电网频率，使机组频率与系统频率尽量接近
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水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
调速器的作用
机组并网以后的功率调节
按功率给定使机组平稳地带上负荷，并根据电网负荷（频率） 的变化调整机组有功出力，以维持电网频率在规定的范围之内。 功率调节
单调（无），双调（S）
电气D，机械（无）、微机W
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水轮机调速器系统原理结构图
远方增减
电手动
比例
人
电
工 死
微分
气 开
步驱
区
限
积分
测
频率给定
频
暂态 转差
机
组
导叶开度
频
率
永态 转差
传感器
机手动
接力器
主配
步进电机 螺纹伺服 引导阀
水轮机调速系统
【映电总厂发电部】
调速器的测频单元
残压测频
从电压互感器二次测取得电压信号，测量这个电压
第四、电力系统污染。当用电负荷变化较大时，引起一次电压波 形畸变，当机组并网后，由机端PT引入的频率信号自然在跟着发 生畸变。
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水轮机调速系统
开度限制机构
【映电总厂发电部】
开限机构的作用
防止设备故障或人员误操作，导叶开度扩大，造
成机组过速或过负荷
机械开开限
宝珠寺电厂机组 过载事故
通过机械回复机构，限制接力器的最大行程
水轮机调速系统
牟玉雷
水轮机调速系统
目录
【映电总厂发电部】
调速原理
系统组成
作用
分类 主要参数
主要部件 调保计算
静特性 试验调整
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水轮机调速系统
调速原理
主动力矩 Mt：水轮 机传来的旋 转机械能
Mt－Mg＝J×dω/dt Mt=Mg 机组转速恒定
【映电总厂发电部】
Mt>Mg 机组加速 Mt<Mg 机组减速