第一章-水轮机调节的基本原理

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p——发电机的磁极对数;
n——发电机的转速,r/min 。
p对于加工好的机组是一个常数（定值），因此f只与n有关（正比）。
水轮机调节的基本任务:要保证频率在规定的范围内，就要根据
电力系统负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率的输出，
并维持机组转速在规定的范围内。
二.水轮机调节的途径和方法
若我们把机组转动部分认为是一个绕定 轴转动的刚体,由理论力学可知:
水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率
稳定在某一范围内而进行的调节。
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电网
水力发电生产过程:
压力引水
水库
道
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发电机
L=0
水轮机
尾水
功率
励磁
整流
调节
屏
器
机械液
调
压执行
速
机构
器
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频率与机组转速的关系（电机学而知）: f p n
Fra Baidu bibliotek
f——发电机输出交流电频率,Hz;
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一、转速测量元件及工作原理
调速系统中测量元件是离心摆。 组成:上支持块1、下支持块7、菱形钢带2、2个重块4、弹簧6等。
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；
7：2下02支1/2持/11块； 8：转动套
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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。
二、液压放大元件及工作原理 (一)引导阀:液压放大装置元件之一。 组成:阀体、转动套、针塞。
转动套与离心摆下支持块连成整体,位置高低反映了转速和大小。转动套上 3排孔,上孔与压力油相通，中孔通过油管与辅助接力器相连，下孔与排油相连。
M J d dt
J-机组转动部分 的转动惯量,kg•m²;
dw dt
20—21/机2/11组角加速度
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M—作用于机组转动部分的和外力矩。
合外力矩包括:1.水流推动水轮机的主动力矩,
矩M g。
J ddtMt Mg
;M2. t 发电机阻力
发电机阻力矩M g 随着用电负荷变化而变。当 M t 和M g 不相等时,
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第一章 水轮机调节的基本原理
第二节 水轮机调速系统基本元件
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单调节水轮机调速系统组成:控制对象、测量元件、液压放大元件、反馈元 件等组成。
调节过程:当用户负荷变化时,引起被控对象水轮发电机组转速改变,测量元 件—离心摆检测到转速的变化后发出信号，使机组转速恢复稳定。
量的2%~3%。
系统负荷变化导致频率变化。
用户要求:供电安全、可靠、经济，电能频率、电压保持在额定
值附近某一范围内。
频率、电压波动太大，可造成机加工工件精度不达标，发电机
组和电力系统自身工作稳定也会受到影响。
我国电力系统规定：电力系统频率应保持50Hz。容量小于
3000MW的地方电网，偏差不超过±0.5Hz。
▲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;
❊ 因开发方式不同，一些水轮机需要采用双重调节;
❊ 受自然条件限制，有些水电站具有较长的引水管道。管道长， 水流惯性大，水轮机突然开启或关闭导叶时会在压力管道中产生水 击。若延长关机时间，会使机组转速过高。这些都会对水轮机调节 系统动态品质产生不利影响。
第一章 水轮机调节的基本原理
第一节 水轮机调节的基本概念
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一.水轮机调节的任务
1.水力发电生产过程:由水轮机将水能转变为机械能,再有发电机将机
械能转变为电能,送入电力系统供给用户使用。
电能是一种特殊商品。
电力系统中，发电、供电、用电是同时完成，系统负荷是随即
变化的，变化周期几十秒到几十分钟不等，变化幅值可达系统总容
将失去平衡,机组的转速也将发生变化。
（1）M t >M g , d w >0,负荷减少，转速上升，频率升高，应减小机组
动力矩 ，使d t 两个力矩相等，频率恢复正常范围。
（2）M t = M g ，机组转速不变。 (3) M <t M g ，d w <0，负荷增加，转速下降，频率下降，应增
加机组动力矩，d t 使频率恢复正常范围。
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:
QvSvbh
式中 v:转动套窗口油流速度; △S:引导阀窗口开度;
2021/2/11 b：转动套窗口宽度；
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△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;
M g 与工作水头、水轮机导叶开度（即流量）和角速度有关,因此
Mt Q H9.81HQ
因此,改变动力矩可通过改变Q、H和η来实现。
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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
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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
1)引导阀处于平衡位置时,
p1A1p(A2A3) 辅助接力器和主配
压阀都不动;
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1)上下两盘处于中间 位置时,上下排油孔被 法盘堵,B腔没有油通 过;
2)转速上升 ，
h 1 h 2 、 h 3 h 4 ，上
孔封闭，下排孔打开，
B腔油与排油相通;
3)转速下降，
、
，上
孔h 1打 h开2 ，h下3 排 h孔4 封闭，
B腔油接通压力油。