调速器电气部分

调速器电气部分

1. 水轮机调节的任务、方法及作用

1.1 水轮机调节的任务

水轮机将水能变成机械能，发电机将机械能变成电能，两者通过不同的连结方法组合在一起，就形成了水轮发电机。发电机在运转过程中，将水能变成机械能再将机械能转变为电能，供用户使用。用户不仅要求供电安全可靠，而且要求保证电能的质量。

电能的质量标准主要用频率和电压来衡量。要求频率和电压的变化在规定的允许范围内。我国电力系统规定，频率保持在50Hz，其偏差不得超过0.5%，对大容量的电力系统，频率偏差不得超过0.2Hz。电压的偏差不得超过额定值的10%，如果超过额定值，就需要进行调节。电压的调节将由发电机电压调整系统来完成，而频率调节是水轮机调节的主要任务。

频率如果波动较大，将直接影响用户产品质量，如车床的转速忽高忽低，则生产出来的产品零件将报废等等。

发电机的交流电频率取决于发电机的磁极对数和发电机转速。即：

f=pn/60

f--电流的频率；

n--发电机的转速（r/min）；

p--发电机的磁极对数。

对某一水轮发电机，其磁极对数是固定不变的，故频率仅与机组转速有关。因此，保持频率不变，就必须保持水轮发电机组转速稳定不变。

在水电站生产实践中，并不要求机组转速绝对不变，因为一方面在技术上难以达到；另一方面用户要求供电频率保持在一定范围内即可。因此，仅要求水轮发电机的转速变化不超过其额定转速的±0.1%~±0.4%。

保持机组转速变化不超过允许的范围，这就是水轮机调节的基本任务。

1.2 调节的途径

水轮发电机运动方程

J*dω/dt=Mt-Mg

J---机组转动部分的惯性矩

ω---机组的角速度，ω=π*n/30,n为机组转速

dω/dt---机组角速度；

t---时间；

Mt---水轮机动力矩；

Mg---发电机阻力矩；

从以上可分析出要想使机组转速不变必须保持动力矩与阻力矩相平衡。

在机组运转过程中，可以有三种情况：

a、Mt=Mg,即水轮机动力矩与发电机阻力矩相平衡，此时机组角速度等于零，机组转速稳

定不变。

b、Mt>Mg，即发电机阻力矩因外界负荷减小而小于水轮机动力矩，此时机组角速度大于零，

机组将加速旋转，转速上升。

c、Mt

机组将减速旋转，转速下降。

调节方法:

改变Mg值，很不经济。

改变Mt值，如何改变水轮机动力矩使之经常等于阻力矩，可以从水轮机动力机公式分析得出

Mt=rQHη/ω

r---水的比重；

Q---水轮机流量；

H---水轮机工作水头；

η—水轮机效率；

ω--机组的角速度。

从以上可以看出只有改变水轮机流量Q来改变水轮机动力矩。综上所述，可以得出这样的结论：负荷的变化导致Mg的改变，破坏Mt=Mg的平衡关系，相应的改变导叶的开度，使Mt和Mg重新达到平衡，从而保证机组的转速始终维持在某一预定值（额定值）或按某一预定的规律变化。

1.3调速器的作用

（1）自动/手动调整机组的转速；

（2）自动/手动启动、停止机组和事故停机；

（3）当机组并列运行时，自动地分配各机组之间的负荷。

2.调速器

2.1概述

挂治三台机组调速器由武汉事达电气有限公司制造，调速器型号为：BWT-100-6.3-STARS，调速系统调节器结构型式：适应式变结构变参数并联PID双可编程冗余结构的微机调速器。油压装置、不锈钢管路、漏油箱等是由武汉事达电气有限公司制造；机械液压系统、主配压阀是由事达制造。

挂治电厂调速器为并联PID全数字式微机电液调速器，具有转速调节、功率调节、导叶开度控制及限制、频率跟踪控制、适应式控制，在线自诊断及其处理，能实现现地及远方的手动、自动进行、水轮机启动、停机及紧急停机。

水轮机甩100%负荷后：超过稳态转速3%nr值以上的波峰：1次；从接力器第一次向开启方向起到机组转速摆动值不超过±0.5%止所经历的时间不超过32S。

调速器能保证机组在各种运行方式下稳定运行。在空载工况自动运行时，永态转差率整定在2%，由调速器引起的机组转速持续波动相对值不大于±0.15%。

2.3 调速器型式和和性能说明

挂治电厂调速器为并联PID全数字式型微机电液调速器，电液转换器采用德国博世公司的811404603型比例伺服阀。调速器系统采用双微机冗余容错系统加独立电气手动操作系统。微机系统中每一个通道相互跟踪，实现无扰动切换。微机系统和独立电气手动操作系统从输入至输出以及电源均相互独立，微机系统故障时可自动无扰动切换至电气手动操作系统，运行过程中将其中一个系统退出时不影响调速系统的正常工作；退出的系统能进行停电检修。导叶位置传感器采用德国ASM WS10SG-750-420T-L10-M4型传感器，桨叶位置传感器采用德国ASM WS10SG-375-420T-L10-M4型传感器为冗余配置。电气手动操作系统具有远方操作接口。在调速器微机、电手操切换或内部故障时，不会造成水轮机运行不稳定和出力波动，在外部系统事故时，机组能够安全停机。调速器具有远方遥控和现地手动控制功能，与计算机监控系统接口，接受监控系统的控制命令。调速系统具有良好的可维修性，方便维护、检查、检修与调试，可利用便携式计算机对调速器的参数、控制逻辑进行在线监视、修改。

机组调速器机械液压部分和电气控制部分柜分开设置，机械液压部分布置在发电机层, 电气柜布置在发电机层每台机机旁小室。

2.4调速器具有的性能

2.4.1 稳定性

当水轮机的水力系统和引水管道稳定，机组在额定转速空载运行和带孤立负荷时，调速系统能够稳定地控制机组转速。当发电机在电厂和在电网中与其它发电机并联运行时，调速系统也能稳定地在零到最大出力范围内控制机组出力。

（1）发电机在空载额定转速下，或在额定转速和孤立系统恒定负荷下运行，调速器能够稳定运行。

（2）电气装置工作和切换备用电源，或者手动、自动切换以及并联微机相互切换时，水轮机导水叶接力器的开度变化不超过其全行程的±1%。

（3）调速器允许在运行过程中带电插入、拔出故障插件，而不会引起机组失控或停机。

（4）机组在电网中，从零到额定负荷间的任何负荷运行时，永态转差率整定在2%或以上，调速器保证机组接力器行程波动值不大于±1%。

2.4.2 静态特性

（1）静态特性曲线近似为一直线，其最大非线性度不超过3%。

（2）转速死区：在任何导水叶开度和额定转速下，测得接力器的转速死区不超过额定转速的0.01%，调速器能反映的转速变化的百分数最小值（转速不灵敏度）为所测转速死区的一半。

2.4.3 动态特性

（1）电子调节器调速器动态特性示波图上求取的Kp、Ti、Ki值与理论值的偏差不超过±2.5%。

（2）机组甩100%额定负荷后，在转速变化过程中偏离额定转速3%以上的波峰不超过1次。

（3）机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速波动值