水轮机调速器培训资料

一电力工业概况电力工业是国民经济的一项基础工业，其发展速度必须超前于国民经济发展的速度。

否则其他各项工业必将受到制约。

目前，我国缺电严重，2004年上半年全国性缺电，东南及沿海尤为严重。

因此，电力工业的发展有严峻的任务和巨大的潜力。

发电厂是直接生产电能的部门，由于所用“燃料”不同，发电厂的种类有：火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风力发电厂以及地热发电厂、太阳能发电厂、磁流体发电厂等，世界各国以前三类发电厂居多。

1 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃烧的化学能生产电能的工厂。

其能量转换过程是：燃料的化学能→热能→机械能→电能。

火力发电厂又分为凝汽式电厂和热电厂。

一般凝汽式电厂的效率大约在30%—40%，大部分的能量被浪费掉。

而热电厂生产电能的同时，剩余的热能用于北方居民的取暖，现代化大型的火电厂总体效率在60%—70%。

用于发电的效率也只是30%—40%。

而且由于热负荷条件的限制以及矿产燃料的过度开采，热电厂不可能大量兴建。

2 水力发电厂是利用江河水流在高处与低处之间存在的位能差进行发电的。

它的基本过程是：从河流较高处或水库引水，利用水的压力或流速冲动水轮机转动，将水能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转化为电能。

与火力发电厂相比，水电厂具有以下特点：（1）利用循环不息的水能发电，可节省大量燃料，而且没有环境污染。

（2）生产过程较简单，所需的运行维护人员较少，容易实现电能生产自动化。

（3）生产效率高，发电成本低，大中型水电厂的发电效率约为80%—90%，成本约为火电厂的1/3～1/4。

（4）水电机组从静止状态启动到满负荷运行，正常时只需4～5分钟，事故时可以缩短到1分钟左右。

而火电厂则需数小时，故水电厂能适应负荷的急剧变化，宜于承担系统的峰荷及作为备用。

在水电机组快速开机、停机以及灵活调节负荷的过程中，水轮机调速器作为执行及控制设备有着至关重要的作用。

另外，水电厂仍存在下面一些缺点：（1）投资较大，工期较长。

（2）受气象，水文等自然条件的影响，有丰水期与枯水期的区别。

因而发电不均衡。

（3）由于水库的兴建将淹没一部分土地，给农业生产带来一些不利的影响。

（4）此外，还可能在一定程度上破坏自然界的生态平衡。

3 核电厂也属于火力发电厂的一种形式，它们的区别在于燃料不同，核电厂的主要优点是可以接省大量的煤、石油等燃料，造价虽高，但发电成本比火力发电厂要低30%～50%。

二调速器在水电站的作用和地位电能是一种特殊的商品，电能是一种能量形式的转换，它要求生产与消费同时完成，从这个特点出发，在运行时就要求经常保护电源和负荷之间的平衡。

另外保证电能的良好质量也是电能生产过程中的重要任务。

通常衡量电能质量的主要指标是电压和频率，其次是波形。

频率的偏差将严重影响电力用户的正常工作。

对电动机来说，频率降低将使电动机的转速下降，从而使生产率降低，并影响电动机的寿命；反之，频率增高将使电动机的转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。

特别是某些对转速要求较严格的工业部门（如纺织、造纸等），频率的偏差将大大影响产品质量，甚至产生废品。

另外频率偏差将对发电厂本身造成更为严重的影响。

例如，在火电厂对锅炉的给水泵和风机之类的离心式机械，当频率降低时其出力将急剧下降，从而迫使锅炉的出力大大见小，甚至引起紧急停炉，这样势必进一步减少系统电源的出力，导致系统频率进一步下降。

另外，在频率降低的情况下运行时，汽轮机叶片将因震动加大而产生裂纹，以至缩短汽轮机的寿命。

因此，如果系统频率急剧下降的趋势不能及时制止，势必造成恶性循环以致整个系统发生崩溃。

按我国电力部门的规定，电网的额定频率为50Hz，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，因此不断得调节水轮机发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定的规定范围内，就是水轮机调速器的基本任务。

总之，水轮机调速器是水电站水轮发电机组的重要辅助设备，它与电站二次回路以及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、成组控制、按水位调节等任务。

另外在电网发生故障时，配合断路器跳闸快速稳定完成甩负荷过程，保护水轮机组使其尽快恢复额定转速。

三水轮机的类型由于河川水能的具体开发条件不同，出现了各种不同类型的水轮机。

根据能量转换特征不同，近代水轮机可分为两大类：1 反击式水轮机主要利用水流的压力能转换为机械能的水轮机称反击式水轮机，它的特点是水流在压力流状态下经过转轮，水流充满整个流道。

根据水流流经转轮的方式不同又可分为以下几类。

1.1 轴流式水轮机水流沿轴向进入转轮，轴向流出转轮的水轮机称为轴流式水轮机，如图a所示。

根据转轮轮叶结构不同，轴流式水轮机又可分为定浆式（ZD）和转浆式（ZZ）两种。

定浆式水轮机的轮叶装置角固定不变；转浆式水轮机的轮叶装置角可随水轮机工作状况的改变自动调整。

转浆式水轮机高效率区较宽，能适应出力的变化，但结构复杂。

轴流式水轮机多用于低水头大流量的水电站，适用水头3～88m，多用于50m以下水头。

1.2 混流式水轮机水流沿径向进入转轮而轴向流出转轮的水轮机称为混流式水轮机，又称轴向轴流式水轮机，如图（b）所示。

混流式水轮机适用水头范围30～700m，是应用最多的机型之一。

我国目前混流式机组的水头达302m。

1.3 贯流式水轮机水流由管道进口导尾水管出口均为轴向流动，转轮与轴流式机组相同，称为贯流式机组，如图（d）所示。

根据轮叶结构不同，有贯流定浆式和贯流转浆式两种。

贯流式机组过流能力较好，适用于水头范围为1～30m的低水头与微水头开发，多用于河床式与潮汐式水电站中。

1.4 斜流式水轮机水流斜向流经转轮，叶片轴线与水轮机轴线有一夹角，称为斜流式水轮机，如图（c）所示。

斜流式水轮机转轮叶片装置角可调整，高效率区较宽，其性能界于轴流式与混流式之间，适用水头范围在20～150m，可作为水泵—水轮机（可逆式机组）用于抽水蓄能电站。

2冲击式水轮机通过喷嘴将水流能量全部转换成高速射流的动能，冲击安装在转轮外围轮盘上的部分勺斗使转轮转动，将水能转换成机械能的水轮机称为冲击式水轮机。

转轮在大气中工作，水流流经叶片（勺斗）时均为自由水面。

按射流是否在转轮平面内分，可有以下三种不同形式。

2.1 切击式（水斗式）水轮机射流在转轮旋转平面之内，如图（a）所示。

转轮旋转时，后续勺斗背面会对射流产生一定阻隔作用。

2.2 斜击式水轮机射流与转轮旋转平面成一斜角α，射流由勺斗一侧进入，另一侧流出，增加了水轮机的过流量，如图（b）所示。

由于射流避开了水斗背面的阻隔，提高了水能利用效率，但相应产生了轴向水推力。

2.3 双击式水轮机射流具有一个很宽的长方形截面，与主轴垂直。

射流先从转轮外周流向中心，穿过中心空腔后再从内向外流出，二次对叶片发生作用，故称双击式，如图（c）所示。

四水轮机调速器的类型1 从被控制对象的多少来分，可分为单调调速器和双调调速器。

一般单调调速器用于反击式机组中各类型的定桨式机组。

被控对象只有导叶，靠调节导叶的开度大小来控制经过水轮机叶片的水流量。

双调调速器用于各类反击式转浆机组类型。

被控制对象有导叶和桨叶，依靠调节导叶的开度以及桨叶的角度来控制水流对水轮机的出力，一般来说，转浆类机组存在导叶与桨叶的协联控制。

此外，虽然冲击式机组被控制对象比较多，但我们归其为另一类n喷n折或者n喷1折型调速器，专门用于冲击式机组。

根据冲击式机组的喷针数量以及折向器的数量不同，调速器的控制对象也不同。

2 水轮机调速器从整体上讲是一种机电一体化产品，机械执行部分我们采用液压控制。

根据电液转换方式来划分，可分为数字式（SLT）、步进电机式（BWT）、比例式（PSWT）调速器。

有时数字式和比例式结合在一起使用。

数字式调速器利用电磁阀用数字脉冲控制阀的开关，达到控制接力器开关的效果。

而步进式调速器利用电流驱动步进电机正反转，产生竖直方向位移，协同主配压阀控制接力器的开关。

比例阀通过比例控制器和主配压阀完成电液转换。

3 根据使用的油压大小分为常规油压和高油压调速器。

常规油压有：2.5MP，4.0MP，6.3MP高油压一般为16MP其中压力油罐的容量根据接力器油腔的大小而定。

4 根据所控制机组容量的大小可分为大型调速器和中型、小型调速器。

一般来说，我们的小型调速器都采用数字式，我们有以下型号产品：SLT—300，SLT—600，SLT—1000。

中型调速器客户要求以及实际情况有多种形式，如果用X代替形式，如数字式，步进式以及比例式或者各种形式的结合。

有以下几种型号：X—1800，X—3000，X—5000，X—7000。

大型调速器有以下型号：X—80，X—100，X—150。

5 根据控制部分的可编程控制元件—plc模块来区分，就目前我们的使用情况来讲，有三菱FX2N系列，一般用于中小型数字式调速器，也有部分使用Siemens系列模块；有Omron 系列模块，一般用于中型步进式或者小型冲击式调速器；另外有部分大型调速器，我们使用施耐德公司的Modicon系列或者Quantum系列模块。

五水轮机调速器的发展历史1 机械液压调速器最早的水轮机调速器斗时机械液压调速器，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，有教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的要求，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露出明显的缺陷。

现在，新建的大型水轮发电机组几乎均步采用机械液压调速器，只有中小型机组仍有相当一部分采用机械液压调速器，而且大部分电厂已经改造为现代新型调速器。

2 电气液压调速器测速、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为广泛的应用。

从采用的元件来看，它又经历了电子管、磁放大器、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。

3 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，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多台产品在水电站运行。