水轮机调节系统

五、水轮机调节的特点 为了适应不同的水力发电条件，水轮机具有不同的结
构型式。与其他原动机调节相比较，水轮机调节有如下几 个主要特点。 (1) 通过水轮机的流量较大，导致水轮机及其导水机构的结 构尺寸较大。这就要求推动导水机构的调速器应有足够大 的操作能力，所以水轮机调速器均设有外加能源的多级液 压放大系统，这将使执行元件的惯性增加，不利于调节。 (2) 水电站一般都是有压过水系统，由水力学知道，当导叶 开度变化较快时，管道内水流惯性会引起难以避免的水击 (锤)效应，它与调节作用相反并恶化调节过程。 (3) 水轮机调速器配备具有双重调节能力的执行机构。
所谓调节保证计算标准，是指水锤压力和转速变化在
技术经济上合理的允许值。包括：速率上升值 ；水压上 升值 ；尾水管真空值。
4．计算工况选择 a. 额定水头甩全负荷； b. 最大水头甩全负。
5. 调保计算步骤 (1) 准备基本数据； (2) 求出计算工况下∑LV ；
(3) 给定导叶关闭时间TS计算 、 ；
当系统频率出现偏差时，能自动改变导水机构的开度， 使机组输出的有功功率满足电网负荷的需要，维持频率稳 定。转速调整机构和开度限制机构通过自动调节机构起着
控制作用。
自动调节方框图
机组的转速信号（被调节参数）送至测量元件，测量元件把频率信号 转换为位移或电压信号，然后与给定信号综合，确定频率偏差及偏差 的方向，并根据偏差情况按一定的调节规律发出调节命令。调节命令 被放大元件放大后，送到执行元件去推动导水机构，反馈元件又把导 叶开度变化信息返回加法器，同时也形成必要的调节规律。
水力发电过程示意图
二、水轮机调节原理 水轮发电机转子运动方程
Mt
Mg
J
d
dt
( f pn) 60
Mt Mg
d 0
dt
n n0
水轮发电机组示意图
Mt Mg
d 0
dt
n n0
Mt Mg
d 0
dt
n Biblioteka Baidun0
调节流量的途径：
混流式水轮机： 通过改变导叶开度 a0
轴流转浆式水轮机：改变导叶开度 a同0 时改变叶片转角
➢ 调节流量的实质：调节转速
➢ 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器
➢ 调速器与机组构成了水轮机调节系统
三、水轮机调节系统的组成
调速器的作用：以转速信号为依据，迅速自动地调节导 叶开度，以达到改变出力恢复转速的目的。
调速器由自动调整机构、控制机构、油压装备、保护装 备和监视仪表组成。其中，自动调整主要由测量元件、放 大元件、校正元件等组成，调速器与机组构成水轮机调节 系统。
四、水轮机调节系统的特性 调节系统的工作归纳起来主要有两种工作状态：一种
是调节前后的稳定状态，用静特性描述；另一种是从调节 开始到结束的过渡过程，用动特性描述。
1. 调节系统的静特性
只有单机运行的机组才有可能采用无差调节的运行方 式如图( a )所示。若对并列运行的机组采用无差调节，由 于各机组调速器的灵敏度不可能都完全一样，当机组负荷 变化时，会在机组间发生负荷窜动，致使导水机构不停地 动作，机组无法稳定运行。
两台调差率相同并列运行机组间的负荷分配
按照有差静特性斜线进行调节，可使并列运行的机组保持同 步转速运行，并可在机组间按照要求明确地进行负荷分配。
两台调差率不同并列运行机组间的负荷分配
2. 调节系统的动特性 调节系统的动特性主要是指在调节过程中机组转速随
时间变化的关系。 当电力系统负荷变化时，水轮机导水机构不可能立即
4．按反馈的位置分为：辅助接力器型、中间接力器型、电 子调节器
5．按调速器工作容量大小可分为： 大型：活塞直径 80mm 以上 中型：操作功 10000~30000 N. m 小型：操作功小于 10000 N. m 特小：小于 3000 N.m
水电站 引水发电系统
七、调节保证计算
1．调节保证计算的任务 根据水电站水轮机组和引水系统条件，针对甩荷过渡
动作来改变水轮机的主动力矩以适应新的发电机阻抗力矩， 存在有一个滞后时间，而在此时间内机组转速已产生了较 大变化；又在具有很长压力引水管道的水电站中，水流的 惯性很大，导叶启、闭所引起的水击压力会抵消部分导水 机构的调节作用，因而也会引起调节动作的滞后以及转速
的较大变化。
各种过渡过程曲线
过渡过程的品质指标 （a）无差调节过渡过程 （b）有差调节过渡过程
水电站在向电网供电的过程中，只需保证供电的频率 保持在规定范围内即可，因此可以允许机组转速在调节前 后有微小的偏差。为解决负荷分配问题，可使调节系统的 静特性线有一定的倾斜，如图( b )所示，使机组在不同负 荷时对应有不同的转速，也就是说机组从一种稳定状态经 过调节过渡到另一种新的稳定状态时，机组的转速是不同 的，与原来的转速有差别，这种调节称为有差调节。
(4) 进行较核、调整 6. 改善甩负荷过渡过程的措施
(1) 设置阻水器 (2) 增加机组转动惯量 (3) 设置调压井或调压阀 (4) 改变导叶关闭规律
混流式水轮机甩负荷过渡过程
俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站事故
萨彦-舒申斯克水电站建在俄罗斯西伯利亚叶尼塞河上游。重力拱坝，最 大坝高245m，总装机640万kW，多年平均发电量235亿kW·h。水库总库容 313亿m3，有效库容147亿m3，为多年调节水库。工程具有发电、灌溉、航 运和供水等综合经济效益。工程于1968年动工兴建，1975年10月11日截流， 1978年第1台临时机组在60m水头下投入运行，1989年全部工程竣工。
过程所进行的机组转速和引水系统压力上升的计算叫调节 保证计算。 2．调节保证计算的任务及目的
(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内 水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依 据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道 中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；
(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是 否在允许的范围内。 (3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和 转速变化不超过规定的允许值。 (4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。 3．调节保证计算标准
六、调速器的类型
1．按调速器元件结构分为：机械液压(机调) 和电气液压(电调)
2．按调节规律可分为：PI和PID调速器 3．按执行机构数目分：单调节和双调节调速器
单调节：只有一个导叶启闭机构，如混流式和轴流定浆式 水轮机。 双调节：有两个调节机构(导叶开度，叶片转角)，ZZ、CJ （针阀、折流板转动）