水电厂调速器系统(机械)简介(方仲超)
调速系统
步进电机块式直连型机械液压系统
步进电机块式直连型机械液压系统图说明
图示为调速器自动稳定时状态 电-位移转换器和引导阀直接相连横杠杆可放大引导阀的位移 电-位移转换器的转换过程由纯机械传动，滚珠丝杆运动灵活、可靠、 摩擦阻力小，并能可逆运行，传动部分无液压元件，结构简单、不耗油 紧急停机电磁阀为双电磁铁脉冲式阀，换向阀有2个工作位置，2个电 磁铁，2个定位器，因此2个工作位置均可固定，所以电磁铁不需要长 期通电。该紧急停机电磁阀可遥控或现场手动投入，紧急停机投入后压 力油迫使紧急停机装置的活塞带动其顶部的挂盖压住横框杆迅速下降实 现紧急停机。 机械开限及定位手操机构在自动运行时可以限制机组导叶的开度，通过 横杠杆限制引导阀向上开启，（压住下弹簧，可以使引导阀与电液阀分 离）。手动运行时，托起装置向上托起横杠杆，机械开限及定位手操机 构向下压住横杠杆，并通过钢丝绳和主接力器组成闭环。机械开限及定 位手操机构的手柄和开度指针是同步的，指针停在某开度处，则主接力 器稳定在该开度位置，直观，方便。
调速器系统
1、调速器系统的作用 2、调速器的分类 3、调速器系统的组成和工作原理 4、调速器系统操作 5、调速系统试验 6、调速器系统事故与故障分析处理 7、调速器检修规程
调速器在水电站的作用
根据电力系统负荷的变化，及系统频 率的波动，通过调速器不断地调节水轮 发电机组的输出功率，维持机组的转速 在额定转速 的规定范围内 。
1、油压装臵 2、调速器 3、过速限制器 4、分段关闭装臵 5、控制环（接力器）锁锭
油压装臵
油压装臵主要由压油槽，压油泵及集油 槽，自动补气装臵，漏油泵及漏油槽组 成。它提供液压原动力，通过液压放大 级放大来达到操作导叶所需要的极大操 作力并保持油压和油位在一定的 范围内 波动。
水电厂调速器系统(机械)简介(方仲超)
围内。
1.3 水轮机调节途径
水轮机的输出主动力矩为： M t P /
P 9.81HQ
调节水轮机输出的主动力矩，就是要调节水轮机输出功率，其中最有
效的方法和途径是通过调节（控制）水轮机的流量——改变导水机构
（喷针）的开度 。 对转桨式水轮机还通过协联调节桨叶来调节流量；对冲击式水轮机还 通过协联调节折向器来控制流量。 而实现这种调节（控制）的控制装置 就是水轮机调速器（或称水轮机控制器）。
接力器锁定装置（机组自动化）
管路系统
3.1.1 调速器电气柜：
调速器软件 电源转换回路
控制器（CPU、AI、AO、DI、DO、通讯接口）
3.1 调速系统的构成 测频回路（残压、齿盘、机频、网频） 外围输入输出回路
人机交互（HMI、按钮、指示灯等）
3.1.2 调速器机械柜：
调速器 电气柜 油压装置 控制柜 软启动 控制柜
压力油箱 调速器机械 液压系统 回油箱 插装阀组 油泵电机组
至导叶接力器
水电厂调速器系统的构成
调速器电气柜 计 算 机 监 控 系 统
调速器机械液压部分
调速器控制柜
油温控制 油泵控制
自动锁锭
压油装置 压油泵
机械部分
外部命令
电气部分
3.1 调速系统的构成 调速系统还包括： 过速保护装置(事故配压阀、机械过速) 分段关闭装置
开度调节、按频率调节、按水位调节；
机电磁阀或事故配压阀快速关闭导叶（或折向器）切断水流，使机组紧
急停机，保护机组及电站安全。
CONTENT
目 录
调速器的发展及分类 2.1 水轮机调速器的发展 2.2 水轮机调速器的分类
浅述桃源水电站调速器系统及其运行方式
浅述桃源水电站调速器系统及其运行方式摘要：调速器作为水电站重要的二次设备，其作用是控制机组启动和停止，现实机组转速的稳定，为电网提供合格频率的电能，同时自动分配并列运行机组间的负荷。
本文从桃源水电站调速器结构、液压系统工作原理、运行方式、运行维护注意事项进行了研究分析，便于运行维护人员了解桃源水电站调速器。
关键词：电液比例伺服阀、重锤关机装置、自动、手动引言桃源水电站为低水头径流式电站，装有9台20MW的灯泡贯流式机组，配有九台三峡能事达电气股份有限公司生产的双调节调速器，其型号为MGC4003PP-S150/63。
按我国电力部门规定：电网额定频率为50HZ，大电网允许的偏差为+/-0.2HZ。
对我国中小电网来说，系统负荷波动有时会达到总容量的5%~10%，而且即使是大的电网系统，其负荷波动也往往会达到总容量的2%~3%。
电力系统负荷的变化，导致了系统频率的波动。
因此，不断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，这就是调速器基本的调节任务.调速器作为水电站重要的二次设备，其作用是控制机制启动和停止，现实机组转速的稳定，为电网提供合格频率的电能，同时自动分配并列运行机组间的负荷。
作为电站运行值班人员了解调速器结构及工作原理，熟练掌握调速器运行方式、操作方法至关重要。
1桃源水电站调速器系统结构及工作原理介绍桃源水电站每台机组的调速器液压系统包括调速器回油箱1个，调速器油泵3台，压力油罐1个，导叶控制油路（过滤器2个，压差表2个，电液比例伺服阀2个，电液比例伺服阀主备用切换阀1个，导叶手动/自动切换阀1个，紧急停机电磁阀2个，手动控制阀1个，手动操作手柄1个，机械过速保护装置1个，分段关闭阀先导阀1个，分段关闭阀1个，重锤关机装置1个，重锤关机装置单向阀1个，主配压阀1个，接力器2个），液压锁定1个，导叶接力器2个，导叶开度反馈装置2个。
桨叶控制油路（过滤器2个，压差表2个，电液比例伺服阀2个，电液比例伺服阀主备用切换阀1个，桨叶手动/自动切换阀1个，手动控制阀1个，手动操作手柄1个，主配压阀1个，受油器1个，桨叶操作油管开启腔1个，桨叶操作油管关闭腔1个，桨叶接力器1个，桨叶反馈装置1个）。
水电站调速器概述及故障处理
电站调速器概述及故障处理2.2.1主要参数（1）导水叶接力器全开、全关时间全关时间3~20s全开时间3~20s（2）空载和负载时调整时间参数比例系数K ：0.5~20积分系数K ：0.05~10微分系数K ：0~5永态转差系数bp：0~10%2.2.2 技术性能调速器技术性能符合国家“水轮机调速器及油压装置技术条件”GB/T9652.1-1997 的要求，主要性能指标如下：转速死区i＜0.04%桨叶随动系统不准确度i＜1.0%导叶静态特性曲线非线性度＜3%甩10%~15%负荷时，导叶接力器不动时间tq＜0.2s机组自动空载频率摆动值Δf＜±0.15%（相当于≤±0.15Hz）备用电源切换、手自动切换时导水叶开度变化＜±1%机组带稳定负荷运行时，导叶波动＜±1%调速器抗油污能力：滤油精度＜100μm机组频率信号电压正常工作范围：0.2～130V，正常测频范围：5～100Hz电网频率信号电压正常工作范围：0.2～130V，正常测频范围：45～55Hz2.3 调速器的主要特点（1）调速器采用了块式直连型机械液压系统，主配为加工件，机械液压部分用全液压集成块结构，技术先进，可靠性高。
（2）由交流伺服电机和滚珠螺旋副组成的电-机转换环节，具有不用油、断电自保持、免维护、可靠性极高等特点。
（3）采用了可编程控制器作为硬件主体，使整机平均无故障运行时间提高到MTBT≥15000h。
（4）调速器具有多种运行模式，如频率调节、开度调节、水位控制和功率调节等，能适应不同运行工况的要求。
（5）同时设有机械开度限制和电气开度限制，操作灵活，运行可靠。
（6）频率（转速）的测量由PLC 实现，外围电路简单，提高了整机的抗干扰能力及可靠性。
（7）频率调节模式采用PID 调节规律，开度和功率调节模式采用PI 调节规律。
（8）具有与上位机的通信接口(RS-232C)，便于实现电站计算机控制。
高可靠性步进式水轮机智能PCC 调速器
水轮机智能PCC 调速器摘要: 提出了一种基于PCC 的高可靠性步进式水轮机智能调速器, 它实现了用可编程计算机控制器模块进行频率测量, 并采用基于模糊规则的适应式参数自调整PID 控制策略, 从而使调速器具有测频精度高、调节速度快、可靠性高等优点。
电站试验及运行表明, 该调速器具有良好的动静态特性。
关键词: 水轮机调速器; PCC; 智能PID水轮机调速器是水电站重要的基础自动化设备, 其质量的好坏直接影响到电能品质和电站安全及经济运行。
目前市场上主要有基于单片机、工业控制计算机、可编程控制器等三种类型的微机调速器。
虽然微机调速器的性能不断得到改善, 但纵观微机调速器的发展, 还存在以下问题[1 ] : (1) 基于单片机的微机调速器一般均采用单片机实现, 其硬件多为自行设计制造, 元件检测、筛选、老化处理、焊接及生产工艺等都受到限制, 造成调速器可靠性较低。
基于工控机的微机调速器, 虽有一系列优点, 但装置访问时间较长, 体积大, 且成本高, 仅适合大型机组。
基于可编程逻辑控制器的微机调速器, 虽然可编程逻辑控制器本身的可靠性很高, 但其测频装置一般由单片机实现, 由于该类调速器的测频装置存在与基于单片机的微机调速器同样的问题, 从而使其可靠性大大降低。
(2) 通常PID 调节器的参数整定是根据调节系统对象的特征参数, 利用推荐公式、仿真计算及实际经验, 先选择PID参数初值, 然后进行现场试验并修改调节参数。
这种方法只能根据当时的工况选择1～2 组较优参数,难以实现水力机组所有工况的最佳控制。
(3) 电液随动系统中现有的电液转换元件的可靠性和技术性能与微机调节器的发展不协调, 在运行过程中存在的堵塞发卡、漂移及对油质的过高要求和较大的漏油量等问题还未得到很好解决, 从而降低了调速器整机的可靠性。
本文提出的步进式水轮机调速器是以可编程计算机控制器(PCC) 为控制核心, 采用基于模糊规则的适应式参数自调整PID 控制策略,并配以高可靠步进式电液随动系统为功率放大单元的新一代步进式微机调速器。
350MW水电机组调速器系统控制浅析
350MW水电机组调速器系统控制浅析【摘要】水电机组单机容量的提高，机组尺寸的逐步增大，转速的不断提高，相对刚度的减弱，人们对水轮机的运行稳定性日益重视，同时，随着技术的高速发展，机组运行的自动化程度越来越高，无人值班、少人值守，远程控制的水电厂日益增多，对水轮发电机、调速器、励磁机的稳定性要求越来越严格。
通过我对我厂调速器系统的大修与维护简要谈谈一些体会。
【关键词】水轮机调速系统;比例伺服阀;紧急停机阀1.我国调速器产品发展回顾解放初期，我国水轮机调速器事业一片空白，少量制造亦是照搬苏联图纸生产。
50～60年代，我国水轮机调速器大部分系机械液压型调速器。
60年代初，研制了我国第一台晶体管电液调速器，70年代至80年代初，大中型水电站较多地采用了电子管、晶体管或小规模集成电路电液调速器，一些小水电站也少量采用了电液调速器。
80年代初国内拥有了采用适应式变参数PID调节模式的调速器。
90年代以来，随着可编程控制器（PLC）技术的不断完善，PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。
2.调速器电器控制350MW水轮机组调速器型号为PFWT-200-6.3-STARS微机调速器，调速器采用三个独立的微机控制器A、B及C套组成，A套和B套实现自动控制，C 套实现电手动控制，三套间的数据实现交叉冗余冗错，无扰动切换。
调速器设置有三种调节模式：频率调节模式、开度调节模式及功率调节模式。
在同种模式下均有对其它模式给定值的跟踪功能，三种模式间可以实现无扰动切换。
调速器测频采用齿盘和残压测速的方式。
齿盘和残压测速信号均传送至微机调节器A和B 控制器，独立电手动通道只采用齿盘测频。
调速器A、B机cpu均故障，能自动切到C机电手动运行，调速器稳定在故障前状态。
调节器C机为主机时，控制系统不能自动切换至调节器A机或B机。
紧急停机可以手动操作、电动操作、液动操作，液动紧急停机阀是由机械过速保护装置的液压阀控制。
调速器部分知识介绍
新型调速器的标准和特性
调速系统的可靠性
• 自动工况可利用率：
>99.99%
• 自动＋手动可利用率：
• 首次无故障间隔时间
100%
不小于35000小时
• 大修间隔时间：
• •
水电站关键设备介绍
• 水机保护和线路保护：水机保护主要监视水轮机组运行中
各辅助系统的状况以及各辅助设备的工作状态，当某环节 出现故障时根据实际情况来进行相应的动作；线路保护监 视电网的状况以及监测电网的各种参数，判断是否正常工 作状态，发生状况时及时把水轮机发电机的输出端和电网 断开。 调速器：调节水流量以调节空载机组的转速和负载时机组 的负荷。辅助设备包括油压装置和自动补气装置（常规油 压）。 监控系统：整体统筹各个设备的运行，监视各设备的运行 情况和参数，根据各种需要对各个设备发送控制关命令。
水电站关键设备介绍
• 主机：包括水轮机、发电机。水能作用在水轮机的导叶和
•
桨叶上，带动转轮转动，从而带动发电机旋转产生电能。 主机辅助系统：有一些必要的系统是水轮机组运行所必需 的，以保证它安全可靠地运行，包括水、油、气系统。水 系统一般指冷却水系统，它保证水轮机组的各个推力瓦以 及水导瓦的温度不超过规定的安全运行范围；油系统来保 证轴瓦之间的润滑；气系统一般用于刹车装置，使机组尽 可能在额定转速下运转，避免在关机过程中长时间的低速 运转。 直流屏和UPS：电站的后备电源。 励磁装置：调节励磁电流改变磁场，调整机端电压、配合 调速器改变发电机的输出功率。 其根本意义在于调节发 电机无功。
• •
滩坑水电站调速器控制系统升级改造
滩坑水电站调速器控制系统升级改造摘要：调速器控制系统可根据功给增加、功给减少控制伺服电机的动作，实现调速器接力器的自动控制，本文主要介绍通过对调速器控制系统进行升级改造，提高调速器控制系统的可靠性和安全性。
关键字：调速器；控制系统；PLC；伺服电机；改造1.概述滩坑水电站位于浙江省青田县，电站装机总容量604MW，包含3台单机200MW混流式水轮发电机组和一台4MW的卧式水轮机组。
电站调速器为水轮发电机双冗余调速器，调速器控制系统主要由一台现地电气控制柜构成，主要功能为实现调速器接力器的手自动控制及导叶位移等数据的采集、监视、上送工作。
调速器控制系统主要控制对象为伺服电机、紧急停机电磁阀等，采集信息量为导叶位移、有功功率等模拟量和接力器锁定投入、功给增加、功给减少等开关量。
每套调速器控制柜由伺服电机、断路器、切换开关、按钮、指示灯、继电器、电源装置、PLC、触摸屏及附件等组成。
1.系统配置1.1.电气系统配置电气系统配置主要包括电气控制柜、电源系统、PLC控制部分等硬件配置和实时画面显示、记录及监控软件、监控通讯软件、功率控制闭环调节软件等软件配置。
以下为其中三个方面的配置要求。
（1）测频：调速器支持齿盘和PT双路测频，控制系统支持时钟同步系统对时。
（2）PLC：电气控制柜内设有2套PLC装置，用于调速器的控制。
PLC装置应具有顺控、调节、过程输入/输出、数据处理和外部通信功能。
所有设备能在强电场、强磁场和振动环境中连续稳定运行，能在环境温度-10℃～50℃，相对湿度10～95％（不结露）的环境中连续运行。
采用全模块化结构，具有独立的CPU模块、电源模块、I/O模块。
CPU模块具有先进的存储管理技术，用户存储区内部同时集成SRAM和Flash闪存，PLC支持在线修改程序，并能随时自动将最终运行程序备份到Flash闪存区，PLC无须配置电池，PLC断电后程序永不丢失。
用户程序存储空间占用率不超过50%。
水电站调速系统
主要参数
频率信号源幅值范围： 0.3VAC～180VAC 测频范围： 10~90Hz 频率给定范围： 45HZ～55Hz 开度及功率给定范围： 0～100% (120%) 永态转差系数范围： 0～10% 频率死区整定范围： 0～0.5HZ PID参数整定范围： 比例增益 Kp： 0.5～20 积分增益 Ki： 0.05～10 1/s 微分增益 Kd： 0～5 s 调速器静特性近似为直线 测至主接力器的转速死区： 0.04% 接力器不动时间： 0.2 s 供电电源 交流电源：220VAC 20%、50Hz单相 直流电源：220VDC ( 180 ~ 300V)
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水轮机调速器的分类
按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调 速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速 器等。中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调 速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压 阀名义直径来区分。 按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器 三大类调节器。其中单片机、单板机构成的调节器由于 可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。 机械液压系统依据电液转换方式分为：电液转换器类、 电机类（伺服电机、步进电机）、比例伺服阀类、数字 阀类。其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种 均有不同厂家生产。
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给定 YK1 YK2 YNL
停机特性
当接到停机指令后，导叶即由当前开度，以第一停机速 度将导叶关闭；当导叶关闭至一定开度时，即以第二停 机速度将导叶关闭至全关位置。
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操作与显示
①机组当前运行工况，如停机、空载、发电； ②死区投入/切除及手动/自动运行状态指示； ③当前调节模式，如频率调节、开度调节、功率调节； ④频率/开度/功率给定指示 (随调节模式而变)； ⑤机组频率、开度、功率值指针式指示与数字显示； ⑥当前运行主机； ⑦微机A与微机B故障指示； ⑧水头、空载开度、电气开限显示。
小知识水轮机调速系统
什么是水轮机调速器？水轮机调速器的作用是什么？答：水轮机调节是通过水轮机调节系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量来实现的。
水轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象组成的闭环控制系统（如图1-1）。
通常把调节控制器和液压随动系统统称为水轮机调速器。
水轮机调速器调速器有哪些类型？如何划分？水轮机调速器的分类方法较多，按调节规律可分为PI和PID调速器；按系统构成分为机械式调速器（机械飞摆式）、电液式调速器及微机调速器；实际应用中常用是以下几种区分方式：1、按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速器等。
中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压阀名义直径来区分。
1000Kg.m＜W≤7500Kg.m3、按照调速器的适用机组类型分为：冲击式调速器、单调、双调。
冲击式调速器适用于冲击式水轮发电机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。
调速器德操作功如何计算？调速器的大小依据操作功确定，操作功的计算有多种方法，最简单的估算公式为：注：冲击式不能用该公式Q：机组额定流量，m3/s计，生产上又缺乏严格的元器件老化、筛选过程以及严格的焊接工艺保证等多方面原因，未能根本解决可靠性问题。
因此逐步退出了市场，但由于成本低廉，依然有些厂家生产。
后随着基于IPC（工业控制微机）和PLC（可编程逻辑控制器）等通用处理器平台的不断发展完善。
国内迅速的将可靠性能高的IPC和PLC等通用微机平台应用于水轮机调速器领域，实现了调节器的硬件可靠性的进步，放弃了以单板机、单片机及基于8098、8086等的双微机作为主机硬件平台的专用调节器之路。
IPC（工业控制微机）是通过对个人计算机（PC）的板路、内存以及机箱等进行专门电磁兼容设计，使它能应用于环境恶劣的工业控制环此宜优先选用PLC作为调速器的调节控制核心。
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开度调节、按频率调节、按水位调节；
机电磁阀或事故配压阀快速关闭导叶（或折向器）切断水流，使机组紧
急停机，保护机组及电站安全。
CONTENT
目 录
调速器的发展及分类 2.1 水轮机调速器的发展 2.2 水轮机调速器的分类
一
2.1 水电厂调速器的发展历程 机械液压型调速器
20世纪50~60年 代
从前苏联购买，仿 制
调速器 电气柜 油压装置 控制柜 软启动 控制柜
压力油箱 调速器机械 液压系统 回油箱 插装阀组 油泵电机组
至导叶接力器
水电厂调速器系统的构成
调速器电气柜 计 算 机 监 控 系 统
调速器机械液压部分
调速器控制柜
油温控制 油泵控制
自动锁锭
压油装置 压油泵
机械部分
外部命令
电气部分
3.1 调速系统的构成 调速系统还包括： 过速保护装置(事故配压阀、机械过速) 分段关闭装置
2.1 水电厂调速器的发展历程
调速器技术发展经历了机械液压型调速器、电气液压
调速器和微机电液调速器3个阶段，在发展过程中不论是 从系统结构、控制规律、功能扩展、硬件设施、液压随动 等各个方面都有所改善，经过大家探索努力，水轮机调速 器技术取得可喜的进展，产品质量和可靠性接近国际先进
水平，基本满足国内水电建设的需求。
反馈元件
水轮机自动调节方框图
1.3 水轮机调节的组成
1.3 水轮机调节的特点
（1）水轮机调速器必须具备有足够大的调节功 水电站水头常在几米至几百米的范围内，故水轮机前的压力只有零点几
MPa至几MPa， 因此，为发较多的电功率，常需相当大的流量，水轮机及其
导水机构尺寸也需要相应加大。为推动笨重的导水机构就需要有足够大的调节 功 ，需要设置多级液压放大（通常为两级）和外加能源（油压装置） 。 （2）水轮机调节系统造成的调节滞后易产生过调节，不利于调节系统的稳定 调速器的液压放大执行机构具有较大的时间常数 ，调节对象也具有较大 的惯性时间常数 ，所以，负荷变化时导水机构动作有一定的延迟时间 ，从而造
控制电机
快速开关 阀+数字阀
原理上分大小波动调节，对于小型机组，动态响应能力 较好，受结构限制，流量具有阶跃性，系统冲击大，稳 定性和控制精度受到考验。
CONTENT
调速器系统的构成及原理
目 录
3.1 调速系统的构成
3.3 主要功能原件介绍
3.4 几种典型的调速器结构分析
3.1 调速系统的构成
调试工具
围内。
1.3 水轮机调节途径
水轮机的输出主动力矩为： M t P /
P 9.81HQ
调节水轮机输出的主动力矩，就是要调节水轮机输出功率，其中最有
效的方法和途径是通过调节（控制）水轮机的流量——改变导水机构
（喷针）的开度 。 对转桨式水轮机还通过协联调节桨叶来调节流量；对冲击式水轮机还 通过协联调节折向器来控制流量。 而实现这种调节（控制）的控制装置 就是水轮机调速器（或称水轮机控制器）。
+ -
主配压阀
主接力器
机械反馈
永态反馈元件
中间接力器调速器方框图
设置中间接力器，作为一个积分器，主要配合反馈装置行程调节规律； 将液压随动系统与调节规律分开，将死区较大的主配压阀置于调节规律 闭环之外。
2.1 水电厂调速器的发展历程
指令信号 测速元件 + 比例单元 + + 积分单元 + 微分单元 永态反馈元件 硬反馈 + 放大器 电液转换器 局部反馈 辅助接力器 主接力器
1.3水轮机调节的组成
引水系统 水轮发电机组 电力系统
水轮机调节系统由调速器和
调速器
调节对象组成, 水轮机调节系
统的调节对象是水轮发电机组， 广义地说还应该包括与机组相
导水机构 水能 机 组 电能 转速 给定
连接的引水系统和电力系统。
而调速器严格地说除了其本体 还有油压装置。
执行元件
放大元件
测量元件
微 机 机组频率 调 节 器
电 液 转 换 装 置
机 械 手 动 装 置
紧 急 停 机 电 磁 阀
主 配 压 阀 / 插 装 阀
分 段 关 闭 装 置
接 力 器
油压装置
3.1 调速系统的构成
3.机械液压系统－电/机转换装置
• 电/机转换装置是电－机转换器和电－液转换器的总 称，前者将微机调节器送来的电气信号，转换、放大 成具有一定驱动力的机械位移输出，后者则把微机调 节器送来的电气信号转换、放大为相应的液压流量控 制信号输出。 • 电/机转换装置一般与主配压阀相接口，电－机转换 器与带引导阀的机械位移输入型主配压阀相配合，电 －液转换器则与带辅助接力器的液压控制型主配压阀 接口。
成调节滞后并导致过调节 ，这种过调节现象使水轮机调节系统变得不容易稳定；
1.3 水轮机调节的特点
（3）水击的反调效应不仅严重恶化了调节系统的动态品质，而且不利于调 节系统的稳定 水电站因受自然条件的限制，常有较长的压力过水管道，管道长则水 流惯性大；而低水头的转桨式机组，由于水头低而流量大，其水流惯性 也大。水流惯性大即TW大，故水击的反调效应造成的调节滞后作用就更
接力器锁定装置（机组自动化）
管路系统
3.1.1 调速器电气柜：
调速器软件 电源转换回路
控制器（CPU、AI、AO、DI、DO、通讯接口）
3.1 调速系统的构成 测频回路（残压、齿盘、机频、网频） 外围输入输出回路
人机交互（HMI、按钮、指示灯等）
3.1.2 调速器机械柜：
3.大型调速器机械液压系统框图：
微 机 机组频率 调 节 器
电 / 机 转 换 装 置
机 械 开 限 / 手 动 装 置
紧 急 停 机 电 磁 阀
手 动 紧 急 停 机 阀
主 配 压 阀
事 故 配 压 阀
导 叶 分 段 关 闭 装 置
接 力 器
油压装置
3.1 调速系统的构成
3.中小型调速器机械液压系统框图：
单调节 混流式机组，轴流定桨式
双调节
贯流式、轴流转桨式
多调节
冲击式、水泵水轮机(多导叶)
2.2 水电厂调速器的分类
2.2.3 按电液转换器分：
比例阀
专业厂家生产的标准化产品，抗油污能力强，动态响应 好，可靠性高，外形美观，易于搭建控制回路，实现冗 余保护逻辑，检修维护方便，成本高 抗油污能力强，可靠性高，动态响应能力较比例阀差， 需将电机的旋转运动转换为直线运动并放大，有复杂转 换机构，结构体积大，维护难度高，成本低
pn f 60
磁极对数由发电机结构确定，发电机确定后磁极对数为 常数。因此，频率仅与机组转速有关。要保证频率在一定范 围内稳定不变，就必须保持水轮发电机组转速稳定不变。
1.2 水轮机调节的任务
d J Mt M g 机组的运动方程 ： dt
GD2 J 4g
Mt
Mg
M
g
机组转动部分惯性力矩 M 水 能 H. Q
t
GD 2 机组飞轮力矩
M t 水轮机主动力矩， M g 发电机阻力矩
n 为角速度 30
电 能 U.I .f
g--重力加速度； n--机组转速，r/min。
水轮发电机组示意图
1.2 水轮机调节的任务
要使机组的频率恒定，就要使机组转速恒定，也就是要使角速度增 量dω = 0 ，那么就应当使水轮机的主动力矩M t 能与发电机的阻力矩
1.3 水轮机调节系统的组成及特点
1.4 水轮机调速器的功能
1.1 水轮机调节的任务
电力系统的负荷总是在不断变化的，其中有些随机变化的负荷是
不可预见的。一天之内有上午、晚上两个高峰和中午、深夜两个低
谷，这种周期性变化负荷是可预见的。而负荷的变化会引起系统频 率的变化。
水轮发电机组把水能变成电能供用户使用，用户除要求供电安全
加显著，因而这类电站的水轮机调节系统的稳定性就更差，同时也恶化
了调节系统的动态品质。 （4）有些水轮机调速器还具有双重调节机构，从而增加了调速器结构的复 杂性 对于低水头的转桨式水轮机和贯流式水轮机，为了提高水轮机的效率，以 确保在不同水头下均能获得较高的运行效率，因此，其不仅要调节导水机构，
还要调节桨叶开度
主配压阀 电液转换器 功能切换阀（电液转换器切换、手自动切换等） 保护回路（紧急停机）
反馈元件（紧停/复归、手/自动状态、压力、主阀位移等）
3.1 调速系统的构成
3.1.3 油压装置：
压力油箱 回油箱(注排油接口、滤油接口、空气滤清器) 油泵电机组 插装阀组（单向阀，安全阀，卸荷阀） 压力表、压力开关、压力变送器
械结构复 杂 控制精度低，调节品质 差
2.1 水电厂调速器的发展历程
指令信号 局部反馈元件
测速元件
+ -
放大元件
主配压阀 暂态反馈元件
主接力器
+
+Байду номын сангаас
永态反馈元件
机械液压调速器方框图 机组的测速采样、反馈机构及调节规律都是通过机械结构来控制， 并将反馈信号和指令信号进行液压放大，以获得足够的操作功。
一
90~00年代
微机调速器趋于成熟， PLC，IPC，PCC，
比例阀，控制电机、数字阀， 等多种电液转换器，标准液 压元件开始选用 功能较为完善，可靠性提高， 能够满足使用要求
一
2.1 水电厂调速器的发展历程 微机调速器
21世纪~ 微机控制器进一步发展，PAC，PCC出现，性能提高，加之 现代控制理论应用以及生产商经验积累。软件功能更加完善， 增加了自诊断，维护，通信等功能 标准化液压元件大量选用，数字阀调速器出现，液压集成技 术使用，可靠性提高，结构美观，主配压阀等零部件结构优 化，使用和维护更加方便。 技术取得了较大进步，但也有市场原因使得结构和性能在倒 退