1第一章水轮机调节基本知识教程

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第一章 水轮机调节基本知识
§1.1 水轮机调节基本任务与途径
一、电力生产特点和水调基本任务 电力生产是能量转换的过程：
水 轮 机
水 库 引水管道 导水机构 转 轮 发电机 电力系统
用户
调速器 给定频率fr 水 能 9.81QH
发电机发电频率f
机械能 电 能 9.81QHη s 9.81QHη sη f
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第一章 水轮机调节基本知识
1.1 水轮机调节任务与途径 1.2 自动调速器构成原理
1.3 水轮机双调节简介
1.4 调速器分类、系列与型号
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第一章 水轮机调节基本知识
主要教学内容 1、电力生产的特点 2、水调基本任务 3、动力矩与阻力矩的特点 4、水轮机力矩平衡特性 5、掌握自动调速器的构成原理 6、掌握双调节调速器的构成原理 7、熟悉调速器的表示型号、掌握国家现行有关标准 的规定
微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器，赋予了 调速器更多的控制功能，性能更优良。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.4
调速器分类与型号
数字式电液调速器监控系统主界面
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.4
调速器分类与型号
数字式电液调速器油压装置显示画面
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.4
ZD，HL ：导叶开度 ZZ，XL，GZ ：导叶开度，轮叶角度 CJ ：喷针开度，折向器位置
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.1 水轮机调节基本任务与途径
三、水调特点及要求 1、水调定义：由调速器对水轮发电机组实行自动控 制，是自动控制原理的Biblioteka Baidu体应用，具体表现在跟随负 荷的变化调节流量维持机组转速稳定，保证供电质量 的过程。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.1 水轮机调节基本任务与途径
二、水调途径与方法
1、水轮发电机组的基本方程式： Jε =Mt-Mg 2、水轮机动力矩特性 如图：
水轮机动力矩特性
水轮机组发电示意图8
第一章 水轮机调节基本知识 3、发电机阻力矩特性
§1.1 水轮机调节基本任务与途径
如图：
4、水调力矩平衡特性 如图： （1）稳定运行状况： （2）无调节状况： （3）有调节状况： （4）人为变速调节： 5、水调途径： 跟随负荷变化调整流量Q。 实施方法：
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.1 水轮机调节基本任务与途径
特点： 1、交流电能无法贮存，随发随用，发电取决于用电； 2、负荷是随时变化的； 负载：指某一供电区域内所有用电设备的总和（指额定功率）。 负荷：指某一供电区域内所有用电设备在某时刻消耗实际功率的大小。
负荷由负载决定，但数量上不一定相等，只有在额定工况下相等。 系统总负荷：是指由各发电机组分别承担的负荷的总和，在不断地变化。 。短时期内 周期性波动2—3%（大电网）小电网可能更大、偶然性的波动 。长时间内有一定的规律性，如日负荷图，月负荷图，年负荷图等
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.4
调速器分类与型号
(二) 调速器型号(反击式水轮机)
1.我国调速器的型号的编制方法 国标JB/T2832-2004《水轮机调速器及油压装置型号编制方法》 规定：调速器的型号由三部分组成，其间用“-”分开。 2.我国调速器的标准系列 国标JB/T7072-2004《水轮机调速器及油压装置系列型谱》规 定。 第一部分：基本特性和类型 大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T 机械液压：无代号； 电动调节：D 单调：无代号； 双调：S 调速器：T 第二部分：工作容量 中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm) 第三部分：额定油压 2.5MPa 不加注释
水轮机调节
• 绪 论
• 第一章
• 第二章
水轮机调节基本概念
机械液压调速器
• 第三章
• 第四章 • 第五章 • 第六章 • 第七章
电气液压调速器
微机调速器简介 水轮机调节系统特性与品质要求 调节保证计算 调速器运行与维护
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绪论 本课程的性质： 属于工科机电设备专业的主要专业课之一。 目的：
课程的特点： 本课程是一门理论性与实践性都较强的课程，要注 意与工程实践的结合,掌握设备的基本结构、运行与维护 的基本技术。 教学总体要求： 根据本课程的特点，对学习本课程提出如下要求： 1.牢固掌握有关的基本概念； 2.充分理解基本工作原理；
二、转桨式水机双调节
1、两个调节机构的目的：增加水机高效率区宽度，以适应负 荷的变化； 2、协联关系的确定： 3、协联执行机构： 4、调节动作：
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.3
双调节简介
ZZ水轮机双调节原理图
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.3
双调节简介
三、冲击式水机双调节 CJ水轮机双调节原理图
第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
（4）、具有软反馈机构的调速系统 1）结构：缓冲装置 2）动作过程：
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
3）结果： 。形成无差调节； 。调节品质高，波动次数少，幅度小； 。实际调速器，硬、软反馈与局部反馈同时作用，共同 起修正与决定动作规律的作用。 。静特性曲线：
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
（3）、具有硬反馈机构的调速系统
1）结构： 2）动作： 3）结果：经多次反复最终达到稳定。 4）反馈的概念：从输出信号中取出一部分叠加在输入信号上， 起修正和决定动作规律的作用。 5）问题：形成有差调节；波动次数多，幅度大，不符合快速、 17 稳定的要求。
自动调速器的构成原理
四、调速系统的操作控制元件
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
3）结果：负载不变时，人为操控改变机组出力与转速。 4）实质：平移静特性 作用：单机：调频率 并列：调出力
2、开度限制机构
1）结构： 2）动作： 3）作用： 。开度限制作用； 。开停机作用； 。人为调节（设置）限制值。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.1 水轮机调节基本任务与途径
3、发、供电严格质量要求； 我国电力系统规定质量指标： 频率：严格要求在50Hz，允许偏差:大网±0.2Hz，小网 ±0.5Hz。 电压：额定值±5%～10%。 4、水调基本任务： 跟随负荷的变化调节水轮机的输入功率，保证机组转速稳定在 规定的范围之内。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。
2、特点： 。操作力大。 。动作过程复杂。 。实现多种功能。 。输出动作不同。
3、基本要求：快 准
稳。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
调节方式：人工调节与自动调节；
一、人工调节方式：
手动调速器是最简单的水机调节装置。 1）结构： 2）调节方式：搬动手轮改变开度； 3）调节任务由操纵人员承担； 。测量作用： 。比较并发出操作指令： 。执行： 水流 水轮机 发电机 。检查与修正 4）特点： 手动调速器 表计f 。动作过程长 手 脑 眼 。波动次数多 。幅度大 人工调节框图
调速系统概念：由测量元件、放大元件、反馈元件构成的能跟随
负荷变化进行自动调节作用的系统。其中离心摆是核心，反馈是关 键。
调速系统能在负荷变化时进行自动调节，但是负荷不变时，要 19 人为调节，则需要其它机构。
第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
测量元件、放大机构、反馈机构组合又称为调速柜：
自动调速器的构成原理
3.几种自动调速器构成原理：
。动作过程： 。结果：符合调节基本理论，但实用价值小； 。问题：力量小，操作力不够； 关小时转速高，开大时转速低，转速变化过大。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
（2）、具有液压放大机构的调速系统
。结构：配压阀与接力器 。动作过程： 。结果：符合调节基本理论，解决了操作力的问题 。问题：不断过调节，因此运行不稳定。
调速器分类与型号
2、按调节机构数分 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
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，当调节转速相等时， 反馈信号使调节停止。
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第一章 水轮机调节基本知识 1、转速调整机构 1）结构： 2）动作：
§1.2
电（用户）
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
二、离心摆的力学特性与应用： 1、结构：
2、力学特性：
ΔL=K·(n-nr)/nr
3、离心飞摆特性
。滑套位置与转速一一对应； 。滑套移动方向反映了转速的增减； 。滑套移动大小反映了转速偏差的大小。
4、离心摆的作用：与机组联系，测量机组转速。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.4
调速器分类与型号
一、调速器分类：
1、按调速器元件结构分： 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机 械环节完成。现在很少使用。
电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元件。调 节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。 目前还有不少电站在使用。
水能 水轮机 发电机 永磁机 接力器 硬反馈 配压阀 软反馈 离心摆 操作控制机构 飞摆电机 调速系统 调速器 用户
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.3
双调节简介
一、双调节定义：
指被水轮机具有两个相互配合（协联）的调节机构，两套机 构遵循一定规律的，称为协联关系。 ZZ：导叶开度与轮叶角度 CJ：喷嘴开度与折向器位置角度
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§1.2 自动调速器的构成原理 五、水轮机调节系统的组成（四个概念、一个框图）
第一章 水轮机调节基本知识
调速系统概念：由测量元件、放大元件、反馈元件构成的能跟 随负荷变化进行自动调节作用的系统。其中离心摆是核心，反馈 是关键。 调速器：调速系统与操作控制机构及批示仪表等组成的整体。 被控制系统（调节对象）：由引水系统、水轮机、发电机和 用户组成电能生产、使用的平衡过程。 调节系统：调节对象与调速器组成的实际应用单元，即机组。
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第一章 水轮机调节基本知识
§1.2
自动调速器的构成原理
三、自动调速器构成原理：
1. 构成原理
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2.调速器原理图
1—飞摆；2—主配压阀；3—接力器；4、5—活塞；6—节流孔； 7—硬反馈；8、9、10—变速机构；11—移动滑块
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第一章 水轮机调节基本知识
（1）、直接作用的调速系统
§1.2