水轮机调节

水轮机调节系统以频率 f (亦即机组转速)为被调节参数，根据实 测 f 与给定值间的偏差调节导水机构的开度，从而改变机组的出力 和转速(频率)，但要使改变后的频率符合给定值需要一个调节过程 ，这个过程又称为调节系统的过渡过程，在这个过程中，频率、开 度等参数随时间不断变化。
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。
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。
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电力系统的负荷是不断变化的，包括一天之内的周期
性变化和以分秒计的短周期的非规律性变化。因此，根据
系统的要求和水轮发电机组出力变化灵活的特点，水轮发
电机组的出力需进行调节，其任务为：
1.根据负荷图的安排，
随着负荷的变化迅速改
变机组的出力，以满足
系统的要求。
2.担负系统短周
期的不可预见的负荷
波动，调整系统频率。
电力系统的负荷图
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对于磁极对数已经固定的水轮发电机，其输出电能的 频率决定于机组的转速，因此，欲保持机组供电频率不变 ，则必须维持机组转速不变。水轮发电机组的转速变化一 般要求不得超过±0.1％～±0.4 ％。故水轮机调节的本任 务可归纳为：
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 输入。 从图中可以看出，由导水机构输人的水能经机组转换成电能输送给 系统。
电能的频率f(亦即机组的转速n)信号输入调速器的测量元件，测 量元件将频率f信号转化成位移(或电压)信号输送给计算器(图中的⊕) 并与给定的f值作比较，判定频率是否有偏差和偏差的方向，
水轮机的动力矩可用下式表示
式中, γ——水的容重； Q——水轮机的流量； H——水轮机的工作水头； η——水轮机的效率。
在γ、Q、H、η中，一般不能改变H 和效率η ，只有 Q是易于改变，因此，通常把改变Q 而达到改变主动力 矩Mt的目的作为水轮机的被调节参数。
通过以上两个公式的比较，可能出现以下三种情况：
智能功放/驱动回路；它具有高可靠性和直观、方便的人机 接口，提供了全方位、最直接的监测、调试和维护手段。
1.可编程控制器组成：CPU单元、开关量输入模块、 开关量输出模块、模拟量输入模块、高速计数模块、远程 通信模块、电源模块。
根据偏差的情况通过放大器向执行元件发出指令，执行元件根 据指令改变导水机构的开度，反馈元件则将导叶开度的变化情况反 回给计算器，以检查开度变化是否符合要求，如变化过头，则发出 指令进行修正。
在图中，测量、计算、放大、执行和反馈元件总称为自动调速 器。导水机构包括机组在内，统称为调节对象。调速器和调节对象 构成水轮机自动调节系统。
1. Mt=Mg ，水轮机的动力矩等于发电机的阻力矩， dω/dt=0，ω为一常数，机组以恒定转速运行。
2.Mt＞Mg，水轮机的动力矩大于发电机的阻力矩，当发 电机的负荷减小时会出现这种情况，此时dω/dt＞0，机 组转速上升，在这种情况下，应对水轮机进行调节，减 小流量Q，从而减小Mt，以达到新的平衡状态。
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。
02
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 Nhomakorabea执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的出力并维持 机组转速在规定范围内。
除以上的基本任务外，水轮机调节的任务尚有机组的 起动、并网和停机等。
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调速系统 任务是控制水电机组出力、事故紧急停机。
机组的转速变化可用以下基本动力方程表示
式中， J—机组转动部分的惯性矩； ω—机组的旋转角速度，ω=2πn/60，弧度／s， n为机组转速，r／min； Mt—水轮机的主动力矩； Mg—发电机的阻力矩； t—时间。
3.Mt ＜ Mg，水轮机的动力矩小于发电机的阻力矩，当 发电机的负荷增加时会出现这种情况，此时dω/dt＜0， 机组转速下降，在这种情况下，应增大水轮机的流量Q 以达到Mt=Mg的新的平衡状态。
反击式水轮机调节流量的机构为导叶，转桨式水轮 机尚有转轮叶片（桨叶）；导叶和桨叶由接力器操作， 根据水轮机所需流量的大小，改变导叶的开度，桨叶是 根据导叶的开度和水头的关系随动于导叶。导、桨接力 器的动作则由调速器操纵，根据调速器的指令行事。
水轮机调节系统的构成和任务
目录 01.水轮机调节的任务 02.水轮机调节的基本概念 03.水轮机调速器的工作原理 04.油压装置 05.思考题
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01
水轮机调节的任务 概述
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水轮发电机组将水能转换为电能，输送给电力系统， 供用户使用。电力系统向用户提供的电能应满足一定的质 量要求，频率和电压的变化不能太大，应保持在额定值附 近的某一范围内，否则将影响各用电部门的工作质量。
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。
03
水轮机调速器的工作原理
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CVZT-150调速器由电子调节器、液压随动系统两大部分构成
电子调节器： 其核心部件为可编程控制器、输入/输出信号调理模块、
水轮机及其导水机构、接力器和调速器构成水轮机 自动调节系统。
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。