1、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成和任務(wù),01.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)02.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念03.水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理04.油壓裝置05.思考題,2,目 錄,01,水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù) 概述,3,水輪發(fā)電機(jī)組將水能轉(zhuǎn)換為電能，輸送給電力系統(tǒng)，供用戶使用。電力系統(tǒng)向用戶提供的電能應(yīng)滿足一定的質(zhì)量要求，頻率和電壓的變化不能太大，應(yīng)保持在額定值附近的某一范圍內(nèi)，否則將影響各用電部門(mén)的工作質(zhì)量。 例如： 電能頻率的變化將引起用電設(shè)備電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，從而影響電鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性、車(chē)床加工零件的精度、布匹纖維的均勻性等等。我國(guó)規(guī)定的電力系統(tǒng)頻率為50Hz，其偏差，大系統(tǒng)不得超過(guò)O.2Hz，小系統(tǒng)不得超過(guò)0.5Hz。,4,電力

2、系統(tǒng)的負(fù)荷是不斷變化的，包括一天之內(nèi)的周期性變化和以分秒計(jì)的短周期的非規(guī)律性變化。因此，根據(jù)系統(tǒng)的要求和水輪發(fā)電機(jī)組出力變化靈活的特點(diǎn)，水輪發(fā)電機(jī)組的出力需進(jìn)行調(diào)節(jié)，其任務(wù)為： 1.根據(jù)負(fù)荷圖的安排， 隨著負(fù)荷的變化迅速改 變機(jī)組的出力，以滿足 系統(tǒng)的要求。 2.擔(dān)負(fù)系統(tǒng)短周 期的不可預(yù)見(jiàn)的負(fù)荷 波動(dòng)，調(diào)整系統(tǒng)頻率。,5,電力系統(tǒng)的負(fù)荷圖,6,對(duì)于磁極對(duì)數(shù)已經(jīng)固定的水輪發(fā)電機(jī)，其輸出電能的頻率決定于機(jī)組的轉(zhuǎn)速，因此，欲保持機(jī)組供電頻率不變，則必須維持機(jī)組轉(zhuǎn)速不變。水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化一般要求不得超過(guò)0.10.4 。故水輪機(jī)調(diào)節(jié)的本任務(wù)可歸納為： 根據(jù)負(fù)荷的變化不斷調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的出力并維持

3、機(jī)組轉(zhuǎn)速在規(guī)定范圍內(nèi)。 除以上的基本任務(wù)外，水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)尚有機(jī)組的起動(dòng)、并網(wǎng)和停機(jī)等。,調(diào)速系統(tǒng) 任務(wù)是控制水電機(jī)組出力、事故緊急停機(jī)。,機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化可用以下基本動(dòng)力方程表示 式中， J機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性矩； 機(jī)組的旋轉(zhuǎn)角速度，=2n/60，弧度s， n為機(jī)組轉(zhuǎn)速，rmin； Mt水輪機(jī)的主動(dòng)力矩； Mg發(fā)電機(jī)的阻力矩； t時(shí)間。,水輪機(jī)的動(dòng)力矩可用下式表示 式中, 水的容重； Q水輪機(jī)的流量； H水輪機(jī)的工作水頭； 水輪機(jī)的效率。 在、Q、H、中，一般不能改變H 和效率 ，只有Q是易于改變，因此，通常把改變Q 而達(dá)到改變主動(dòng)力矩Mt的目的作為水輪機(jī)的被調(diào)節(jié)參數(shù)。,通過(guò)以上兩個(gè)公式的比較

4、，可能出現(xiàn)以下三種情況： 1. Mt=Mg ，水輪機(jī)的動(dòng)力矩等于發(fā)電機(jī)的阻力矩，d/dt=0，為一常數(shù)，機(jī)組以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 2.MtMg，水輪機(jī)的動(dòng)力矩大于發(fā)電機(jī)的阻力矩，當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷減小時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，此時(shí)d/dt0，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，在這種情況下，應(yīng)對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，減小流量Q，從而減小Mt，以達(dá)到新的平衡狀態(tài)。 3.Mt Mg，水輪機(jī)的動(dòng)力矩小于發(fā)電機(jī)的阻力矩，當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷增加時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，此時(shí)d/dt0，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，在這種情況下，應(yīng)增大水輪機(jī)的流量Q以達(dá)到Mt=Mg的新的平衡狀態(tài)。,反擊式水輪機(jī)調(diào)節(jié)流量的機(jī)構(gòu)為導(dǎo)葉，轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)尚有轉(zhuǎn)輪葉片（槳葉）；導(dǎo)葉和槳葉由接力器操作，根

5、據(jù)水輪機(jī)所需流量的大小，改變導(dǎo)葉的開(kāi)度，槳葉是根據(jù)導(dǎo)葉的開(kāi)度和水頭的關(guān)系隨動(dòng)于導(dǎo)葉。導(dǎo)、槳接力器的動(dòng)作則由調(diào)速器操縱，根據(jù)調(diào)速器的指令行事。 水輪機(jī)及其導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、接力器和調(diào)速器構(gòu)成水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,水輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：,水輪機(jī)的工作流量較大，水輪機(jī)及其導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的尺寸也較大，需要較大的力才能推動(dòng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，因此，調(diào)速器需要有放大元件和強(qiáng)大的執(zhí)行元件(即前述的接力器)。 水輪發(fā)電機(jī)組以水為發(fā)電介質(zhì)，水有較大的密度，同時(shí)，水電站的輸水道一般較長(zhǎng)，其中的水體有較大的質(zhì)量，水輪機(jī)調(diào)節(jié)過(guò)程中的流量變化將引起很大的壓力變化(即水錘)，從而給水輪機(jī)調(diào)節(jié)帶來(lái)很大困難。 對(duì)于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)

6、輪葉片、水斗式水輪機(jī)的噴嘴和折流板、帶減壓閥的混流式水輪機(jī)等，需增加一套協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，對(duì)兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)更為困難。,02,水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念,12,水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成元件及各元件的相互關(guān)系可見(jiàn)下圖,13,水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖,導(dǎo)水機(jī)構(gòu),機(jī) 組,執(zhí)行元件,放大元件,反饋元件,測(cè)量元件,水 能 Q H,電 能 U I f,給 定 f,f,圖中的方塊表示水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的元件： 箭頭表示元件間信號(hào)的傳遞關(guān)系： 箭頭朝向方塊表示信號(hào)的輸入， 箭頭離開(kāi)方塊表示信號(hào)的輸出，前一個(gè)元件的輸出是后一個(gè)元件的輸入。 從圖中可以看出，由導(dǎo)水機(jī)構(gòu)輸人的水能經(jīng)機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能輸送給系統(tǒng)。,電能的頻率f(亦即機(jī)組的

7、轉(zhuǎn)速n)信號(hào)輸入調(diào)速器的測(cè)量元件，測(cè)量元件將頻率f信號(hào)轉(zhuǎn)化成位移(或電壓)信號(hào)輸送給計(jì)算器(圖中的)并與給定的f值作比較，判定頻率是否有偏差和偏差的方向， 根據(jù)偏差的情況通過(guò)放大器向執(zhí)行元件發(fā)出指令，執(zhí)行元件根據(jù)指令改變導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的開(kāi)度，反饋元件則將導(dǎo)葉開(kāi)度的變化情況反回給計(jì)算器，以檢查開(kāi)度變化是否符合要求，如變化過(guò)頭，則發(fā)出指令進(jìn)行修正。 在圖中，測(cè)量、計(jì)算、放大、執(zhí)行和反饋元件總稱為自動(dòng)調(diào)速器。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)包括機(jī)組在內(nèi)，統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)對(duì)象。調(diào)速器和調(diào)節(jié)對(duì)象構(gòu)成水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以頻率 f (亦即機(jī)組轉(zhuǎn)速)為被調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè) f 與給定值間的偏差調(diào)節(jié)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的開(kāi)度，從而改變機(jī)組的

8、出力和轉(zhuǎn)速(頻率)，但要使改變后的頻率符合給定值需要一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程又稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，頻率、開(kāi)度等參數(shù)隨時(shí)間不斷變化。 各參數(shù)隨時(shí)間的變化情況，及在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后是否能達(dá)到新的平衡狀態(tài)(即穩(wěn)定工況)，與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性有關(guān)，這種特性稱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)特性。 若在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后系統(tǒng)能夠達(dá)到新的平衡狀態(tài)，那么新平衡狀態(tài)與原平衡狀態(tài)的關(guān)系，即各參數(shù)是否能回復(fù)到初始狀態(tài)，亦與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性有關(guān)，這種特性稱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性。,03,水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理,17,CVZT-150調(diào)速器由電子調(diào)節(jié)器、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成,電子調(diào)節(jié)器： 其核心部件為可編程控制器、輸入/輸出信號(hào)調(diào)

9、理模塊、智能功放/驅(qū)動(dòng)回路；它具有高可靠性和直觀、方便的人機(jī)接口，提供了全方位、最直接的監(jiān)測(cè)、調(diào)試和維護(hù)手段。 1.可編程控制器組成：CPU單元、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、電源模塊。 2.智能功放/驅(qū)動(dòng)回路：將微機(jī)輸出的脈沖信號(hào)放大后，驅(qū)動(dòng)DC24V電壓等級(jí)的高速開(kāi)關(guān)閥，輸出信號(hào)為數(shù)字脈沖信號(hào)。,主要特點(diǎn)：,1.具有頻率（轉(zhuǎn)速）/開(kāi)度/功率等多種調(diào)節(jié)模式； 2.水頭參數(shù)可自動(dòng)測(cè)入（電平標(biāo)準(zhǔn)：05V或020mA）,也可手動(dòng)設(shè)定； 3.調(diào)節(jié)參數(shù)（bp、bt、Td、Tn或bp、Kp、Ki、Kd）用平板觸摸顯示屏調(diào)整； 4.采用發(fā)光二極管（光示牌）、指

10、針式電表、撥換開(kāi)關(guān)與平板觸摸顯示屏調(diào)整作為與運(yùn)行人員的接口； 5.頻率調(diào)節(jié)模式采用適應(yīng)式變參數(shù)PID調(diào)節(jié)規(guī)律，開(kāi)度和功率調(diào)節(jié)模式采用PI 調(diào)節(jié)規(guī)律； 6.具有與上位機(jī)的通信接口（RS-422/RS485/RS232）； 7.可根據(jù)不同的水頭改變機(jī)組的加速開(kāi)度和最大出力限制，隨著水頭的增加，可自動(dòng)減小機(jī)組的加速開(kāi)度和最大電氣開(kāi)限值，以保證機(jī)組在起動(dòng)過(guò)程中平穩(wěn)迅速并網(wǎng)和安全有效運(yùn)行。,液壓隨動(dòng)系統(tǒng) ：,其基本結(jié)構(gòu)特征可歸納為先導(dǎo)控制、閥座主級(jí)、嵌入式聯(lián)接。各組件之間采用模塊化結(jié)構(gòu)有機(jī)地組合在一起。 液壓隨動(dòng)系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要進(jìn)行靈活的組合和布置。整個(gè)液壓控制系統(tǒng)具有很高的集成度，無(wú)任何

11、桿件、鋼絲繩及內(nèi)部管道，降低了對(duì)用戶的使用、維護(hù)要求。液壓隨動(dòng)系統(tǒng)大量采用了符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件，從元件到系統(tǒng)高度標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化、通用化，互換性好、標(biāo)準(zhǔn)化程度極高。,主要特點(diǎn)：,1.采用高速開(kāi)關(guān)閥作為電液轉(zhuǎn)換組件，可以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。 2.調(diào)速器的液壓部分本身同時(shí)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換與功率放大的功能，從而實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制。 3.元件對(duì)工作介質(zhì)污染不敏感：耐油污能力和工作可靠性有很好的保證。 4.采用邏輯插裝技術(shù)：由組合結(jié)構(gòu)的邏輯插裝控制閥單元取代主配壓閥。 5.高速開(kāi)關(guān)閥采用多通道冗余結(jié)構(gòu)，一旦某一個(gè)通道失靈，可自行切換，由正常通道來(lái)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。 6.系統(tǒng)響應(yīng)快捷、調(diào)節(jié)精度高、故障

12、率低，提高了系統(tǒng)的可用度。 7. 即使電氣部分徹底失靈，也能使主接力器保持當(dāng)前開(kāi)度不變，并自動(dòng)地切為手動(dòng)運(yùn)行, 從而避免了故障的擴(kuò)大以及由此造成的不良后果。 8.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，內(nèi)部液流阻力小，從元件到系統(tǒng)密封性能好，泄漏小，穩(wěn)定工況下基本無(wú)油耗，延長(zhǎng)了油泵-電機(jī)的壽命，節(jié)省了油源與廠用電消耗。,液壓隨動(dòng)系統(tǒng),主控閥： 是實(shí)現(xiàn)調(diào)速器主級(jí)位置隨動(dòng)控制的關(guān)鍵組件，其功能是接收來(lái)自高速開(kāi)關(guān)閥或比例閥先導(dǎo)油路的壓力/流量信號(hào)，使主閥芯產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，進(jìn)而控制通向主接力器主控工作油路液流的變化，以控制主接力器的位移量。,如下圖所示為其結(jié)構(gòu)原理圖。 插裝式結(jié)構(gòu)是指由閥芯、閥套及附屬的彈簧、密封件等構(gòu)成組件

13、，安裝時(shí)只需插入集成塊的標(biāo)準(zhǔn)孔內(nèi)，并靠蓋板與集成塊之間的螺釘聯(lián)接而固定。,機(jī)組出力調(diào)節(jié)部位:,水輪機(jī) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu),水輪機(jī) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu),槳葉調(diào)整機(jī)構(gòu),泄水錐,04,油壓裝置,26,油壓裝置,油壓裝置是向調(diào)速器提供壓力油的設(shè)備，是水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括壓力油箱，集油槽和油泵系統(tǒng)3個(gè)部分，如圖所示。,油壓裝置原理圖 1壓力油箱 2集油槽 3油泵,1.油壓裝置的組成及工作原理,壓力油罐及其附件 壓力油罐由鋼板焊接而成，其內(nèi)儲(chǔ)有一定比例的油（3040%）和壓縮空氣（6070%） 作用： 儲(chǔ)存壓力油，向調(diào)速器的配壓閥和接力器輸送具有一定壓能的操作用油。利用空氣良好的蓄存和釋放能量的特點(diǎn)，減小用

14、油過(guò)程中供求不平衡所引起的壓力波動(dòng)。壓力油箱中的油由油泵提供。油壓一般為6.3MPa（25kgcm2) 。,附件： 油壓裝置上有測(cè)量油位、壓力等參數(shù)的儀表，以決定是否需要向壓力油箱供油或補(bǔ)氣(壓縮空氣由壓氣系統(tǒng)提供)。油壓裝置的工作過(guò)程是自動(dòng)的。 5個(gè)壓力信號(hào)器：控制油泵的啟停 壓力表：顯示油罐內(nèi)壓力值 空氣安全閥：給壓力油罐補(bǔ)氣，壓力過(guò)高時(shí)放氣 油位表：顯示油罐內(nèi)油位 上限油位：3840%油罐總?cè)莘e 下限油位：3033%油罐總?cè)莘e 正常油位：35%油罐總?cè)莘e,2.回油箱、油泵機(jī)組及其附件 回油箱（集油槽） 由鋼板焊接而成，一般懸掛在發(fā)電機(jī)樓板之下。 作用： 收集調(diào)速器的回油及漏油 正常油位為

15、50%油罐總?cè)莘e，槽中的油面與大氣相通。 上限：60%油罐總?cè)莘e 下限：40%油罐總?cè)莘e,油泵： 置于油箱頂蓋上，通常為兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，布置在集油槽的頂蓋上。大型的為三臺(tái)。 油泵系統(tǒng)通常有三個(gè)閥門(mén)： 安全閥用來(lái)防止油壓超過(guò)允許值，當(dāng)超過(guò)某一值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟，將油排入回油箱。 逆止閥防止壓力油罐內(nèi)的油倒流到回油箱。 節(jié)流閥使油泵電動(dòng)機(jī)能空載啟動(dòng)。,05,思考題,32,思考題：,1.調(diào)速器的基本作用是什么？ 2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的主要原因有哪些？,調(diào)速器的基本作用是什么？,調(diào)速器的基本作用是： 1.能自動(dòng)調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使其保持在額定轉(zhuǎn)速允許偏差內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足電網(wǎng)對(duì)頻率質(zhì)量的要求。 2.能使水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)或手動(dòng)快速啟動(dòng)，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的增減，正常停機(jī)或緊急停機(jī)的需要。 3.當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中并列運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器能自動(dòng)承擔(dān)預(yù)定的負(fù)荷分配，使各機(jī)組能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 4.能滿足轉(zhuǎn)槳式、沖擊式水輪機(jī)雙重協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的需要。,調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的主要原因有哪些？,調(diào)速器本身以外的原因造成的，大體可歸納為： 1.水力因素： 由于引水系統(tǒng)水流的壓力脈動(dòng)或振動(dòng)而導(dǎo)至水輪機(jī)