水轮机调速器基本知识讲解-课件PPT(精)
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调速器课件
5.
人机界面
运行界面 “状态”中开关量界面 “状态”中模拟量界面 “状态”中曲线界面 “状态”中事件界面 “故障”中故障信息界面 系统设置界面 试验界面
四． 案例分析
龚站6F机组停机状态下“转动”的过程分析
2005年06月15日04：25’，由于龚站下厂清淤工作 结束，集控中心通知开机。04：29’，准备6F开机。 6F机组处于加闸状态。当将6F调速器控制方式从 “机手动”状态切换至“自动”状态时，导叶开启至 空载开度。发生6F机组在加闸状态加速，风闸被磨 损。最后调速器系统自动停机。 调速器的控制逻辑为：非自动，+导叶开度大于4%， 进入空载调节状态。由于调速器取消了机械开限以及 机械反馈，当导叶处于全关位置时，整个调速器系统 包括接力器、拐臂、推拉环、导叶，存在反作用力， 在失去电气关机力矩后，会形成反弹。反弹的开度， 会因为机械结构受力的不同而不同。从6F机组现象 分析，“机手动”控制方式下，1小时反弹大约4% 开度，4小时后，仍然保持4%开度。说明6F机组反 弹开度只有4%开度。
•
铜站协联关系破坏防范措施
导叶给定值与导叶实际开度值偏差⊿Y>3%，协联跟踪导叶 行程实际值；⊿Y <3%，协联跟踪导叶给定值； 负载状态下，桨叶给定值与桨叶实际开度值偏差⊿Y>5%， 闭锁导叶开启方向输出；⊿Y >15%，桨叶切机手动，并发 出“协联关系破坏”告警信号（上送机组LCU ）。 桨叶的双套冗余功能：当两套桨叶开度反馈偏差大于3％时， 延时0.5s报警，桨叶控制切机手动运行。报警信号包括故障 指示灯、人机界面故障显示和故障信号硬接点输出。
接力器不动时间：对于配用大型电液调节装置的系统， 不得超过0.2s；对于配用中、小型电液调节装置的 系统不得超过0.3s。 机组甩100％负荷时的动态品质为：
水轮机调节ppt课件
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水轮机的调节系统具有以下特点： 水轮机的工作流量较大，水轮机及其导水机构的尺寸也较大， 需要较大的力才能推动导水机构，因此，调速器需要有放大元件 和强大的执行元件(即前述的接力器)。 水轮发电机组以水为发电介质，水有较大的密度，同时，水电 站的输水道一般较长，其中的水体有较大的质量，水轮机调节过 程中的流量变化将引起很大的压力变化(即水锤)，从而给水轮机 调节带来很大困难。 对于轴流转桨式水轮机的导叶和转轮叶片、水斗式水轮机的喷 嘴和折流板、带减压阀的混流式水轮机等，需增加一套协调机构， 对两个对象进行调节，使调节更为困难。
11
02
水轮机调节的基本概念
12
12
水轮机调节系统的组成元件及各元件的相互关系可见下图
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机调节系统方框图
13
13
图中的方块表示水轮机调节系统的元件： 箭头表示元件间信号的传递关系： 箭头朝向方块表示信号的输入， 箭头离开方块表示信号的输出，前一个元件的输出是后一个元件的
各参数随时间的变化情况，及在经过一段时间以后是否能达到 新的平衡状态(即稳定工况)，与调节系统的特性有关，这种特性 称调节系统的动特性。
若在经过一段时间之后系统能够达到新的平衡状态，那么新平 衡状态与原平衡状态的关系，即各参数是否能回复到初始状态， 亦与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的静特性。
例如： 电能频率的变化将引起用电设备电动机的转速变化，从
而影响电钟计时的准确性、车床加工零件的精度、布匹纤维 的均匀性等等。我国规定的电力系统频率为50Hz，其偏差， 大系统不得超过±O.2Hz，小系统不得超过±0.5Hz。
水轮机的调节系统具有以下特点： 水轮机的工作流量较大，水轮机及其导水机构的尺寸也较大， 需要较大的力才能推动导水机构，因此，调速器需要有放大元件 和强大的执行元件(即前述的接力器)。 水轮发电机组以水为发电介质，水有较大的密度，同时，水电 站的输水道一般较长，其中的水体有较大的质量，水轮机调节过 程中的流量变化将引起很大的压力变化(即水锤)，从而给水轮机 调节带来很大困难。 对于轴流转桨式水轮机的导叶和转轮叶片、水斗式水轮机的喷 嘴和折流板、带减压阀的混流式水轮机等，需增加一套协调机构， 对两个对象进行调节，使调节更为困难。
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水轮机调节的基本概念
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水轮机调节系统的组成元件及各元件的相互关系可见下图
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机调节系统方框图
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图中的方块表示水轮机调节系统的元件： 箭头表示元件间信号的传递关系： 箭头朝向方块表示信号的输入， 箭头离开方块表示信号的输出，前一个元件的输出是后一个元件的
各参数随时间的变化情况，及在经过一段时间以后是否能达到 新的平衡状态(即稳定工况)，与调节系统的特性有关，这种特性 称调节系统的动特性。
若在经过一段时间之后系统能够达到新的平衡状态，那么新平 衡状态与原平衡状态的关系，即各参数是否能回复到初始状态， 亦与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的静特性。
例如： 电能频率的变化将引起用电设备电动机的转速变化，从
而影响电钟计时的准确性、车床加工零件的精度、布匹纤维 的均匀性等等。我国规定的电力系统频率为50Hz，其偏差， 大系统不得超过±O.2Hz，小系统不得超过±0.5Hz。
水轮机调速器培训课件
三联水电水轮机数字调速器（培训教材）武汉三联水电控制设备有限公司2004年10月15日目录第一章水轮机调节的基本任务 (3)一、水轮机调节系统的结构 (4)二、水轮机调节系统的特点 (4)第二章水轮机调速系统的标准和特性 (7)一、水轮机调速系统的标准 (7)二、水轮机调速系统的特性 (8)三、水轮机调速器的动态特征 (9)四、水轮机调节系统的动态特性 (13)第三章水轮机调速器的控制算法 (15)一、PID控制算法 (15)二、桨叶控制器 (18)第四章水轮机微机调速器的硬件 (23)第五章水轮机微机调速器的形式 (27)一、调速器的发展 (27)二、调速器的分类 (28)三、冗余式可编程调速器 (29)第六章水轮机微机调速器的功能和运行 (34)一、参数可调范围 (35)二、功能要求 (36)三、软件 (49)第七章水轮机微机调速器的机械液压执行机构 (58)一、比例伺服阀＋数字阀＋机械开限/纯手动组成机械冗余结构 (58)二、步进式机械液压系统 (59)第八章水轮机微机调速器的故障处理 (63)一、空载频率摆动 (63)二、负载漂移 (63)三、接力器抖动 (64)四、切换故障 (65)五、甩负荷 (65)六、与水头有关的故障 (66)七、自检 (66)第一章水轮机调节的基本任务水轮发电机组把水能转变为电能供生产、生活使用。
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。
水轮机调速器是水电站发电机组的重要辅助设备，他与电站那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。
调速器讲义课件
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三. 本站调速器油压装置的介绍
液压系统图
20
三. 本站调速器油压装置的介绍
液压系统图
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三. 本站调速器油压装置的介绍
调速器机械控制部分 所有液压件都设计安装在液压集成块上，液压 件之间的联接由集成块内部的油道完成，全部取消明管，从而可大大提 高操作油压力。
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三. 本站调速器油压装置的介绍
11 、
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三. 本站调速器油压装置的介绍
12 、
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三. 本站调速器油压装置的介绍
13、
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四. 本站调速器油压装置缺陷处理
历史遗留的缺陷
1、本站调速器改造历程 2009.9投入使用 2011.4 伺服比例阀更换为比例阀 2015.1更换（力士乐）比例电磁阀。 2、油管的改造 安装未按设计要求，将7mm壁厚的钢制弯换成了5mm壁厚，按照设计要求 全部更换。
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4.水轮机调节器的特点
技术标准对Ta和Tw的规定：
水轮机引水系统水流惯性时间常数Tw： 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Ta： 对于反击式机组，不小于4s； 对于冲击式机组，不小于2s。 比值Tw/Ta不大于0.4。
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二. 水轮机微机液压型调速器
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2.水轮机调节原理
水力发电就是将本来消耗在河床路程上的水能通过筑坝或引水等最经济
安全的方法收集储存在水库中，推动水电站内的水轮机转动，由水轮机将水能 转换成旋转机械能，再由水轮机带动发电机旋转，由发电机将旋转机械能转换 成电能，由此过程产生的合格电能供用户使用。
水电厂示意图
8
dω dt
2.水轮机调节原理
水轮机调节ppt课件
水轮机调速器有多种类型，调速器一般由： 测量元件、放大元件、校正元件等环节组成。
整理版课件
28
4、调速器机械柜内各主要部件性能、结构 （1）主配压阀
主配压阀是液压放大元件，它的主要作用 是分配压力油进入接力器的开侧油腔或关侧 油腔，控制接力器的开和关。
是表征大型调速器的重要参数
遮程是影响调速机特性的因素之一
整理版课件
45
3、步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器方块图
整理版课件
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协调
结构，实现双重调整理节版课。件
11
二 调节系统的特性
•
水轮机调节系统
调速系统
调速器 随动系统 油压装置
调节对象
整理版课件
12
调节系统 工作状态
调节前后的 稳定状态
静态特性
调节开始到终 了的过渡过程
动态特性
整理版课件
13
二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
整理版课件
32
（4）紧急停机电磁阀 属于保护设施之一
动作的条件：机组运行中，几乎所 有紧急停机令的实施通道。
整理版课件
33
（5）导、轮叶接力器作用 调速控制的执行机构 关闭规律影响调节过程的动态品质 整定开、关时间 设置分段关闭阀
整理版课件
34
5、调速器油压装置各主要部件 （1）压油泵
生产压力油，是调速系统的能源。 （2）压力油罐 （3）回油箱 （4）输油管
38
（4）调速器系列
第一部分：基本特性和类型
大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T
机械液压：无代号； 电动调节：D
单调：无代号； 双调：S
整理版课件
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4、调速器机械柜内各主要部件性能、结构 （1）主配压阀
主配压阀是液压放大元件，它的主要作用 是分配压力油进入接力器的开侧油腔或关侧 油腔，控制接力器的开和关。
是表征大型调速器的重要参数
遮程是影响调速机特性的因素之一
整理版课件
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3、步进电机电液转换器/机械液压随动系统型调速器方块图
整理版课件
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协调
结构，实现双重调整理节版课。件
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二 调节系统的特性
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水轮机调节系统
调速系统
调速器 随动系统 油压装置
调节对象
整理版课件
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调节系统 工作状态
调节前后的 稳定状态
静态特性
调节开始到终 了的过渡过程
动态特性
整理版课件
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二 调节系统的特性
1、调节系统的静态特性
整理版课件
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（4）紧急停机电磁阀 属于保护设施之一
动作的条件：机组运行中，几乎所 有紧急停机令的实施通道。
整理版课件
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（5）导、轮叶接力器作用 调速控制的执行机构 关闭规律影响调节过程的动态品质 整定开、关时间 设置分段关闭阀
整理版课件
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5、调速器油压装置各主要部件 （1）压油泵
生产压力油，是调速系统的能源。 （2）压力油罐 （3）回油箱 （4）输油管
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（4）调速器系列
第一部分：基本特性和类型
大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T
机械液压：无代号； 电动调节：D
单调：无代号； 双调：S
水轮机调速器基本知识讲解
——交流伺服自复中电转 ——数字（开关）阀 ——与之配套的主配压阀
机/电转换 ——带通信接口的数字式传感器、变送器（位移、功率、水头······）
第四十六页，共83页。
❖ 通信接口
高可靠性
不同通信规约的适应性
❖ 全数字式水轮机微机调速器 调节回路中无模拟信号传输
测量、传感、变送、执行
三.发展趋势
第二十一页，共83页。
❖ 电机转换器
机—电转换器 ❖ 角位移传感器
❖ 直线位移传感器
❖ 旋转编码器
2.我国数字式电液调速器概况
第二十二页，共83页。
❖ 机械液压系统
主配压阀（位移控制型、液压控制型）
分段关闭阀（机械液压动作、电气液压动作） 事故配压阀（单独装置、与主配压阀结合）
2.我国数字式电液调速器概况
第四十七页，共83页。
❖ 辅助功能
辅助调试功能
事件、事故记忆功能
水轮机控制系统仿真决策支持系统
三.发展趋势
第四十八页，共83页。
水轮机控制系统仿真决策支持系统
三.发展趋势
第四十九页，共83页。
空载频率波动 仿真
三.发展趋势
第五十页，共83页。
空载扰动波动 仿真
三.发展趋势
第五十一页，共83页。
开创了我国水轮机调节领域的新的篇章；
❖
以可编程控制器为主体的微机调节器研制成功则极大地促进了我国数字式（微机）调速器的广泛应用和迅速发展。
第五十六页，共83页。
四.国内外微机调速器概述 ❖ 到2002年，据不完全统计，我国自行设计制造的数字式（微机）电液调速器已有1500多台在国内外大
中小型水电站投入运行。近年来，已经有不少用国产调速器更换进口产品取得成功的范例（例如二滩电站）。我国的数字式 电液调速器的技术性能和功能都与水轮机调节技术的国际先进水平基本上保持同步状态；在机械液压系统的可靠性方面，国 内产品还有待进一步提高。
机/电转换 ——带通信接口的数字式传感器、变送器（位移、功率、水头······）
第四十六页，共83页。
❖ 通信接口
高可靠性
不同通信规约的适应性
❖ 全数字式水轮机微机调速器 调节回路中无模拟信号传输
测量、传感、变送、执行
三.发展趋势
第二十一页，共83页。
❖ 电机转换器
机—电转换器 ❖ 角位移传感器
❖ 直线位移传感器
❖ 旋转编码器
2.我国数字式电液调速器概况
第二十二页，共83页。
❖ 机械液压系统
主配压阀（位移控制型、液压控制型）
分段关闭阀（机械液压动作、电气液压动作） 事故配压阀（单独装置、与主配压阀结合）
2.我国数字式电液调速器概况
第四十七页，共83页。
❖ 辅助功能
辅助调试功能
事件、事故记忆功能
水轮机控制系统仿真决策支持系统
三.发展趋势
第四十八页，共83页。
水轮机控制系统仿真决策支持系统
三.发展趋势
第四十九页，共83页。
空载频率波动 仿真
三.发展趋势
第五十页，共83页。
空载扰动波动 仿真
三.发展趋势
第五十一页，共83页。
开创了我国水轮机调节领域的新的篇章；
❖
以可编程控制器为主体的微机调节器研制成功则极大地促进了我国数字式（微机）调速器的广泛应用和迅速发展。
第五十六页，共83页。
四.国内外微机调速器概述 ❖ 到2002年，据不完全统计，我国自行设计制造的数字式（微机）电液调速器已有1500多台在国内外大
中小型水电站投入运行。近年来，已经有不少用国产调速器更换进口产品取得成功的范例（例如二滩电站）。我国的数字式 电液调速器的技术性能和功能都与水轮机调节技术的国际先进水平基本上保持同步状态；在机械液压系统的可靠性方面，国 内产品还有待进一步提高。
水轮机调节系统PPT课件
• 调节流量的实质：调节转速 • 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器 • 调速器与机组构成了水轮机调节系统
第2页/共31页
三、水轮机调节系统的组成
调速器的作用：以转速信号为依据，迅速自动地调 节导叶开度，以达到改变出力恢复转速的目的。
调速器由自动调整机构、控制机构、油压装备、保 护装备和监视仪表组成。其中，自动调整主要由测量元 件、放大元件、校正元件等组成，调速器与机组构成水 轮机调节系统。
4．计算工况选择 a. 额定水头甩全负荷；
第17页/共31页
5. 调保计算步骤 (1) 准备基本数据； (2) 求出计算工况下∑LV ；
(3) 给定导叶关闭时间TS计算 、 ；
(4) 进行较核、调整 6. 改善甩负荷过渡过程的措施
(1) 设置阻水器 (2) 增加机组转动惯量 (3) 设置调压井或调压阀 (4) 改变导叶关闭规第1律8页/共31页
混流式水轮机甩负荷过渡过程
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俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站事故
萨彦-舒申斯克水电站建在俄罗斯西伯利亚叶尼塞河上游。重力拱坝，最 大坝高245m，总装机640万kW，多年平均发电量235亿kW·h。水库总库容 313亿m3，有效库容147亿m3，为多年调节水库。工程具有发电、灌溉、航 运和供水等综合经济效益。工程于1968年动工兴建，1975年10月11日截流， 1978年第1台临时机组在60m水头下投入运行，1989年全部工程竣工。
(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验 其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压 力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。 3．调节保证计算标准
所谓调节保证计算标准，是指水锤压力和转速变
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三、水轮机调节系统的组成
调速器的作用：以转速信号为依据，迅速自动地调 节导叶开度，以达到改变出力恢复转速的目的。
调速器由自动调整机构、控制机构、油压装备、保 护装备和监视仪表组成。其中，自动调整主要由测量元 件、放大元件、校正元件等组成，调速器与机组构成水 轮机调节系统。
4．计算工况选择 a. 额定水头甩全负荷；
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5. 调保计算步骤 (1) 准备基本数据； (2) 求出计算工况下∑LV ；
(3) 给定导叶关闭时间TS计算 、 ；
(4) 进行较核、调整 6. 改善甩负荷过渡过程的措施
(1) 设置阻水器 (2) 增加机组转动惯量 (3) 设置调压井或调压阀 (4) 改变导叶关闭规第1律8页/共31页
混流式水轮机甩负荷过渡过程
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俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站事故
萨彦-舒申斯克水电站建在俄罗斯西伯利亚叶尼塞河上游。重力拱坝，最 大坝高245m，总装机640万kW，多年平均发电量235亿kW·h。水库总库容 313亿m3，有效库容147亿m3，为多年调节水库。工程具有发电、灌溉、航 运和供水等综合经济效益。工程于1968年动工兴建，1975年10月11日截流， 1978年第1台临时机组在60m水头下投入运行，1989年全部工程竣工。
(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验 其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压 力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。 3．调节保证计算标准
所谓调节保证计算标准，是指水锤压力和转速变
水轮机的调速设备PowerPointTEMPLATE
v 通常主配压阀的直径与通向主接力器的油管直径相 等。通过主配压阀油管的流量为：
Q=Vs/Ts Ts为导叶的直线关闭时间。 则由管内油的流速(4~5m/s)确定油管直径d。 v 大型调速器以主配压阀的直径为表征而组成系列， 计算出d以后，就可以查表选择调速器型号了。 v 对于双调节的转浆式水轮机，通常使转轮叶片的主 配压阀直径与导水机构的主配压阀直径相等。
水轮机的调速设备PowerPointTEMPLAT
E
2020/11/26
水轮机的调速设备 PowerPointTEMPLATE
第四章 水轮机的调速设备
一、水轮调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统 复并保持在许可范围内。
负
荷
变 化
系统负荷变化→系统电流的频率f发生变 化，由于f是磁极对数p和转速n的函数→
水轮机的调速设备 PowerPointTEMPLATE
（3） 油压装置的选择
v 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，故首先
应按经验公式求出压力油罐的总容积Vk：
Vk=(18~20)Vs
对于HL水轮机
Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 对于ZZ水轮机
Vs和Vc分别为前面计算出的接力器容积。
件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低， 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 v 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器， 赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。
水轮机的调速设备 PowerPointTEMPLATE
数字式电液调速器监控系统主界面
水轮机的调速设备 PowerPointTEMPLATE
第三部分：额定油压
Q=Vs/Ts Ts为导叶的直线关闭时间。 则由管内油的流速(4~5m/s)确定油管直径d。 v 大型调速器以主配压阀的直径为表征而组成系列， 计算出d以后，就可以查表选择调速器型号了。 v 对于双调节的转浆式水轮机，通常使转轮叶片的主 配压阀直径与导水机构的主配压阀直径相等。
水轮机的调速设备PowerPointTEMPLAT
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2020/11/26
水轮机的调速设备 PowerPointTEMPLATE
第四章 水轮机的调速设备
一、水轮调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统 复并保持在许可范围内。
负
荷
变 化
系统负荷变化→系统电流的频率f发生变 化，由于f是磁极对数p和转速n的函数→
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（3） 油压装置的选择
v 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，故首先
应按经验公式求出压力油罐的总容积Vk：
Vk=(18~20)Vs
对于HL水轮机
Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 对于ZZ水轮机
Vs和Vc分别为前面计算出的接力器容积。
件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低， 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 v 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器， 赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。
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数字式电液调速器监控系统主界面
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第三部分：额定油压