水轮机调节

（5）阀组（安全阀、逆止阀、减载阀）
安全阀的作用是保证压力油罐内油 压不超过允许值，防止油泵与压力油罐 过载。
减载阀的作用是保证油泵电动机在 低负载下启动，缩短启动时间，减少启 动电流。
逆止阀用来防止压力油罐内的压力 油在油泵停止运行时倒流
6、调速器的类型与系列
（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。
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
（1）无差调节：调节前后 机组转速不变，如图5-1a。 （2）有差调节：调节前后 机组转速有一小的偏差， 如图5-1b。
对单机运行的机组，才有可能采取无差调节的方式； 多台机组并列运行时，各台机组反应时间和动作快慢 不同，需采用有差调节的运行方式。
（2）有差调节
（3）电液转换器（步进电机）结构原 理及作用
电液转换器的作用是将电气部分信号 输出的综合信号，转换成具有一定操作 力的机械位移信号或具有一定压力的流 量信号。
电液转换器有电气位移转换信号和液 压放大两部分组成。
工作线圈：实现控制操作 线圈
振荡线圈：防止卡阻，提高工作可靠性
电液转换器中一般有两个线圈，一个工作 线圈，一个振荡线圈。工作线圈通的是工作电 流，振荡线圈通入振荡电流。通入工作电流后 ，使控制套产生位移，使下一级随动。振荡电 流使线圈和控制套产生微小振动，以提高控制 套的灵敏度，防止卡阻。
成一个整体，称为组合式，运行方便。
（1）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。
• 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使主 动力矩Mt=发电机的阻抗力矩Mg时，反馈信 号使调节停止。
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。
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。
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（针阀行程）。 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。
喷嘴口
开度，已达到改变出力恢复转速的目的。
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
3、调速器系统的组成
水轮机调速器有多种类型，调速器一般由： 测量元件、放大元件、校正元件等环节组成。
4、调速器机械柜内各主要部件性能、结构 （1）主配压阀
二 调节系统的特性
对动态特性的规定：
（1）调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的 稳定性。 （2）机组甩负荷时，动态品质应达到：
1）甩100%额定负荷后，在转速变化过程中超过额 定转速3%以上的波峰，不得超过2次。
2）机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开 启方向移动起，到机组转速偏差相对值不超过±0.5% 所经历的时间，应不大于40s。
水轮机调节
水轮机调节
一 水轮机调节的任务、原理及特点
二
调节系统的特性
三 水轮机调节系统的组成
四 水轮机调速器工作原理
五 PLC水轮机微机调速器
一 水轮机调节的任务、原理及特点 1、水轮机调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统
复并保持在许可范围内。
负
荷 变
调差率：机组转速随负荷增减而变化的程度。
调差率表达式为：
ep
nmax nmin n0
100 %
nmax－机组最大稳定转速，相当于空载工况；
nmin－机组最小稳定转速，相当于最大负荷工况；
n0－机组额定转速。
实际运行一般取ep=0~8%。
有差调节可使在电力系统中并列运行的机组不仅 保持同步运行，并可在机组间按照调度要求明确地 进行负荷分配。
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协调 结构，实现双重调节。
二 调节系统的特性
•
水轮机调节系统
调速系统
调速器 随动系统 油压装置
调节对象
调节系统 工作状态
调节前后的 稳定状态
静态特性
调节开始到终 了的过渡过程
动态特性
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
是指导叶开度一定时，调速器在稳定状态 下，机组转速与机组所带负荷之间的关系，即 出力调节前后机组转速的状态。
系统负荷变化→系统电流的频率f发生变
化
化→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。
1、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。
电力系统频率调整
（1）频率的一次调整：通过调速器实现。
所有的发电机组都装有自动调速系统，当 负荷P↑ → 转速n ↓ →飞摆离心力↓ →开大调 速器汽门→进汽量↑ →转速n ↑
但转速n 会略低于原值，即频率的一次调整 是一个有差调节过程。
电力系统频率调整
水流
喷嘴头
喷 针 头
3、水轮机调节的特点
（1）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。
（2）水轮发电机组以水为介质，与蒸汽等相比，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。
（4）紧急停机电磁阀 属于保护设施之一
动作的条件：机组运行中，几乎所 有紧急停机令的实施通道。
（5）导、轮叶接力器作用 调速控制的执行机构 关闭规律影响调节过程的动态品质 整定开、关时间 设置分段关闭阀
5、调速器油压装置各主要部件 （1）压油泵
生产压力油，是调速系统的能源。 （2）压力油罐 （3）回油箱 （4）输油管
2、步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器框图
3、步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器方块图
4、水轮机微机调速器静特性分析
静态特性主要参数和变量 频率给定fc 功率给定Pc 开度给定yc 频率fg 接力器开度y 机组功率Pg 永态差值系数bp 功率差值系数ep
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
（4）调速器系列 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
主配压阀是液压放大元件，它的主要作用 是分配压力油进入接力器的开侧油腔或关侧 油腔，控制接力器的开和关。
是表征大型调速器的重要参数
遮程是影响调速机特性的因素之一
（2）引导阀、辅助接力器
引导阀－－将相对位移信号转换并 放大成液压信号的元件。
辅助接力器－－将引导阀传来的液压 信号，进一步放大成功能较为强大的位 移信号。是构成液压放大的重要环节。
• 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。
（3）接力器
• 接力器是调速器的执行元件，控制导叶开度 ，改变流量，大型电站设两个或两个以上工作原理
1、调速器的作用 以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶
Mg ——发电机的阻力矩
J ——机组惯性矩；
d ——角加速度；
dt
2、水轮机调节原理
当负荷发生变化时，Mg将变化，但dω/dt应
为0，以保证n不变，从而保证f不变，故应调节
Mt 一般通过改变Q而达到改变主动力矩Mt的目
的。即调节水轮机的引用流量Q，使Mt=Mg， n=ne
2、水轮机调节原理 调节流量的途径：
图中由左至右的控制信息的传递通道，是任何一种
前 结构的调速器必须具备的主通道，包括通道u/N、通道y1 向 和通道Y。 通 ➢ 通道u/N是微机(PLC)调节器的输出通道，它的输出可 道 以是电气量u，也可以是数字量N 。 u/N信号送到电/机转
换装置作为其输入信号。 ➢ 通道y1是电肌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。
3）甩25%额定负荷后，接力器不动时间对电调不 超过0.2s，机调不大于0.3s。
三 水轮机调节系统组成
1、水轮机调节系统方框图
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 U If
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
2、水轮机调节系统的组成
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
（2）频率的二次调整：通过调频器实现。
只有调频厂的发电机组才装有调频器。通 过操作调频器，可以使发电机组的出力（即原 动力）增大或减小，从而调节转速，且能实现 频率的无差调节。
2、水轮机调节原理
水轮发电机组的运动方程式为：
Mt
Mg
J
d
dt
rQH Mt
式中：Mt——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)
当各机组调差率相 同且>0，要满足相同转 速同步并列运行，必须 等负荷分配方式工作。
当各机组采用不同 负荷分配方式工作， 要满足相同转速同步并 列运行，调整各自调差
率即可。
二 调节系统的特性
2、调节系统的动态特性
调节系统的动态特性主要是指在调节过程中机组 转速随时间变化的关系。
衡量过渡过程动态品质的常用指标： （1）调节时间：从阶跃扰动发生时刻开始到调节系 统进入新的平衡状态为止所经历的时间。 （2）最大转速偏差值：是第一个波峰值的相对值。 （3）振荡次数：调节时间内出现的振荡波峰个数的 一半。
• 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)，
（2）油压设备
• 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。
（2）油压设备
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，
五 PLC水轮机微机调速器
1、典型PLC水轮机微机调速器结构