水轮机--调节

水轮机调节

一、水轮调节的任务

系统符合发生变化时，对机组产生两方面的影响：

1) 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电

压恢复并保持在许可范围内。

2) 系统负荷变化→系统电流的频率f 发生变化，由于f 是磁极对数p 和转速n

的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。 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，最大偏差不超过±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。

二、水轮机调节原理

水轮发电机组的运动方程式为：

dt

d J

M

M g

t ϖ=-

式中： M t ——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)

M g ——发电机的阻力矩 J ——机组惯性矩； ω——角速度；

由此方程可见：当M t - M g >0时，机组转速上升；

当M t - M g >0时，机组转速下降； 当M t - M g =0时，机组转速保持不变。

所以当负荷变化时，应调节M t ，使M t =M g ，n =n e 又：ϖ

ηληγϖQH M QH M t t =

⇒=

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M t的目的。

调节流量的途径：

反击式：通过改变导叶开度a0，ZZ：同时改变叶片转角。

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)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，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。

三、水轮机调节系统的组成

水轮机自动调节系统：调速柜+油压设备+接力器。其中中小型水轮机调速器将这三部分组合成一个整体，称为组合式，运行方便。

调速柜的作用：以转速偏差为依据，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。

调速系统

油压装置

调速柜主要有以下几个部分组成：

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。

执行机构：主接力器，控制导叶开度，改变流量

反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使=时，反馈信号使调节停止。

油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。

额定工作油压分为两种：有的电站采用低油压，为2.5MPa；有的电站采用高油压，为4.0MPa。

调速器工作时的高油压来自油罐，低压侧的油通过回油管路进入回油箱。

当油压降低到正常工作油压下限(2.3~2.7MPa)时，油泵自动启动，将回油箱内的油泵入压力油罐，油压达到正常工作油压上限时，油泵停止工作。

接力器是调速器的执行元件，大型电站设两个或两个以上接力器。

四、调速器的类型与系列

(一) 类型

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。

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。

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)，如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

(二) 调速器系列(反击式水轮机)

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

如为2.5MPa，不加注释

例：

YT —300：中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa ，工作容量300×9.81Nm DST —100A —40：大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径100mm ，额定油压40kg/cm2(4.0MPa)，A 是第一次改型后产品

A 、

B 、

C 为改型次数，系列型谱见表5—1。

五、水轮机调速设备的选择

选择内容包括：调速柜、接力器、油压装置

中小型调速器是将上面的三部分结合在一起，成为一个整体设备，以主接力器的工作容量(也称为调速功)为表征组成标准系列。用调速功来进行选择。

大型调速器，三者是分开的，并且互不配套，需要分别进行选择。大型调速器的表征值是主配压阀直径，因此需要先求出主接力器容积，再计算主配压阀直径。

1、中小型调速器的选择

调速功：接力器活塞上的油压力与其行程的乘积。 反击式水轮机的调速功：1max H 250)Q

~(200A D =

其中，Q 为最大水头下额定出力时的流量。 冲击式水轮机的调速功：A =9.81Z 0(d 0+d 03H max /6000)

其中，Z 0为喷嘴数目

d 0为额定流量时的射流直径。

2、大型调速器的选择 (1) 接力器的选择

导叶接力器的选择：通常采用两个接力器操作导水机构。 当额定油压为2.5MPa 时，接力器直径d s 为：max 1

01

H D b D d s λ=

其中，λ为计算系数，查表。b 0为导叶高度。

当额定油压为4.0MPa 时，接力器直径ds 为：s s s d d d 81.00.4/5.205.1=⨯=' 由计算的接力器直径，查标准接力器系列表，选用相邻偏大的直径。 接力器最大行程S max 可由经验公式求出：S max =(1.4~1.8)a 0max