调速器功用Word文档格式.docx

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水轮机调速器同时还是安全监控系统的执行部分之一，当发生电气事故发电机突然跳闸以后，调速器可以及时地将水轮机关闭，防止事态扩大。

一旦事故消除，调速器又能迅速起动机组，增加了备用机组快速投入的灵活性。

尽管调速器所完成的功能很多，调速器的类型也很多，但我们仍可以提出一些共同性的技术要求。

衡量一台调速器好坏的技术标准，可以从它的静态质量指标和动态特性的优劣来分析。

静态质量指标主要指的是调速器的转速死区ix，双调整调速器随动系统的不准确度ia，调速器静态特性的非线性度等。

动态特性指的是调节过程的快速衰减和良好的稳定性。

评价过渡过程的好坏也有一系列技术指标，如超调量、超调次数、调整时间和衰减率等，这些相应的指标都要满足技术条件的有关规定。

关于这些品质指标的定义、测试方法、允许范围等，在以后各章要陆续介绍。

简要地说，评价一台调速器质量的优劣，主要看其各项技术指标是否满足有关规程的要求。

也就是说，稳态运行时应能维持一定的静态准确度，并能稳定地运行。

在各种扰动信号作用下，应能达到快速收敛，满足过渡过程品质各项指标。

尤其甩负荷工况，应能确保机组安全，使大波动过渡过程品质也符合要求。

通常以下技术要求是特别重要的。

1）空载稳定运行时，维持频率的精确度。

例如，机组空载自动运行时，机组电流频率或机组转速波动值不得超过0.3%，也就是不大于±

0.15%。

2）稳态运行时机组功率亦应维持在一定的准确度内。

例如波动值不大于0.4%。

3）接力器不动时间Tq，应小于规定值。

例如对于一定的输入信号，不大于0.2s。

4）调速器转速死区ix小于规定值，例如小于0.02%。

5）随动系统不准确度应小于规定值，例如不大于1%~1.5%。

6）机组甩100%负荷时，其最大转速上升值βmax及最大水压上升值βmax应满足调节保证计算要求，且调整时间及其他动态指标均应满足调速器国家标准规定的技术指标。

关于上述各项技术指标的具体规定值，情况和条件不同，数值也不一样，详细可参见有关国家标准。

二、水轮机调节的任务

水轮机调节系统包括调速系统和被控系统。

在被控系统中，有水轮机和与之相联系的引、排水系统，还有装有电压调节器的发电机及其所并入的电网。

所以，在研究水轮机调节的同时，还必须研究电网和引、排水系统。

以及它们的特性、给水轮机调节带来的影响等。

机械都是在外力作用下运转的，外力分为驱动力和阻力两种。

若驱动力所做的功随时都等于阻力所做的功，则机械将保持匀速运动。

当驱动力所做的功大于阻力所做的功时，出现盈功；

当驱动力所做的功小于阻力所做的功时，出现亏功。

从能量守恒定律可知，功的勇亏将引起机械动能的增减，从而引起机械运动速度的波动。

在机械运动中，当动能作周期性变化时，其主轴的角速度也作周期性波动。

主轴的角速度在经过一个运动周期后，又恢复到初始状态，机械速度的这种有规律的波动称为周期性速度波支。

在周期性速度波动时，机械的支能并没有改变，因此在一个运动周期内，驱动力所作的功等于阻力所作的功，但在一个周期中的某一段时间隔中，驱动力所作的功和阻力所作的功往往并不是相等的，因而也出现了速度的波动。

周期性的速度波动是由驱动力的周期性变化引起的。

对于这种周期性速度波动，可采用飞轮来进行调节。

当驱动力所作的功大于阻力所作的功时，机械系统的运动速度将会升高，由于飞轮惯性的原因，将会力图阻止系统速度迅速升高，这时候飞轮的动能增加，相当于将一部分多余的功以动能的形式贮存起来；

反之，当驱动力所作的功小于阻力所作的功时，系统的速度将会降低，还是由于飞轮的惯性，又力图阻止系统的速度迅速将会降低，还是由于飞轮的惯性，又力图阻止系统的速度迅速降低并释放贮存的动能。

因而在驱动力做的功发生波动时，飞轮能够减少有一定的转动惯量的原因。

一些小型水轮发电机组往往需要装设一个飞轮，就是由于转动部分的质量不够大，需要用飞轮来增加转动惯量。

转动惯量对水轮发电机组以及电力系统的稳定性有着重要的作用，也对调速器的调节参数带来影响，因此一台水轮发电机组应有合适的转动惯量。

由于外界负荷的变化所造成的波动则是非周期性的速度波动，这种波动现象表现为驱动力或阻力突然发生变化，机械的转动速度也将随之发生变化。

这种速度波动是不规则的，且没有一定的循环周期。

机械在运转中，如红色动力所作的功在较长的一段时间内总是大于阻力所作的功，则机械将越转越快，导致飞车现象的发生，从而使机械损坏；

反之，如驱动力所作的功总是小于阻力所作的功，则机械将越转越慢，直至最终停车为止。

这两种状况都是不允许发生的。

非周期性速度波动的调节要采用“调速器”。

水轮发电机组的转动部分是作旋转运动的物体，由于水流的作用，在机组上有一个旋转动。

同时在机组上还有一个阻力矩，它由两部分组成，一部分是发电机定子磁场对转子磁场的反作用；

另一部分是轴承的摩擦损失、风阻损失及励磁机有功功率的。

当动力矩等于阻力矩时，角速度不变，也就是转速不变；

当动力矩大于阻力矩时，转速上升；

当动力矩小于阻力矩时，转速下降。

发电机的转速变化将导致发电频率的变化。

水轮发电机组组水能转变成电能供用户使用，用户除要求供电安全可靠外，还要求电能的频率和电压保持在额定值附近的一定范围内，如频率偏离额定值过大，就会直接影响用户的产品质量。

例如，纺织厂、造纸厂、广播电台等，对频率的变化都有严格的要求，如果电源的频率超过标准，纺纱厂纺出的纱就会精细不匀、轧钢厂轧出来的钢板的厚薄就会超差等。

按规定，电力系统的频率应保持在50Hz，其偏差不得超过±

0.2Hz。

此外，还应保证电钟指示与标准时间的误差在任何时候不大于1min；

对于大容系统，不大于30s。

电力系统的负荷是在不断变化的，存在着变化周期为几秒钟至几十分钟的负荷波动，这种负荷波动的幅值可达系统总容量的2%~3%，而且是不可预见的。

此外，一天之内系统负荷有上午、晚上两个高峰和中午、后夜两个低谷，这种负荷变化虽是基本上可预见的，但是从低谷向高峰过渡的速度往往较快，如有的电力系统记录到每分钟增加负荷达系统总容量的1%。

电力系统负荷的不断变化必然导致系统频率的不断变化。

水轮机的出力反映在动力矩上，主要与过机流量、工作水头有关。

由于水头在短时间内很少变化，因此出力的变化纺要反映在流量的变化上。

而流量的大小主要由导叶的开度来决定。

为了使机组的出力能与外界负荷变化相适应，就需要用调速设备来改变导水机构的开度，调整进入水轮机的流量，使机组的出力与负荷相平衡，以保持机组转速的稳定，这就是水轮机调节的基本任务。

水轮机自动调速器除完成上述基本任务外，还担任机组的启动、停机、增减负荷以及发生事故的自动停机等，还要完成并入电网的机组群的成组调节等职能。

水轮机调速器除了在正常运行时作为调节装置使用外，在事故情况下它还应该是保护装置。

三、水轮机调节的特点

1、水轮机调节的特殊性

水轮机的调节与其他原动机的调节有许多共同之处，但也有一些不同的特点。

（1）水轮机是使用水作为工作介质的机械，而水能的利用受到自然条件的限制，一般水轮机的工作水头常在几十米到一百多米。

水轮机前的压力只能有零点几兆帕到一点几兆帕，为能够发出较多的电能，就需要相当大的流量，水轮机在工作时，有大量的水流过水轮机的调节机构。

对大型水轮机来说，其流量可达几百（甚至过千）立方米每秒，因而就使水轮机调节机构的尺寸很大。

为推动笨重的导水机构并克服水力矩，就需要有足够大的调节功。

而用来感受机组转速变化的测量机构又必须极其灵敏，不可能产生较大的操作力。

为满足操作的需要，调速器往往需要设置二级液压放大和外加能源，并采用较大的液压接力器作为执行元件。

由于液压和机械系统的惯性，其时间常数较大，达零点几秒到几秒，这样，就容易产生过调节。

当负荷变化时，导水机构不能突然动作，而是有一定的延迟时间，这就无法使动力矩迅速适应外界负荷的变化，在这段时间内机组转速不断地继续升高（或降低）。

当导水机械的开度变化到使动力矩与阻力矩相适应时，机组转速已偏离额定值有一定的数值了。

要使转速回复到额定值又需要开关的数值。

这种调节现象使水轮机调节系统变得不容易稳定。

（2）由于水轮机工作介质的质量很大，水流的惯性也就很大，在水轮机的调节过程中，水流的惯性阻止水流的变化。

因此，当导叶开度增大时，在流量改变的起始瞬间，流入水轮机的水流速度会因导叶开大而有所下降，所以水轮机在导叶开大的瞬间出力反而会下降。

同时，由于导叶开度变化引起流速的变化，会在压力管道内引起水锤（即水轮机水头变化）作用。

水锤作用通常是与导水机构的调节作用相反。

例如，关闭导水机构使机组输入能量与输出功率减少，但此时产生的水锤会使机组功率增加并部分抵消导水机构的调节作用；

反之，若调节要求增加功率，而水锤作用却会使功率减少。

由于存在这种水锤反应，作为调节对象的水轮机有了复杂的变化，因而给水轮机调节带来一定的难度。

由于水锤作用引起的调节滞后作用的大小，常用压力引水管道的水流惯性时间常数Tw来表征。

对于长引水管水电厂或低水头水电厂，调节滞后作用较显著水轮机调节系统的稳定性问题也就列加突出，为了抵消这一影响，就不得不设置较强的、时间常数较大的反馈元件，使调节过程适应这种滞后作用，这样一来，就恶化了调速器的速动性。

当Tw值过大时，调节品质也就会很差，所以在压力引水系统设计时就要采取必要的措施，保证Tw值过大时，调节品质也就会很差，所以在压力引水系统设计时就要采取必要的措施，保证Tw值不致过大；

另外，为了限制压力引水管道中水压最大变化值，必须限制导水机构的运动速度，这也会给调节系统的动态特性带来不利影响。

改善调速器的调节器质仅从调速器一方面考虑是不够的，应从调节系统的整体全面考虑。

（3）有些水轮机具有双重调节机构，如转桨式水轮机和斜流式水轮机有导水机构及活动桨叶；

水斗式水轮机有喷嘴和折向器；

某些混流式水轮机装有控制水锤作用的调压阀。

于是调速器中需增加一套调节、执行机构（通常是随动系统），从而增加了调速器的复杂性。

另外转桨式水轮机桨叶调节比导叶慢，它又增加了水轮机的出力滞后，对水轮机调节系统不利。

（4）随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调节系统具有越来越多的自动操作和自动控制功能。

这就使水轮机调速器成为水电厂中一个十分重要的综合自动装置。

总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，所以水轮机调速器的结构要复杂一些，放大元件的级数要多一些，反馈元件的时间常数要大一些，功能要强一些。

2、防止飞逸的一些措施

水轮发电机组在运行时，如果由于某种原因突然甩负荷，而此时刚好调速系统失灵，导水机构事故关闭装置也发生故障，不能关闭导叶，这时机组的转速将急聚上升，直到与随转速上升而增加的损失相平衡时为止，这种工况叫飞逸工况。

此时机组的最大转速叫飞逸转速。

如果在水头最大、导叶开度最大、叶片安放角较小时发生飞逸工况，这时的飞逸转速称为最大飞逸转速。

转速升高，离心力则以角速度的平方倍增加，所以，水轮发电机组在飞逸转速下运行，可能引起轴承损坏、机组转动部分破坏，机组、厂房振动，产生噪声。

机组的飞逸工况是一种应该尽量避免的工况，虽然一般制造厂都保证机组在飞逸工况下运行2min，但是在