花花与美少年
范文一：水轮机调节的基本任务
一:水轮机调节?的基本任务?:
根据电力系?统负荷的变?化不断调节?水轮发电机?的有功输出?，维持保证频率在?规定范围内?，
转速在?规定范围内?。
调节途径:
改变喷针开?度，使水轮机的?动力矩和发?电机阻力矩?平衡，使转速和频?率保持在规?定范围。 二:调速器概述?:
1、调速器作用?:
(1)自动调节机?组转速，使其保持在?额定转速允?许偏差内运?行。满足电网对?频率质量
的?要求。
(2) 能使机组自?动，手动快速启?动，适应电网负?荷增减，正常停机或?紧急停机。
(3) 并网运行时?，能自动承担?预定的负荷?分配，使机组实现?经济运行。
(4) 能满足转桨?式、冲击式(喷针折向器?协联调节)机组双重协?联调节的需?要。 2、一次调频，二次调频及?三次调频:
一次调频:当并网运行?的机组在电?网频率超过?规定的死区?时，调速器本身?具有的频率?特性自动地?增加或减少?喷针的开度?，使负荷增加?或减少，达到调节系?统频率的目?的。调节响应快?，调节能力小?。其具体要求?为:
1、 水电机组的?频率死区控?制在?0.05Hz以?内;
2、水电机组永?态转差率不?大于4,;
3、水电机组一?次调频的负?荷变化限制?幅度为额定?符合的?10%;
4、额定水头5?0米及以上?的水电机组?，其一次调频?的负荷响应?滞后时间，应小于4s?; 5、当电网频率?变化越过机?组一次调频?死区时，机组一次调?频的负荷调?整幅度应在?15s内达?到理论计算?的一次调频?的最大负荷?调整幅度的?90,;
人工失灵区?的作用:
人为地在机?组静特性曲?线上造成一?个死区，系统频率在?死区范围内?波动，但机组几乎?不参加调节?，从而起着固?定负荷的作?用。这样既有利?于机组稳定?的担负基本?负荷，也有利于电?力系统稳定?运行。
二次调频:
因为一次调?频的能力较?弱，依靠人员手?动或机组自?动装置AG?C功能调整?机组负荷，达到调节系?统频率的目?的。调节能力强?，响应较慢。
三次调频:
二次调频后?，使系统负荷?按最经济的?方式在各机?组之间进行?分配，达到经济运?行的目的。 3、测频方式:
(1)、机频采用齿?盘测速(双探头)和911T?V残压测频?;网频采用主?变低压侧9?18TV信?号 (2)、开机时以齿?盘测速为主?;正常建压后?以911T?V为主;PT消失只?报故障，不影响运行?;开机过程中?双探头故障?会停机;
(3)、911TV?测频故障:当机频输入?信号消失时?，调速器报残?压测频故障?，如当前齿盘?无故障，则自动切换?到齿盘测频?运行，调速器故障?灯闪烁.处理办法:检查911?TV的一次?侧和二次侧?保险是否熔?断、接线是否有?松动现象。
(4)、齿盘测频故?障:当接近开关?无输入信号?时，调速器自动?判定齿盘测?频故障，调速器故障?灯闪烁.处理办法:检查接近开?关是否正常?，检测办法:使用金属部?件在探头前?，观察接近开?关尾部LE?D灯是否点?亮.如未点亮，请更换接近?开关.接近开关安?装接线错误?可导致开关?永久性损坏?.
(5)、网频故障:当出现网频?故障时，调速器自动?识别网频为?50HZ，调速器故障?灯闪烁。检查918?TV的一次?侧和二次侧?保险是否熔?断、接线是否有?松动现象。
4、调速器的控?制方式:
喷针开度控?制、频率控制和?功率控制三?种控制方式?。通常并网前?采用频率控?制，并网后采用?功率控制方?式,在手动方式?下为开度控?制。
机组开启开?度: 空转开度: 喷针开启速?度:
切换负荷:二喷针切至?三喷针:38.9MW; 三喷针切至?四喷针:54MW; 四喷针切至?六喷
针:76MW;
?: 三:调速器试验
1、空载扰动试?验(扰?4Hz, ?2Hz, ?1Hz):
在空载工况?下以人为的?方法向调节?系统输入一?个阶跃的转?速扰动量,测出不同调?节参数
时的?动态品质,确定空载运?行时的最佳?调节参数。
2、甩负荷试验?:
(1)、目的:
在选定的调?节参数下，考核调节系?统过渡过程?的动态品质?指标，鉴定调速器?的工件性能?和调节质量?。
检查甩负荷?后的最大速?率上升和配?水环管压力?上升值，验证调节保?证计算的正?确性，为机组的安?全运行提供?数据。
确定喷针关?闭时间。
测量调节系?统静特性曲?线。
(2)、测试指标:
1、偏离稳态转?速1.5Hz以上?的波动次数?，不超过两次?;
2、从甩负荷后?接力器第一?次向开启方?向运行时起?，到机组转速?摆动相对值?不超过?0.15%为止，历时不大于?40s;
3、甩负荷后喷?针和折向器?均要全关，待转速降下?来之后，又要自动开?启单喷针致?空载开度;
3、事故低油压?试验:
4、油压装置各?油压整定值?校验:
四:调速器的操?作
调速器油压?装置手动补?气
1将机组调?速器油压装?置PLC控?制屏内补气?阀控制切换?开关SA3?置“切除”; 2查中压气?系统气压正?常;
3适当开启?排油阀*103，但不得使油?压低于工作?油泵自动启?动6.0MPa; 4开启调速?器油压力油?罐手动补气?阀*311;
5待压油罐?油面正常后?关闭压油罐?排油阀，*103油压正常后?关闭压油罐?手动补气阀?*311; 6将机组调?速器油压装?置PLC控?制屏内补气?阀控制切换?开关SA3?置“自动”。 五:调速器事故?处理:
溜负荷
现象
负荷发生波?动，喷针开度指?示减小，负荷降低。油泵可能起?动频繁。
处理:
1检查压油?罐油压，油位是否正?常。油泵是否起?动频繁，各运行喷针?开度是否平?衡，若正常。将调速器切?“手动”，恢复机组负?荷;如此时负荷?能稳定，说明是监控?或调速器,?LC的问题?，有备用机组?，开启备用机?组带负荷，停机处理。如负荷不能?稳定，或是油压，油位不正常?。油泵起动频?繁即可能是?油压回路方?面的问题。
2若是喷针?开度不平衡?，应是该喷针?系统漏油，可切至“手动”，将切除，短时低负荷?运行，尽快处理。若是各喷针?开度平衡，可能是公共?管路系统漏?油。检查调速器?液压系统管?路及阀门有?无漏油。
3如油压，油位均正常?。油泵起动正?常，可能是双筒?过滤器堵塞?，供油不足。切换过滤器?。 4经处理若?负荷不能稳?定，申请停机处?理。并通知维护?人员检查处?理。 六:讨论题:
1、 压油罐中为?什么要压缩?空气，油汽比为什?么1:2,
2、 我们厂调速?器为什么在?发电前加装?了漏油泵,
3、 中压气罐排?压检修，是否要机组?停机,
范文二：[专题]水轮机调节的基本任务
一:水轮机调节的基本任务:
保证频率在规定范围内，根据电力系统负荷的变化不断调节水轮发电机的有功输出，维持转速在规定范围内。
调节途径:
改变喷针开度，使水轮机的动力矩和发电机阻力矩平衡，使转速和频率保持在规定范围。
二:调速器概述:
1、调速器作用:
(1)自动调节机组转速，使其保持在额定转速允许偏差内运行。满足电网对频率质量
的要求。
(2) 能使机组自动，手动快速启动，适应电网负荷增减，正常停机或紧急停机。
(3) 并网运行时，能自动承担预定的负荷分配，使机组实现经济运行。
(4) 能满足转桨式、冲击式(喷针折向器协联调节)机组双重协联调节的需要。
2、一次调频，二次调频及三次调频:
一次调频:当并网运行的机组在电网频率超过规定的死区时，调速器本身具有的频率特性自动地增加或减少喷针的开度，使负荷增加或减少，达到调节系统频率的目的。调节响应快，调节能力小。其具体要求为:
1、 水电机组的频率死区控制在?0.05Hz以内;
2、水电机组永态转差率不大于4,;
、水电机组一次调频的负荷变化限制幅度为额定符合的?10%; 3
4、额定水头50米及以上的水电机组，其一次调频的负荷响应滞后时间，应小于4s;
5、当电网频率变化越过机组一次调频死区时，机组一次调频的负荷调整幅度应在15s内达到理论计算的一次调频的最大负荷调整幅度的90,; 人工失灵区的作用:
人为地在机组静特性曲线上造成一个死区，系统频率在死区范围内波动，但机组几乎不参加调节，从而起着固定负荷的作用。这样既有利于机组稳定的担负基本负荷，也有利于电力系统稳定运行。
二次调频:
因为一次调频的能力较弱，依靠人员手动或机组自动装置AGC功能调整机组负荷，达到调节系统频率的目的。调节能力强，响应较慢。
三次调频:
二次调频后，使系统负荷按最经济的方式在各机组之间进行分配，达到经济运行的目的。
3、测频方式:
(1)、机频采用齿盘测速(双探头)和911TV残压测频;网频采用主变低压侧918TV信号
(2)、开机时以齿盘测速为主;正常建压后以911TV为主;PT消失只报故障，不影响运行;开机过程中双探头故障会停机;
(3)、911TV测频故障:当机频输入信号消失时，调速器报残压测频故障，如当前齿盘无故障，则自动切换到齿盘测频运行，调速器故障灯闪烁.处理办法:检查911TV的一次侧和二次侧保险是否熔断、接线是否有松动现象。
(4)、齿盘测频故障:当接近开关无输入信号时，调速器自动判定齿盘测频故障，调速器故障灯闪烁.处理办法:检查接近开关是否正常，检测办法:使用金属部件在探头前，观察接近开关尾部LED灯是否点亮.如未点亮，请更换接近开关.接近开关安装接线错误可导致开关永久性损坏.
(5)、网频故障:当出现网频故障时，调速器自动识别网频为50HZ，调速器故障灯闪烁。检查918TV的一次侧和二次侧保险是否熔断、接线是否有松动现象。
4、调速器的控制方式:
喷针开度控制、频率控制和功率控制三种控制方式。通常并网前采用频率控制，并网后采用功率控制方式,在手动方式下为开度控制。
机组开启开度: 空转开度: 喷针开启速度: 切换负荷:二喷针切至三喷针:38.9MW; 三喷针切至四喷针:54MW; 四喷针切至六喷针:76MW;
三:调速器试验:
1、空载扰动试验(扰?4Hz, ?2Hz, ?1Hz):
在空载工况下以人为的方法向调节系统输入一个阶跃的转速扰动量,测出不同调节参数
时的动态品质,确定空载运行时的最佳调节参数。 2、甩负荷试验:
(1)、目的:
在选定的调节参数下，考核调节系统过渡过程的动态品质指标，鉴定调速器的工件性能和调节质量。
检查甩负荷后的最大速率上升和配水环管压力上升值，验证调节保证计算的正确性，为机组的安全运行提供数据。
确定喷针关闭时间。
测量调节系统静特性曲线。
(2)、测试指标:
、偏离稳态转速1.5Hz以上的波动次数，不超过两次; 1
2、从甩负荷后接力器第一次向开启方向运行时起，到机组转速摆动相对值不超过?0.15%为止，历时不大于40s;
3、甩负荷后喷针和折向器均要全关，待转速降下来之后，又要自动开启单喷针致空载开度;
3、事故低油压试验:
4、油压装置各油压整定值校验:
四:调速器的操作
调速器油压装置手动补气
1将机组调速器油压装置PLC控制屏内补气阀控制切换开关SA3置“切除”;
2查中压气系统气压正常;
3适当开启排油阀*103，但不得使油压低于工作油泵自动启动6.0MPa;
4开启调速器油压力油罐手动补气阀*311;
5待压油罐油面正常后关闭压油罐排油阀*103，油压正常后关闭压油罐手动补气阀*311;
6将机组调速器油压装置PLC控制屏内补气阀控制切换开关SA3置“自动”。
五:调速器事故处理:
溜负荷
现象
负荷发生波动，喷针开度指示减小，负荷降低。油泵可能起动频繁。 处理:
1检查压油罐油压，油位是否正常。油泵是否起动频繁，各运行喷针开度是否平衡，若正常。将调速器切“手动”，恢复机组负荷;如此时负荷能稳定，说明是监控或调速器,LC的问
题，有备用机组，开启备用机组带负荷，停机处理。如负荷不能稳定，或是油压，油位不正常。油泵起动频繁即可能是油压回路方面的问题。 2若是喷针开度不平衡，应是该喷针系统漏油，可切至“手动”，将切除，短时低负荷运行，尽快处理。若是各喷针开度平衡，可能是公共管路系统漏油。检查调速器液压系统管路及阀门有无漏油。
3如油压，油位均正常。油泵起动正常，可能是双筒过滤器堵塞，供油不足。切换过滤器。
4经处理若负荷不能稳定，申请停机处理。并通知维护人员检查处理。
六:讨论题:
1、 压油罐中为什么要压缩空气，油汽比为什么1:2, 2、 我们厂调速器为什么在发电前加装了漏油泵,
3、 中压气罐排压检修，是否要机组停机,
范文三：水轮机调节的基本概念
第一章 水轮机调节的基本概念
第一节 水轮机调节的任务
水轮机是靠自然水能进行工作的动力机械。与其他动力机械相比,它具有效率高、成本低、能源可再生、不污染环境和便于综合利用等优点。绝大多数水轮机都用来带动交流发电机,构成水轮发电机组。这里所讨论的“水轮机调节”是指对构成水轮发电机组的水轮机的调节。
水轮发电机组把水能转变为电能供工业、农业、商业及人民生活等用户使用。用户在用电过程中除要求供电安全可靠外,对电网电能质量也有十分严格的要求。按我国电力部门规定,电网的额定频率为50Hz,赫兹,,大电网允许的频率偏差为,0.2Hz。对我国的中小电网来说,系统负荷波动有时会达到其总容量的5%~10%;而且即使是大的电力系统,其负荷波动也往往会达到其总容量的2%~3%。电力系统负荷的不断变化,导致了系统频率的波动。因此,不断地调节水轮发电机组的输出功率,维持机组的转速,频率,在额定转速,频率,的规定范围内,就是水轮机调节的基本任务。
水轮发电机组转动部分的运动方程为:
d, J,M,M ,1-1, tgdt
式中:
2 J——机组转动部分的惯性矩,kg?m,;
,n ——机组转动角速度,rad/s,; ,,30
n——机组转动速度,r/min,;
M——水轮机转矩,N?m,; t
M——发电机负荷阻力矩,负载转矩,,N?m,。 g
d, 式,1-1,清楚地表明,机组转速(频率)保持恒值的条件是,即要求M,M,,0tgdt
否则就会导致机组转速(频率)相对于额定值升高或降低,从而出现转速(频率)偏差。
水轮机转矩
?1?
,,QHt ,1-2, M,t,
式中:
3 Q——通过水轮机的流量,m/s,;
H——水轮机净水头,m,;
——水轮机效率; ,t
3 ,——水的密度,kg/m,。
所以,在一定的机组工况下,只有调节流量Q和效率,才能调节水轮机转矩,达到,Mtt
的目的。从最终效果来看,水轮机调节的任务是维持水轮发电机组转速,频率,M,Mtg
在额定值附近的允许范围内。然而,从实质上讲,只有当水轮机调节器相应地调节水轮机导水机构开度,从而调节水轮机流量Q,和水轮机轮叶的角度,从而调节水轮机效率,,,t使,才能使机组在一个允许的稳定转速,频率,下运行。从这个意义上讲,水轮M,Mtg
机调节的实质就是:根据偏离额定值的转速,频率,偏差信号,调节水轮机的导水机构和轮叶机构,维持水轮发电机组功率与负荷功率的平衡。
水轮机调速器是水电站水轮发电机组的重要辅助设备,它与电站二次回路或计算机监控系统相配合,完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。水轮机调速器还可以与其他装置一起完成自动发电控制,AGC,、成组控制、按水位调节等任务。
第二节 水轮机调节系统
一、水轮机调节系统的结构
水轮机调节系统是由水轮机控制设备,系统,和被控制系统组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节器的发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统中的被控制系统;用来检测被控参量,转速、功率、水位、流量等,与给定量的偏差,并将其按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合,称为水轮机控制设备,系统,。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称。
水轮机调节系统的结构如图1-1所示。其工作过程为:测量元件把机组转速n,频率f,、功率P、水头H、流量Q等参量测量出来,与给定信号和反馈信号综合后,经放大校正元 g
?2?
引水和泄水水轮机、电 网系 统发电机
被控制系统
测量元件
–+执行机构放大校正元件给定元件
–
反馈元件
水轮机控制设备(系统)
图1-1 水轮机调节系统的结构图
件控制执行机构,执行机构操纵水轮机导水机构和桨叶机构,同时经反馈元件送回反馈信号至信号综合点。
二、水轮机调节系统的特点
水轮机调节系统是一个自动调节系统,它除了具有一般闭环控制系统的共性外,还有一些值得注意的特点:
? 水轮机控制设备是通过水轮机导水机构和桨叶机械来调节水轮机流量及其流态的,这种调节需要很大的动力,因此,即使是中小型调速器也大多要采用机械液压执行机构,且常常采用有一级或二级液压放大的液压执行结构。
? 水轮机过水管道存在着水流惯性,通常用水流惯性时间常数T来表述: w
QLLvr ,1-3, T,,w,,gHAgHr
式中:
2 A——每段过水管道的截面积,m,;
L——相应每段过水管道的长度,m,;
v——相应每段过水管道内的流速,m/s,;
2 g——重力加速度,m/s,;
T——水流惯性时间常数,s,。 w
从自动控制理论的观点来看,过水管道水流惯性使得水轮机调节系统成为一个非最小相位系统,对系统的动态稳定和响应特性会带来十分不利的影响。通常所说的水锤效应,或水击效应,就是对这种水流惯性的一种形象的表述。
水流惯性时间常数T的物理概念是:在额定水头H作用下,过水管道内的流量Q由0wr
?3?
加大至额定流量Q所需要的时间。 r
? 水轮发电机组存在着机械惯性,可用机组惯性时间常数T来表述: a
22J,GDn,rrT ,1-4, ,,aM3580Prr
式中:
2 ——额定转速时机组的惯性矩,kg?m,; J,r
M——机组额定转矩,N?m,; r
22 GD——机组飞轮力矩,kN?m,;
n——机组额定转速,r/min,; r
P——机组额定功率,kW,; r
T——机组惯性时间常数,s,。 a
机组惯性时间常数T的物理概念是:在额定力矩M作用下,机组转速n由0上升至额ar
定转速n所需要的时间。 r
? 水轮机调节系统是一个复杂的、非线性控制系统。
, 水轮机型式多种多样:混流式、轴流定桨式、轴流转桨式、贯流式、冲击式、水泵/水轮机式等等;
, 水轮机特性是非线性的;
, 水轮发电机组有多种工作状态:机组开机、机组停机、同期并网前和从电网解列后的空载、孤立电网运行、以转速控制和功率控制并列于大电网运行、水位和/或流量控制等。
三、手动水轮机调节
水电站值班人员手动控制水轮机导水机构时,必须监视被控制的水轮发电机组的转速,频率,或电网的频率。当频率大于或小于50Hz时,则相应地关闭或开启水轮机导水机构,使频率回复到50Hz左右的一个允许的范围内。
由于被控机组具有水轮机过水管道的水流惯性和水轮发电机组的机械惯性,因此在手动调节时运行人员必须掌握下列操作原则:
1. 比例操作原则
操作导水机构的幅度和速度应近似比例于机组转速,频率,对额定转速,50Hz,的偏差。例如:机组频率若为51Hz和54Hz,虽然它们均大于50Hz,但针对前者,关闭导水机构的幅度可小一点、速度可慢一点;而对后者,则幅度要大一点、速度要快一点。
2. 超前操作原则
操作中不仅要密切观察机组转速,频率,偏离额定值的情况,而且要注意机组转速,频?4?
率,向额定值回复的速度。例如:当机组频率由54Hz以较快的速度下降到51Hz时,虽然它仍然大于50Hz,但此时不应继续关闭导水机构,而应使导水机构稍开启一点。只有这样才有可能使机组转速,频率,较快地回复到额定值附近。这种针对水流惯性和机组惯性而采取的超前操作原则被形象地称之为“提前刹车”。
上述比例、超前操作原则,可以通俗地理解为自动调节时的“比例”和“微分”调节规律。自动调节中的“积分”调节规律,则起着消除或减小静态偏差、形成水轮机调速器和水轮机调节系统静特性的作用。可以称积分规律起到“精细”调节的作用。
第三节 水轮机调速器
水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称,它是水轮机控制设备,系统,的主体,它可分为机械液压调速器、电气液压调速器和数字式电液调速器等几种,数字式电液调速器又常称为微机调速器。
一、机械液压调速器
1. 机械液压调速器的定义
测速、稳定及反馈信号用机械液压的方法产生,经机械液压综合后通过液压放大部分驱动水轮机接力器的调速器,称为机械液压调速器。
最早的水轮机调速器都是机械液压调速器,它是随着水电建设发展而在20世纪初发展起来的。它能满足带独立负荷和中小型电网中运行的水轮发电机组调节的需要,有较好的静态特性和动态品质,可靠性较高。但是,面临大机组、大电网提出的高灵敏度、高性能和便于实现水电站自动化等要求,机械液压调速器固有的采用机械液压方法进行测量、信号综合和稳定调节的功能就显露出明显的缺陷。现在,新建的大型水轮发电机组几乎均不采用机械液压调速器,只有中小型机组特别是小型机组仍有相当一部分采用机械液压调速器。
2. 机械液压调速器的结构方块图
机械液压调速器的结构种类甚多,下面有选择地给出了两种典型的机械液压调速器结构方块图。
? 主接力器反馈、取速度信号、有暂态反馈的PI,比例-积分,调速器,图1-2,。常称为缓冲型调速器。
?5?
主配压阀引导阀
主接力器辅助接力器飞摆
y机组11–n1g转速STS1+Ty1y–+
–永态差值装置
转速调bpn1c整机构
缓冲装置
bTStd
1+TSd
图1-2 机械液压调速器结构方块图1
? 中间接力器反馈、取速度信号、有暂态反馈的PI,比例-积分,调速器,图1-3,。
主配压阀引导阀主接力器辅助接力器飞摆
yy机组111–+n1gS转速TSTyy–+–
–永态差值装置机
转速调机械反馈械bpn1c整机构1反
缓冲装置馈
bTStd
1+TSd
图1-3 机械液压调速器结构方块图2
图1-2和图1-3中参数的含义:
T——辅助接力器或中间接力器反应时间常数,s,; y1
T——主接力器反应时间常数,s,; y
b——永态差值系数; p
b——暂态差值系数; t
T——缓冲装置时间常数,s,; d
S——拉普拉斯算子。
其定义及概念将在有关章节叙述。
,[45] 二、电气液压调速器
1. 电气液压调速器定义
?6?
测速、稳定及反馈信号用电气方法产生,经电气综合、放大后通过电气液压放大部分驱动水轮机接力器的调速器,称为电气液压调速器。
20世纪50年代以后,电气液压调速器获得了较广泛的应用。从采用的元件来看,它又经历了电子管、磁放大器、晶体管、集成电路等几个发展阶段。20世纪80年代末期,出现了水轮机微机调速器并被广泛采用,现在很少有生产电气液压调速器的厂家了。
2. 电气液压调速器的结构
以图1-4所示的结构作为一个典型例子,图中符号含义同图1-2和图1-3的。
-4不难看出,它们具有相同的系统结构,在图1-4所示的系统中仅仅 比较图1-3和图1
用了下列电气环节取代图1-3所示的相应机械液压环节:
? 电气频率测量环节取代飞摆测速装置;
? 电气频率给定环节取代转速调整机构;
? 放大环节和电液转换器取代引导阀并完成电气信号至机械液压信号的转换;
? 电气永态差值环节取代机械永态差值装置;
? 电气缓冲环节取代机械液压缓冲装置;
放大环节
电液转换器主配压阀频率测量
主接力器中间接力器及加速度环节
1，TSy机组11n–+fg1，TS频率TSTS1vy1y–+–
–永态差值环节电
频率机械反馈气bpf1c给定反1
电气缓冲环节馈
TSbtd
1+TSd
图1-4 电气液压调速器(PID)结构图
? 由中间接力器引出的电气反馈取代由中间接力器引出的机械反馈。
三、数字式电液调速器
随着1971年微处理机的问世,世界各国在20世纪80年代初都开始研制微机,液压,调速器。华中科技大学,原华中工学院,在国内率先研制成功了适应式变参数微机调速器,
[67]、于1984年11月在湖南欧阳海水电站进行了试验并投入运行。其后又与有关单位合作,开发生产了双微机单调节微机调速器和双微机双调节微机调速器,据不完全统计,已有100
?7?
多台产品在水电站运行。
针对自行研制开发的微机系统存在着由非计算机专业人员设计和生产、批量过少而导致可靠性不高的问题,华中科技大学又与有关单位合作,1993年率先提出并完成了可编程
[8]控制器,液压,调速器的开发和生产,至2000年底,据不完全统计已有近600台可编程控制器,液压,调速器在国内外水电站运行,成为我国当前水轮机微机调速器的微机调节器主导产品。
从2000年下半年开始,华中科技大学已开始研制新一代的水轮机微机调速器的微机调节器——基于现场总线的全数字微机调节器。显然,随着微机技术、网络技术、总线技术的发展,水轮机微机调速器的微机调节器将会得到不断的完善和发展。
与微机调节器的迅速发展和应用同步,水轮机微机调速器的电机转换装置也由原来单一的电液转换器和电液伺服阀,发展成为由步进电机/伺服电机构成的电液转换装置。同时,还研制成功了三态/多态阀式的机械液压系统。
图1-5所示为一种微机调速器的结构图。
测频比例,f机组–KfPg1频率+数模电液随动微分转换系统+yKSPIDD1yyu++1，TS频率11vTSyf1c+–给定yf积分
电气反馈K+I
S+1
bp
开度1yc给定G+–
图1-5 微机调速器结构图
图1-5中:
f——机组频率,Hz,; g
f——频率给定,Hz,; c
y——开度给定相对值; c
K——比例增益; P
K——微分增益,s,; D
–1 K——积分增益,s,; I
?8?
T——微分环节时间常数,s,。 1v
第四节 水轮机调速器和水轮机调节
系统的静态和动态特性
水轮机调节系统在工作过程中,有两种工作状态:静态,稳态,和动态,暂态,。调节系统的静态又称为稳定状态,是指机组在恒定负荷、给定信号和水头下运行,水轮机调节系统的所有变量都处于平衡状态的运行状态。当调节系统受到负荷、水头等扰动作用,或给定信号变化时,调节系统将出现相应的运动,经过一段时间后,在新的条件下进入了新的稳定状态。从原稳定状态到新稳定状态的运动过程就称为水轮机调节系统的动态。在实际运行中,水轮机调节系统的稳定状态是相对的、暂时的,其动态则是绝对的、长期的。
[1~3] 一、水轮机调节系统的国家标准
水轮机调速器和水轮机调节系统应遵循的国家标准如下:
GB/T9652.1—1997《水轮机调速器与油压装置技术条件》,开始实施日期是1998年 ?
4月1日。
? GB/T9652.2—1997《水轮机调速器与油压装置试验验收规程》,开始实施日期是1998年4月1日。
? GB/T8191—95《水轮机调速器与油压装置术语》。
此外,还可以参照下列国际标准:
, 《水轮机控制系统规范导则》IEC61362。
, 《水轮机调速系统试验规范》IEC60308,征求意见稿,。
二、水轮机调节系统静态特性
当给定信号恒定时,水轮机调节系统处于平衡状态,被控参量偏差相对值与接力器行程相对值的关系如图1-6所示。在工程实际中,有时也采用图1-7所示的静态特性图——将图1-6所示的被控参量偏差相对值改用被控参量绝对值表示。
图1-6和图1-7中:
fg ——机组频率的相对值; x,ffr
pn ——机组频率,Hz,; f,g60
?9?
(x)(Hz)xffng
??
b50bssAA??b50bpp
????
????
01.0y01.0y
图1-6 水轮机调节系统静态特性 图1-7 水轮机调节系统静态特性
pnr ——额定频率f=50Hz; f,rr60
n——机组转速的相对值; x,,xnfnr
n——机组转速,r/min,;
n——机组额定转速,r/min,; r
p——发电机极对数;
Y y,——接力器行程相对值; YM
Y——接力器行程,m,;
Y——接力器最大行程,m,。 M
1. 永态差值系数
,1,永态差值系数b p
在图1-6所示水轮机调节系统静态特性曲线上,取某一规定点,例如,图示中的A点,,过该点作一切线,其切线斜率的负数就是该点的永态差值系数:
dxfb ,1-5, ,, pdy
对于图1-7所示的静态特性曲线,其对应的值为50bHz,当额定频率为f=50Hz时,。 pr
,2,最大行程的永态差值系数b s
在图1-6所示水轮机调节系统静态特性曲线上,在规定的给定信号下,得出接力器在全关(y=0)和全开(y=1.0)位置的被控参量,频率、转速,的相对量之差,这个差值即为b。 s
显然,对于一条曲线型的静态特性线,选取不同的A点,会得到不同的b值。但是,p实践表明,对选择了合适接力器位移变送器的水轮机微机调速器来说,其静态特性十分接近于一条直线。因此,在这种情况下,如果取b作为b,也不会有过大的误差。 sp
2. 转速死区i x
给定信号恒定时,被控参量的变化不起任何调节作用的两个值间的最大区间,称为死?10?
区,当被控参量为转速时,即为转速死区i。其在静态特性图上的表述如图1-8所示。 x
xy(输入)f1
ix
???ia?
y(输出)01.0y01.02
图1-8 转速死区i 图1-9 随动系统不准确度i xa
3. 随动系统不准确度i a
随动系统中,对于所有不变的输入信号,相应输出信号的最大变化区间的相对值,称为随动系统不准确度i,见图1-9,。 a
4. 技术标准
[1] 关于主要静态特性指标的规定见表1-1。
表1-1 GB/T 9652.1—1997主要静态特性指标
调速器类型 大 型 中 型 小 型
特小型 电调 机调 电调 机调 电调 机调 项目
转速死区/% ?0.04 ?0.10 ?0.08 ?0.15 ?0.10 ?0.18 ?0.20 i x
轮叶随动系统不?1.5 , 准确度/i% a
b整定范围 b=0~b,最小值不大于0.1%,最大值b不小于8% ppPMPM
三、水轮机调速器的动态特性
1. 缓冲装置特性
缓冲装置将来自主接力器,见图1-2,或中间接力器,见图1-3、图1-4,的位移信号转换成一个随时间衰减的信号。它可以是机械液压式的,缓冲器,,也可以是由电气回路构成的,电气缓冲环节,。
,1,暂态差值系数b t
永态差值系数,b,为零时,缓冲装置不起衰减作用,它在稳态下的差值系数就称为暂p
?11?
态差值系数b。 t
图1-10所示为暂态差值系数b的表述: t
dxfb ,1-6, ,,tdy
对比图1-6和图1-10可以看出:缓冲装置不起衰减作用时,暂态差值系数b和永态差t值系数b,式,1-5,和式,1-6,,有相同的含义——为调速器静态特性图上某点切线斜率p
的负数。在工程应用上可取为接力器全关(y=0)和全开(y=1.0)时对应的频率相对值之差。当然,实际的缓冲装置特性是衰减的,因而可以认为b是缓冲装置在动态过程中“暂时”起t
作用的强度。
xf
输出
1.0
0.63Ab?t
?
0t01.0yTd
图1-10 暂态差值系数 图1-11 缓冲装置时间常数
,2,缓冲装置时间常数T d
输入信号停止变化后,缓冲装置将来自接力器位移的反馈信号衰减的时间常数称为缓冲装置的时间常数T,见图1-11,。如果把某一开始衰减的缓冲装置输出信号强度设为1.0,d
那么至它衰减了0.63为止的时间就是T。 d
,3,缓冲装置在阶跃输入信号下的特性
缓冲装置的动态特性可用下列传递函数式来加以描述:
F(S)bTSttd, ,1-7, Y(S)1，TSd
式中:
?12?
F(S)为缓冲装置输出的拉普拉斯变换; t ft
Y(S)为接力器位移的拉普拉斯变换。 b,yt0?在其输入端加一个,y的阶跃信号后,其响应特0
性如图1-12所示。图中,f为缓冲装置的输出。t0.37b,y?t0从图中可以清楚地看出:
0t? ? 缓冲装置仅在调节系统的动态过程中起Td作用,在稳定状态,其输出总是会衰减到零。 ,y
,y0 ? 暂态差值系数b反映了缓冲装置的作用t
0t强度。
图1-12 缓冲装置的阶跃响应特性 ? 缓冲装置时间常数T则表征其动态衰减d
的特性。
[10]2. 加速度环节
图1-4所示结构中包含有频率测量及加速度环节,起加速度,指被测频率信号的微分,
作用的加速度环节的传递函数为:
F(S)TSDn ,1-8, ,F(S)1，TSg1v
式中:
F(S)——被测机组频率信号的拉普拉斯变换; g
F(S)——加速度环节输出的拉普拉斯变换; D
T——加速时间常数,s,; n
T——微分环节时间常数,s,。 1v
,1,加速时间常数T n
当取永态差值系数b和暂态差值系数b为零,频率信号x按如图1-13所示形状变化,pt
接力器刚刚反向运动时,被控参量,频率,相对偏差x
x与加速度(dx/dt)之比的负数称为加速度时间常数。 11x1?
x1?T,, ,1-9, n0t(dx/dt)1
y 值得指出的是,用这种方法求取T值是比较困难n
的,稍后会看到,采取其他方法求取T将比较简单和n
方便。
t0t?1 下面研究一下式,1-9,的正确性。为了分析方便,Tn 先借用后面的式,1-18,,在式,1-18,中,若用X(S)图1-13 加速时间常数
代替,F(S),取b=0、T=0、b=0,则得: tdp
?13?
TSYS1，()1n ,,XSTSTS()1，1vy
2易得 (TTS，TS)Y(S),,(TS，1)X(S)y1vyn其微分方程为:
2dydydx TT，T,,T,x(t)y1vyn2dtdtdt2dydyTTTy1vy2x(t)dtdt,,,,T故 ndxdxdx
dtdtdt
yd若在t=t时,有,则此点是接力器运动曲线的极值点。也就是说,当接力器由开,01tdt,t1
22dydy启刚刚关闭时,有,0;当接力器由关闭刚刚开启时,有,0。把这个条件代入上22dtdt式得:
2dyTTy1v2dtxt,t11 ,1-10, T,,,n(dx/dt)(dx/dt)11由此可见,T的真正表达式是式,1-10,,只有忽略了式,1-10,右端第二项,才能得到式n
–2–1,1-9,。当然,由于T、T的值均很小,前者为10s数量级,后者为10s数量级,,因y1v
fD此,采用式,1-9,作为T的表达式是不会带来大的误n
差的。 Tn,f0T1v ,2,微分环节时间常数T 1v
Tn 对于式,1-8,,如果给加速度环节施加一个,f的00.37,f0T1v阶跃信号,其响应特性如图1-14所示。微分环节时间
0t常数T的概念和求取方法就很清楚了。显然,若TT1v1v1v
fg?0,则式,1-8,就成为: ,f0F(S)D ,1-11, ,T(S)nt0F(S) g
图1-14 加速度环节的阶跃响应特性 这是一个理想微分环节的传递函数,而式,1-8,则是一个实际微分环节的传递函数。在工程实际中采用实际微分环节的传递函数,而不采用理
想微分环节的传递函数。因为后者对系统有较大的噪声,抗干扰的性能也很差。
,的实际微分环节的传递函数,T/ T反映了加速度作用的强度, 此外,对于式,1-8n1vT则表征了其动态衰减特性。在水轮机调速器中,一般选择: 1v
T/ T=3,10 ,1-12, n1v
?14?
3. 采用PID调节器的调速器动态特性
如图1-5所示,若永态差值系数b为零,则得到PID调节器输出y对其输入频差,fpPID的传递函数为:
,,()YSKS1PIDD,, ,1-13, ,,K，K，PI,,()1,FSS，TS1v,,
YS()1,,PID和 ,取T=0, ,1-14, ,,K，K，KS,,1vPID,FSS(),,
上二式中:
Y(S)——y的拉普拉斯变换; PIDPID
,F(S)——,f的拉普拉斯变换。
式中:等式右端的负号表示正的频差信号对应于负的接力器开度偏差;
K——比例增益,它是b=0和K=0的水轮机调节系统的接力器行程相对偏差y与阶PpD
跃被控参量相对偏差x之比的负数;
–1 K——积分增益,s,,它是b=0的水轮机调节系统的接力器速度dy/dt与给定被控参Ip
dy/dtK量相对偏差之比的负数,即; ,,Ix
K——微分增益,s,,它是b=0、K=0的水轮机调节系统的接力器行程相对偏差y与DpP
y给定的被控参量相对变化率dx/dt之比的负数,即K。 ,,Ddy/dt
PID调节器对频率阶跃变化输入,x的响应,如图1-15所示。直线段EB是积分的作用,
延长EB与纵轴y交于D点,与横轴交于A点,微分衰减段BF延长交于C点。
y
EC
HFKD,x,y=,xTGI1vB
1/KI
D
K,xP
OA0tK/KPI
图1-15 PID调节器的阶跃输入响应特性
? 比例作用体现在图1-15所示的OD段所代表的值
,1-15, OD,K,x,YPP
OD在数值上等于比例系数K与频率阶跃变化值x的乘积,记为比例分量Y。 PP
?15?
? 微分作用。图1-15所示曲线OFB是由于微分作用引起的分量,其最大值为CD线
段的长度,它代表了微分作用的峰值。
KD ,1-16, CD,,x,YDMT1v
式中:
Y——微分作用的最大输出值。 DM
? 积分作用。在图1-15所示积分作用直线段EB上截取线段HG,使其纵坐标差值HI
在数值上等于频率阶跃变化值,即,则横坐标差值 ,y,,x
1 ,1-17, GI,KI
? 线段OA显然有:
OAGI ,ODHI
故有:
K1/GII,, OA,OD,K,xPHI,x
最后得:
KPOA, ,1-18, KI
值得指出的是,对微机调节器来说,由于不存在接力器最短开启/关闭时间的限制,因
此图1-15所示的起始响应可用线段OCB取代线段OFB。
[10]4. PID调节器的动态特性
将图1-4所示的系统简化为图1-16所示的系统。
?16?
,F(S)y1+1，TSnTS1，TSy–1v
bp
bTStd
1，TSd
图1-16 由频率微分环节和暂态差值环节构成的PID调节器系统
图中,,F(S)为频差,f的拉普拉斯变换。由图1-16所示易得由输入,F(S)至输出Y(S)的
传递函数为:
1
TS1，TSY(S)yn,,, (b，b)TS，b,F(S)1，TS1tpdp1v,1，1，TSTSdy
1，TS1，TSdn, ,1-19, ,,21，TSTTS，[(b，b)T，T]S，b1vydptdyp在式(1-19)中,若忽略数值上很小的T和T,且取永态差值系数b=0,则它就成为下式: y1vp
,,T，TTYS()1dnn,, ,,，，S ,1-20, ,,,FSbTbTSb()tdtdt,,比较式,1-20,和式,1-14,可得:
,，TTdn,,KPbTtd,
,,1, ,1-21, ,KIbTtd,
,Tn,,KD,bt,
由于微机调速器的微机调节器,见图1-5,已经不再包括接力器,故其传递函数为:
,,TT(T/b)S，Y(S)11dnnt,,,,,，， ,1-22, ,,F(S)bTbTS1TS,，tdtd1v,,
对比式(1-13)和(1-22),参照式(1-21)的换算关系,图1-15所示的各线段的值有下列关系:
?17?
,1,,,,ODKxxP,bTtd,,KTDn,,,,CDxx,,TbT1vt1v ,1-23, ,1,,,GIbTtd,KI,K,P,,，OATTdn,KI,
5. 速动时间常数T x
对于永态差值系数为零的系统,主接力器速度与给定的被控参量相对偏差x的dy/dt关系曲线斜率的负倒数称为速动时间常数T(s)。 x
dxT,, ,1-24, xd(dy/dt)
实际上,T是调速器积分特性的描述。如图1-15所示,图中EB段直线是积分作用的x
结果。记积分分量为Y(t),则有: I
t ,1-25, Y(t),K,xdtII,0
当接力器在阶跃频率相对变化,x作用下,由Y(0) =0到Y(t) =1.0,即由全关至全开的I1.0时间为t时,则有: 1.0
t1.0 Y(t),Y(0),K,xdt,K,xt1.0III1.0,0
由上式得:
1 ,1-26, t,1.0K,xI
考虑到式,1-21,,有:
1,t,bT ,1-27, 1.0td,x若取,x=1.0,即相当于阶跃频率变化值为50Hz,,则由式,1-26,和式,1-27,得:
1 ,1-28, ,,,tbTT1.0tdx,x,1.0KI
式,1-28,表明,速动时间常数T的物理含义是:在b=0的条件下,若取频率变化相xp对值为,x=1.0,则接力器走全行程的时间就是速动时间常数T,它在数值上等于积分增益xK的倒数,也等于暂态差值系数b与缓冲装置时间常数T的乘积。当然,在实际运行中是Itd不可能有,x=1.0的运行条件的。下式给出了几个,x取值下的接力器走全行程的时间:
?18?
10,t,,10bT,10T1.0tdx,,x,0.1K,I ,1-29, ,100,t,,100bT,100T1.0tdx,x,0.01,KI,若记t和t为接力器走50%和10%行程的时间,则有: 0.50.1
5,t5bT5T,,,0.5tdx,,x,0.1K,I ,1-30, ,1,tbTT,,,0.1tdx,x,0.1,KI,
6. 接力器反应时间常数T y
(1) 接力器反应时间常数T的定义 y
当主接力器带规定负荷时,其速度与主配压阀相对行程y的关系曲线,见图1-17,斜1率的倒数称为接力器反应时间常数T。 y
dy1 T, ,1-31, yd(dy/dt)图1-17表明,靠近主配压阀中间位置处,曲线出现明显的非线性,这是由主配压阀搭接量
引起的,这使得这个区间的T有较大的数值。而图中接近于线性的区段,则有较小的T值。 yy
dy
dt
,(dy/dt)2
,y12
,(dy/dt)1
y10Dy11
图1-17 接力器响应时间常数T y
对机械液压或电气液压随动系统来说,接力器反应时间常数T在数值上等于其开环放y大系数K的倒数。 op
对辅助接力器或中间接力器而言,同样有辅助接力器或中间接力器反应时间常数T,y1
其定义及表达式与T的类似。 y
(2) 接力器反应时间常数T的整定 y
?19?
在图1-2、图1-3、图1-4、图1-5调速器结构方框图中,均含有由T或T构成的机械yy1液压或电气液压随动系统,其静态和动态性能直接影响到水轮机调节系统的静态和动态特性。
? 接力器反应时间常数T,T,的整定方法。前面已经指出,T在数值上等于其开环yy1y
放大系数K的倒数。所以,改变随动系统开环放大系数K,就可以选择T的整定值。 opopy
, 对于机械液压随动系统,改变机械液压随动系统中的局部反馈杠杆比就可整定T,y
,4组局部反馈杠杆比供选择。 有的调速器设有3
电液放大 , 对于电气液压随动系统,改变电气综合放机械放大接力器大器或微机内比较点后的放大环节的放大系数可11yy1+ TS1，TSy1–整定T。 y
? 机械液压或电气液压随动系统T的整定原y
电气(机械)反馈则。图1-2、图1-3、图1-4、图1-5所示的随动系1 统均由一阶环节表示,这是忽略辅助接力器反应时图1-18 随动系统结构方框图 间常数T等小时间常数而得到的结果。在研究随y1
动系统本身的动态性能时,一般采用图1-18所示的结构方框图。其闭环传递函数为:
Y(S)1 ,1-32, ,2Y(S)TTS，TS，111yy
[12]这是一个标准的二阶系统,改写成标准形式为:
1
2TT,Y(S)1yn,, ,1-33, 2211Y(S)S，2,,S，,21nnS，S，TTT11y
式中:
1 ——无阻尼自振频率; ,,nTT1y,1-34, T1y ,——相对阻尼系数; ,2T1
T式,1-34,表明:当T为某一恒值时,相对阻尼系数,与成正比。即随着T的增大,1yy
有较大的相对阻尼系数,。
当,?1时,图1-18所示系统对阶跃输入的响应特性具有单调、无超调的形式;当0,,,1时,系统为欠阻尼状态,对阶跃输入的响应具有带超调的、衰减的振荡特性,其超调量,和调节时间t的表达式为: ps
?20?
2,(,1,,),,,e,p,, ,1-35, ,4t,,s,,,n,
图1-19所示为图1-18所示系统对单位阶跃输入的响应特性,示意图,。
图中曲线1的相对阻尼系数,无超调, ,,1
但过程缓慢;曲线3的相对阻尼系数,,,0.6y(t)
初始段反应快,但有过大的超调;曲线2的相 =0.6),3(
对阻尼系数,有较理想的响应特性,其,,0.81.0
超调量约为3%。所以,应选择、调整开环放 =1)1(,
=0.8),2(大系数K,也就调整了T,,使随动系统对阶opy
跃输入的响应特性具有3%,5%的超调量。
0t IEC61362标准推荐:导叶接力器T=0.1,y
0.25s;桨叶接力器T=0.2,0.8s;冲击式折向图1-19 随动系统对单位阶跃输入的响应特性 y
器T=0.1,0.15s。在我国一般推荐:导叶接力y
器T=0.1,0.2s;桨叶接力器的T取为导叶接力器T的2,3倍。 yyy
，[1116]7. 调速器的自激振荡
调速器正常运行的基本条件是调速器在自身可整定的参数范围内不产生自激振荡。在研究水轮机调节系统的稳定和动态性能时,对于电/机转换部件的时间常数T、中间,辅助,1接力器的响应时间常数T,都是忽略不计的。实践证明,忽略上述小时间常数,在调速器y1
本身不发生自激振荡且有较好动态特性的前提下,能得到与试验结果相近的结论。但在分析讨论调速器的自激振荡问题时,就不能忽略这些小时间常数了。
,,bTS[1116]td,,, 由永态差值装置(b)和缓冲装置反馈构成的小闭环回路的自激振荡问题如p,,1，TSd,,
图1-20所示。
电/机转换、中间
(辅助)接力器主接力器
y11x+(TS+1)(TS+1)TS1y1y–
缓冲环节
bTStdTS+1d
永态差值环节
bp
?21?
图1-20 水轮机调速器闭环系统图
图中,T和T分别是电/机转换装置和中间接力器的时间常数。 1y1
由图1-20可得其闭环传递函数为:
TS，1d ,1-36, W(S),(TS，1)(TS，1)(TS，1)TS，(b，b)TS，b1y1dyptdp
由于近10多年以来,图1-20所示系统已不再在新设计的水轮机调速器中应用,加之文献[11]和[16]已对其作了较详细的分析,因此下面仅列出几点定性的分析结论:
? 主接力器反应时间常数T,在数值上等于开环放大系数的倒数,减小,会使调速器y
本身稳定性恶化,甚至会出现自激振荡。
? b、b、T取最大值,是检验调速器自身稳定性的最恶劣条件。 ptd
? 反馈回路的惯性或加入开度人工死区环节,均会恶化调速器的自身稳定性。
电液随动系统的自激振荡问题如图1-21所示。图中T、T、T的含义同图1-20中各1y1y项。
y11y,+S+1)(TS+1)TS(T–1y1y
图1-21 水轮机调速器电液随动系统
由图1-21所示可以得到其闭环传递函数为:
Y(S)1 ,1-37, w(S),,32Y(S)TTTS，(T，T)TS，TS，1u1y1y1y1yy
图1-21所示系统稳定,不产生自激振荡,的条件是:
, ,0 ,1-38, (T，T)TT,TTT1y1yy1y1y
由式,1-38,可求得保持图1-21所示系统稳定的T表达式为: y
TT1y1 T, ,1-39, yT，T1y1
-2列出了对应于T和T的主接力器反应时间常数T的最小值。 表11y1y
表1-2 T的最小值 y
T/s1 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 T/s y1
0.025 0.013 0.017 0.019 0.020 0.021 0.022 0.023 0.023
0.050 0.017 0.025 0.030 0.033 0.038 0.040 0.042 0.043
0.075 0.019 0.030 0.038 0.042 0.050 0.055 0.058 0.060
0.100 0.020 0.033 0.042 0.050 0.060 0.067 0.071 0.075 ?22?
0.150 0.021 0.038 0.050 0.060 0.075 0.086 0.094 0.100
0.200 0.022 0.040 0.055 0.067 0.086 0.100 0.111 0.120
0.250 0.023 0.042 0.058 0.071 0.094 0.111 0.125 0.136
0.300 0.023 0.043 0.060 0.075 0.100 0.120 0.136 0.150
从表1-2可以看出:
? 从定性趋势来看,大的T和T值,对应允许的T值也大;反之,小的T和T1y1y1y1值,可以取小的T值,即有大的前向通道放大倍数。因此,在可能的情况下,应尽可能地y
减小T和/,或,T的数值。 1y1
式,1-39,仅为T取最小值的极限条件,还应按前面讨论过的关于恰当选择T的 ?yy方法,使电液随动系统具有希望的、对阶跃输入的动态特性,图1-19中曲线2,。显然,依此所选择的T值比用式,1-39,而得的T极限值要大。 yy
8. 技术标准关于水轮机调速器动态参数的规定
[1] 具体规定见表1-3。
表1-3 GB/T 9652.1—1997调速器主要动态参数要求
–1 bT/s T/s K K/sK/s t dnPID参数 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值
0.00 0.00 数值 ?0.05 ?0.80 ?2.00 ?20.00 ?2.00 ?0.30 ?20.00 ?0.50 ?10.00 ?5.00
四、水轮机调节系统的动态特性
技术标准对水轮机调节系统动态特性的主要要求如下:
,1,调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性指标
? 手动空载工况,发电机励磁在自动方式下工作,运行时,水轮发电机组转速摆动相对值对大型调速器来说不得超过,0.2%;对中、小型和特小型调速器来说均不得超过,0.3%。当调速器控制水轮发电机组在空载工况自动运行时,在选择调速器运行参数时,待稳定后所记录3min内的转速摆动值应满足下列要求:
, 对于大型电气液压调速器,不超过,0.15%;
, 对于大型机械液压调速器和中、小型调速器,不超过,0.25%;
, 对于特小型调速器,不超过,0.3%。
? 如果机组手动空载时的转速摆动相对值大于规定值,见上,,那么其自动空载转速摆动相对值不得大于相应手动空载转速摆动相对值。
,2,机组甩负荷后应保证的动态品质
? 甩100%额定负荷后:
?23?
, 在转速变化过程中,超过3%额定转速以上的波峰不超过两个;
, GB/T 9652.1—1997规定:从接力器第一次向开启方向移动到机组转速摆动值不超过
,0.5%为止所经历的时间应不大于40s。IEC 61362《水轮机控制系统技术规范导则》规定:
在甩负荷中,若记从甩负荷开始至出现最大转速上升值为止的时间为t,记从甩负荷开始M到机组转速摆动值不超过,1.0%为止的时间为t,则t/t的推荐值为2.5,4.0,对于冲击式EEM
机组,和15,对于高水头混流式机组,。
转速或指令信号按规定形式变化,接力器不动时间: ?
, 对于电气液压调速器,不大于0.2s;
, 对于机械液压调速器,不大于0.3s。
? 技术标准对T和T的规定: aw
, 水轮机引水系统水流惯性时间常数T: w
对于PID型调速器,不大于4s;
对于PI型调速器,不大于2.5s;
, 机组惯性时间常数T: a
对于反击式机组,不小于4s;
对于冲击式机组,不小于2s。
, 比值T/T不大于0.4。 wa
?24?
范文四：水轮机的基本工作参数
水轮机的基本工作参数
水轮机是将水能转换为旋转机械能的一种水力机械，它包括引水部件、导水部件、工作部件和泄水部件四部分，其关键是它的工作部件，即水轮机转轮。水流流经水轮机时，水流能量发生改变的过程，就是水轮机的工作过程。反映水轮机工作过程特性值的一些参数，称为水轮机的基本参数，水轮机的参数包括结构参数、工作参数以及综合参数等。水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机，水流的能量转换为转轮的机械能过程中的一些特征数据。水轮机的基本工作参数有:工作水头H、流量Q、出力N、效率η、转速n和转轮直径D。 1
,、工作水头H
水流从是从高处流向低处，这是水流流动的客观规律，当某河段修建水电站装置水轮机后，水流便由水轮机进口经水轮机流向出口，这就是说在水轮机进口和出口存在着能量差，其大小可以根据水流能量转换规律来确定。水轮机工作水头就是指水轮机进、出口处水流的总比能之差。水轮机的工作水头是水轮机的重要工作参数，其大小表示水轮机所利用水流单位能量的多少。
2、流量Q
单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体积，称为水轮机的流量。
3通常以Q表示，其单位为米/秒。水轮机流量为水轮机的另一个重要工作参数，其大小同样表示水轮机利用能量的多少。
3、出力N和效率η
具有一定水头和流量的水流在流经水轮机时便可以做功，在单位时间内所做的功，在工程上称为出力或功率。单位时间内水轮机主轴所输出的功，称为水轮机的出力。水流输入给水轮机的出力为:
N,9.81QH(kW)sr
由于水流经水轮机时有摩擦、漏水等损失，实际水流输入给水轮机的出力，不能被水轮机全部利用并传输出去。真正输出的出力小于输入的出力。故水轮机输出出力为:
N,N,,9.81QH,(kW) sr
式中:η为水轮机的效率，水轮机的轴出力N与输入给水轮机的水流出力
N之比，称为水轮机的总效率。它表示水轮机对水流的有效利用率，水流流经sr
水轮机时损失越小，有效利用率越大，即效率越高。
同样，出力和效率也是水轮机两个主要工作参数，其大小表示水轮机做功的多少。
4、转速n
水轮机转速是水轮机转轮单位时间内旋转的次数，常用n表示，转速的单位为r/min。
5、转轮直径D1
水轮机转轮直径是一个很重要的尺寸，水轮机其他部件的尺寸都与转轮直径有关，所以直径大，厂房的尺寸就大，工程的投资也就大。但直径小，可能达不到设计出力，水轮机直径D的尺寸，国家已有标准系列，选择D时应以满足11水轮机设计出力为准。
范文五：水轮机的基本组成结构
水 轮 机
一、水轮机的基本参数
1) 工作水头(H):水轮机的工作水头就是指水轮机的进、出口单位
能量差，也就是上游水位与下游水位之差，用H表示，其单位为
m。其大小表示水轮机利用水流单位能量的多少。 2) 流量(Q):在单位时间内流经水轮机的水量，称为流量，用Q表
示，其单位为m?/s。其大小表示水轮机利用水流能量的多少 3) 出力(P):具有一定水头和流量的水流通过水轮机便做功，而在
单位时间内所做的功率称为水轮机的出力，用P表示，其单位KW。
水轮机的出力为:P=9.81QH
4) 效率(η) 目前混流式水轮机的最高效率95%
P=9.81QHη
5)比转速 指工作水头H为1m、发出的功率P为1kw时水轮机所具有的转速，故称为比转速。
二、水轮机的类型与代号
我们根据水流能量的转换的特征不同，把水轮机分为两大类，及反击型和冲击型水轮机。
反击型水轮机，具有一定位能的水流主要以压能的形态，由水轮机转变为机械能。按其水流经过转轮的方向不同，反击型水轮机可分为以下几种类型:
反击型:轴流(定桨、转桨)水轮机、混流式水轮机、贯流式水轮机、斜流式水轮机
冲击型:水流不充满过流流道，而是在大气压力下工作，水流全部以动能形态由转轮变为机械能。按射流冲击水斗的方式不同，可分为如下几种类型:
冲击型:水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机
我国水轮机式的代号，有三部分组成，第一部分由水轮机型式及转轮型号组成,并由汉语拼音表示。
水轮机型式的代号
水轮机型式 代号 水轮机型式 代号
HL ZZ 混流式 轴流转桨式
XL ZD 斜流式 轴流定桨式
SJ GZ 双击式 贯流转桨式
XJ GD 斜击式 贯流定桨式
CJ 冲击式
以本电站为例:水轮机型号:HL(247)—LJ—235，表示混流式水轮机，转轮型号为247，立轴，金属蜗壳，转轮直径为235?。 三、混流式水轮机
1 定义: 水流从径向流入转轮，在转轮中改变方向后从轴
向流出的水轮机。其叶片固定，不能转动调节。 2 混流式水轮机 - 结构特点
混流式水轮机主要应用于20—450米的中水头电厂，其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。
当水流经过这种水轮机工作轮时，它以辐向进入、轴向流出 ，所以也称为辐向轴流式水轮机。
水流流经转轮是径向式的，导出机构为径向式的，导叶开度可随负荷的改变而进行调节，转轮是由上冠、下环及固定在其中间的一定数量流线型叶片所组成。混流式水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。
3、混流式水轮机的组成:引水部件、导水部件、泄水部件、工作部件
1)引水部件:蜗壳式、明槽式、虹吸式
引水部件作用
? 以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率，尽可能保证沿导水部件周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均衡，提高工作的稳定性。
? 在水进入导水部件一起使水流形成一定的环量。
? 保证转轮在水中工作，不与大气接触。 2)导水部件:导叶、顶盖、底环、导叶、导叶臂、连杆、控制环、接力器等部件组成。
导水部件的作用:
? 调节流量
? 形成环量
? 截断水流
导叶 :由导叶体和导叶轴两部分组成。为减轻导叶重量，常做成中空导叶。导叶的断面形状为翼型。导叶轴颈通常比连接处的导叶体厚度大，在连接处采用均匀圆滑过渡形状，以避免应力集中。 导叶轴承:上、中、下轴套，高水头机组为防止导叶上浮力超过导叶自重，保证导叶上端面间隙，在导叶套筒的法兰上一般设有止推装置(止推压板或止推块)。
导叶传动机构 :导叶传动机构由控制环、连杆、导叶臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，调节水轮机流量。该机构形式有叉头式受力情况较好和耳柄式受力情况相对较差。 控制环 控制环结构形式双耳平行式
导水机构安全装置:安装导水机构安全装置的目的:及时切除被卡导叶，避免因个别导叶被卡而损坏其它传动机构主要零部件。 剪断销 :使用最多的导水机构安全装置，在剪断销上加工一个危险断面，在正常操作力作用下，剪断销能正常工作，当超过正常操作力1.5倍时，剪断销连同装在其中的信号装置在危险断面破断并发出信号，被卡导叶从传动机构中解列。在机组顶盖上还设有限位块，其作用是:防止导叶发生正反向旋转而超出全关和最大可能开度的范围。(可能造成剪断销连锁破断事故)
剪断销的作用:
导水机构切断水流 :当停机时，导叶首尾相连，切断水流。但导叶上、下断面和顶盖、底环处存在着端面间隙，导叶首尾相接处会有立面间隙。这些间隙会产生停机漏水损失;还会产生间隙汽蚀破坏。间隙较大漏水严重时，甚至可使机组停不下来。为此需要设法减小这些间隙，也是机组检修计划的一个必不可少的项目。
立面间隙的调整方法:通过调整导叶传动装置的补偿环(调整螺杆)。 端面间隙的调整方法:通过导叶轴颈端盖上的调节螺钉。 接力器 :接力器的基本部件:接力器缸和活塞
活塞把接力器缸分成了开启腔和关闭腔。(单导管直缸接力器)
在导水机构快速关闭时，为避免活塞与缸盖发生撞击，在活塞上装有三角形封油块，封油块与缸体油口相对应，当活塞块逐渐遮住部分出油口，形成排油截流，起缓冲作用。
3)工作部件:转轮
工作部件的作用:
它是水轮机的心脏，是实现能量转换的主要部件。
是实现能量转换
4)泄水部件:尾水管
尾水管的主要作用有三点:
1) 把转轮出口的水流引向下游。
2) 当转轮高于下游水位时，使转轮出口形成静力真空，从而利用高
于下游水面的吸出高度。
3) 尾水管的扩散使转轮出口处的水流动能恢复为动力真空，从而提
高水轮机的效率。
四、混流式水轮机主要部件
蜗壳、顶盖、座环、尾水管、底环、控制环、导叶(活动、固定 )、转轮、主轴、止漏环(迷宫环)剪断销、拐臂、真空破坏阀等。
机的转轮上部与主轴相连接，四周布满导叶。导叶的上部通过传动机构与控制环(调速环)相连，下部套在底环内，而底环布置在座环的下环内。顶盖安放在座环的上环上，盖住转轮。固定导叶布置在
导水叶外围，座环的蝶形边与蜗壳相连，并被蜗壳包围。导轴承位于顶盖上，控制环口通过推拉环与接力器相连。在座环下发布置有基础环，通过锥形环与尾水管相连。混流式水轮机附属装置还有布置在顶盖上的真空破坏阀、吸力补气阀和放水阀等。
水轮机的导水机构是有导叶、传动机构(转臂、连杆、控制环)、接力器、和推拉杆等组成。
水轮机的底环是由上环、下环、和固定导叶三部分组成，它既是
水轮机的通水部件，机组安装时的基准部件，又是机组运行的承重部件。要求具有水力损失小，具有一定的强度和刚度。
混流式水轮机的转轮主要由上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥和减压装置等组成。
水轮机的转轮包括转体、叶片、泄水锥等。
立轴混流式水轮机引水室采用金属焊接蜗壳，其进口与压力水管相连接，其余各节与座环相连。为了便与检修，在蜗壳上开有专门进人孔(蜗壳人孔门)，其底部并有排水孔和阀门，以便排出蜗壳积水。
座环位于蜗壳里，布置导水机构，它是水轮机的承重部分，又是过流部件在安装时它还是一个主要基准件，因此它要符合水力，强度
和刚强等诸方面的要求。
基础环埋在混凝土内，是转轮室的组成部分，早机组安装和检修拆卸转轮时，用来支撑水轮机转轮。混流式转轮上叶片(24)，呈空间扭曲状，断面为流线型，是直接将谁能转换为机械能的最主要部件。止漏装置
止漏装置的作用是用来减小转动部分与固定部分之间的漏水损失。止漏装置分为固定部分和转动部分，为防止水流向上和向下漏出，水轮机上一般装有上、下两道止漏环。上止漏环固定部分装在顶盖上，其转动部分装在上冠上，下止漏环的固定部分一般装在底环上，转动部分装在转轮的下环上。目前广泛采用的止漏环结构型式有间隙式，迷宫式，梳齿式和阶梯式四种，如图所示。
(止漏装置型式)
(a)(b)(c)(d)间隙式;迷宫式;梳齿式;阶梯式迷宫
止漏环又称迷宫环，作用是阻止水流从转轮上、下间隙处漏出，分转动和固定部分。止漏环是个易损件，结构上要求易于装卸、检修，选用抗磨损和抗空蚀的材料。
减压装置的作用是降低轴向水推力，以减轻推力轴承的荷载，其上冠开有泄水孔，起排水减压的作用。
蜗壳的作用:
水轮机导轴承的作用:一是承受机组在各种工况下运行时由主轴传来的径向力(主要由转动部分的重复不平衡，水流经过转轮时的 水力不平衡以及由尾水管的振动引起。)，二是维持以调好的机组轴线位置，提高机组运行的稳定性。
导轴承是水轮机的重要组成部分，它的工作质量直接影响水轮机的运行。导轴承常见的问题有:轴承过热，严重时会烧瓦;其次是轴承磨损，使轴瓦间隙增大，导致水轮机振动和摆度加大，影响运行质量缩短轴承寿命。
主轴密封装置可以保证导轴承正常工作，在稀油导轴承下部布置主轴密封装置，防止压力水从旋转的主轴渗入导轴承。主轴密封装置分为运行密封和检修密封(空气尾带)两类。
? 运行密封根据结构形式分为有盘根密封、橡胶平板密封，断面密封、径向密封、和水泵密封。
? 检修密封是在轴承检修或停机时，对主轴进行密封，其结构形式有机械式、空气围带式和抬机式密封。
抬机是指当水轮机导叶突然关闭后，尾水管内瞬间形成真空，造成负水锤，使尾水回流，鼓破水轮机顶盖的严重事故。为了防止抬机
现象发生，在水轮机顶盖上装了真空破坏阀，用来破坏真空。
真空破坏阀装置，布置在顶盖上，其作用是在水轮机紧急关闭，顶盖下部产生真空时，补充空气，破坏真空，以免从尾水倒流回的水流，将使水轮机抬起，造成抬机事故。
泄水锥的作用:是引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下
渲泄，防止水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机效率。
五、概述混流式水轮机工作原理:
蜗壳位于最外层，从四周包围着座环，并与座环的上、下环相连接。座环、上下环间均匀分布着能承重的固定导叶个。顶盖放置在座环的上环内法兰上，座环放置在下环法兰上。顶盖和座环上下相对构成环形过流通道。通道内均匀分布着个活动导叶，以调节流量。活动导叶下轴颈放置在底环预留的轴孔中，活动导叶上半段轴穿过顶盖预
留轴孔，与顶盖上面导叶传动机构相连接。座环下端通过基础环(底环)与尾水管上端相连接。顶盖之下，尾水管之上是转轮，转轮周围被活动导叶所包围。
主轴的下端与转轮相连接，上端与发电机转子主轴相连接，它把水轮机转轮和发电机转子连接成水轮发电机组转动部分整体。在顶盖上设置轴承座，其上装有水导轴承，抱在主轴外面，给水轮机转动部分，轴心线定位。在顶盖中心轴孔与主轴之间的间隙处设有密封装置，防止间隙大量漏水淹没导轴承。在顶盖上放置着导叶传动操纵机构，接力器推拉杆操纵控制环、连杆、导叶臂、导叶轴之间依次相连，使导叶动作。
水轮机的能量损失和效能
水轮机是一种将水的动能转换为机械能，这种能量的转换，是由于水流和水轮机相互的结果，但水能不能全部有效地转化为机械能传给发电机，这是因为任何机械运动都有摩擦等损失。它对能量转换无效的，一般称为能量损失，而转换过来的部分是有效的，能量被有效利用的程度通常称为效率。能量有效利用的程度越高，则效率也越高，能量也就越小。
容积损失
水轮机的损失: 水力损失
机械损失
能量损失
容积损失:在反击式水轮机中，进入转轮的流量Q，其中有一部分漏水量未被有效利用而损失掉了，这部分损失称为容积损失。
水力损失:水轮机工作时，水流要流经引水部分、导水部分、转轮和尾水管等过流部件，水流变产生木摩擦、撞击、漩涡、和脱流等损失。这些情况所引起的水头损失，称为水力损失。(水力损失的大小与水流的速度、过流部件的形状和表面的粗糙度及水流的流态等有关。沿程摩擦损失是不可避免的，局部撞击、漩涡和脱流等造成的损失，则与过流部件的形状有关，过流部件越符合流线形状，则局部损失越小。所以要提高水轮机的水力效率，就应尽可能减少过流部件的水力损失，如降低水流速度，使过流部件表面光滑，以减少摩擦面积，过流部件形状制成流线形以避免撞击和脱流等局部措施。)
机械损失:转动部件与固定部件或水间的摩擦损失，称为机械摩擦损失或机械损失。
水轮机的飞逸特性
水轮发电机在运行中因机组故障等突然甩去全部负荷，发电机输出功率为零，此时如水轮机转速迅速升高。当输入的水流能量与转速升高时产生的机械摩擦损失能量相平衡时，转速达到一定某一稳定最大值，这个转速称为水轮机的飞逸转速。
飞逸转速对水轮发电机组是很危险的。如不采取措施，强大的离心力可能损害机组转动部件或轴承系统，或引起机组剧烈振动，因此，水力机组的强度应能承受飞逸转速。目前采用的防止飞逸转速的方法主要是用来截断水流的办法降低飞逸转速。
截断水轮机水流:
? 装快速闸门:在水轮机前装有快速闸门，他兼做机组飞逸时的保护装置，因为一般的机组经10—40S就能达到飞逸转速，而快速闸门的关闭时间为2—3分钟。由于水轮机一般保证机组飞逸时间不超过5分钟，所以快速闸门可以起到保护作用。
? 蝶阀
? 采用事故配压阀:在调速器中装事故配压阀和过速限制器，在调速器失灵时，事故配压阀和过速限制器动作，快速关闭导水机构(一般时间不超过12S)，这种方法目前在我国应用广泛。 事故配压阀:机组正常运行行时事故配压阀仅作为压力油的通道，使调速器主配压阀与接力器的管道接通;当机组甩负荷又遇调速系统故障时，事故配压阀动作，切断主配压阀与接力器的联系，而直接把压力油从油压装置接入接力器，使接力器迅速关闭，实现机组紧急停机，以缩短机组过速时间，起到对水轮机的保护作用。
水轮机的异常运行
1) 轴承油位过高 ;
2) 轴承油位过低;
3) 轴承温度升高;
4) 空气冷却器温度升高;
5) 机组运行中冷却水中断;
6) 油压装置备用泵启动;
7) 压油槽油面降低或升高;
8) 漏油箱油位升高;
9) 顶盖水位过高;
10) 水轮机运行中摆度增大;
概述混流式水轮机工作原理:
蜗壳位于最外层，从四周包围着座环，并与座环的上、下环相连接。座环、上下环间均匀分布着能承重的固定导叶20个。顶盖放置在座环的上环内法兰上，座环放置在下环法兰上。顶盖和座环上下相对构成环形过流通道。通道内均匀分布着20个活动导叶，以调节流量。活动导叶下轴颈放置在底环预留的轴孔中，活动导叶上半段轴穿过顶盖预留轴孔，与顶盖上面导叶传动机构相连接。座环下端通过基础环(底环)与尾水管上端相连接。顶盖之下，尾水管之上是转轮，转轮周围被活动导叶所包围。
主轴的下端与转轮相连接，上端与发电机转子主轴相连接，它把水轮机转轮和发电机转子连接成水轮发电机组转动部分整体。在顶盖上设置轴承座，其上装有水导轴承，抱在主轴外面，给水轮机转动部分，轴心线定位。在顶盖中心轴孔与主轴之间的间隙处设有密封装置，防止间隙大量漏水淹没导轴承。在顶盖上放置着导叶传动操纵机构，接力器推拉杆操纵控制环、连杆、导叶臂、导叶轴之间依次相连，使导叶动作。
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