第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇一、中小型調(diào)速器選擇的原則（1）根據(jù)水輪機的出力和水頭等有關(guān)參數(shù)，確定所需調(diào)速功來選擇相應容量的調(diào)速器。（2）當電站和機組容量較大，在小電網(wǎng)中擔任調(diào)頻任務；或有單機帶孤立負載的運行方式；對電能品質(zhì)要求較高；或系統(tǒng)中有較大的沖擊負載時；應選用調(diào)節(jié)品質(zhì)好，自動化程度高的電氣液壓調(diào)速器。（3）當機組引水管道較長，水流慣性時間常數(shù)Tw較大（如Tw＞2.5s），以選用電氣液壓調(diào)速器為宜。（4）當機組容量較小，在系統(tǒng)中地位不重要，經(jīng)常承擔基荷時，可選用機械液壓調(diào)速器或電液調(diào)速器。（5）由于調(diào)速器bt、Td及Tn值在很大程度上決定了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，因而選擇調(diào)速器時，應按被控制系統(tǒng)的特性估算bt、Td及Tn值，并使所選調(diào)速器的bt、Td及Tn上限值大于計算值。第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇一、中小型調(diào)速器選擇的原則（6）選擇調(diào)速器時應考慮到調(diào)速器某些環(huán)節(jié)對電站其他設(shè)備的要求和影響，如不同的測速方式影響到是否要永磁機，接力器位移的傳遞方式影響到調(diào)速設(shè)備的布置等。（7）中小型調(diào)速器接力器最短關(guān)閉時間Tf一般為2~2.5s，注意調(diào)保計算的Tf結(jié)果不能小于上述值。（8）注意調(diào)速器各部分的電源要求：測頻信號源；調(diào)速器操作、工作電源（DC24V、48V、110V、220V，AC110V、220V）；油泵電機電源（國內(nèi)AC380V，50Hz，國外不同）。（9）注意關(guān)機方向的要求，便于廠內(nèi)裝配和電站安裝；（10）中小型調(diào)速器調(diào)速軸轉(zhuǎn)角均為45°，注意水機與調(diào)速器的配合；（11）當電站需從YT（YDT）型調(diào)速器油壓裝置向其他設(shè)備供油時，應注意用油量的增加，必要時可向廠家要求增加壓力油罐容積；（如供給剎車、沖擊式水輪機噴針接力器）（12）注意電站對自動化水平的要求。（頻率跟蹤、相角控制、計算機監(jiān)控功能）第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇二、機組及引水系統(tǒng)有關(guān)時間常數(shù)機組慣性時間常數(shù)Ta

機組慣性時間常數(shù)Ta反映機組轉(zhuǎn)動部分慣性的大小，定義為：機組在額定轉(zhuǎn)速時的動量矩與額定轉(zhuǎn)矩之比。

（s）式中Jωr——機組額定轉(zhuǎn)速時的動量矩kg?m2/s

Mr——機組額定轉(zhuǎn)矩N?mGD2——機組飛輪力矩KN?m2nr——機組額定轉(zhuǎn)速r/minNr——機組額定出力kW第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇二、機組及引水系統(tǒng)有關(guān)時間常數(shù)水流慣性時間常數(shù)Tw

水流慣性時間常數(shù)反映了引水系統(tǒng)中水流慣性的大小，定義為：在額定工況下，表征過水管道中水流慣性的特征時間。

(s)式中，Li——管段長度（m）

Vi——管段流速（m/s）

g——重力加速度（m/s2）

Hr——設(shè)計水頭（m）第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇三、調(diào)速功的計算1.導水機構(gòu)調(diào)速功的計算（1）中小型水輪機調(diào)速功計算蘇聯(lián)公式封閉式蝸殼K—13.9，明槽式K—22.6德國公式日本公式

K=14.7第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇三、調(diào)速功的計算1.導水機構(gòu)調(diào)速功的計算（2）大型水輪機導葉接力器調(diào)速功計算第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇三、調(diào)速功的計算槳葉接力器調(diào)速功的計算葉片數(shù)Z=4時，K=8；Z=5時，K=8.5；

Z=6時，K=9。第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇三、調(diào)速功的計算沖擊式水輪機的調(diào)速功（1）噴針接力器的調(diào)速功（2）折向器接力器調(diào)速功第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)速器選擇四、調(diào)速參數(shù)整定值估算斯坦因推薦整定公式對PI型調(diào)速器：Td=6Tw，bt=2.6(Tw/Ta)；對PID型調(diào)速器：Td=3Tw，bt=1.5(Tw/Ta)，Tn=0.5Tw；而克里夫琴科推薦整定公式對PI型調(diào)速器：Td=(4~5)Tw，bt==(3~4)(Tw/Ta)；對PID型調(diào)速器：Td=(1~1.5)Tw，bt=(2~2.5)(Tw/Ta)，Tn=Tw；而第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第二節(jié)調(diào)節(jié)保證計算的任務和標準一、機組甩負荷過程和調(diào)節(jié)保證計算的任務機組甩負荷過程調(diào)保計算的任務調(diào)節(jié)保證計算的任務是：根據(jù)水電站過水系統(tǒng)和水輪發(fā)電機組的特性，合理選擇導葉的關(guān)閉時間和關(guān)閉規(guī)律，進行水壓力變化和機組轉(zhuǎn)速變化計算，使壓力變化值與轉(zhuǎn)速上升值都在允許范圍內(nèi)，并以此結(jié)果指導電站的最終設(shè)計和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定。第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第二節(jié)調(diào)節(jié)保證計算的任務和標準二、調(diào)節(jié)保證計算的標準計算工況一般只針對機組甩全負荷時的情況進行計算；須對設(shè)計水頭下甩額定出力和最大水頭下甩額定出力兩種情況進行計算，取計算出的最大值作為設(shè)備運行的保證值。在前一種工況下，導葉從全開至全關(guān)，關(guān)閉時間長，因此往往產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)速升高；在后一種工況下，由于相應導葉開度較小，導葉關(guān)閉時間短，故轉(zhuǎn)速升高小，而絕對水壓值往往要大些。設(shè)計水頭下，發(fā)電機甩全負載時，導葉開度最大，導葉的關(guān)閉時間則按最短關(guān)閉時間Tf整定。最大水頭甩全負載時，導葉開度較設(shè)計水頭時的開度小，此時的導葉最短關(guān)閉時間TfH可以近似按開度比例換算，即

第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第二節(jié)調(diào)節(jié)保證計算的任務和標準二、調(diào)節(jié)保證計算的標準計算工況

Tf一般為3～10s；水斗式水輪機折向器的關(guān)閉時間為2～3s，噴針全行程關(guān)閉時間為20～25s，開啟時間為10～15s；轉(zhuǎn)槳式水輪機輪葉關(guān)閉時間一般為導葉關(guān)閉時間的6倍。在特殊情況下，需進行機組突增負載調(diào)保計算時，若壓力管道采用鋼管，應計算最大壓力下降值，以防止管內(nèi)壓力下降時鋼管被大氣壓力壓癟。此時，應用最小水頭工況核算引水系統(tǒng)的負壓。第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第二節(jié)調(diào)節(jié)保證計算的任務和標準二、調(diào)節(jié)保證計算的標準計算標準水錘壓力上升率ζmax機組甩去全負載時蝸殼末端允許的最大壓力上升率ζmax按下表考慮：第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第二節(jié)調(diào)節(jié)保證計算的任務和標準二、調(diào)節(jié)保證計算的標準計算標準機組轉(zhuǎn)速上升率β

一般情況下，機組甩去全負載的β值不宜大于50％，對并入電網(wǎng)運行且占系統(tǒng)容量20％以下的電站，β值可允許為50％～60％，而β值大于60％者應有充分的論證。第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算一、壓力管道中的水錘水錘壓力波的傳播與反射在水力學中，把由于流速急劇變化而引起的水管中壓力大幅度波動現(xiàn)象，稱為水錘現(xiàn)象，或簡稱水錘。在水錘現(xiàn)象中，以壓力升高為特征的水錘叫做正水錘；反之，以壓力降低為特征的水錘叫做負水錘。引起水錘的根本原因，就在于水流慣性和壓縮性的相互作用第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算一、壓力管道中的水錘水錘壓力波的傳播與反射T=0~L/a增壓波動以速度a沿壓力管向上游傳播；T=L/a~2L/a減壓波動以速度a沿壓力管向下游傳播；T=2L/a~3L/a減壓波動以速度a沿壓力管向上游傳播；T=3L/a~4L/a增壓波動以速度a沿壓力管向下游傳播；第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算一、壓力管道中的水錘水錘壓力波的傳播與反射水錘波的傳播速度a與管壁材料、管壁厚度、管道直徑及水的彈性模量有關(guān)，其中與管壁材料特性的關(guān)系最為密切。（1）鋼管或鑄鐵管道水錘波速的計算公式為（2）鋼筋混凝土管道水錘波速的計算公式為如管道各段的材質(zhì)或其它參數(shù)不同，a可取平均值，平均值計算公式為第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算一、壓力管道中的水錘直接水錘與間接水錘水錘波在管道內(nèi)往返一次所經(jīng)歷的時間稱為管道反射時間或相，用Tr表示，即

閥門瞬間關(guān)閉在實際的工作中是不存在的，因為閥門關(guān)閉總有一個過程。例如機組在甩全負載時導葉關(guān)閉時間一般為3～8s，如閥門總關(guān)閉時間Ts很短，或者管道長度L很大。使得Ts

≤Tr，則從上游反射的減壓波還未到達閥門或剛好抵達閥，閥門處的正水錘波還沒有受到負水錘的削弱，這樣的水錘稱為直接水錘。如果閥門總關(guān)閉時間Ts

＞

Tr，則由上游反射回來的減壓波已到達閥門，部分地抵消了閥門端的水錘壓力，使水錘壓力變化小于直接水錘的壓力變化，這種水錘稱為間接水錘。直接水錘的壓力增值可用水力學中的儒柯夫斯基公式計算，即

第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算二、間接水錘的近似計算

對閥門（噴針）直線關(guān)閉情況，水錘變化過程線，如圖所示。其中（a）所示水錘變化過程，最大水錘壓力出現(xiàn)在第一相末，這種水錘稱為第一相水錘；而（b）所示的水錘變化過程，水錘壓力逐漸增高，最大水錘壓力出現(xiàn)在末相，故稱為末相水錘。第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算二、間接水錘的近似計算

1、水錘類型的判斷間接水錘的類型取決于管道特性和閥門關(guān)閉情況第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算二、間接水錘的近似計算2、間接水錘的近似計算首相水錘簡化式b.末相水錘簡化式第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算二、間接水錘的近似計算

3、間接水錘的近似計算對于反擊式水輪機，對計算結(jié)果進行修正對混流式水輪機

A=1.2對軸流式水輪機

A=1.4第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算二、間接水錘的近似計算

4、間接水錘的曲線計算第五章調(diào)速器選擇和調(diào)節(jié)保證計算第三節(jié)水錘壓力計算三、過水壓力系統(tǒng)中水錘壓力的分配

上述水錘計算公式是按末端閥導出的。在敘述時只計入蝸殼的影響，即把導水機為作為水錘的分界面考慮。目前關(guān)于蝸殼和尾水管對水錘數(shù)值的影響，尚無定論。但對河床式電站或壓力管道較短的電站，蝸殼及尾水管的影響是不容忽視的。壓力管道末端的最大壓力上升蝸殼末端的最大壓力上升尾水管內(nèi)的最大壓力下降：在突然關(guān)閉導葉時，尾水管內(nèi)產(chǎn)生壓力下降，此水錘波也會在尾水管出口處產(chǎn)生負反射，并有可能在尾水管進口截面形成“回沖”。

曲線1與縱、橫坐標所包圍的面積，就是此時段中水動力矩所產(chǎn)生的總能量Es。Es的數(shù)值可由對曲線1的積分得到