水輪機調(diào)速器培訓(xùn)教程

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1、三聯(lián)水電水輪機數(shù)字調(diào)速器（培訓(xùn)教材）武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備有限公司2004年10月15日68目錄第一章水輪機調(diào)節(jié)的基本任務(wù)3一、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4二、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點4第二章水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準和特性7一、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準7二、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的特性8三、水輪機調(diào)速器的動態(tài)特征9四、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性13第三章水輪機調(diào)速器的控制算法15一、PID控制算法15二、槳葉控制器18第四章水輪機微機調(diào)速器的硬件23第五章水輪機微機調(diào)速器的形式27一、調(diào)速器的發(fā)展27二、調(diào)速器的分類28三、冗余式可編程調(diào)速器29第六章水輪機微機調(diào)速器的功能和

2、運行34一、參數(shù)可調(diào)范圍35二、功能要求36三、軟件49第七章水輪機微機調(diào)速器的機械液壓執(zhí)行機構(gòu)58一、比例伺服閥＋數(shù)字閥＋機械開限/純手動組成機械冗余結(jié)構(gòu)58二、步進式機械液壓系統(tǒng)59第八章水輪機微機調(diào)速器的故障處理63一、空載頻率擺動63二、負載漂移63三、接力器抖動64四、切換故障65五、甩負荷65六、與水頭有關(guān)的故障66七、自檢6668第一章水輪機調(diào)節(jié)的基本任務(wù)水輪發(fā)電機組把水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┥a(chǎn)、生活使用。用戶在用電過程中除要求供電安全可靠外，對電網(wǎng)電能質(zhì)量也有十分嚴格的要求。按我國電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50Hz（赫茲），大電網(wǎng)允

3、許的頻率偏差為±0.2Hz。對我國的中小電網(wǎng)來說，系統(tǒng)負荷波動有時會達到其容量的5％～10％；而且即使是大的電力系統(tǒng)，其負荷波動也往往會達到其總?cè)萘康?％～3％。電力系統(tǒng)負荷的不斷變化，導(dǎo)致了系統(tǒng)頻率的波動。因此，不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的輸出功率，維持機組的轉(zhuǎn)速（頻率）在額定轉(zhuǎn)速（頻率）的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機調(diào)節(jié)的基本任務(wù)。水輪機調(diào)速器是水電站發(fā)電機組的重要輔助設(shè)備，他與電站那二次回路或計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機組的開機、停機、增減負荷、緊急停機等任務(wù)。水輪機調(diào)速器還可以與其他裝置一起完成自動發(fā)電控制（AGC）、成組控制、按水位調(diào)節(jié)等

4、任務(wù)。水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分的運動方程為：Jdω/dt=Mt-Mg式中：J—機組轉(zhuǎn)動部分的慣性矩（kg·㎡）；ω＝πn/30—機組轉(zhuǎn)動角速度（rad/s）；n—機組轉(zhuǎn)動速度（r/min）；Mt—水輪機轉(zhuǎn)矩（N·m）；Mg—發(fā)電機負荷阻力矩（負載轉(zhuǎn)矩）（N·m）。上式表明，保持機組轉(zhuǎn)速（頻率）為恒值的條件是dω/dt＝0，即要求Mt＝Mg，否則就會導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速（頻率）偏離額定值，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速（頻率）偏差。水輪機轉(zhuǎn)矩Mt＝ρQHηt/ω式中：Q—通過水輪機的流量（m3/s）;H—水輪機凈水頭（m）；68ηt—水輪機效率；ρ—水的密度（kg/m3）因此只

5、有調(diào)節(jié)流量Q和效率ηt，才能調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)矩Mt，達到Mt＝Mg的目的。從最終效果來看，水輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速（頻率）在額定值附近的允許范圍內(nèi)。然而，從實質(zhì)上講，只有當(dāng)水輪機調(diào)節(jié)器相應(yīng)地調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水機構(gòu)開度（從而調(diào)節(jié)水輪機流量Q）和水輪機輪葉的角度（從而調(diào)節(jié)水輪機效率ηt），使Mt＝Mg，才能使機組在一個允許的規(guī)定轉(zhuǎn)速（頻率）下運行。從這個意義上講，水輪機調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是：根據(jù)偏離額定值的轉(zhuǎn)速（頻率）偏差信號，不但地調(diào)節(jié)水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)和輪葉機構(gòu)，維持水輪發(fā)電機組功率與負荷功率的平衡。一、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由水輪機

6、控制設(shè)備（系統(tǒng)）和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。水輪機、引水和泄水系統(tǒng)、裝有電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機及其所并入的電網(wǎng)稱為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被控制系統(tǒng)；用來檢測被控參量（轉(zhuǎn)速、功率、水位、流量等）與給定量的偏差，并將其按一定的特性轉(zhuǎn)換成主接力器行程偏差的一些裝置組合成為水輪機控制設(shè)備（系統(tǒng)）。水輪機調(diào)速器則是由實現(xiàn)水輪機調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制的電氣控制裝置和機械執(zhí)行機構(gòu)組成。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作過程為：測量元件把機組轉(zhuǎn)速n（頻率f）、功率Pg、水頭H、流量Q等反映機組運行工況的參數(shù)測量出來作為水輪機調(diào)速器的反饋信號，與給定信號閉環(huán)綜合后，經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)

7、行機構(gòu)操縱水輪機導(dǎo)水機構(gòu)和槳葉機構(gòu)。二、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它具有一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的共性，但是水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng)。水輪機型式有：混流式、軸流定槳式、軸流轉(zhuǎn)槳式、貫流式、沖擊式、水泵、水輪機式等等；68水輪機發(fā)電機組由多種工作狀態(tài)：機組開機、機組停機、同期并網(wǎng)前和從電網(wǎng)解列后的空載、孤立電網(wǎng)運行、以轉(zhuǎn)速控制和功率控制并列于大電網(wǎng)運行、水位和/或流量控制等。水輪機控制設(shè)備是通過很大的動力來調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水機構(gòu)和槳葉機構(gòu)來調(diào)節(jié)水輪機流量及其流態(tài)的，因此，即使是中小型調(diào)速器也大多要采用機械液壓執(zhí)行機構(gòu)

8、，且常常采用有一級或二級液壓放大的液壓執(zhí)行機構(gòu)。水輪機過水管道存在這水流慣性，通常用水流慣性常熟Tw；來表述：Tw＝(Qr/gHr)ΣL