水轮机调节ppt课件
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dω/dt=0，ω为一常数，机组以恒定转速运行。 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。 3.Mt ＜ Mg，水轮机的动力矩小于发电机的阻力矩，当 发电机的负荷增加时会出现这种情况，此时dω/dt＜0， 机组转速下降，在这种情况下，应增大水轮机的流量 Q以达到Mt=Mg的新的平衡状态。
水轮机调节系统的构成和任务
目录
01.水轮机调节的任务 02.水轮机调节的基本概念 03.水轮机调速器的工作原理
04.油压装置 05.思考题
2
水轮机调节的任务 概述
01
3
水轮发电机组将水能转换为电能，输送给电力系统，供 用户使用。电力系统向用户提供的电能应满足一定的质量要 求，频率和电压的变化不能太大，应保持在额定值附近的某 一范围内，否则将影响各用电部门的工作质量。
10
水轮机的调节系统具有以下特点： 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(即前述的接力器)。 水轮发电机组以水为发电介质，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(即水锤)，从而给水轮机 调节带来很大困难。 对于轴流转桨式水轮机的导叶和转轮叶片、水斗式水轮机的喷 嘴和折流板、带减压阀的混流式水轮机等，需增加一套协调机构， 对两个对象进行调节，使调节更为困难。
11
02
水轮机调节的基本概念
12
12
水轮机调节系统的组成元件及各元件的相互关系可见下图
导水机构
水能 QH
机组
ຫໍສະໝຸດ Baidu
执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机调节系统方框图
13
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
7
水轮机的动力矩可用下式表示
式中, γ——水的容重； Q——水轮机的流量； H——水轮机的工作水头； η——水轮机的效率。
在γ、Q、H、η中，一般不能改变H 和效率η ，只有Q 是易于改变，因此，通常把改变Q 而达到改变主动力 矩Mt的目的作为水轮机的被调节参数。
8
通过以上两个公式的比较，可能出现以下三种情况： 1. Mt=Mg ，水轮机的动力矩等于发电机的阻力矩，
1.根据负荷图的安排， 随着负荷的变化迅速改 变机组的出力，以满足 系统的要求。
2.担负系统短周 期的不可预见的负荷 波动，调整系统频率。
电力系统的负荷图
5
5
对于磁极对数已经固定的水轮发电机，其输出电能的
频率决定于机组的转速，因此，欲保持机组供电频率不变 ，则必须维持机组转速不变。水轮发电机组的转速变化一 般要求不得超过±0.1％～±0.4 ％。故水轮机调节的本任 务可归纳为：
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。
15
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。
根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的出力并维持 机组转速在规定范围内。
除以上的基本任务外，水轮机调节的任务尚有机组的 起动、并网和停机等。
6
6
任务是控制水电机组出力、 事故紧急停机。
机组的转速变化可用以下基本动力方程表示
式中， J—机组转动部分的惯性矩； ω—机组的旋转角速度，ω=2πn/60，弧度／s， n为机组转速，r／min； Mt—水轮机的主动力矩； Mg—发电机的阻力矩； t—时间。
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。
14
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，
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。
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。
若在经过一段时间之后系统能够达到新的平衡状态，那么新平 衡状态与原平衡状态的关系，即各参数是否能回复到初始状态， 亦与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的静特性。
9
反击式水轮机调节流量的机构为导叶，转桨式水轮 机尚有转轮叶片（桨叶）；导叶和桨叶由接力器操作， 根据水轮机所需流量的大小，改变导叶的开度，桨叶 是根据导叶的开度和水头的关系随动于导叶。导、桨 接力器的动作则由调速器操纵，根据调速器的指令行 事。
水轮机及其导水机构、接力器和调速器构成水轮机 自动调节系统。
16
03
水轮机调速器的工作原理
17
17
CVZT-150调速器由电子调节器、 电子调液节器压：随动系统两大部分构成
其核心部件为可编程控制器、输入/输出信号调理模 块、智能功放/驱动回路；它具有高可靠性和直观、方 便的人机接口，提供了全方位、最直接的监测、调试和 维护手段。
例如： 电能频率的变化将引起用电设备电动机的转速变化，从
而影响电钟计时的准确性、车床加工零件的精度、布匹纤维 的均匀性等等。我国规定的电力系统频率为50Hz，其偏差， 大系统不得超过±O.2Hz，小系统不得超过±0.5Hz。
4
电力系统的负荷是不断变化的，包括一天之内的周期性 变化和以分秒计的短周期的非规律性变化。因此，根据系统 的要求和水轮发电机组出力变化灵活的特点，水轮发电机组 的出力需进行调节，其任务为：
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。 3.Mt ＜ Mg，水轮机的动力矩小于发电机的阻力矩，当 发电机的负荷增加时会出现这种情况，此时dω/dt＜0， 机组转速下降，在这种情况下，应增大水轮机的流量 Q以达到Mt=Mg的新的平衡状态。
水轮机调节系统的构成和任务
目录
01.水轮机调节的任务 02.水轮机调节的基本概念 03.水轮机调速器的工作原理
04.油压装置 05.思考题
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水轮机调节的任务 概述
01
3
水轮发电机组将水能转换为电能，输送给电力系统，供 用户使用。电力系统向用户提供的电能应满足一定的质量要 求，频率和电压的变化不能太大，应保持在额定值附近的某 一范围内，否则将影响各用电部门的工作质量。
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水轮机的调节系统具有以下特点： 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(即前述的接力器)。 水轮发电机组以水为发电介质，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(即水锤)，从而给水轮机 调节带来很大困难。 对于轴流转桨式水轮机的导叶和转轮叶片、水斗式水轮机的喷 嘴和折流板、带减压阀的混流式水轮机等，需增加一套协调机构， 对两个对象进行调节，使调节更为困难。
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02
水轮机调节的基本概念
12
12
水轮机调节系统的组成元件及各元件的相互关系可见下图
导水机构
水能 QH
机组
ຫໍສະໝຸດ Baidu
执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机调节系统方框图
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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
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水轮机的动力矩可用下式表示
式中, γ——水的容重； Q——水轮机的流量； H——水轮机的工作水头； η——水轮机的效率。
在γ、Q、H、η中，一般不能改变H 和效率η ，只有Q 是易于改变，因此，通常把改变Q 而达到改变主动力 矩Mt的目的作为水轮机的被调节参数。
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通过以上两个公式的比较，可能出现以下三种情况： 1. Mt=Mg ，水轮机的动力矩等于发电机的阻力矩，
1.根据负荷图的安排， 随着负荷的变化迅速改 变机组的出力，以满足 系统的要求。
2.担负系统短周 期的不可预见的负荷 波动，调整系统频率。
电力系统的负荷图
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对于磁极对数已经固定的水轮发电机，其输出电能的
频率决定于机组的转速，因此，欲保持机组供电频率不变 ，则必须维持机组转速不变。水轮发电机组的转速变化一 般要求不得超过±0.1％～±0.4 ％。故水轮机调节的本任 务可归纳为：
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。
15
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。
根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的出力并维持 机组转速在规定范围内。
除以上的基本任务外，水轮机调节的任务尚有机组的 起动、并网和停机等。
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任务是控制水电机组出力、 事故紧急停机。
机组的转速变化可用以下基本动力方程表示
式中， J—机组转动部分的惯性矩； ω—机组的旋转角速度，ω=2πn/60，弧度／s， n为机组转速，r／min； Mt—水轮机的主动力矩； Mg—发电机的阻力矩； t—时间。
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。
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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，
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。
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。
若在经过一段时间之后系统能够达到新的平衡状态，那么新平 衡状态与原平衡状态的关系，即各参数是否能回复到初始状态， 亦与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的静特性。
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反击式水轮机调节流量的机构为导叶，转桨式水轮 机尚有转轮叶片（桨叶）；导叶和桨叶由接力器操作， 根据水轮机所需流量的大小，改变导叶的开度，桨叶 是根据导叶的开度和水头的关系随动于导叶。导、桨 接力器的动作则由调速器操纵，根据调速器的指令行 事。
水轮机及其导水机构、接力器和调速器构成水轮机 自动调节系统。
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水轮机调速器的工作原理
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CVZT-150调速器由电子调节器、 电子调液节器压：随动系统两大部分构成
其核心部件为可编程控制器、输入/输出信号调理模 块、智能功放/驱动回路；它具有高可靠性和直观、方 便的人机接口，提供了全方位、最直接的监测、调试和 维护手段。
例如： 电能频率的变化将引起用电设备电动机的转速变化，从
而影响电钟计时的准确性、车床加工零件的精度、布匹纤维 的均匀性等等。我国规定的电力系统频率为50Hz，其偏差， 大系统不得超过±O.2Hz，小系统不得超过±0.5Hz。
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电力系统的负荷是不断变化的，包括一天之内的周期性 变化和以分秒计的短周期的非规律性变化。因此，根据系统 的要求和水轮发电机组出力变化灵活的特点，水轮发电机组 的出力需进行调节，其任务为：