水轮机调节资料讲解
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水轮机调节
水轮机调节
一 水轮机调节的任务、原理及特点
二
调节系统的特性
三 水轮机调节系统的组成
四 水轮机调速器工作原理
五 PLC水轮机微机调速器
一 水轮机调节的任务、原理及特点 1、水轮机调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统
复并保持在许可范围内。
负
荷 变
调节对象
调节系统 工作状态
调节前后的 稳定状态
静态特性
调节开始到终 了的过渡过程
动态特性
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
是指导叶开度一定时，调速器在稳定状态 下，机组转速与机组所带负荷之间的关系，即 出力调节前后机组转速的状态。
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。
（2）油压设备
• 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递 操作力。由压力油罐、回油箱、油泵、输油 管、附件等组成。
• 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油 压，为2.5MPa；有的电站采用高油压，为 4.0MPa。
• 调速器工作时的高油压来自油罐，低压侧的 油通过回油管路进入回油箱。
（2）油压设备
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
调差率：机组转速随负荷增减而变化的程度。
调差率表达式为：
ep
nmaxnmin10% 0 n0
nmax－机组最大稳定转速，相当于空载工况；
nmin－机组最小稳定转速，相当于最大负荷工况；
3）甩25%额定负荷后，接力器不动时间对电调不 超过0.2s，机调不大于0.3s。
三 水轮机调节系统组成
1、水轮机调节系统方框图
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 U If
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
2、水轮机调节系统的组成
调速柜+油压设备+接力器。 其中中小型水轮机调速器将这三部分组合
（2）水轮发电机组以水为介质，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。
（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。
二 调节系统的特性
•
水轮机调节系统
调速系统
调速器 随动系统 油压装置
率即可。
二 调节系统的特性
2、调节系统的动态特性
调节系统的动态特性主要是指在调节过程中机组 转速随时间变化的关系。
衡量过渡过程动态品质的常用指标： （1）调节时间：从阶跃扰动发生时刻开始到调节系 统进入新的平衡状态为止所经历的时间。 （2）最大转速偏差值：是第一个波峰值的相对值。 （3）振荡次数：调节时间内出现的振荡波峰个数的 一半。
• 当油压降低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。
J ——机组惯性矩；
d ——角加速度；
dt
2、水轮机调节原理
当负荷发生变化时，Mg将变化，但dω/dt应
为0，以保证n不变，从而保证f不变，故应调节
Mt 一般通过改变Q而达到改变主动力矩Mt的目
的。即调节水轮机的引用流量Q，使Mt=Mg， n=ne
2、水轮机调节原理 调节流量的途径：
反击式：通过改变导叶开度a0 ，ZZ：同时改变叶片转角
n0－机组额定转速。
实际运行一般取ep=0~8%。
有差调节可使在电力系统中并列运行的机组不仅 保持同步运行，并可在机组间按照调度要求明确地 进行负荷分配。
当各机组调差率相 同且>0，要满足相同转 速同步并列运行，必须 等负荷分配方式工作。
当各机组采用不同 负荷分配方式工作， 要满足相同转速同步并 列运行，调整各自调差
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。
• 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使主 动力矩Mt=发电机的阻抗力矩Mg时，反馈信 号使调节停止。
二 调节系统的特性
对动态特性的规定：
（1）调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的 稳定性。 （2）机组甩负荷时，动态品质应达到：
1）甩100%额定负荷后，在转速变化过程中超过额 定转速3%以上的波峰，不得超过2次。
2）机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开 启方向移动起，到机组转速偏差相对值不超过±0.5% 所经历的时间，应不大于40s。
（2）频率的二次调整：通过调频器实现。
只有调频厂的发电机组才装有调频器。通 过操作调频器，可以使发电机组的出力（即原 动力）增大或减小，从而调节转速，且能实现 频率的无差调节。
2、水轮机调节原理
水轮发电机组的运动方程式为：
Mt
wenku.baidu.com
M
g
J
d
dt
M
t
rQH
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
成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。
电力系统频率调整
（1）频率的一次调整：通过调速器实现。
所有的发电机组都装有自动调速系统，当 负荷P↑ → 转速n ↓ →飞摆离心力↓ →开大调 速器汽门→进汽量↑ →转速n ↑
但转速n 会略低于原值，即频率的一次调整 是一个有差调节过程。
电力系统频率调整
系统负荷变化→系统电流的频率f发生变
化
化→发电机调速器动作→发电机的转速
恢复并保持在许可范围内。
1、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，最大偏
差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz。 （3）启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行
冲击式：通过改变喷嘴开度（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。 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。
喷嘴口
水流
喷嘴头
喷 针 头
3、水轮机调节的特点
（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。
水轮机调节
一 水轮机调节的任务、原理及特点
二
调节系统的特性
三 水轮机调节系统的组成
四 水轮机调速器工作原理
五 PLC水轮机微机调速器
一 水轮机调节的任务、原理及特点 1、水轮机调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统
复并保持在许可范围内。
负
荷 变
调节对象
调节系统 工作状态
调节前后的 稳定状态
静态特性
调节开始到终 了的过渡过程
动态特性
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
是指导叶开度一定时，调速器在稳定状态 下，机组转速与机组所带负荷之间的关系，即 出力调节前后机组转速的状态。
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。
（2）油压设备
• 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递 操作力。由压力油罐、回油箱、油泵、输油 管、附件等组成。
• 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油 压，为2.5MPa；有的电站采用高油压，为 4.0MPa。
• 调速器工作时的高油压来自油罐，低压侧的 油通过回油管路进入回油箱。
（2）油压设备
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
调差率：机组转速随负荷增减而变化的程度。
调差率表达式为：
ep
nmaxnmin10% 0 n0
nmax－机组最大稳定转速，相当于空载工况；
nmin－机组最小稳定转速，相当于最大负荷工况；
3）甩25%额定负荷后，接力器不动时间对电调不 超过0.2s，机调不大于0.3s。
三 水轮机调节系统组成
1、水轮机调节系统方框图
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 U If
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
2、水轮机调节系统的组成
调速柜+油压设备+接力器。 其中中小型水轮机调速器将这三部分组合
（2）水轮发电机组以水为介质，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。
（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。
二 调节系统的特性
•
水轮机调节系统
调速系统
调速器 随动系统 油压装置
率即可。
二 调节系统的特性
2、调节系统的动态特性
调节系统的动态特性主要是指在调节过程中机组 转速随时间变化的关系。
衡量过渡过程动态品质的常用指标： （1）调节时间：从阶跃扰动发生时刻开始到调节系 统进入新的平衡状态为止所经历的时间。 （2）最大转速偏差值：是第一个波峰值的相对值。 （3）振荡次数：调节时间内出现的振荡波峰个数的 一半。
• 当油压降低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。
J ——机组惯性矩；
d ——角加速度；
dt
2、水轮机调节原理
当负荷发生变化时，Mg将变化，但dω/dt应
为0，以保证n不变，从而保证f不变，故应调节
Mt 一般通过改变Q而达到改变主动力矩Mt的目
的。即调节水轮机的引用流量Q，使Mt=Mg， n=ne
2、水轮机调节原理 调节流量的途径：
反击式：通过改变导叶开度a0 ，ZZ：同时改变叶片转角
n0－机组额定转速。
实际运行一般取ep=0~8%。
有差调节可使在电力系统中并列运行的机组不仅 保持同步运行，并可在机组间按照调度要求明确地 进行负荷分配。
当各机组调差率相 同且>0，要满足相同转 速同步并列运行，必须 等负荷分配方式工作。
当各机组采用不同 负荷分配方式工作， 要满足相同转速同步并 列运行，调整各自调差
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。
• 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使主 动力矩Mt=发电机的阻抗力矩Mg时，反馈信 号使调节停止。
二 调节系统的特性
对动态特性的规定：
（1）调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的 稳定性。 （2）机组甩负荷时，动态品质应达到：
1）甩100%额定负荷后，在转速变化过程中超过额 定转速3%以上的波峰，不得超过2次。
2）机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开 启方向移动起，到机组转速偏差相对值不超过±0.5% 所经历的时间，应不大于40s。
（2）频率的二次调整：通过调频器实现。
只有调频厂的发电机组才装有调频器。通 过操作调频器，可以使发电机组的出力（即原 动力）增大或减小，从而调节转速，且能实现 频率的无差调节。
2、水轮机调节原理
水轮发电机组的运动方程式为：
Mt
wenku.baidu.com
M
g
J
d
dt
M
t
rQH
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
成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。
电力系统频率调整
（1）频率的一次调整：通过调速器实现。
所有的发电机组都装有自动调速系统，当 负荷P↑ → 转速n ↓ →飞摆离心力↓ →开大调 速器汽门→进汽量↑ →转速n ↑
但转速n 会略低于原值，即频率的一次调整 是一个有差调节过程。
电力系统频率调整
系统负荷变化→系统电流的频率f发生变
化
化→发电机调速器动作→发电机的转速
恢复并保持在许可范围内。
1、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，最大偏
差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz。 （3）启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行
冲击式：通过改变喷嘴开度（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。 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。
喷嘴口
水流
喷嘴头
喷 针 头
3、水轮机调节的特点
（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。