调速器工作原理及试验方法

➢ 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±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成组调节(负荷
分配)。以达到经济合理的运行。
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➢ 水轮机调节原理
水轮机与发电机连成的一个整体，称之为水轮发电机组。我 们可以把机组转动部分看成一个围绕定轴转动的刚体，根据 理论力学可以得出机组运动方程式：
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➢ 调节流量Q的途径： ✓ 反转击角式。：通过改变导叶开度a0，ZZ：同时改变桨叶片 ✓ 冲击式：通过改变喷嘴开度。
➢ 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)，使水轮机组转速维持在某一预定值，或 按某一预定的规律变化，这一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。 ✓ 水轮机+导水机构+调速器——水轮机自动调节系统
水轮机微机调速器静特性分析
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对于水轮机调节系统来说，最根本的要求是稳定性。在系统稳定的基础上，还 对其动态过渡过程品质也有一定的要求。
机械液压(机调)和电气液压(电调)
电调优越性：调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安 装调整。
电气液压：用电气回路代替机调中的机械元件。 ✓ 2、按调节机构数分：单调、双调。
单调：一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组 双调：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角)，
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） ✓ 3、按大小（容量）
大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000nm，特小：小于3000Nm
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调节系统参数对水轮机调节系 统稳定性和动态品质的影响
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1 水流惯性时间常数Tw 2 机组惯性时间常数Ta 3 负载惯性时间常数Tb 4 机组综合自调节系数en
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5 暂态转差系数bt 6 缓冲时间常数Td 7 加速时间常数Tn 8 局部反馈强度bλ
水轮机调节
【发电公司第三期运维培训（2014年度）】 主讲：杨 平
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主要内容 水轮机调节概述 调节系统参数对水轮机调节系统稳定性和动态品质的 影响 调速器PID调节的基本原理 调速器的试验 赶场调速器实例讲解 调速器的运行维护
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水轮机调节概述
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水库 引水管道 水力发电过程
导水机构
转轮 发电机
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9 永态转差系数bp 10 接力器反映时间Ty
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➢典型PLC水轮机微机调速器结构
图中由左至右的控制信息的传递通道，是任何一种结构的调速器必须
具备的主通道，包括通道u/N、通道y1和通道Y。
前 ➢ 通道u/N是微机(PLC)调节器的输出通道，它的输出可以是电气量u，也
向 可以是数字量N 。 u/N信号送到电/机转换装置作为其输入信号。
求：
1 及时。
在负载发生变化后，调速器应能很快反应，及时 动作，并在尽可能短的时间内使机组重新稳定。
调速器对导叶开度的控制应当准确。要与负载 2 准确。 变化的要求一致。
3
平稳。
调节过程中机组转速等工作参数发生波动是必 然的，但是，波动的次数要少，幅度要小。
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➢ 调速器的分类
✓ 1、按调速器元件结构分：
✓ 反馈元件：缓冲器和杠杆机构，用于保证调节的适度 性和稳定性。
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➢ 调速器手动调节和自动调节两种：
✓ 手动调节 导水机构
机组
电力系统
机械传动 运行人员
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✓ 自动调节 导水机构
机组
频率表
电力系统
执行元件 放大元件 反馈元件
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测量元件 转速给定
➢水轮机调节系统的特点
水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、 水轮机、发电机及负载)共同组成。水轮机调节系统与其他原 动机调节系统相比有以下特点:
综合比较点
综合比较点是系统中前向通道和反馈通道信息的汇合点。位于微 机(PLC)调节器、电/机转换装置和机械液压系统中的3。图中绘出了分 别个比较点:Al ,A2, A3。在一般情况下，A1是数字量综合比较点，AZ 是电气量综合比较点，A3是机械量综合比较点。
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PLC调节器
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PLC水轮机微机调速器结构框图
调速器 + 发电机供是频率f f精g 品
电力系统
水轮发电机组把水能变成电能供用户使用，用户除要求供电安全可靠 外，还要求电能的频率及电压保持在额定值附近的某一范围内。因此， 必须根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持 机组转速(频率)在规定的范围内。这一功能就要依靠水轮机调节系统 来完成。
1 水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功;
2
水击的反调效应不仅不利于调节系统的稳定，而且严重恶化了调节 系统的动态品质 。
3 有些水轮机还具有双重调节机构，从而增加了调速器的复杂性。
4 调速器具有多种功能。
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➢对调速器的基本要求
为了保证水轮发电机组安全、可靠运行，改善
电能品质，水轮机调速器还应满足以下基本要
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➢调速器主要有以下几个部分组成：
✓ 测量元件：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。
✓ 综合元件：将测频、反馈来的信号综合，输送给放大 元件
✓ 放大元件：(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。
✓ 执行元件：主接力器，控制导叶开度，改变流量
通 道
➢ 通道y1是电机转换装置的前向输出通道，它输出的主要是机械位移， 也可以是液压信号，是机械液压系统的输入控制信号。 ➢ 通道Y是机械液压系统的输出通道，它输出的是接力器的位移，也是调
速器的输出信号。
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反馈通道
与前向通道信息传递方向相反的通道，反馈通道有2-1, 3-1. 2-2, 3-2 和3-3。例如，反馈通道3-1是接力器位移Y经过电肌转换装置转换为电气 量或数字量，再送给微机((PLC)调节器作为反馈信号的通道。
机组的运动方程
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✓ 由此方程可见：当Mt- Mg>0时，机组转 速上升；
➢ 当Mt- Mg＜0时，机组转速下降； ➢ 当Mt- Mg=0时，机组转速保持不变。 ➢ 所以当负荷变化时，应调节Mt，使
Mt=Mg，n=ne
Mt P9.8Q 1 H
所以，要使ω=C，一般不能改 变H和效率η，而是通过改变Q 而达到改变主动力矩Mt的目的。