水电厂调速器系统(机械)简介(方仲超).ppt

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水电厂调速系统（机械）简介水电厂调速系统（机械）简介方仲超方仲超华电四川宝珠寺水力发电厂机修分公司华电四川宝珠寺水力发电厂机修分公司水电厂调速系统简介水轮机调节的基本概念调速器的发展及分类调速器系统的构成及原理目录CONTENT设备常见故障案例分析调速器相关题库水轮机调节的基本概念目录CONTENT1.1水轮机调节的任务1.2水轮机调节的途径1.3水轮机调节系统的组成及特点1.4水轮机调速器的功能1.1水轮机调节的任务电力系统的负荷总是在不断变化的，其中有些随机变化的负荷是不可预见的。

一天之内有上午、晚上两个高峰和中午、深夜两个低谷，这种周期性变化负荷是可预见的。

而负荷的变化会引起系统频率的变化。

水轮发电机组把水能变成电能供用户使用，用户除要求供电安全可靠外，还要求电能的频率及电压保持在额定值附近的某一范围内，若频率偏离额定值过大，就会直接影响用户的产品质量。

对大电力系统要求频率波动值不超过0.4（0.2Hz），对于中小型电网，则要求频率波动值不超过1（0.5Hz）。

1.1水轮机调节的任务发电机的频率与转速和磁极对数有以下关系：

磁极对数由发电机结构确定，发电机确定后磁极对数为常数。

因此，频率仅与机组转速有关。

要保证频率在一定范围内稳定不变，就必须保持水轮发电机组转速稳定不变。

1.2水轮机调节的任务水轮发电机组示意图水水能能H.Q电电能能U.I.fMgMt机组的运动方程：

n-机组转速，r/min。

g-重力加速度；机组转动部分惯性力矩机组飞轮力矩为角速度水轮机主动力矩，发电机阻力矩1.2水轮机调节的任务要使机组的频率恒定，就要使机组转速恒定，也就是要使角速度增量d=0，那么就应当使水轮机的主动力矩Mt能与发电机的阻力矩Mg保持平衡，即负荷变化时引起阻力矩变化，应调节机组本身的输出主动力矩，以维持频率恒定。

而水轮机的输出功率与其输出力矩（即主动力矩Mt）的关系是：

Mt=P/水轮机调节（控制）的基本任务：

根据负荷的变化不断地调节（控制）水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速（频率）在规定范围内。

1.3水轮机调节途径水轮机的输出主动力矩为：

调节水轮机输出的主动力矩，就是要调节水轮机输出功率，其中最有效的方法和途径是通过调节（控制）水轮机的流量改变导水机构（喷针）的开度。

对转桨式水轮机还通过协联调节桨叶来调节流量；对冲击式水轮机还通过协联调节折向器来控制流量。

而实现这种调节（控制）的控制装置就是水轮机调速器（或称水轮机控制器）。

1.3水轮机调节的组成引水系统调速器水轮发电机组电力系统电能水能转速给定导水机构机组测量元件放大元件执行元件反馈元件水轮机自动调节方框图水轮机调节系统由调速器和调节对象组成,水轮机调节系统的调节对象是水轮发电机组，广义地说还应该包括与机组相连接的引水系统和电力系统。

而调速器严格地说除了其本体还有油压装置。

1.3水轮机调节的组成1.3水轮机调节的特点

（1）水轮机调速器必须具备有足够大的调节功水电站水头常在几米至几百米的范围内，故水轮机前的压力只有零点几MPa至几MPa，因此，为发较多的电功率，常需相当大的流量，水轮机及其导水机构尺寸也需要相应加大。

为推动笨重的导水机构就需要有足够大的调节功，需要设置多级液压放大（通常为两级）和外加能源（油压装置）。

（2）水轮机调节系统造成的调节滞后易产生过调节，不利于调节系统的稳定调速器的液压放大执行机构具有较大的时间常数，调节对象也具有较大的惯性时间常数，所以，负荷变化时导水机构动作有一定的延迟时间，从而造成调节滞后并导致过调节，这种过调节现象使水轮机调节系统变得不容易稳定；1.3水轮机调节的特点（3）水击的反调效应不仅严重恶化了调节系统的动态品质，而且不利于调节系统的稳定水电站因受自然条件的限制，常有较长的压力过水管道，管道长则水流惯性大；而低水头的转桨式机组，由于水头低而流量大，其水流惯性也大。

水流惯性大即TW大，故水击的反调效应造成的调节滞后作用就更加显著，因而这类电站的水轮机调节系统的稳定性就更差，同时也恶化了调节系统的动态品质。

（4）有些水轮机调速器还具有双重调节机构，从而增加了调速器结构的复杂性对于低水头的转桨式水轮机和贯流式水轮机，为了提高水轮机的效率，以确保在不同水头下均能获得较高的运行效率，因此，其不仅要调节导水机构，还要调节桨叶开度1.4水轮机调节的功能水轮机调速器是水电站最重要的控制设备之一，其功能有：

u在单机运行时用来维持机组转速恒定（按频率调节）；u承担机组启动、停机、并网和增减负荷等操作；u在并网运行时，按有差特性承担系统的负荷，实现按功率调节、按开度调节、按频率调节、按水位调节；u是水电站与机组的安全监控系统的执行装置之一。

事故时通过紧急停机电磁阀或事故配压阀快速关闭导叶（或折向器）切断水流，使机组紧急停机，保护机组及电站安全。

目录CONTENT2.1水轮机调速器的发展2.2水轮机调速器的分类调速器的发展及分类一2.1水电厂调速器的发展历程机械液压型调速器机械液压型调速器20世纪5060年代从前苏联购买，仿制械结构复杂控制精度低，调节品质差测速元件放大元件主配压阀主接力器暂态反馈元件永态反馈元件局部反馈元件指令信号+-机械液压调速器方框图机组的测速采样、反馈机构及调节规律都是通过机械结构来控制，并将反馈信号和指令信号进行液压放大，以获得足够的操作功。

2.1水电厂调速器的发展历程一2.1水电厂调速器的发展历程电气液压型调速器电气液压型调速器20世纪7080年代电子管、晶体管，集成电路采用电液转换器替代了离心摆。

增加了手自动切换，紧急停机电子元件/组件质量不过关，可靠性低测速元件综合放大电液转换器引导阀暂态反馈元件永态反馈元件指令信号+-中间接力器主配压阀主接力器机械反馈-+中间接力器调速器方框图设置中间接力器，作为一个积分器，主要配合反馈装置行程调节规律；将液压随动系统与调节规律分开，将死区较大的主配压阀置于调节规律闭环之外。

2.1水电厂调速器的发展历程测速元件放大器电液转换器比例单元局部反馈永态反馈元件指令信号+-辅助接力器积分单元主接力器微分单元-+硬反馈+电子调节器式调速器方框图调节参数的控制与电液随动系统无关，调节规律完备，机构简单，死区小。

2.1水电厂调速器的发展历程一2.1水电厂调速器的发展历程微机调速器微机调速器20世纪8090年代微机调速器研发起步阶段，单板机、单片机机械液压系统结构仍然比较老旧，复杂工业水平的制约，整机硬件可靠性，一致性较低微机调速器微机调速器9000年代微机调速器趋于成熟，PLC，IPC，PCC，比例阀，控制电机、数字阀，等多种电液转换器，标准液压元件开始选用功能较为完善，可靠性提高，能够满足使用要求一2.1水电厂调速器的发展历程微机调速器微机调速器21世纪微机控制器进一步发展，PAC，PCC出现，性能提高，加之现代控制理论应用以及生产商经验积累。

软件功能更加完善，增加了自诊断，维护，通信等功能标准化液压元件大量选用，数字阀调速器出现，液压集成技术使用，可靠性提高，结构美观，主配压阀等零部件结构优化，使用和维护更加方便。

技术取得了较大进步，但也有市场原因使得结构和性能在倒退调速器技术发展经历了机械液压型调速器、电气液压调速器和微机电液调速器3个阶段，在发展过程中不论是从系统结构、控制规律、功能扩展、硬件设施、液压随动等各个方面都有所改善，经过大家探索努力，水轮机调速器技术取得可喜的进展，产品质量和可靠性接近国际先进水平，基本满足国内水电建设的需求。

2.1水电厂调速器的发展历程2.2水电厂调速器的分类2.2.1按工作容量分：

特小型小型工作容量小于3KNm工作容量3-15KNm中型工作容量15-50KNm大型工作容量50KNm以上。

注：

按主配压阀直径（80、100、150、200、250mm）来计算2.2水电厂调速器的分类单调节双调节混流式机组，轴流定桨式贯流式、轴流转桨式多调节冲击式、水泵水轮机（多导叶）3.2.1按调节对象分：

2.2水电厂调速器的分类比例阀比例阀控制电机控制电机专业厂家生产的标准化产品，抗油污能力强，动态响应好，可靠性高，外形美观，易于搭建控制回路，实现冗余保护逻辑，检修维护方便，成本高抗油污能力强，可靠性高，动态响应能力较比例阀差，需将电机的旋转运动转换为直线运动并放大，有复杂转换机构，结构体积大，维护难度高，成本低快速开关快速开关阀阀+数字阀数字阀原理上分大小波动调节，对于小型机组，动态响应能力较好，受结构限制，流量具有阶跃性，系统冲击大，稳定性和控制精度受到考验。

2.2.3按电液转换器分：

目录CONTENT3.1调速系统的构成3.3主要功能原件介绍3.4几种典型的调速器结构分析调速器系统的构成及原理3.1调速系统的构成水电厂调速器系统的构成计算机监控系统调速器电气柜调速器控制柜油温控制油泵控制调速器机械液压部分压油装置自动锁锭压油泵机械部分机械部分电气部分电气部分外部命令外部命令3.1调速系统的构成调速系统还包括：

过速保护装置（事故配压阀、机械过速）分段关闭装置接力器锁定装置（机组自动化）管路系统3.1.1调速器电气柜：

调速器软件电源转换回路控制器（CPU、AI、AO、DI、DO、通讯接口）3.1调速系统的构成测频回路（残压、齿盘、机频、网频）外围输入输出回路人机交互（HMI、按钮、指示灯等）3.1.2调速器机械柜：

主配压阀电液转换器功能切换阀（电液转换器切换、手自动切换等）保护回路（紧急停机）反馈元件（紧停/复归、手/自动状态、压力、主阀位移等）3.1调速系统的构成3.1.33.1.3油压装置：

油压装置：

压力油箱回油箱（注排油接口、滤油接口、空气滤清器）油泵电机组插装阀组（单向阀，安全阀，卸荷阀）压力表、压力开关、压力变送器液位指示/变送器/开关（压力油箱和回油箱）空气安全阀自动补气装置油混水信号器3.1调速系统的构成3.1.43.1.4油压装置控制柜：

油压装置控制柜：

PLC控制单元人机界面（显示、操作）输入输出（采集数据、接收指令、反馈状态等）软启动器接触器断路器柜体、按钮、指示灯3.1调速系统的构成3.3.大型调速器机械液压系统框图大型调速器机械液压系统框图：

3.1调速系统的构成3.3.中小中小型调速器机械液压系统框图型调速器机械液压系统框图：

3.1调速系统的构成3.3.机械液压系统机械液压系统电电/机转换装置机转换装置电/机转换装置是电机转换器和电液转换器的总称，前者将微机调节器送来的电气信号，转换、放大成具有一定驱动力的机械位移输出，后者则把微机调节器送来的电气信号转换、放大为相应的液压流量控制信号输出。

电/机转换装置一般与主配压阀相接口，电机转换器与带引导阀的机械位移输入型主配压阀相配合，电液转换器则与带辅助接力器的液压控制型主配压阀接口。

3.1调速系统的构成3.3.机械液压系统机械液压系统比例伺服阀比例伺服阀是电液转换器，它是一种电气控制的引导阀，在大型和特大型数字式调速器中得到广泛的应用，由比例伺服阀作为电液转换器组成的数字式电液调速器在电站的试验运行结果表明，水轮机调节系统具有优秀的静态和动态性能。

比例伺服阀的功能是把微机调节器输出的电气控制信号转换为与其成比例的流量输出信号，用于控制带辅助接力器（液压控制型）的主配压阀。

3.1调速系统的构成3.3.机械液压系统机械液压系统比例伺服阀比例伺服阀的表示符号比例伺服阀控制主配压阀原理框图3.3.机械液压系统机械液压系统比例伺服阀3.1调速系统的构成四.机械液压系统自复中装置交流伺服电机自复中装置是电机转换器，它是一种新型的把交流伺服电机的旋转运动转换成机械直线位移的转换器，用于控制带引导阀（位移控制型）的主配压阀。

交流伺服电机自复中机构四.机械液压系统自复中/控制阀交流伺服电机/控制阀装置是一种电液转换器，用于控制带辅助接力器（液压控制型）的主配压阀。

交流伺服电机/控制阀四.机械液压系统主配压阀主配压阀是调速器机械液压系统的功率级液压放大器，它将电/机转换装置机械位移或液压控制信号放大