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武汉三联培训资料

调速器培训资料

武汉三联水电控制设备有限公司

二OO五年六月

目录

一水电站及其系统4

1.1电厂的分类4

1.2水电厂分类5

1.3水轮机的类型6

1.4水电站关键设备介绍8

二调速器概况9

2.1调速器在水电站的作用和地位9

2.2水轮机调速器的类型10

2.3水轮机调速器的发展历史11

2.4新型调速器的标准和特性12

2.4.1水轮机调速系统的标准12

2.4.2调速器总体原则13

2.4.3性能指标13

2.4.4调速系统的可靠性14

三调速器的控制原理14

3.1水轮机调节的基本原理14

3.2调速器系统的结构17

3.2.1电气控制系统17

3.2.2电液转换环节19

3.2.3液压放大机构21

3.2.4机械执行机构21

3.2.5必要的辅助设备21

3.3调速器的运行及流程控制22

3.3.1调速器运行流程23

3.3.2自动运行工况23

3.3.3电手动运行工况28

3.3.4机械手动运行工况29

3.4调节规律29

四典型调速器产品介绍32

4.1数字式调速器33

4.2步进式调速器33

4.2.1产品简介33

4.2.2系统结构34

4.3比例数字式冗余调速器36

4.3.1产品简介36

4.3.2系统结构37

五调速器的调试步骤39

5.1通电检查39

5.2试验准备工作39

5.2.1接力器的反馈调整39

5.2.2开关机时间整定40

5.2.3电机反馈调整（仅步进式和比例式）40

5.2.4功率反馈调整40

5.2.5水头反馈调整41

5.2.6电机驱动调整（仅步进式）41

5.2.7测频检查41

5.3无水试验41

5.3.1静特性试验41

5.3.2调速器运行状态切换试验42

5.3.3故障冗错试验42

5.3.4模拟紧急停机试验43

5.4动态调试43

5.4.1手动开机43

5.4.2空载频率摆动43

5.4.3空载频率扰动44

5.4.4自动开、停机44

5.4.5甩负荷试验45

六一次调频功能45

6.1一次调频和二次调频的基本概念45

6.2发电机组调速系统一次调频静态特性45

6.3水电机组调速器的一次调频功能的实现46

6.4国家电网对参与一次调频机组的要求46

6.5水电机组调速系统一次调频功能的试验47

七常见故障分析及处理48

7.1空载运行49

7.2负载运行49

7.3接力器50

7.4甩负荷50

7.5参数和水头51

7.6关键输入信号51

7.7监视关键参数51

一水电站及其系统

1.1电厂的分类

电力工业是国民经济的一项基础工业，其发展速度必须超前于国民经济发展的速度。

否则其他各项工业必将受到制约。

目前，我国缺电严重，2004年上半年全国性缺电，东南及沿海尤为严重。

因此，电力工业的发展有严峻的任务和巨大的潜力。

发电厂是直接生产电能的部门，由于所用“燃料”不同，发电厂的种类有：

火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风力发电厂以及地热发电厂、太阳能发电厂、磁流体发电厂等，世界各国以前三类发电厂居多。

1）火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃烧的化学能生产电能的工厂。

其能量转换过程是：

燃料的化学能→热能→机械能→电能。

火力发电厂又分为凝汽式电厂和热电厂。

一般凝汽式电厂的效率大约在30%—40%，大部分的能量被浪费掉。

而热电厂生产电能的同时，剩余的热能用于北方居民的取暖，现代化大型的火电厂总体效率在60%—70%。

用于发电的效率也只是30%—40%。

而且由于热负荷条件的限制以及矿产燃料的过度开采，热电厂不可能大量兴建。

2）水力发电厂是利用江河水流在高处与低处之间存在的位能差进行发电的。

它的基本过程是：

从河流较高处或水库引水，利用水的压力或流速冲动水轮机转动，将水能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转化为电能。

与火力发电厂相比，水电厂具有以下优点：

◆利用循环不息的水能发电，可节省大量燃料，而且没有环境污染。

◆生产过程较简单，所需的运行维护人员较少，容易实现电能生产自动化。

◆生产效率高，发电成本低，大中型水电厂的发电效率约为80%—90%，成本约为火电厂的1/3～1/4。

◆水电机组从静止状态启动到满负荷运行，正常时只需4～5分钟，事故时可以缩短到1分钟左右。

而火电厂则需数小时，故水电厂能适应负荷的急剧变化，宜于承担系统的峰荷及作为备用。

在水电机组快速开机、停机以及灵活调节负荷的过程中，水轮机调速器作为执行及控制设备有着至关重要的作用。

另外，水力发电厂仍存在下面一些缺点：

◆投资较大，工期较长。

◆受气象，水文等自然条件的影响，有丰水期与枯水期的区别，因而发电不均衡。

◆由于水库的兴建将淹没一部门土地，给农业生产带来一些不利的影响。

◆此外，还可能在一定程度上破坏自然界的生态平衡。

3）核电厂也属于火力发电厂的一种形式，它们的区别在于燃料不同，核电厂的主要优点是可以节省大量的煤、石油等燃料，造价虽高，但发电成本比火力发电厂要低30%～50%。

4）风力发电厂利用风能发电，利用地区的气候优势开发新能源。

风能洁净无污染，占地面积小。

但是风力发电投资较大，地域选择性强，不能大范围推广。

1.2水电厂分类

◆坝式水电站

在河流峡谷处，拦河筑坝，在坝址处集中落差形成水头，这种水能开发方式称为坝式开发。

采用坝式开发的水电站称为坝式水电站。

按照大坝和水电站厂房位相对置的不同又可分为河床式、闸墩式、坝后式、坝内式、溢流式等。

坝式开发的优点是形成蓄水库，可以用来调节流量，水电站引用流量大，水能利用程度比较充分。

此外，坝式开发因有蓄水库，故综合利用效益高，可以同时解决防洪和其他兴利部门的水利问题。

目前，世界上装机规模超过200万kw的巨型水电站大都是坝式开发。

◆引水式水电站

在河流坡降较陡的河道上游，通过人工建造的引水道（明渠、隧洞、管道等）引水到河段下游来集中落差，再经高压管道引水至厂房，这种开发方式称为引水式开发。

引水式又分为有压和无压引水式电站。

与坝式开发相比，引水式开发集中落差形成的水头相对较高，目前最大水头已达2030m（意大利劳累斯引水式水电站）；由于引水流量一般较小，又无蓄水库调节径流，故水量利用率及综合利用价值较低，装机规模相对比较小（最大达几十万kw）。

◆混合式电站

在一个河段上，同时才采用坝式和有压引水管道共同集中落差形成水头的开发方式称为混合式开发。

相应的电站称为混合式电站。

◆抽水蓄能

抽水蓄能电站是装设具有抽水和发电两种功能的机组，利用电力低谷负荷期间的剩余电能向上水库抽水储蓄电能，然后在系统高峰负荷期间从上水库放水发电的水电站。

◆潮汐水能开发

潮汐水电站是利用大海涨潮和退潮的时所形成的水头进行发电的。

1.3水轮机的类型

由于河川水能的具体开发条件不同，出现了各种不同类型的水轮机。

根据能量转换特征不同，近代水轮机可分为两大类：

反击式水轮机

主要利用水流的压力能转换为机械能的水轮机称反击式水轮机，它的特点是水流在压力流状态下经过转轮，水流充满整个流道。

根据水流流经转轮的方式不同又可分为以下几类。

1）轴流式水轮机

水流沿轴向进入转轮，轴向流出转轮的水轮机称为轴流式水轮机，如图（a）所示。

根据转轮轮叶结构不同，轴流式水轮机又可分为定浆式（ZD）和转浆式（ZZ）两种。

定浆式水轮机的轮叶装置角固定不变；转浆式水轮机的轮叶装置角可随水轮机工作状况的改变自动调整。

转浆式水轮机高效率区较宽，能适应出力的变化，但结构复杂。

轴流式水轮机多用于低水头大流量的水电站，适用水头3～88m，多用于50m以下水头。

2）混流式水轮机

水流沿径向进入转轮而轴向流出转轮的水轮机称为混流式水轮机，又称轴向轴流式水轮机，如图（b）所示。

混流式水轮机适用水头范围30～700m，是应用最多的机型之一。

我国目前混流式机组的水头最高达302m。

3）贯流式水轮机

水流由管道进口导尾水管出口均为轴向流动，转轮与轴流式机组相同，称为贯流式机组，如图（d）所示。

根据轮叶结构不同，有贯流定浆式和贯流转浆式两种。

贯流式机组过流能力较好，适用于水头范围为1～30m的低水头与微水头开发，多用于河床式与潮汐式水电站中。

4）斜流式水轮机

水流斜向流经转轮，叶片轴线与水轮机轴线有一夹角，称为斜流式水轮机，如图（c）所示。

斜流式水轮机转轮叶片装置角可调整，高效率区较宽，其性能界于轴流式与混流式之间，适用水头范围在20～150m，可作为水泵—水轮机（可逆式机组）用于抽水蓄能电站。

冲击式水轮机

通过喷嘴将水流能量全部转换成高速射流的动能，冲击安装在转轮外围轮盘上的部分勺斗使转轮转动，将水能转换成机械能的水轮机称为冲击式水轮机。

转轮在大气中工作，水流流经叶片（勺斗）时均为自由水面。

按射流是否在转轮平面内分，可有以下三种不同形式。

1）切击式（水斗式）水轮机

射流在转轮旋转平面之内，如图（a）所示。

转轮旋转时，后续勺斗背面会对射流产生一定阻隔作用。

2）斜击式水轮机

射流与转轮旋转平面成一斜角α，射流由勺斗一侧进入，另一侧流出，增加了水轮机的过流量，如图（b）所示。

由于射流避开了水斗背面的阻隔，提高了水能利用效率，但相应产生了轴向水推力。

3）双击式水轮机

射流具有一个很宽的长方形截面，与主轴垂直。

射流先从转轮外周流向中心，穿过中心空腔后再从内向外流出，二次对叶片发生作用，故称双击式，如图（c）所示。

1.4水电站关键设备介绍

主机：

包括水轮机、发电机。

水能作用在水轮机的导叶和桨叶上，带动转轮转动，从而带动发电机旋转产生电能。

主机辅助系统：

有一些必要的系统是水轮机组运行所必需的，以保证它安全可靠地运行，包括水、油、气系统。

水系统一般指冷却水系统，它保证水轮机组的各个推力瓦以及水导瓦的温度不超过规定的安全运行范围；油系统来保证轴瓦之间的润滑；气系统一般用于刹车装置，使机组尽可能在额定转速下运转，避免在关机过程中长时间的低速运转。

直流屏和UPS：

电站的后备电源。

励磁装置：

调节励磁电流改变磁场，调整机端电压、配合调速器改变发电机的输出功率。

水机保护和线路保护：

水机保护主要监视水轮机组运行中各辅助系统的状况以及各辅助设备的工作状态，当某环节出现故障时根据实际情况来进行相应的动作；线路保护监视电网的状况以及监测电网的各种参数，判断是否正常工作状态，发生状况时及时把水轮机发电机的输出端和电网断开。

调速器：

调节水流量以调节空载机组的转速和负载时机组的负荷。

辅助设备包括油压装置和自动补气装置（常规油压）。

监控系统：

整体统筹各个设备的运行，监视各设备的运行情况和参数，根据各种需要对各个设备发送控制关命令。

二调速器概况

2.1调速器在水电站的作用和地位

电能是一种特殊的商品，电能是一种能量形式的转换，它要求生产与消费同时完成，从这个特点出发，在运行时就要求经常保护电源和负荷之间的平衡。

另外保证电能的良好质量也是电能生产过程中的重要任务。

通常衡量电能质量的主要指标是电压和频率，其次是波形。

频率的偏差将严重影响电力用户的正常工作。

对电动机来说，频率降低将使电动机的转速下降，从而使生产率降低，并影响电动机的寿命；反之，频率增高将使电动机的转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。

特别是某些对转速要求较严格的工业部门（如纺织、造纸等），频率的偏差将大大影响产品质量，甚至产生废品。

另外频率偏差将对发电厂本身造成更为严重的影响。

例如，在