华科电气微机水轮机调速器测频设计与试验实验报告文档格式.docx
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一般来讲水头高的电站用的水轮机类型是混流式、例如三峡水力发电厂、小湾水力发电厂，水头略低的是轴流式，例如葛洲坝，还有的分定浆和转浆式，也就是浆叶的叶片能否调节，福建的孔头电站就是定浆的。
水头再低一些，而且流量较大的流域就可以建设贯流式电站了，例如广西长洲（单机45M）、广西桥巩（单击58M）等。
一般对调速器而言，如果只有导叶可调，就叫单调机组，导叶、浆叶都能调整的就叫双调机组。
对于水轮机再往深入的讲，我也不清楚了。
下面我就具体讲讲调速器相关的知识，会讲到基本功能、工作原理、然后举例（一个实际的设备）讲讲电气部分、液压部分和调节规律等），不足之处大家多多指教了。
水轮机微机调速器水轮机调速器---也就是调整水轮机转速（也就是发电机组转速）的一种设备，对电网来说说，频率是衡量电能质量的一个重要指标，在中国规定电网频率应该稳定在50Hz，俗称工频。
对于水能发电机组而言，调速器的作用就是控制导叶（浆叶），让机组转速稳定在50Hz附近（具体标准参考相关国标），空载时（空载一般指水能发电机组已经转起来，导叶开度达到一定开度（接近与当前水头下的空载开度），频率超过45Hz,主开关没有合闸）调速器的主要作用是将机组转速调整到50Hz（有时可跟踪系统频率，一般认为系统频率为50Hz），等待机组并网.（机组并网需符合三个条件:
机组频率=系统频率;
机组电压=系统电压;
机组相位=系统相位），这称为频率环调整。
并网后（如果是并于大电网），一般认为此时机组的转速已经被电网拖住，不会发生变化，（一般未投入一次调频功能的机组，频率死区设置为0.3Hz）此时调速器的作用是通过调整导叶开度，改变了机械力矩，从而调整了发电机的出力，也就是调有
功，这称为开度调节。
有的调速器还配备了功率闭环调节功能。
微机调速器，也就是采用微机（单片机、工控机、PLC、PCC）的控制模件作为调速器的主控，承担测频、测导叶（轮叶）开度、水头、有功功率等模拟量、开入开出检测输出、故障检测、机组状态判断、PID调节、控制输出等任务。
目前在中国PLC和PCC是主流，中国大部分的厂家对于微机调速器的更新也就是更换个主控模块，例如从三菱的FX2换到施耐德的昆腾系列，个人感觉对于调速器的性能是没有什么大的提高的，毕竟最后推动导叶的是油压，控制响应速度是无法和电信号比较的，就算控制模块的速度再快，计算周期再短，你也得要液压部分能响应啊,所以说目前中国这么调速器厂家争来争去，都说自己的产品好，功能多，干什么呢,水轮机调速系统是一个很经典的闭环控制系统，反馈少，控制对象也就少，而且目前用的就是经典的PID，其他文章写的都是屁，你用给我看看,前几天看到国外的一篇文章，说美国那些山里面的调速器还有好多已经用了100多年了，除了更换一些易损件（垫圈等），没什么问题，看看我们，何必呢,目前控制模件更新那么快,更新周期越来越短，也许你的调速器还很号用，可惜买不到CPU电池了，怎么办,换吧，只有换，电厂的某些人才有机会啊，当然我们才有饭吃啊。
牢骚说多了，个人认为，水轮机微机调速器是一个发展了150多年的成熟行业，不需要太大的改变，需要的就是一个稳定、可靠、易操作的系统，最好结构还能简单，易维护，甚至免维护。
水轮机微机调速器-系统简介前面已经谈过水轮机调速器的基本原理和基本功能了，下面想谈谈一个水轮机调速器的系统组成。
简单来说，调速器由电气部分+机械部分组成。
电气部分一般包括:
电源系统、主控系统（PLC、PCC等）、信号调理系统（频率信号、齿盘信号的调理模件）、操作逻辑系统（一般由继电器回路构成）、人机界面等。
机械部分在中国也数目繁多，一般西方国家的调速器机械部分用伺服比例阀做为电液转换器，例如三峡、龙滩等工程。
中国有一批老专家认为阀比较容易卡（因为中国的电站对油系统中油的处理不是太上心，所以会发生阀卡等现象），所以研发了伺服电机、步进电机等作为电液转换器的调速器，在三峡工程调速器没有定标以前，曾经大行其道，为市场主流。
我没有接触过伺服电机的调速器，步进电机到是试验过，但是想想作为一个旋转机构的输出力矩，然后转换为直线力矩去推动主配压阀，当从正向向负向变化时，电机的转速和方向也要有个变化，也就是先要减速，然后又要反向加速，似乎没有伺服比例阀仅仅阀芯动动，阀位机能就发生变化，从而导致主配动作那么容易，也就是个人认为，电机型的响应速度比不上伺服比例阀。
随着三峡工程等一批大机组的上马，采用的调速器均为伺服比例阀+主配压阀，现在流行的就是伺服比例阀（有的小机组，或者某些厂商为了节约成本，也采用比例阀，反正大部分人也分不出伺服比例阀和比例阀的差别）。
还是那句话，调速器是一个非常成熟的控制系统，虽然因为涉及到水（引水管道模型）、机（水轮机、接力器）、电几个方面，也较难找出适合的数学模型，但是实践证明，一个中档的PLC（测频精度能高一些）+经典PID+伺服比例阀+主配完全可以满足要求，所以没必要追求什么高性能的PLC，就算你的处理速度再快，可是水流惯性时间常数和机组惯性时间常数都是以秒作为单位，你的运算周期是20ms还是5ms对结果影响不大。
控制规律PID绝对是够用，而且很好用。
伺服比例阀+主配这种方式也很成熟，控制起来也方便，当
然成本贵了些。
有时想想，对于一台水力发电机组来说，一个运行可靠、稳定的调速器是重要的，但是目前大家拼的是价格，你以为合算了，我可不能亏，那就节省成本了，制造成本、设备成本、人力成本。
。
导致了设备质量差强人意，容易出毛病，从业人员综合素质也难以提高（那么低的工资，很难找到水平又高、吃苦耐劳、还不在乎钱的哥们吧），最终当然就是整个行业不景气了。
水轮机微机调速器-开关量一般来讲，对于常规调速系统，他的外部开入量信号有:
开机、停机（紧急停机）、增加（转速、开度、负荷）、减少（转速、开度、负荷）、负荷开关信号（发电机出口开关信号、高压侧开关信号）、调相令、手动令。
当然还有一些故障量，例如电源故障、油滤堵塞等。
一个闭环系统是通过测量值和给定值的偏差进行计算，然后输出到执行器，意图为消除偏差。
调速器也是如此，但是并不是存在偏差就需要调节，这需要看运行状态，而状态的选择很大程度上依赖于控制系统对开入量的判读。
例如，当调速器收到监控系统的开机令时（且无停机令、导叶锁锭亦在拔出状态），调速器则可以转到开机态。
常规调速器一般有以下几个状态:
停机态、开机态、空载态、负载态、调相态，当然每个厂家根据程序的编制或者自己的定义，有的停机态还分为停机态、停机等待态，有的将开机态和空载态合成一个状态。
状态的划分只是便于控制系统更好地发挥它的控制功能，例如，在停机态，常常将导叶给定信号设置为一个负的导叶开度，这样在关机后，主配还接受一个偏关信号，有利于导叶在停机状态不至于被水冲开，在负载态时，由于频率死区的存在，此时频率环就不起作用了，此时的偏差为开度或功率，根据bp或ep进行调节了。
水轮机微机调速器-测频水轮机调速器，
顾名思意，就是用来调水轮机的速度，也就是发电机的转速。
既然要调节转速，作为一个测控系统，当然要测量转速，机械转速不好测量，一般都转换为电气信号进行测量。
比较常见的有两种方式:
1、残压测频，也就是当发电机转起来时，机端PT感应到的电压;
2、齿盘测速，就是利用探头（电子式的接近开关）、抱在大轴的齿盘（根据发电机的转速设计的专用齿盘，齿数和发电机的磁极对数有关，成比例关系）;
当然作为调速器，也不方便直接对上述信号进行测量，必须经过信号隔离转换，一般都转换为方波信号处理，大家知道频率f和周期T有如下关系:
f=1/T我们只要测量T，就可以算出频率，这对于运算功率强大的微机来说，是很容易的，所以通常我们就是测量转换后方波的周期（有时也可以将信号分频后再处理）。
也即是常说的测周法。
对于PLC型调速器，一般采用高速计数模块进行测量，有的也采用单片机测频然后再传递给PLC，目前这种方式已经不多，对于单片机或PCC型调速器，一般都采用本体自带的类似于TPU功能（时间处理单元）进行处理。
很多电力系统相关的控制器都有测频功能，这也不是个很复杂的功能，目前的调速器都能满足测稳、测准，稍稍有点技术含量的就是对于频率消失或者频率跳变的处理，也就是多编一些逻辑关系而已，要充分保证不能因为频率故障就导致停机。
一般在负载情况下，假如测不到机组转速（残压和齿盘信号都消失），也就是报个故障，但是运算中将测到的电网频率用来做机组频率，如果电网频率也故障，在连接大电网的情况下，也可以认为机频就等于50Hz。
这样就不影响机组运行，但是要马上进行处理，如果此时发生甩负荷，就比较危险。
开机过程中或者空载状态发生频率故障，采取的处理方式比较多，可以在当前开度稳住不动，也可以调速器自己停机、也可以报信号给监控系统由监控系统进行停机。
因为没有并网时，停机下来处理故障很合适，一般不会被电网考核。
如果是双套冗余的调速器，在测频故障的处理上还有一些逻辑关系。
总的来说，就是有问题的不能作为输出控制器，如果原来为主，发现故障时应该移交控制权给没有问题的那一套。
水轮机微机调速器-模拟量继续聊。
对于水轮机来说，调节它的速度，最合适的方法就是调节通过它的流量，这样也就得通过调整导叶开度来进行。
（对这方面知识不了解的，可以看看《水轮机》，了解一下水轮机的结构，毕竟要了解一个控制系统，还是要对控制对象有所研究）一般来说，调速器是通过主配压阀驱动接力器，从而控制导叶。
接力器也就是一个油缸，一般导叶的调速环配有两个接力器，一个推，一个拉，让调速环转动，控制导叶的开启和关闭。
谈到这，我们就知道了，我们需要调节导叶开度，那么对控制系统而言，就需要测量导叶开度（导叶的实际位置），但是实际的导叶位置不好测量（环境不好，也不好安装合适的传感器），一般我们通过测量接力器行程来表示导叶开度。
接力器的行程一般都是直线式的，测量直线距离的位置传感器种类就很多了，有旋变的，拉绳式的，磁滞式的。
在此不列举了。
至于传感器的输出，就得看您选用的控制系统对模拟量接口的需求了，因为传感器的安装位置离较远，建议采用电流型的输出传感器。
除了导叶开度，大多数调速器还测量水头信号，对于微机调速器而言，控制参数里有空载开度、电气开限，而这都和水头有关，一般都设置有和水头有关的协联曲线。
水头高，对应的空载开度要小，电气开限也小。
调速器在并网状态下，如果是和大电网
连接，此时调整导叶开度，也就是调整负荷了，对于拥有有功闭环功能的调速器还需要测量功率，测量功率的方法就很多了，在此就不列举了。
很多国外的调速器还测量了蜗壳水压，尾水管水压，因为甩负荷时，除了要考虑转速上升率，更重要地是考虑蜗壳水压，转速的抑制有多个装置，而因水压过高出现爆管那就是很严重的事故了。
一般来讲，在低水头甩负荷时，着重考虑转速的上升，而高水头甩负荷时，就要着重考虑蜗壳水压的上升。
曾有人提过，将蜗壳水压也做成反馈，在甩负荷时，监测水压，通过调整导叶的关闭速度来控制水压，让其在安全的范围，目前不了解是否有具有这种功能的调速器。
总结一下，一般调速器采集的模拟量有:
导叶开度（轮叶开度）、水头信号、有功功率、蜗壳水压、尾水管水压。
对于模拟量输出来说，就是看您选用的电液转换器的类型来说了，假如选用的是伺服比例阀，您需要输出控制信号（电压）给功率放大板，伺服电机也如此。
如果电液转换器为数字阀组，那么控制信号就为PM波了。
关于电液转换器的控制，在后续章节详细讨论。
本节就到此了。
篇二:
水轮机微机调速器常见故障的处理水轮机微机调速器常见故障的处理所谓常见故障是指调速器投运前或大修后经过调整、试验合格，能投入正常运行，在以后的正常运行中，由于调速器部件产品质量问题，机构松脱变位、机械杂质堵塞、参数设置改变等原因引起的故障。
为帮助运行人员迅速判断故障原因和故障部位及时排除故障，本节列举了可编程调速器运行时可能发生的故障及处理措施。
（一）开机、并网及空载运行时常见故障
1（上电后出现电气故障无法开机该故障的可能原因有:
（1）可编程控制器的运行开关未置于“RUN”位置，“RUN”灯未亮，可编程没有投入运行，可能导致电气故障灯亮。
（2）可编程控制器故障，此时可编程故障灯亮。
导致可编程控制器故障有多种原因，主要的有模块故障，程序运行超时，状态RAM故障，时钟故障等。
此时应先切手动，暂停运行，过一会儿再重新启动，一般即可恢复正常。
如果是常驻性故障，应检查相关模块运行指示灯是否正常，对不正常的模块应进行更换。
（3）“电气故障”继电器接点粘连或继电器损坏。
此时可检查可编程控制器“电气故障”端子是否有“电气故障”的信号输出（即观察可编程对应输出端口指示灯是否亮）即可判断是否继电器的问题。
（4）测频故障导致“电气故障”灯亮，观察显示屏是否显示“机频故障”。
2（手动开机并网，切至自动后导叶全关
（1）水机自动屏/LCU的停机令未复归。
（2）电气部分连线接触不良、元件损坏。
如PLC的调节输出电压未送至综合放大板，功率管损坏短路，或调节阀的线圈与控制信号线接触不良等。
（3）若调节器输出有开机信号，则可能是电液转换部件卡在关机侧，清除电液转换部件故障。
3（发开机令后调速器不响应
（1）调速器没有切为自动状态。
手动状态时，切除了电气部分对机械部分的控制，上位机指令不起作用。
（2）紧急停机电磁阀没有复归。
由于采用具有定位功能的两位置电磁换向阀，紧急停机信号解除后，电磁换向阀保持在原紧停位置，必须在复位线圈通电后，紧急停机功能才能解除。
（3）水机自动屏/LCU的停机令未复归。
电站试验、事故检查后，易发生停机令未解除的情况，停机令级别高于开机令，调速器执行停机令。
（4）电液转换部件被机械杂质卡住。
在机组运行初期易出现。
4（开机后，机组频率稳定值小于50HZ
（1）调速器未投入跟踪网频时，频率给定值小于50HZ时。
可人工调整（增加）按频率给定值调节机组频率;
若自动准同期装置投入也会增减频给。
（2）空载开限值小于实际空载开度，故机组频率小于50HZ，适当调大空载开度限制值。
（3）人工给定水头信号时，可能水头给定值偏小，导致空载开限低，调整水头值。
5（机组自动空载频率摆动值过大
（1）如果手动空载频率摆动值过大，例如:
在0.5,
1.0HZ，而自动空载频率摆动在0.5HZ以上，这是由于机组结构和水流等因素造成，调整调节参数KP、KI和KD有可能使空摆减小一些，调整原则是使调速器动作加快。
即适当增大KP和KI整定值。
增大KD效果比较明显。
若摆动值偏大而且等幅摆动，周期短，可能是调节参数设置不当，适当减少KI。
若摆动值偏大，而摆动周期长，可能是随动系统放大系数偏小所至，适当增大随动系统中的放大系数。
（2）调节参数设置不当积分系数偏大:
积分系数过大系统表现为较大的滞后特性，机组频率可能出现较大的等幅振荡;
比例系数偏大:
比例系数过大，意味着较的频率偏差也会有较大的调节信号输出，因过调节而造成机频多次振荡。
（3）随动系统放大倍数偏小，死区补偿不足。
由于中位密封的需要，各种液压滑阀处于中位时有一定的搭叠量，控制时需由电气部分进行死区补偿。
较大的死区会使得机组频率等幅振荡，死区越大，振荡幅值越大。
（4）机组频率信号源受到干扰，导致机频无规则的摆动。
常见的问题有:
频率线未用屏蔽线或屏蔽线接地不良，或一根频率线悬空;
频率信号线与动力线近距离并行;
在机组首次开机时残压太低;
电站中大功率电气设备启停、直流继电器或电磁铁吸/断造成的强脉冲电磁干扰等。
（5）接力器与导水机构间有过大的机械死区。
这种情况下，调速器手动时机组频率摆动可达0.2,0.3Hz甚至更大，自动时机组频率摆动则大于或等于上述值，调节PID参数也无明显效果，应停机检查并处理。
（6）导叶位移传感器松动或在某区域接触不良，使得反馈信号不是随接力器的行程线性变化，甚至造成反馈信号无规则的跳动。
（7）调速器至接力器的油管路中存在空气，导致接力器的不规则抽动。
（二）机组带负荷运行时常见故障
1（溜负荷所谓溜负荷是指在系统频率稳定，也没有进行减负荷操作的情况下，机组负荷全部或部分自行卸掉。
其原因可能有:
（1）电液转换部件卡在偏关侧，此时开机侧线圈虽有电压，而接力器却一直向关机方向运动，导致机组负荷全部卸掉。
（2）综合放大板开启方向功率放大管损坏，造成调速器只能关，不能开。
当系统频率稍高时，调速器会不断自行关小导叶，使机组卸掉部分负荷;
但当系统频率稍低时，它又不能开大导叶，增加负荷。
对此情况，可以人为增减功率给定，检查接力器开度能否随之增大减少，就可作出判断。
（3）导叶位移传感器因定位螺钉松动，导致传感器传动部分移位，致使传感器输出的反馈值大于实际导叶开度，此时，并网运行机组将自行卸掉部分负荷。
（4）因干扰或其他原因导致机频的测频出错。
若瞬时的干扰使调速器测得一个较高频率，则调速器因频率升高而关闭导叶，由于功给仍保持原值，导叶又会慢慢恢复到原有开度。
与溜负荷相对应的是自行增负荷故障，其原因与上述分析类似，但方向相反。
2（接力器抽动其故障原因可能有:
（1）位移传感器松动或在某区域接触不良，使得反馈信号时有时无，产生错误的反馈信号，引起接力器的抽动。
（2）随动系统死区补偿过大，使接力器在调节时出现过调，导致抽动。
3（负荷突减至零并能稳定运行
（1）一般是断路器辅助接点接触不良。
（2）可能是断路器位置信号回路断开。
4（调速器不能紧急停机调速器不能紧急停机的主要原因可能有:
（1）紧急停机令没有送到微机调速器的相应输入端。
可观察紧停指示灯是否亮或用万用表测量。
（2）紧急停机信号未送达紧急停机电磁阀线圈。
可测量紧急停机电磁阀线圈插头是否带电。
如未带电，可能是相应连接线连接错误或接线松动。
（3）如紧急停机电磁阀线圈插头有电，而接力器不关机，则可能是紧急停机电磁阀故障或损坏。
可检测线圈电阻以判断线圈是否断线。
如线圈正常，应检查电磁阀芯是否卡死，液压系统有无故障。
（三）甩负荷及停机过程中的不正常现象
（1）甩负荷时，机组转速上升过大，超过调保计算给定值。
可能是调整关闭时间的限位机构松动，使接力器关闭过慢，重新调整接力器关闭时间。
（2）甩负荷时蜗壳压力上升过大，超过调保计算值，可能是调整接力器关闭时间的限位机构松动。
使接力器关闭过快。
重新调整接力器关闭时间。
（3）甩负荷过程中，超过3%的波峰多于2次且转速波动大，调节时间长，原因详见空载转速摆动值偏大一节。
（四）水轮机微机调速器自检发现的故障及处理原则现代水轮机微机调速器，不论大型中小型都设置有故障自诊断功能，大型调速器一般设置的检测项目多一些，灵敏度和准确率可能高一些，中小型水轮机微机调速器的设置的自检项目数少，各调速器厂生产的产品还不尽相同，但一般设置了如下故障自诊断项目:
（1）机频和网频信号输出突然消失或变化;
（2）导叶位置传感器输出突变或消失;
（3）水头信号突变或消失;
（4）主配压阀卡阻;
（5）电液随动系统故障（包括电液转换部件故障）;
（6）计算机主要模块故障。
微机调速器检测到以上故障后，均会自动作出处理，例如:
自动转入手动运行并发出故障报警信号。
各生产厂家的处理措施不尽相同，但一般产品产品说明书中会说明故障的相应处理措施。
不论那种自检出的故障，都会以有故障报警信号送到中控室或上位机，运行人员接到报警以后，无论调速器是否自动排除故障，运行人员都必须检查故障是否排除，未能排除的故障应即时处理。
篇三:
南瑞微机水轮机调速器使用与维护问答微机水轮机调速器使用与维护问答国电自动化研究院南瑞电气控制公司201X年9月目录第一部分:
电气柜
..........................................................................................................................3
一、SAFR000微机调节器的硬件配置有哪些,
......................................................................3
二、SAFR000微机调节器的主机模件上有哪些资源,..........................................................3
三、简述SAFR201X装置各主要模件（除CPU板）的功能。
.............................................4
四
升级会员 