《水電站》第二章水輪機(jī)的調(diào)速設(shè)備一、水輪調(diào)節(jié)的任務(wù)

系統(tǒng)負(fù)荷變化→系統(tǒng)電壓發(fā)生變化→發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置動(dòng)作→發(fā)電機(jī)的端電壓恢復(fù)并保持在許可范圍內(nèi)。系統(tǒng)負(fù)荷變化→系統(tǒng)電流的頻率f發(fā)生變化，由于f是磁極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)速n的函數(shù)→發(fā)電機(jī)調(diào)速器動(dòng)作→發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恢復(fù)并保持在許可范圍內(nèi)。系統(tǒng)負(fù)荷變化水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)：隨外界負(fù)荷的變化，迅速改變機(jī)組的出力。保持機(jī)組轉(zhuǎn)速和頻率變化在規(guī)定范圍內(nèi)，最大偏差不超過±0.5Hz，大電力系統(tǒng)不超過±0.2Hz。啟動(dòng)、停機(jī)、增減負(fù)荷，對(duì)并入電網(wǎng)的機(jī)組進(jìn)行成組調(diào)節(jié)(負(fù)荷分配)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行。二、水輪機(jī)調(diào)節(jié)原理水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式為：式中：Mt——水輪機(jī)主動(dòng)力矩(水流推動(dòng)葉片做功)

Mg

——發(fā)電機(jī)的阻力矩

J——機(jī)組慣性矩；

——角加速度；所以當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)Mt，使Mt=Mg，n=ne又：要使，一般不能改變H和效率η，而是通過改變Q而達(dá)到改變主動(dòng)力矩Mt的目的。調(diào)節(jié)流量的途徑：反擊式：通過改變導(dǎo)葉開度a0

，ZZ：同時(shí)改變?nèi)~片轉(zhuǎn)角。沖擊式：通過改變噴嘴開度。水輪機(jī)調(diào)節(jié)的定義：隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷變化，水輪機(jī)相應(yīng)地改變導(dǎo)葉開度(或針閥行程)，使機(jī)組轉(zhuǎn)速恢復(fù)并保持為額定轉(zhuǎn)速的過程，稱為水輪機(jī)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速水輪機(jī)調(diào)節(jié)所用的調(diào)節(jié)裝置稱為水輪機(jī)調(diào)速器。

離心擺測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速，并把轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)槲灰菩盘?hào)，由于離心擺的負(fù)載能力很小，采用了二級(jí)液壓放大。引導(dǎo)閥和輔助接力器構(gòu)成第一級(jí)液壓放大裝置，主配壓閥和主接力器則構(gòu)成第二級(jí)液壓放大裝置，從輔助接力器輸出引一信號(hào)至引導(dǎo)閥，作為局部反饋，從主接力器輸出引信號(hào)經(jīng)緩沖器和調(diào)差機(jī)構(gòu)至引導(dǎo)閥，作為主反饋信號(hào)。三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng):單調(diào)節(jié)的調(diào)速器原理簡(jiǎn)圖水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng):

調(diào)速柜+油壓設(shè)備+接力器。其中中小型水輪機(jī)調(diào)速器將這三部分組合成一個(gè)整體，稱為組合式，運(yùn)行方便。

調(diào)速柜的作用：以轉(zhuǎn)速偏差為依據(jù)，迅速自動(dòng)地調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，已達(dá)到改變出力恢復(fù)轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置調(diào)速柜主要有以下幾個(gè)部分組成：測(cè)量機(jī)構(gòu)：測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差，并把偏差信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘?hào)，然后輸出。放大機(jī)構(gòu)：(引導(dǎo)閥+輔助接力器、主配閥+主接力器，二級(jí)放大)：位移變化→油壓變化。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主接力器，控制導(dǎo)葉開度，改變流量反饋機(jī)構(gòu)：緩沖器和杠桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)調(diào)節(jié)使=時(shí)，反饋信號(hào)使調(diào)節(jié)停止。油壓設(shè)備的作用：供給調(diào)速器壓力油，傳遞操作力。由壓力油罐、回油箱、油泵、輸油管、附件等組成。額定工作油壓分為兩種：有的電站采用低油壓，為2.5MPa；有的電站采用高油壓，為4.0MPa。調(diào)速器工作時(shí)的高油壓來(lái)自油罐，低壓側(cè)的油通過回油管路進(jìn)入回油箱。當(dāng)油壓降低到正常工作油壓下限(2.3~2.7MPa)時(shí)，油泵自動(dòng)啟動(dòng)，將回油箱內(nèi)的油泵入壓力油罐，油壓達(dá)到正常工作油壓上限時(shí)，油泵停止工作。接力器是調(diào)速器的執(zhí)行元件，大型電站設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上接力器。四、調(diào)速器的類型與系列(一)類型1、按調(diào)速器元件結(jié)構(gòu)分：機(jī)械液壓(機(jī)調(diào))：信號(hào)測(cè)量、信號(hào)綜合、信號(hào)反饋均由機(jī)械環(huán)節(jié)完成?，F(xiàn)在很少使用。電氣液壓(電調(diào))：用電氣回路代替機(jī)調(diào)中的機(jī)械元件。調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，靈敏度和精確度高，成本低，便于安裝調(diào)整。目前還有不少電站在使用。微機(jī)調(diào)速器：用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)代替電子調(diào)速器，賦予了調(diào)速器更多的控制功能，性能更優(yōu)良。數(shù)字式電液調(diào)速器監(jiān)控系統(tǒng)主界面數(shù)字式電液調(diào)速器油壓裝置顯示畫面2、按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)分單調(diào)：一個(gè)導(dǎo)葉起閉機(jī)構(gòu)，如混流和軸流定漿機(jī)組雙調(diào)：有兩個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(導(dǎo)葉開度，葉片轉(zhuǎn)置角)，ZZ、CJ（針閥、折流板轉(zhuǎn)動(dòng)）3、按大?。ㄈ萘浚┐笮停夯钊睆?0mm以上中型：操作功10000Nm~30000Nm小型：操作功小于10000Nm，特?。盒∮?000Nm(二)調(diào)速器系列(反擊式水輪機(jī))第一部分：基本特性和類型大型：無(wú)代號(hào)；中小型帶油壓裝置：Y；特?。篢機(jī)械液壓：無(wú)代號(hào)；電動(dòng)調(diào)節(jié)：D單調(diào)：無(wú)代號(hào)；雙調(diào)：S調(diào)速器：T第二部分：工作容量

中小型調(diào)速器×9.81N.m；大型指主配閥直徑(mm)第三部分：額定油壓

2.5MPa不加注釋例：

YT—300中型、帶油壓裝置、機(jī)調(diào)、額定油壓2.5MPa，工作容量300×9.81Nm

DST—100A—40大型、電氣液壓、雙調(diào)節(jié)調(diào)速器；主配閥直徑100mm，額定油壓40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后產(chǎn)品A、B、C為改型次數(shù)，系列型譜見表5—1。五、水輪機(jī)調(diào)速設(shè)備的選擇包括：調(diào)速柜、接力器、油壓裝置中小型調(diào)速器是將上面的三部分結(jié)合在一起，成為一個(gè)整體設(shè)備，以主接力器的工作容量(也稱為調(diào)速功)為表征組成標(biāo)準(zhǔn)系列。用調(diào)速功來(lái)進(jìn)行選擇。對(duì)大型調(diào)速器，三者是分開的，并且互不配套，需要分別進(jìn)行選擇。大型調(diào)速器的表征值是主配壓閥直徑，因此需要先求出主接力器容積，再計(jì)算主配壓閥直徑。1、中小型調(diào)速器的選擇調(diào)速功：接力器活塞上的油壓力與其行程的乘積。反擊式水輪機(jī)的調(diào)速功：

A=(200~250)Q(HmaxD1)1/2

Q為最大水頭下額定出力時(shí)的流量。沖擊式水輪機(jī)的調(diào)速功：

A=9.81Z0(d0+d03Hmax/6000)

Z0為噴嘴數(shù)目

d0為額定流量時(shí)的射流直徑。2、大型調(diào)速器的選擇(1)接力器的選擇導(dǎo)葉接力器的選擇通常采用兩個(gè)接力器操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)當(dāng)額定油壓為2.5MPa時(shí)，接力器直徑ds為：

λ為計(jì)算系數(shù)，查表。b0為導(dǎo)葉高度。當(dāng)額定油壓為4.0MPa時(shí)，接力器直徑ds為：由計(jì)算的接力器直徑，查標(biāo)準(zhǔn)接力器系列表，選用相鄰偏大的直徑。接力器最大行程Smax可由經(jīng)驗(yàn)公式求出：

Smax=(1.4~1.8)a0max

a0max為水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度，由模型水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開度a0Mmax換算得出：

a0max=a0Mmax(D0Z0M/D0MZ0)

其中，D0和Z0分別為水輪機(jī)導(dǎo)葉軸心園的直徑和水輪機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)目。將Smax的單位轉(zhuǎn)換為m，即可求出兩個(gè)接力器的總?cè)莘e：轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片接力器的計(jì)算轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)除了選擇導(dǎo)葉接力器以外，還要選擇轉(zhuǎn)輪葉片接力器(位于輪轂內(nèi)部)。其直徑dc、最大行程Scmax、容積Vc可按經(jīng)驗(yàn)公式估算。

dc=(0.3~0.45)D1(2.5/P0)1/2

Scmax=(0.036~0.072)D1

Vc=0.25πdc2Scmax(2)主配壓閥直徑的選擇通常主配壓閥的直徑與通向主接力器的油管直徑相等。通過主配壓閥油管的流量為：

Q=Vs/Ts

Ts為導(dǎo)葉的直線關(guān)閉時(shí)間。

則由管內(nèi)油的流速(4~5m/s)確定油管直徑d。大型調(diào)速器以主配壓閥的直徑為表征而組成系列，計(jì)算出d以后，就可以查表選擇調(diào)速器型號(hào)了。對(duì)于雙調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，通常使轉(zhuǎn)輪葉片的主配壓閥直徑與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的主配壓閥直徑相等。（3）油壓裝置的選擇油壓裝置的工作容量以壓力油罐的總?cè)莘e為表征，故首先應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)公式求出壓力油罐的總?cè)莘eVk：

Vk=(18~20)Vs

對(duì)于HL水輪機(jī)

Vk=(18~20)V