水轮机调节考试复习章节知识点分类、河海大学 沈祖义主编 第三版

第一章水轮机调节基本概念

1、分析基本要求：稳定性、准确性、快速性

2、水轮机调节任务\作用：调频、调功（根据电力系统负荷的变化不断调节水轮发电机的有功功率输出，维持机组转速（频率）在规定范围内）

3、特点：（操作力大、影响因素大多、动作过程复杂、功能多、结构类型多）1调速器需设置多级液压放大元件，而液压放大元件的非线性及时间滞后有可能使水轮机调节系统调节品质恶化2，水击作用与导水机构的调节作用相反，将严重的影响水轮机调节系统的调节品质3对于双重调节机构，调速器中需要增加一套调节和执行机构，从而增加调速器的复杂性4要求调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能，使得水轮机调速器成为水电站中一个十分重要的综合自动装置，总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能

4、调节途径：改变导叶的开度（或喷针开度），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。

5、电力系统的频率稳定主要取决于：有功功率的平衡

6、J dw/dt=Mt-Mg （J转动惯量、水轮机动力矩、发电机阻力矩）

7、调速器分类：（1）按元件结构分为：机械液压和电气液压（模拟电气液压、数字电气液压）（2）按系统结构\反馈位置分为：辅助接力器型、中间接力器型、电子调节器型（3）按照控制策略\调节规律分为：PI（比例+积分）调节型、PID（比例+积分+微分）调节型、智能控制型（4）按执行机构数目分为：单调节调速器、双调节调速器（5）按工作容量分为：大型、中型、小型、特小型

8、调速器型号：①②③④━⑤⑥━⑦1—大型无代号；中小型（与油压装置组合在一起）代号Y；特小型（通流式结构）代号T；2—机械液压无代号；电气液压代号D；微机调速器W；3—单调节无代号；双调节代号S；4—调速器基本代号T；5—调速器工作容量(N·m )；或主配压阀直径（mm）；6—改型标记，经改型的用A、B等标明；7—调速器额定工作油压，大于2.5MPa的才标注，单位MPa

9、数学模型：微分方程、传递函数、动态结构图、方框（块）图、状态方程

第二章水调系统工作原理

1、单调节系统组成：离心飞摆（测速元件）、引导阀（对应的液压放大装置：放大元件）、辅助接力器、主配压阀、主接力器、缓冲器（反馈元件）、调差机构

2、带动离心飞摆转动的两种电源：1、来自与主机同轴的永磁发电机2、来自发电机端电压互感器

3、局部反馈、全局反馈（软反馈\暂态反馈、硬反馈\永态反馈）

4、双调节系统关键部位：协联块

5、双调节：两个调速机构

6、ep调差率es最大功率调差率bp永态转差率bs最大行程永态转差率最大非线性度≤5% 转速死区ix 不准确度ia≤1.5%

第三章机械液压型调速器

1、转速死区ix（指在某一规定的转速范围内，飞摆无法测量出来的最大转速范围与额定转速之比的百分数）：当机组转速超过N1时调速器关闭导叶，而当机组转速低于N2时调速器才开启导叶，当转速在N1和N2之间时，调速器不动作，称为转速死区（作用：静态特性非线性度，动态系统的不准确度）

2、转速调整机构作用：当机组单机运行时，改变机组转速；并网运行，改变机组出力

3、调差机构作用：形成有差静特性

4、调节系统具有有差静特性作用：保证并列运行时机组间分配负荷；如果没有，负荷分配

不明确、负荷摆动

5、配压阀：通流式、断流式

6、接力器：按原理（双向作用、差动作用）按有无硬反馈（液压放大器、液压伺服装置）

7、液压放大器：按反馈结构（杠杆反馈式、阀体反馈式）按油压控制方式（孔口式、节流式：节流阀）

8、暂态反馈组成：油缓冲器、杠杆系统

9、Td缓冲时间常数bt暂态转差系数

10、油压装置型号：①━②━③①第一部分类型代号，YZ为分离式，HYZ为组合式②第二部分以分数形式表达压力油罐的容积和个数，分子的数字为压力油罐总容积（m3 ）。分母的数字为压力油罐个数，无分母则表示只有一个压力油罐。字母为产品改进标记，无字母为基本型③第三部分用数字表达额定油压(MPa)，无数字则额定油压为2.5MPa

第四章电气液压型调速器

1、测频回路；LC测频回路、齿盘测频回路、残压测频回路（或者：A:永磁机----LC测频回路，B：发电机残压----脉冲频率测量回路，C：齿盘磁头----脉冲频率测量回路，D：发电机残压----数字测频电路）

2、电液调速器由三部分组成：传感器，主调速器（505），TM-25LP执行机构

3、测频回路作用（机械液压型调速器用：离心摆\用离心摆转速的变化来反映机组转速的变化）：测量机组频率（转速）与额定频率（转速）的偏差

4、人工死区亦称人工失灵：其意义是人为在机组静特性曲线上造成一个死区，在此死区中，调差率很大，当系统频率在一定范围内波动，机组几乎不参加调节，从而起着固定负荷的作用。这既有利于机组稳定地担负基本负荷，也有利于电力系统的运行。

5、火电：承担基本负荷（出力大）水电：承担调节任务

6、电液转换器：是电液调速器中连接电气部分和机械液压部分的一个关键元件。它的作用是将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定操作力和位移量的机械位移信号。或转换为具有一定压力的流量信号。

7、电气—位移转换部分：按原理分：动圈式、动铁式

8、液压放大部分：按结构分：控制套式（差压式、等压式）、喷嘴挡板式、滑阀式

9、目前，国内一般采用电液转换器由动圈式电气—位移转换部分和控制套式液压放大部分组成的差动式和等压式电液转换器，都是输出位移量

10、电气—位移转换部分，按其工作原理可分为动圈式和动铁式，按工作活塞型式不同分为差压式和等压式

11、液压放大部分按其结构特点可分为控制套式、喷嘴挡板式和滑阀式。

第五章微机调速器

1.硬件—单板机—(工业控制机IPL、可编程控制器PLC、PCC)

2.控制策略：对常规PID控制进行了改进

3.开发环境：机械码、汇编语言、高级语言

4.应用领域；混流式、转浆式、贯流式、冲击式

5.PCC（可编程逻辑控制器）优点：分时多任务操作、兼容性强、通过编程实现

6.监控功能：识别、记忆、自动终止

7.硬件配置三种结构形式：①模块式结构：一般小型PCC采用固定的扫描顺序②一体式结构：一般大中型....可变的....（分时分批多任务）③叠装式结构

8.数字PID微机调节器按算法不同可分为：位置型、增量型、实用的水轮机微机调节器PID

9.微机调节的硬件：双微机调节器、PLC调节器、PCC调节器

10.双微机调速器缺点：接触问题、死机、工艺差

第六章调速器与调节对象的动态特性

1.调速器（数学模型）可分为三大类：①辅助接力型调速器（具有PI规律）：PI辅接型、软反馈+加速器—辅接型②中间接力器型调速器（具有PID规律）：PI中接型、软反馈+加速度—中接型③并联PID（电子调节器）型调速器（具有PID规律）

2.①P的作用：输出具有初始值②I的作用：可以消除扰动的作用、也可以消除小的误差、也保持了一定斜率的输出③D起了跳动的作用，使机组具有良好的速动性能

3.PID的PI的区别及共同点：均具有积分作用可以消除小的误差，PID型调速器在开始阶段有较大的输出，因此其速动性比较好，抗干扰性较差

4.指令信号实现时间T L：功率给定信号亦是指令信号，该阶跃信号的实现时间

5.指令信号：机组并网后希望能迅速增加其出力，这是通过调整调速器的功率给定来实现的，功率给定信号就是指令信号，其时间就是指令信号时间

6.升速时间Tn：甩负荷后机组转速自导叶开始动作到最大转速所经历的时间

7.影响指令信号实现时间因素：调速器结构、指令信号加入位置、校正装置参数（PID的T L比PI的小）

8.水轮机调节系统组成：调速系统（调速器）、被控制系统（调节对象：水轮机及其有压过水系统、发电机、电网）

9.混流式水轮机的动态方程：e y 水轮机力矩对导叶开度传递系数e x 水轮机力矩对转速传递系数e h水轮机力矩对水头传递系数e qy水轮机流量对导叶开度传递系数e qx水轮机流量对转速传递系数e qh水轮机流量对水头传递系数

则其水轮机动态特性：m t=e y y+e x x+e h h q=e qy y+e qx x+e qh h

轴\斜流式......：（多两个参数，其余同上）ez水轮机力矩对桨叶转角的传递系数eqz 水轮机流量对桨叶转角的传递系数

10.动态特性有两种分析方法：刚性水击模型\理论、弹性水击模型\理论

11.刚性水击模型\理论（是弹性...的一种近似）：工具：动量定理假定：水体与管壁均看作刚体对象：全管中水体

12.hw为水管特征系数Tr相长Tb为负载机械惯性Tw为水流惯性时间常数Ta为机组惯性时间常数

第七章动态特性及参数整定

1、最佳准则：α=P3 β/α=√3=1.73

2、稳定域：若闭环特征方程的根全部位于通过（-m,j0）点垂线的左边，那未该系统在复平面上的稳定余量为m

3、水轮发电机组PID调速器参数优化：两种算法：遗传、粒子群

第八章调节保证计算

1、水电站不稳定工况：由于负荷变化引起a、Q、H、n等水电站参数的改变

2、水锤\击：⑴直接水锤（禁止）、间接水锤（主要研究对象）⑵正水锤、负水锤

3、间接水击：阀门(导叶)的关闭（开启）时间Ts>2L/a 直接水击：Ts＜2L/a

4、调节保证计算目的：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允许值（转速上升率β、压力上升率ξ）

5、改善大波动过渡过程措施（矛盾的焦点：导叶关闭时间T‘S ）：①增加机组的GD2（目的：减小机组转速升高）：加飞轮②设置调压室（目的：减小水击压力升高）③装设调压阀④改变导叶关闭规律（目的：前面两个目的）高水头：先慢后快中低水头：先慢后快

6、调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过度过程中最大转速上升值和最大压力上升值，工程上把计算称为调节保证计算

7、相（长）：水锤波在管中一个来回的时间Tr=2L/a，两个相为一个周期

补充

1、和模拟电调相比，微机调速器的优点何在？

答：A:便于采用先进的调节控制技术，从而保证水轮机调节系统具有优良的静，动态特性。B:软件灵活性大，提高性能和增加功能主要通过软件来实现。

C：硬件集成高度，体积小，维护方便，可靠性高。

D：便于直接与厂级或系统级上位机相连接，实现全厂的综合控制，提高水电厂的自动化水平。

2、协能关系:在双重调节的水轮机调节系统中，为了使系统稳定，高效，对可以调节的部分进行调节时符合的一定关系。作用:增加水轮机的高效率区的宽度，以适应负荷的变化。

3、遮程：套筒孔口高度hs与阀盘高度hv之差的一半。

4、频率调节：调速器受给定频率FG控制，直至机组频率等于给定频率

5、频率跟踪：将网频作为调速器的频率给定值，直至机组频率与频率给定值一样。

6、水轮机调节系统动态特性：

7、水轮机调节系统的参数整定：

8、水轮机有哪些运行的工况，各自的特点？①单机带负荷工况：空载时能稳定，但单机带负荷时，即使把参数整定到最大，也不能使系统稳定②空载工况：比单机带负荷稳定性要好，问题是转轮内水流流态较差，脉动压力大，功率摆动，使得准同期困难③并列带负荷工况：稳定性较好，需要减小参数增加速动性

9、水轮机调节动态和静态品质指标？

静态品质：1，转速死区，2静态特性的非线性度，3对双调节系统还有随动系统的不准确度。动态品质：1调节时间Tp：从阶跃扰动发生时刻到调节系统进入新的平衡状态为止所经历的时间，2最大偏差：他是第一波峰值3超调量：第一负波值与最大偏差的百分比，4震荡次数X：以调节时间内出现的震荡波峰次数的一半表示，5衰减度：第二个波峰与第一个波峰的差值的相对值。

10、离心摆的工作原理和参数？

原理：离心摆旋转时，重块产生离心力，使钢带向外张开，因钢带上端被固定，使下支持块上移；在下支持块上还作用有驱使其下移的离心摆回复力E，离心摆的工作状态就是由离心力与弹簧力这一矛盾决定的，当负荷增加时，机组转速下降，离心力减小，下支持块向下移动，离心摆发出开打导水叶的指令，负荷减小时相反。

工作参数：1不均衡度，它是随静态平衡工况点变动的一个参数，表征离心摆的测速范围，2放大系数K：转速偏差1%时下支持块的位移偏差，3单位不均衡度，是K的倒数，4转速死区：指在某一规定的范围内飞摆无法检测出的最大转速范围与可定转速的百分比，等于摩擦力与回复力之比。

11、缓冲器的性能指标：1,暂态转差系数bt：在假定缓冲器补气衰减作用，即在节流孔封闭的情况下，主接力器活塞行走的全程，通过传递杠杆及缓冲器给予引导阀针塞反馈量的相对值，2缓冲时间参数Td：缓冲装置将来自主接力器位移的反馈信号按指数曲线衰减的时间常数

12、调速器的内环稳定：调速器本身的闭环称为内环，内环稳定是保证水轮机调节系统能够正常工作的必要条件，1调速器的开环增益不能太大，否则内环不稳定，2,K0和k’0的增加受内环稳定条件的限制，3整定较大的bt*值，容易引起内环不稳定，4内环稳定性受各环节的时间常数的影响，时间常数大队稳定性不利。