调速器培训2014.3

调速器培训

一、水轮机调节原理

水轮机调速器的调节对象是水轮机，调节目标是维持机组于额定转速（频率），根据机组的给定负荷，调节有功功率。不断地调节机组的有功功率，维持机组的转速在额定转速的规定范围内是水轮机调节的基本任务。

按我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz，大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。

水轮机调速器是水轮发电机组的重要辅助设备，它与电站二次回路或微机监控系统相配合，完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。

不论哪种类型的水轮机调速器,调节水轮机转速的基本原理是相同的，都是采用反馈控制的原理，工作原理如下图所示。在水轮机转速调节中，被调量是水轮机的转速（或水轮发电机组的频率），调节的目标是转速给值，通常为额定转速（或额定频率50Ｈz）。引起转速变化的是机组负荷扰动或进入水轮机的水量的变化。在水轮机调速系统中调整机组转速的调节机构是水轮机的导水叶。改变导水叶的开度、水轮机的水体流量，从而改变机组的转速。

图9-2 水轮机调速器基本工作原理简图

水轮机调速器工作基本原理图

调速器能使水轮机的转速保持在额定值，是因为调速系统将水轮机转速反馈到转速测量机构，实时地测量机组转速与给定转速的偏差，并根据该偏差的大小和方向，按照预定的调节规律产生调节指令。该指令通过执行机构（电液随动系统）开启或关闭导水叶，调节进入水轮机的水量，改变水轮机的转速。由于系统是接成负反馈，转差所产生的调节作用总是使这个转差减小，直至偏差为零，保证了机组实际转速与给定值相等。从水轮机调速器工作基本原理图中可以看出，水轮机调速器一般由转速偏差测量机构、调节器和电液随动系统或执行机构三大部分组成。二、我厂调速器概况

我厂目前有6台调速器（4号机改造中）在运行，生产厂家两个，型号四种。

1）1号、2号调速器为长江三峡能事达电气公司生产的型号WBST-150-2.5，结构为可编程计算机控制器PCC+步进电机式调速器，主要由数字式步进电机驱动器＋步进电机＋位移转换丝杆电液转换系统、主接位移传感器反馈系统组成，实现对水轮机的

控制。其采用直连型块式结构，积木式安装，无杠杆，内置式油管。对油质要求低，滤油精度在100u即可满足调速器要求。

步进式电－位移伺服系统及实物图如下：

步进电机控制原理图

可

编

程

控

制

器

驱动器

传感器反馈信号

步进电机

丝杆

正向脉冲

反向脉冲

2）3号、5号、6号、7号为武汉长江控制设备研究所生产，共三种机型。

3号、5号型号为DKST-150-2.5型；6号为混流机组单调，型号为DKT-150-2.5型；两者结构均为可编程计算机控制器PCC+交流伺服电机调速器。该型调速器采用交流伺服电机+丝杆螺母副直接控制主配压阀的控制方式；电气部分采用高可靠性的可编程控制器为硬件主体；机械部分采用直联型结构，减少机构传递环节，使得结构紧凑、简单；无杆件，少油管。所有这些，使得该型调速器的工作更可靠，性能更优越，结构更简单，调试、运行和维护更加方便。

交流伺服电机外观实物图和内部结构图如下：

1

2

3

4

5

6

7

11

10

9

8

1.手动操作机构

2.电机

3.连接轴齿轮

4.滚珠丝杆副

5.机座

6.导向键

7.弹簧定位座

8.纯机械复中腔

9.弹簧 10.移动轴 11.限位板

7号机为双微机调速器，型号为WDT-150-2.5，是九十年代的产品，属微机型调速器的初级产品，虽然技术指标、功能较高较全，但由于其整体结构复杂，机柜内电液转换、开度限制、主配复中、开度反馈等机构卡涩现象时有发生，电柜元器件老化、接触不良等原因使得调速器整体稳定性、安全性下降，表现为故障率高、维护量大、开停机成功率低。今年汛期将对其进行更新改造。

双微机调速器复杂的逻辑图和实物图如下：

三、PCC调速器介绍

奥地利贝加莱公司于1994年首先推出了PCC(Programmable Computer Controller,即可编程计算机控制器)是一种新型的模块化控制装置。它融合了传统的PLC和IPC的优点，既具有PLC 的高可靠性和易扩展性，又有着IPC的强大运算处理能力和较高的实时性及开放性。PCC的硬件结构和外形与PLC十分相似，但PCC具有更强大的处理能力和更高的实时性；在软件功能方面，它又与某些PC-Based类似，不过其可靠性和环境适应能力却大大优于后者。

可编程计算机控制器是一种全新的控制概念，它集成了PLC 的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统等功能，除具备PLC的高可靠性外，还具有PC机的高速性和大容量等特点；

PCC多数为32位CPU，具有高速的智能处理器TPU，TPU功能可使系统响应时间达到μS的范围，而CPU不需作任何加载；将要求实时性比较高的程序置于高速任务中，可以有效地保证系统的实时性，提高调速系统的动态性能指标；相对于PLC，PCC程序中对变量的命名更具有人性化，程序的可读性也更强；PCC具有良好的电磁兼容能力和现场总线全面支持技术，体现着世界工控领域的发展方向，已广泛应用于调速器和励磁装置等电气设备中。

四、电液随动系统的电气分析

调节器计算出的调节器输出y与接力器反馈y_之间的差值进行电压放大后，一路接至平衡表，另一路进行电流（功率）放大，控制机械液压随动系统，使接力器跟随调节y。这里要注意两个量的一些特征：y是PID计算的结果，只与频差、人工失灵区、永态转差系数、功率给定（并网时）、有效开限有关，它可从D/A 输出中测量，为0（对应接力器全关0%）至10V（PLC、PCC）或5V（双微机）（对应接力器全开100%）的模拟信号；y_为接力器反馈值，它通过调零调幅电路来保证y_为0V（0%）时对应接力器全关，10V（100%）（PLC、PCC）或5V（双微机）时对应接力器全开。平衡表是判断调速器工作正常如否的晴雨表（注意是单偏还是不停地动作）。一旦机组运行有问题，首先根据机组运行工况，判断y计算是否有误，y的模拟量与数值量是否相等，再看平衡表是否平衡，反馈y_是否反映正确，反馈传感器的安装、工作电源是否正常，调零调幅是否正确等。单偏常是机械问题，不停地动作常是电气问题。示意图如下：