水轮机调节系统基本原理及应用
目录
第一章水轮机调节系统概述及对电力系统中的影响 (2)
第一节水轮机调节系统概况 (2)
第二节水轮机调节系统对电力系统运行的影响 (6)
第二章水轮机调速系统的基本原理 (9)
第一节水轮机调速系统的原理及分类 (9)
第二节水轮机调速系统的调差参数及不灵敏区 (11)
第三章电力系统对调速系统的控制 (13)
第一节电力系统频率控制的基本概念 (13)
第二节频率的一次调节 (17)
第三节自动发电控制（AGC） (18)
第一节电力系统频率的二次调节 (24)
第四章电力系统的自动发电控制系统 (31)
第一节、调度端自动发电控制系统概述 (31)
第二节自动发电控制系统（AGC） (32)
第三节水电机组的调节能力 (35)
第四节水电厂自动控制系统 (38)
第一章水轮机调节系统概述及对电力系统中的影响
第一节水轮机调节系统概况
一、水轮机调节的任务和特点
随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。系统负荷发生变化时，对机组产生两方面的影响：
系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。
系统负荷变化→系统电流的频率f发生变化，由于f是磁极对数p和转速n 的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。
水轮机调节的任务：
随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频要求；完成调度下达的功率指令，调节水轮机组有功功率，满足电网二次调频要求；完成机组开机、停机、紧急停机等控制任务；执行计算机监控系统的调节及控制指令。保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz。启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。
水轮机调节的特点：
1．必须具备有足够大的调节功能
水轮发电机组是把水能转换成电能的机械．而水能因受自然条件的限制，通常水电站水头在几米至几百米的范围内，水轮机上的压力只有零点儿MPa至几MP,因此，发出较多的电功率，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需要有足够大的调节功能，调速器需要设置多级液压放大(通常为两级)和外加能源(油压装置)，并采用较大的液压接力器作为执行元件。
2．调节滞后易产生过调节
水轮机调节装置(即调速器)的执行机构——液压接力器具有较大的时间常数(一般达零点几秒到几秒)，调节对象也有较大的惯性时间。因此，当负荷变化时，导水机构不可能突然动作，以使水轮机的主动力矩适应外界负荷的变化，而是有一定的延迟时间，在这时间内机组转速不断升高或降低。当导水机构变化到动力矩与阻力矩相适应时，这时转速偏离额定值已有一定的数量，要使转速恢复到额定值也要合一定的时间，此时导水机构变化的数值又已超过需要调节的数值
了，这就是所谓的过调节现象。这种过调节现象使水轮机调节系统变得不容易稳定。
3水击的反调效应
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，水流惯性大，导水机构开关时会在压力过水管道内引起水击(即水轮机工作水头变化)作用。而水击作用通常是与导水机构瞬间的调节作用相反，即导水机构关闭位机组输入能量与输出功率减少。但此时产生的水击会使机组功率增加并部分抵消调节作用，使调节作用产生滞后，从而恶化了调节系统的动态品质，而且不利于水轮机调节系统的稳定。
4．结构较复杂
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．其不仅要调节导水机构，还要调节桨叶开度；而对高水头的冲击式水轮机，则要调节喷针和折向器。另外，有的混流式水轮机装有控制水击作用的调压阀。于是，对于这样的一些水轮机，其调速器中需增加一套调节执行机构(通常是随动系统)，从而增加了调速器结构的复杂性。此外．水轮机调速器还有控制机构(如机械开限和紧急停机装置等)，有的还有分段关闭装置。
总之，水轮机调节系统相对来说，是不易稳定的，所以水轮机调速器的结构相对于其他原动机的控制装置要复杂些，放大元件的级数也多一些，功能也更强一些。
二、水轮机调速器的发展历程
水轮机调速器问世以来，水轮机调速器先后经历了三代的发展：水压放大、油压放大式的机械式液压调速器（20世纪初-20世纪50年代）、模拟电路加液压随动系统构成的电液式调速器（20世纪50年代-20世纪80年代）和微机调节器配以相应的机械液压系统构成的微机调速器（20世纪80年代至今）。目前微机调速器以可靠性高、操作简便全面取代其他类型的调速器。
解放初期，我国水轮机调速器事业一片空白，几乎从零开始，大部分产品从苏联购买，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。在"大跃进"年代，当时的水利水电科学研究院、哈尔滨工业大学、哈尔滨电机厂等单位曾联合研制了我国第一台电子管电液调速器，并安装在广东从化流溪河水电站运行了一段时间。60年代初，当时的水利水电科学研究院、天津电气传动设计研究所、长江流域规划办公室等单位联合研制了我国第一台晶体管电液调速器，并在湖北陆水试验电站运行了相当长一段时间。70年代至80年代初，新建的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，一些小型水电站也少量采用了电液调速器，此阶段
可算是机械液压调速器与电气液压调速器并重。但电气液压调速器由于所选用的主要电子元件/组件质量不过关，其长期使用的可靠性普遍较低。
我国水轮机调速器的快速发展是从80年代初开始的，由于改革开放和科技进步，国内有关科研单位、高等院校及制造部门为提高调速器的运行可靠性与调节品质，开始研制微机调速器。华中科技大学、电力自动化研究院（能源部南京自动化所）、天津电气传动设计研究所、中国水利水电科学研究院、长江流域规划办公室等单位相继开展了以微处理器为核心的电液调速器的研制。
华中科技大学自1981年底开始研制适应式变参数并联PID微机调节器，1984年11月在湖南欧阳海水电厂投入运行。1989年与天津传动设计研究所、湖南水科所、武汉水电控制设备公司及天津水电控制设备厂共同研制的WT-S双微机调速器通过产品鉴定，并投入小批量生产，微机调节器以Z-80单板机为硬件核心，两台微机配以相同功能的测频、CPU、D/A及A/D模块，双微机互为备用，采用适应式变参数PID调节模式，较好地满足了电站运行要求，但与外国产品相比，因我国基础工业水平的制约，整机硬件可靠性较低，性能一致性与长期运行的稳定性难以保证。
90年代以来，随着可编程控制器（PLC）技术的不断完善，各单位相继开展了将可编程控制器应用到调速器中的研究工作。华中科技大学分别与有关单位合作开发不同品牌的PLC微机调节器，首台调节器于1993年5月在欧阳海水电厂投入运行。目前，PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。
此外，华中科技大学还分别与哈尔滨电机厂、东方电机厂等单位合作研制出以8086、8096CPU为核心，采用STD总线结构和MIC-2000工控机型双微机调速器，成功地在岩滩、宝珠寺等水电厂投入运行。电力自动化研究院在继承ST-700系列微机调速器的双微机双通道系统结构基础上，研制了基于MC68322微机的水轮机调速器。
现在由于在水轮机调速器中广泛采用电子技术、液压技术和自控技术的最新技术成果，使现代水轮机调速器的面貌焕然一新。其可靠性和主要技术指标大为提高，控制功能不断扩展和完善。不仅适应了水电厂计算机监控的需要，而且为机组安全和经济运行奠定了基础。
三、我国主要调速器制造企业的产品情况
中国水利水电科学研究院生产的微机调速器以PLC/IPC为硬件平台，采用液压数字逻辑插装技术或比例插装技术，以快速开关阀和插装阀等元件/组件分别代替电液转换器和主配压阀，系统无需D/A转换，调节与控制无需由阀的"中间位置"来保证，具有静态耗油量小、性能一致性好、元件互换性好、集成化程度
高等优点，且能实现液压系统全面的容错控制，彻底解决了长期困扰水电厂的调速器拒动、发卡、漏油等问题，还具有显著的节能、降耗、增寿、环保等特点。
天津电气传动设计研究所生产的微机电调采用以PLC为核心的调节器，步进电机-凸轮传动装置取代电液转换器。这种不用油的电机转换元件解决了过去电液转换器抗油污能力差、易卡阻之弊病。
武汉三联水电控制设备公司生产微机电调采用PLC步进缸构成电液随动系统为主。部分电液随动系统采用脉宽调制开关阀＋主配结构的形式。
武汉事达电气有限公司生产的微机电调均以PLC为核心，用步进电机螺纹伺服缸取代电液转换器，构成新型电液随动系统。
长江控制设备研究所的微机电调采用PLC或工控机并以伺服电机螺杆机构取代中间接力器，或以电动集成阀控制主配压阀，以机械液压随动系统驱动主接力器。
南京自动化研究所的微机电调采用自制硬件构成的双微机冗余系统，应用比例伺服阀和脉宽调制式电磁阀构成的液压容错控制。
东方电机股份有限责任公司的微机电调采用双工控机冗余系统，电液随动系统中配用比例伺服阀，并设有液压跟踪手动控制阀供手动运行用。
能达通用电气公司的微机电调以PLC为核心，步进电机螺杆机构取代中间接力器，并配以机械液压随动系统。
此外，我国中小型微机电调的液压系统除了传统结构产品外，中国水利水电科学研究院、长江控制设备研究所等单位还采用16MPa的皮囊式蓄能器的高油压液压系统；可减少液压放大环节和减小尺寸、简化结构，省去为油罐补充干燥压缩空气的专用的供气系统及相应设备，同时能解决调速器液压系统中存在的油/水混合、气/液混合带来的元件锈死、腐蚀、振动和气蚀等方面问题。
与国外同类产品相比，目前我国生产的微机型电液调速器性能与国外水平相当，个别甚至略优，主要差距在加工工艺水平，且大型调速器6.4Mpa以上的液压系统起步不久。
四、国外主要调速器产品的特点
1.美国GE（原WOODWARD公司）采用三机表决系统，其余均为单机系统（按中国用户要求提供双机系统除外），产品质量性能稳定、可靠性高。
2.除ALSTOM、HYDRO VEVEY SA两公司采用串联PID结构外，其余均采用并联PID结构；PID参数均按空载、孤立网运行、大网运行三种工况给定。
3.微机更新升级快，均采用32位微机，速度快、容量大，为扩展调速器功能创造了条件。
4.具有较强的诊断及容错功能和较强的抗干扰能力。
5.除VEVEY、KMW公司采用机械液压随动系统外，其余均采用电液随动系统。
6.除GE和VA TECHE-SCHER WYSS公司采用比例阀外，ALSTOM、VOITH、VEVEY 均采用自制电液转换器。
7.为改善静、动态性能，大多数国外产品在电液随动系统中引入了PI、PD 或PID调节。
8.增强智能化功能，如VOITH公司500系列产品机组启动加速控制。
9.在三峡工程，美国GE公司曾提出三机表决系统、双比例阀液压冗余方案，并与哈电合作，在三峡右岸机组中中标；而ALSTOM以双电液转换器方案在三峡左岸工程中中标。
第二节水轮机调节系统对电力系统运行的影响
一、电力系统频率质量对社会和电力企业的影响
众所周知，电网频率是电能质量三大指标之一，电网的频率反映了发电有功功率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数，与广大用户的电力设备以及发供电设备本身的安全和效率有着密切的关系。
电力系统的频率稳定问题是指，当系统频率下降时，发电设备的效率会降低、或产生功能异常；为了保护发电设备不受损害，当系统频率下降到一定程度时需要将发电机组解列，这样会造成发电功率下降，使频率进一步下降，如此恶性循环，最终造成系统频率崩溃。频率波动对发电厂设备和用户设备都会造成很大影响影响。用户的旋转设备一般是由电动机驱动的，因此，与发电厂的设备相同，频率的波动对其有着严重影响。尽管许多用户设备能在较宽的频率范围内正常工作，但随着科学技术的发展，一些新的电子设备及精密加工设备对电网频率提出了更高的要求，频率的波动，会使产品质量下降或设备损坏。根据IEEE 446-1995标准和BS EN50160:1995标准，±0.5Hz的是许多最终用户设备的频率波动的最大容限。频率波动的长期积累效应也会影响用户设备的正常工作，尽管以同步电
机驱动的时钟已不再时兴，但是仍有部分设备依然以电力系统作为参照系，特别是那些与时间有关、需长期运行、但又难以通过外部进行授时的设备仍然需要以电钟为计时手段。如数量巨大的用户分时电度表，不具备自动与标准时间对时的手段，如要依靠人工对时，则工作量巨大，如以电钟为计时手段，既可保持时间的准确度，又可降低电度表的结构复杂性和造价。
频率质量改善对经济效益造成很大影响，众所周知，频率偏差反映了发电与负荷间的不平衡，特别是频率偏高，反映发电量超出了用电的需求量，造成了用户电费的额外支出，以及能源的浪费。
综上所述，使频率稳定在额定值，是电力系统运行的重要任务。
二、电力系统频率指标和控制要求
为了满足发电厂设备、用户设备和电力系统正常运行的需要，必须根据各电力系统的特点，提出频率指标和控制要求。为此，需要考虑的问题有：基准频率和频率的正常范围
基准频率是由设计确定的，中国、西欧、澳大利亚、日本的一部分的电力系统基准频率为50Hz；而北美、日本的另一部分的电力系统的基准频率为60Hz。在各个电力系统中，所有的发电和用电设备均按在基准频率下运行效率最高的原则来设计的。
确定频率的正常控制范围应考虑三个重要因素：
对发电、用电设备经济性的影响，使其能发挥最佳的效率。
对故障状态下频率允许范围的影响，当电力系统中发生故障时，频率不越出相应故障状态的频率允许范围。
对安全性和经济性的综合分析。由于电力系统绝大部分时间必须运行在频率的正常控制范围之内，因此，确定频率的正常控制范围对电力系统运行的经济性影响较大，如果放宽对频率正常控制范围的要求，会降低对维持正常频率的辅助服务的要求，同时也降低了成本；但是却增加了在电力系统发生故障时将频率维持在故障状态下频率允许范围内的难度。
故障状态的频率允许范围。
规定故障状态下的频率允许范围需考虑的因素有：
对发电、用电设备功能性的影响，不能影响设备的正常功能。
对发电、用电设备安全性的影响，不能造成设备的损坏。
对电力系统运行安全性的影响，不能由于频率异常，造成发电设备解列，而危及整个系统的安全运行。
由于电力系统故障状态千变万化，因此故障状态下的频率允许范围往往分为几级：
常见故障（如N-1故障）状态下的频率允许范围。
严重故障（如N-2故障）状态下的频率允许范围。
特别严重故障（如多个设备故障）状态下的频率允许范围。
电力系统解列成几块运行时故障状态下的频率允许范围。
频率越限的允许时间
规定频率越限后恢复至正常范围的允许时间需要考虑的因素有：
频率越限的延续时间对旋转设备寿命的影响。
在频率越限故障处理期间发生第二次事件的危险性。如果发生第二次事件，可能会导致系统频率越出相应故障状态下频率允许范围，从而产生切负荷装置动作等严重后果。
第二章 水轮机调速系统的基本原理
第一节 水轮机调速系统的原理及分类
一、 水轮机调节的基本原理
水轮发电机组的运动方程式为：
dt d J
M M g t ϖ
=-
式中： Mt ——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功) Mg ——发电机的阻力矩
J ——机组惯性矩；
ω——角速度；
由此方程可见：当Mt- Mg>0时，机组转速上升；
当Mt- Mg>0时，机组转速下降；
当Mt- Mg=0时，机组转速保持不变。
所以当负荷变化时，应调节Mt ，使Mt=Mg ，n=ne 又：ϖηληγϖQH M QH M t t =⇒=
所以，要使ω=C ，一般不能改变H 和效率η，而是通过改变Q 而达到改变主动力矩Mt 的目的。
二、 水轮机调速系统分类
当发电机组的原动机功率与输出功率不平衡时，必然引起发电机转速的变化。为了控制发电机的转速，发电机组均安装有调速系统。根据测量环节的工作原理，调速系统分为机械式和电气液压式两大类。
机械式调速系统：
在早期的发电机组上安装的调速系统基本上是机械式的，机械式调速系统的结构见图2-1。在机械式调速系统中，转速测量元件由离心飞摆、弹簧和套筒组成，它与原动机转轴相联接，能直接反映原动机转速的变化。当原动机有某一恒定转速时，作用在飞摆上的离心力、重力和弹簧力在飞摆处于某一位置时达到平衡。当负荷增加时，发电机的有功功率输出也随之增加，原动机的转速降低，使飞摆的离心力减小。在重力和弹簧力的作用下，飞摆靠拢到新的位置才能使各力重新达到平衡。飞摆的运动，使套筒的位置下降，通过杠杆的作用，增大了调节汽门（或导水翼）的开度，增加进汽（水）量，使原动机的输入功率增加，转速开始回升。如此反复动作，直至在阻尼作用下，在一个新的位置达到平衡。
电气液压式调速系统：
电气液压式调速系统的结构见图2-2。在电气液压式调速系统中，转速测量元件由齿轮和脉冲传感器（或电压互感器）、频率变送器等组成。当发电机转速下降时，频率变送器的输出也下降，经信号整形和放大后，启动阀控，增大调节汽门（或导水翼）的开度，增加进汽（水）量，以达到调整原动机的输入功率，调节发电机转速的目的。
第二节水轮机调速系统的调差参数及不灵敏区
在发电机组调速系统的作用下，
发电机组输出功率随电力系统频率
变化而变化，这就是发电机组的频
率一次调节作用。反映发电机组的
频率一次调节过程结束后，发电机
组输出功率和频率关系的曲线称为
发电机组的功率-频率静态特性，它
可以近似地用直线来表示。如图
2-3所示。发电机组以额定频率ƒ0运行时（相当于图中的a点），其输出功率为P0；当系统负荷增加而使频率下降到ƒ1时，发电机组由于调速系统的作用，使输出功率增加到P1（相当于图中的b点）。如果原动机的调节汽门（或导水翼）的开度已达到最大位置（相当于图中的c点），则频率再下降，发电机组的输出功率也不会增加。
发电机组的功率-频率特性曲线的斜率为：
Δƒ
R=- ——
ΔP
式中R是发电机组的调差系数，负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化方向相反。调差系数R的标么值表示式为：
Δƒ/ƒ0 Δƒ*
R*=- ——— =- ——
ΔP/P0 ΔP*
调差系数的倒数是机组的单位调节功率（或称发电机组的功频静特性系数）KG，KG的数值表示频率发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量。KG的标么值表示形式为KG*。与负荷的频率调节效应系数D*不同，发电机组的调差系数R*和功频静特性系数KG*是可以整定的，根据北美电力系统可靠性协会（NERC）运行手册的最新规定，发电机组的调差系数R*的整定范围为4%~7%（60Hz条件下），即KG*的整定范围为14.4~25。一般情况下，水轮发电机组R*的整定范围
为4%~5%；汽轮发电机组R*的整定范围为5%~7%。
根据北美电力系统的运行经验，相同类型、相同容量的机组的调差系数R*宜一致，图2-4表示了两台相同容量、但不同调差系数的机组的工作情况。机组A 的调差系数R*为5%，机组B的调差系数R*为3%；在初始状态，系统频率为60Hz，两台机组均满负荷运行。由于某种原因，系统失去了一部分负荷，系统频率上升到60.5Hz，机组A的输出功率下降了83Mw，而机组B的输出功率下降了138Mw，造成同类型、同容量机组之间的不平衡，对系统的稳定、经济运行造成危害。因此，北美电力系统可靠性协会部分区域协会（如西部协会WSCC）要求，在同一个交流互联的电力系统中采用统一的机组调差系数。NERC也曾一度规定机组调差系数统一采用5%。
二、调速系统的不灵敏区
发电机组调速系统不灵敏区的标准定义是：“速度持续变化的总范围，在这个范围内，没有可测量的由调速系统控制的阀门位置的变化。”发电机组调速系统不灵敏区用额定速度的百分数表示。在发电机组调速系统中，存在两种不灵敏区：固有的、和可整定的。根据北美电力系统对不同类型的调速系统的测试表明，调速系统固有的不灵敏区很小（一般小于0.005Hz）。而调速系统可整定的不灵敏区，则是由运行人员设定的电力系统频率正常偏差的范围，在此范围内，减少调速系统控制器的动作。
发电机组调速系统不灵敏区的存在，一方面可以减少调速系统的动作、减少阀门位置的变化，提高发电机组运行的稳定性；同时也可满足电力系统正常运行中某些使频率偏离额定值的需要（如调整电力系统时间偏差的需要）。另一方面，由于不灵敏区的存在，在系统扰动情况下，频率和联络线功率振荡的幅值和时间都将增加，将加重二次调频的负担。因此，合理设定发电机组调速系统不灵敏区非常重要，北美电力系统为了调整电力系统时间偏差的需要，允许频率偏差
0.02Hz，NERC规定发电机组调速系统的不灵敏区为额定速度的0.06%（0.036Hz）。
第三章电力系统对调速系统的控制
第一节电力系统频率控制的基本概念
通过对电力系统各种负荷分量变化规律的分析，有利于采取不同的措施，来控制原动机功率和发电机电磁功率之间的不平衡，达到控制系统频率的目的。
一、频率的一次调节
电力系统频率的一次调节是指利用系统固有的负荷频率特性，以及发电机的调速器的作用，来阻止系统频率偏离标准的调节方式。
（一）频率一次调节的基本原理
（1）电力系统负荷的频率一次调节作用
当电力系统中原动机功率或负荷功率发生变化时，必然引起电力系统频率的变化，此时，存储在系统负荷的电磁场和旋转质量（如电动机、照明镇流器等）中的能量会发生变化，以阻止系统频率的变化，即当系统频率下降时，系统负荷会减少；当系统频率上升时，系统负荷会增加。这称为系统负荷的惯性作用，它用负荷的频率调节效应系数（又称系统负荷阻尼常数）D来表示：
D = ΔP/Δƒ（Mw/Hz）
系统负荷阻尼常数D常用标么值来表示，其典型值为1~2。D=2意味着1%的频率变化会引起系统负荷2%的变化。
（2）发电机的频率一次调节作用
当电力系统频率发生变化时，系统中所有的发电机的转速即发生变化，如转速的变化出发电机组规定的不灵敏区，该发电机的调速器就会动作，改变其原动机的阀门位置，调整原动机的功率，以求改善原动机功率或负荷功率的不平衡状况，即当系统频率下降时，发电机的蒸汽阀门或进水阀门的开度就会增大，增加原动机的功率；当系统频率上升时，发电机的蒸汽阀门或进水阀门的开度就会减小，减少原动机的功率。发电机调速器的这种特性称为机组的调差特性，它用调差率R来表示：
R = [（N
o –N）/ N
R
] 100%
式中：N
o
表示无载静态转速（主阀在无载位置）
N表示满载静态转速（主阀全开）
N
R
表示额定转速
调差率R的实际涵义是，如R=5%，则系统频率变化5%，将引起主阀位置变化100%。
二、频率一次调频的特点
（1）一次调节对系统频率变化的响应快，根据IEEE的统计，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在10秒左右。
（2）由于发电机的一次调节仅作用于原动机的阀门位置，而未作用于火力发电机组的燃烧系统。当阀门开度增大时，是锅炉中的蓄热暂时改变了原动机的功
率，由于燃烧系统中的化学能量没有发生变化，随着蓄热量的减少，原动机的功率又会回到原来的水平。因而，火力发电机组一次调节的作用时间是短暂的。不同类型的火力发电机组，由于蓄热量的不同，一次调节的作用时间为0.5到2分钟不等。
（3）发电机的一次调节采用的调整方法是有差特性法，其优点是所有机组的调整只与一个参变量有关（即与系统频率有关），机组之间互相影响小。但是，它不能实现对系统频率的无差调整。
（一）频率一次调节在频率控制中的作用
根据电力系统频率一次调节的特点可知，一次调节在频率控制中的作用是：（1）自动平衡第一种负荷分量，即那些快速的、幅值较小的负荷随机波动。（2）对异常情况下的负荷突变，起缓冲作用。
图2-5显示了北美西部互联电力系统在一台1040Mw发电机跳闸时，在一次调节的作用下，系统频率变化的情况。
（二）频率一次调节与其它频率调节方式的关系
频率一次调节是控制系统频率的一种重要方式，但由于它的作用衰减性和调整的有差性，不能单独依靠一次调节来控制系统频率。要实现频率的无差调整，必须依靠频率的二次调节。
图3-1北美西部互联电力系统1040Mw发电机跳闸时频率变化曲线
三、频率的二次调节（AGC）
（一）电力系统频率二次调节的基本概念
由于发电机组一次调节实行的是频率有差调节，因此，早期的频率二次调节，是通过控制调速系统的同步电机，改变发电机组的调差特性曲线的位置，实现频率的无差调整。但未实现对火力发电机组的燃烧系统的控制，为使原动机的功率与负荷功率保持平衡，需要依靠人工调整原动机功率的基准值，达到改变原动机功率的目的。随着科学技术的进步，火力发电机组普遍采用了协调控制系统，由自动控制来代替人工进行此类操作。在现代化的电力系统中，各控制区则采用集中的计算机控制。这就是电力系统频率的二次调节，即自动发电控制（AGC ）。具有频率二次调节作用的电力系统的模型如图3-2所示。
（二）频率二次调节的特点
（1） 频率的二次调节(不论是分散的，还是集中的调整方式)，采用的调整方式对系统频率是无差的。
（2） 在协调控制的火力发电机组中，由于受能量转换过程的时间限制，频率二次调节对系统负荷变化的响应比一次调节慢得多，它的响应时间一般需要1~2分钟。
（3） 频率的二次调节对机组功率往往采用比例分配，使发电机组偏离经济运行点。
（三）频率二次调节在频率控制中的作用
（1） 根据电力系统频率二次调节的这些特点可知，由于二次调节的响应时间较慢，因而不能调整那些快速的负荷随机波动，但它能有效地调整分钟级及更长周期的负荷波动。
（2） 频率二次调节的另一主要作用是实现频率的无差调整。
（四） 频率二次调节与其它频率调节方式的关系
1. 由于响应时间的不同，频率二次调节不能代替频率一次调节的作用；而频率二次调节的作用开始发挥的时间，与频率一次调节的作用开始逐步失去的时间基本相当，因此，两者在时间上配合好，对系统发生较大扰动时快速恢复系统频率相当重要（见图3-3）。
2. 频率二次调节带来的使发电机组偏离经济运行点的问题，需由频率的三次调节（负荷经济分配）来解决；同时，集中的计算机控制也为频率的三次调节提供了有效的闭环控制手段。
P e ΔP T
四、频率的三次调节（负荷经济分配）
（一）电力系统频率三次调节的基本概念
电力系统频率三次调节的任务是经济、高效地实施功率和负荷的平衡。频率三次调节要解决的问题是：
1.以最低的开、停机成本（费用）安排机组组合，以适应日负荷的大幅度变化。
2.在机组之间经济地分配负荷，使得发电成本（费用）最低。在地域广阔的电力系统中，需考虑发电成本（发电费用）和网损（输电费用）之和最低。
3.为预防电力系统故障时对负荷的影响，在机组之间合理地分配备用容量。
4.在互联电力系统中，通过调整控制区之间的交换功率，在控制区之间经济地分配负荷。
（二）频率三次调节的特点
1.频率三次调节与频率一、二次调节不同，不仅要对实际负荷的变化作出反应，更主要的是要根据预计的负荷变化，对发电功率作出安排。
2.频率三次调节不仅要解决功率和负荷的平衡问题，还要考虑成本或费用的问题，需控制的参变量更多，需要的数据更多，算法也更复杂，因此其执行周期不可能很短。
（三）频率三次调节在频率控制中的作用
频率三次调节主要是针对一天中变化缓慢的持续变动负荷安排发电计划（即调峰）；以及在负荷或发电功率偏离经济运行点时，对负荷重新进行经济分配。其在频率控制中的作用主要是提高控制的经济性。但是，发电计划的优劣对频率二次调节的品质有重大的影响，如果发电计划与实际负荷的偏差越大，则二次调节所需的调节容量越大，承担的压力越重。因此，应尽可能提高三次调节的精确
度。
第二节 频率的一次调节
一. 负荷的频率特性
（一）. 负荷按频率特性的分类
电力系统中各种有功负荷，根据其与频率的关系，可以分为以下几类：
1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉、整流负荷等。
2) 与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等。
3) 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗。
4) 与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。
5) 与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的循环水泵等。
（二）. 负荷的静态频率特性
电力系统全部有功负荷与频率的关系为： ƒ ƒ ƒ P D =ɑ0 P DN +ɑ1 P DN (—)+ɑ2 P DN (—)2 +ɑ3P DN (—)3 +… ƒ N ƒ N ƒ N
式中：P D 为频率等于ƒ时电力系统全部有功负荷；
P DN 为频率等于额定值ƒ N 时电力系统全部有功负荷；
ɑi （i=0，1，2，…）为与频率的i 次方成比例的负荷在P DN 中所占的
份额。有
ɑ0 +ɑ1 +ɑ2 +ɑ3+…=1
公式（3.1.1）即电力系统负荷的静态频率特性的数学表达式，若以P DN 和ƒ N 分别作为功率和频率的基准值，以P DN 去除公式（3.1.1）的各项，便得到用标么
值表示的功率——频率特性：
P D ﹡=ɑ0 +ɑ1 ƒ *+ɑ2 ƒ *2+ɑ3 ƒ *3+…
由于与频率的更高次方成比例的负荷所占的比重很小，可以忽略。
（三）. 负荷频率特性系数
当频率偏离额定值不大时，负荷的频率静态特性常用一条直线近似表示（见图3-4），图中直线的斜率 ΔP D=tg β=—— （Mw/Hz ） Δƒ
或用标么值表示: ΔP/P DN ΔP * D *=————=—— Δƒ / ƒ N Δƒ *
D 、D *称为负荷的频率调节效应
系数，D *的数值取决于电力系统中
各类负荷的比重，因此D *是一个随
时间变化的数值，在实际系统中，
D *=1~3，它表示频率变化1%，负荷
有功功率相应变化1%~3%。由于负
荷变化与频率变化的方向一致，因
此D为正数。
第三节自动发电控制（AGC）
一、自动发电控制（AGC）系统总体结构
电力系统自动发电控制（AGC）系统由主站控制系统、信息传输系统、和电厂控制系统等组成.
二、自动发电控制（AGC）主站系统
自动发电控制（AGC）主站系统，又称能量管理系统（EMS），为实现自动发电控制，EMS应由以下部分组成：
（一）主站计算机系统
能量管理系统是一个功能复杂的计算机系统，现代的EMS的一般结构见图2-9，其主要组成部分有：
1.通信工作站：与远动装置(RTU)、厂站自动化系统、其它调度机构的能量管理系统等进行通信，执行采集信息、发送控制指令的功能。
2.电力系统应用工作站：执行对电力系统运行进行计划、统计、监视、控制、计算、分析等功能。
3.数据管理服务器：执行对电力系统运行所需的实时、和历史的数据，设备参数的存储、管理功能。
4.人—机界面工作站：通过显示画面、报表等媒介，向调度员提供电力系统运行信息；向调度员提供输入控制指令的手段。
（二）能量管理软件系统
1.系统软件：由计算机
系统资源的操作系统，以及用
于诊断、调试、维护、编程的
支持工具。
2.支撑软件：为支撑
SCADA、电力系统应用软件运行
所需的数据库管理、人—机界
面管理等软件系统。
3.SCADA：对实时数据进
行采集和处理，对电力系统设
备进行监视和控制的软件系
统。
4.电力系统应用软件：
实现对发电生产进行调度和控
制（发电调度）、电力系统的运
行进行安全分析（网络分析）、对电力系统运行人员进行模拟培训（DTS）、支撑电力市场运作等功能的软件系统。
（一）自动发电控制应用软件
自动发电控制主站功能除需有整个主站计算机系统、能量管理软件系统的支
撑外，其主要功能是通过发电调度诸应用软件来实现的。发电调度的主要应用有：
1.负荷频率控制：调节发电机的发电功率，以响应系统频率、联络线功率的变化，使系统频率、联络线功率维持在规定值；纠正电力系统时钟偏差和无意交换电量；与经济调度相结合，降低发电总成本或总费用。
2.备用监视：周期性地监视整个电力系统发电备用容量；根据事故预想，检查发电备用容量的充裕度；按规定的标准，计算实际备用容量对标准的符合度。
3.控制性能评价：按规定的标准，跟踪和分析负荷频率控制的性能。
4.联络线交换计划：接受来自其它应用（如电力市场支持功能）、或调度人员输入的交易计划，将其转换成联络线功率交换计划，提供给负荷频率控制、机组组合、经济调度等应用使用。
5.负荷预计：又分为短期负荷预计和超短期负荷预计，短期负荷预计可预计明日至数日内规定时间间隔（如1小时）的负荷，是编制发电计划的基础；超短期负荷预计可预计未来数小时内更小时间间隔（如10分钟）的负荷，是调整发电计划和改变自动发电控制基点功率的依据。
6.机组组合：在满足各种发电和输电的限制条件下，确定优化的发电机组启停计划，并确定初步的发电计划。
7.经济调度：在运行的发电机组中经济地分配负荷，使发电成本（发电费用）最低。其中经经济调度计算，直接修改AGC机组基点功率的闭环控制方式，又称为经济调度控制（EDC）。
三、自动发电控制（AGC）信息传输系统
如果把能量管理系统比作自动发电控制的大脑，信息传输系统则好比神经系统，用于传输自动发电控制主站系统计算所需的信息、以及主站系统发送给电厂的控制指令。
（一）自动发电控制传输的信息类型
为实现自动发电控制，需传输的主要信息类型有：
1.计算控制偏差所需的信息，如系统频率、与相邻区域的联络线交换功率
等。
2.执行机构的工况信息，如参与AGC运行的发电机的实际发电功率、发电功率调节的限制条件（调节范围、调节速率）、电厂控制系统的运行状态等。
3.控制指令，如调节发电功率的功率设定值或升降命令、改变发电机运行状态或电厂控制系统运行状态的控制指令。
（二）信息传输技术
用于传输自动发电控制所需信息的主要技术有：
1.远动通信技术：是一种采用专用通道、专用通信协议的通信技术，其特
点是：
1)由于采用专用通信协议，通信的额外开销少，所需设备和软件简单；
但通用性差。
2)由于采用专用通道，信息传输不受其它系统通信的影响，传输时间
易保证，排错较容易；但为保证传输的可靠性，一般需配置主备通道，
通道资源利用率低。
3)信息传输一般需经过调制成模拟信号、传输、解调成数字数据的过
程，传输速率一般较低，常用的传输速率为1200bps~9600bps。
2.数据网络通信技术：是一种采用标准通信协议、共用数据通信网络的通信技术，其特点是：
1)由于采用标准通信协议，通用性好；但通信协议较复杂，通信的额外开
销大，所需设备和软件较复杂。
2)由于采用共用数据通信网络，通道资源利用率高；但传输时间易受数据
通信网络负载轻重的影响，排错较复杂。
3)由于数据通信网络采用数字通信技术，传输速率较高，一般在64kbps
以上。
（三）信息传输系统的组成部分及其作用
1.主站通信工作站：能量管理系统的一部分，承担与外部通信，交换数据的任务。进行通信协议的解释和转换，数据的预处理，差错控制等工作。根据所采用的通信技术，又分为RTU通信工作站和数据网络通信工作站。
2.通信网络：信息传输的媒介，主要有微波通信网络和光纤通信网络。
3.数据网络：采用标准的通信协议，复用通信网络，提供数据网络通信业务的增值业务通信网络。目前常用的数据网络有：分组交换网、数字数据网（DDN）、帧中继网、异步传递方式网（ATM）等。
4.远动装置(RTU)：采集遥测、遥信数据，发送遥控、遥调信号的设备；
5.厂站自动化系统：除具有远动装置的信息采集和控制功能外，还具有人—机会话和数据处理功能；一般通过数据网络与主站系统进行通信。
四、自动发电控制（AGC）电厂控制系统
发电厂用于接受控制信号、控制发电机组调整发电功率的系统或设备有：（一）调速器
调速器是控制发电机组输出功率最基本的执行部件，改变调速器的功率基准值或转速基准值是进行频率二次调节最基本的方法。对于那些具有功率基准值输入接口的功频电液调速器、或微机调速器，可通过RTU、或电厂自动化系统直接将功率设定值或升降命令发送到调速器，实现AGC控制。
（二）调功装置
对于那些不具备功率基准值输入接口的调速器（如机械式调速器），必须由调功装置进行控制信号的转换，如转换成对调速电动机的控制信号。同时，调功装置还具有功率限制控制、转速控制、汽温汽压保护等功能。
（三）协调控制系统（CCS）
单元汽轮发电机组的发电机、汽轮机和锅炉是一个有机的整体，对汽轮发电机组的运行要求是：当电力系统负荷变化时，机组能迅速满足负荷变化的要求，同时保持机组主要运行参数（特别是主汽压）在允许的范围内。而调功装置运用于汽轮发电机组的控制，只能实现对汽轮机响应负荷变化的控制，无法实现对锅炉的控制。因此，需要采用协调控制系统，对汽轮发电机组机、电、炉的多个变量进行协调控制，使机组既能满足电力系统的运行要求，又能保证整个机组的安全性、经济性。
（四）全厂控制系统
在有多台机组的电厂中，采用全厂控制系统对主站的AGC指令在机组之间进行负荷分配，能降低每台机组调节的频繁程度；进一步提高负荷分配的经济性；避开机组不宜运行的区域（如水电机组的振动区、气蚀区）；当其中某些机组因运行工况不能响应控制指令时（如启、停辅机），将控制指令转移给其它机组。因此，全厂控制系统是提高电厂的的安全性、经济性，改善控制性能的有效手段。
水轮机调节
1.油压装置安其布置方式可以分为分离式和组合式 两种. 2.调速器的油压装置是由:压力油罐、回油箱、中间油罐、螺杆油泵、补气 阀、 安全阀等组成。 3.齿盘测频回路具有输出频率信号电压的漂移量小,测频精度高的特点。 4.引入测频微分回路可以改善过渡过程的调节品质,提高速度性、缩短调节时 间、减少超调量。 5.位电转换器就是将机械位移信号转换成电信号的位电转换元件。 6.电液转换器室友电气-位移转换和液压放大两部分组成。 7.微机调速器由两部分组成,即微机调节器和液压随动系统。 8.微机型调速器按照输入信号种类的不同,分为模拟量和开关量信号等。 9.电液随动系统由电液转换元件、液压控制元件和执行元件等组成。 10.PLC微机调速器的频率测量采用残压测频时,信号取自母线电压互感器(TV) 或者发电机出口电压互感器;采用齿盘测频时,信号引自安装在水轮机大轴或 发电机大轴上的齿盘脉冲转速探测器。 12.微机调速器在不同运行工况下采用不同的调节规律、控制结构、调节参数 和调节模式。
13.微机型调速器的调节模式有频率调节模式、功率调节模式、开度调节模式。 14.频率调节模式是一种适用于机组空载运行、并入小电网或孤立电网运行和在大电网以调频方式运行的自动调节模式。 15.若机组并入电网运行,微机调速器一般采用开度调节模式或功率调节模式进行控制,其调节规律PI运算。 16.在模拟型电气液压调速器中,一般采用电液转换器将电气信号转换成机械液压信号。 17.微机调速器的电液伺服系统中所采用的电机转换装置有电液伺服阀、步进电机或伺服电机式电液转换器。电液伺服阀、电液比例阀、伺服电机、步进电机、数字阀。 18.调速器整机静态特性实验母的:通过对调速器静特性曲线y=f(n)的测定,确定调速器的转速死区i ,校验永态转差系数bp值,以鉴别调速器的制造和安 x 装质量。 19.调速器的动态实验主要指空载实验、突变负荷实验和甩负荷实验等。 20.空载扰动实验的目的:实在空载工况下以人为的方法向调节系统输入一个阶跃的转速扰动量,在此阶跃输入下,测出不同调节参数时的动态品质,从而确定空载运行时的最佳调节参数,并为带负荷运行确定参数参数提供初步依据。21.突变负
水轮机调节系统基本原理及应用
目录 第一章水轮机调节系统概述及对电力系统中的影响 (2) 第一节水轮机调节系统概况 (2) 第二节水轮机调节系统对电力系统运行的影响 (6) 第二章水轮机调速系统的基本原理 (9) 第一节水轮机调速系统的原理及分类 (9) 第二节水轮机调速系统的调差参数及不灵敏区 (11) 第三章电力系统对调速系统的控制 (13) 第一节电力系统频率控制的基本概念 (13) 第二节频率的一次调节 (17) 第三节自动发电控制（AGC） (18) 第一节电力系统频率的二次调节 (24) 第四章电力系统的自动发电控制系统 (31) 第一节、调度端自动发电控制系统概述 (31) 第二节自动发电控制系统（AGC） (32) 第三节水电机组的调节能力 (35) 第四节水电厂自动控制系统 (38)
第一章水轮机调节系统概述及对电力系统中的影响 第一节水轮机调节系统概况 一、水轮机调节的任务和特点 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。系统负荷发生变化时，对机组产生两方面的影响： 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。 系统负荷变化→系统电流的频率f发生变化，由于f是磁极对数p和转速n 的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。 水轮机调节的任务： 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频要求；完成调度下达的功率指令，调节水轮机组有功功率，满足电网二次调频要求；完成机组开机、停机、紧急停机等控制任务；执行计算机监控系统的调节及控制指令。保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz。启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。 水轮机调节的特点： 1．必须具备有足够大的调节功能 水轮发电机组是把水能转换成电能的机械．而水能因受自然条件的限制，通常水电站水头在几米至几百米的范围内，水轮机上的压力只有零点儿MPa至几MP,因此，发出较多的电功率，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需要有足够大的调节功能，调速器需要设置多级液压放大(通常为两级)和外加能源(油压装置)，并采用较大的液压接力器作为执行元件。 2．调节滞后易产生过调节 水轮机调节装置(即调速器)的执行机构——液压接力器具有较大的时间常数(一般达零点几秒到几秒)，调节对象也有较大的惯性时间。因此，当负荷变化时，导水机构不可能突然动作，以使水轮机的主动力矩适应外界负荷的变化，而是有一定的延迟时间，在这时间内机组转速不断升高或降低。当导水机构变化到动力矩与阻力矩相适应时，这时转速偏离额定值已有一定的数量，要使转速恢复到额定值也要合一定的时间，此时导水机构变化的数值又已超过需要调节的数值
水轮机调节
第四章 水轮机调节 一、水轮调节的任务 系统符合发生变化时，对机组产生两方面的影响： 1) 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电 压恢复并保持在许可范围内。 2) 系统负荷变化→系统电流的频率f 发生变化，由于f 是磁极对数p 和转速n 的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。 水轮机调节的任务： 1) 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。 2) 保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz ，大电力 系统不超过±0.2Hz 。 3) 启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达 到经济合理的运行。 二、水轮机调节原理 水轮发电机组的运动方程式为： dt d J M M g t ?=- 式中： M t ——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功) M g ——发电机的阻力矩 J ——机组惯性矩； ω——角速度； 由此方程可见：当M t - M g >0时，机组转速上升； 当M t - M g >0时，机组转速下降； 当M t - M g =0时，机组转速保持不变。 所以当负荷变化时，应调节M t ，使M t =M g ，n =n e 又：? ηληγ?QH M QH M t t = ?=
所以，要使ω=C，一般不能改变H和效率η，而是通过改变Q而达到改变主动力矩M t的目的。 调节流量的途径： 反击式：通过改变导叶开度a0，ZZ：同时改变叶片转角。 冲击式：通过改变喷嘴开度。 水轮机调节的定义： 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。 调节实质：调节转速 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。 三、水轮机调节系统的组成 水轮机自动调节系统：调速柜+油压设备+接力器。其中中小型水轮机调速器将这三部分组合成一个整体，称为组合式，运行方便。 调速柜的作用：以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，以达到改变出力恢复转速的目的。 调速系统
水轮机的工作原理,类型,应用
水轮机的工作原理,类型,应用 水轮机是一种利用水能转换为机械能的装置。它的工作原理基于水的动能和势能的转化，通过水的流动驱动叶轮旋转，进而带动发电机等设备工作。水轮机的类型多样，根据不同的工作原理和结构特点可以分为各种不同的型号。水轮机广泛应用于水电站、发电厂、农田灌溉和工业生产等领域。 水轮机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，水从水源通过引水系统流入水轮机的进水口；其次，水通过导水管道进入叶轮，叶轮上的叶片会因水的冲击力而转动；然后，叶轮的转动使得轴承带动发电机等设备旋转，最终将水的动能转化为机械能。整个过程中，水通过叶轮的冲击和压力差的作用，完成了能量的转换和传递。 根据水轮机的结构和工作原理的不同，可以分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两大类。垂直轴水轮机的叶轮轴线与水平面垂直，其叶轮通常由多个叶片组成，水流与叶轮的轴线垂直方向相遇。而水平轴水轮机的叶轮轴线与水平面平行，其叶轮轴通常设置在水流方向上。水轮机还可以根据叶轮的形状、转动方式和布置方式划分为不同的型号，如斜流式水轮机、混流式水轮机和轴流式水轮机等。 水轮机广泛应用于水电站和发电厂中。水电站是利用水的能量转化为电能的场所，水轮机作为水电站的核心设备，承担着将水的动能转化为机械能的重要任务。通过水轮机的旋转，可以带动发电机发
电，将水能转化为电能，并向社会供应清洁、可再生的电力资源。此外，水轮机还被广泛应用于农田灌溉和工业生产领域。在农田灌溉中，水轮机可以通过引水系统将水从河流或水库引入农田，提供灌溉水源；在工业生产中，水轮机可以驱动各种设备和机械，满足工业生产的需求。 水轮机是一种重要的水能利用装置，其工作原理基于水的动能和势能的转化。根据不同的工作原理和结构特点，水轮机可以分为各种不同的类型。水轮机广泛应用于水电站、发电厂、农田灌溉和工业生产等领域，为社会提供清洁、可再生的能源和动力支持。随着科学技术的不断发展，水轮机的性能和效率将继续提升，为可持续发展和节能减排做出更大的贡献。
水轮机调节应知应会
水轮机调速器期末复习资料 第一章水轮机调节的基本概念 水轮机调节系统由被控制系统（调节对象）和被控制系统（调节器）所组成，对水电站而言，调节器就是调速器。由于水电站是一个水、机、电综合系统，一方面机组与压力引水道有水力上的联系，另一方面又与电力系统有电气上的联系。因而调节对象包括机组（水轮机和发电机）、引水道和电网。 国家电力部门规定，电网的额定频率为50Hz（赫兹），大电网（容量大于3000MW）允许的频率偏差为±0.2Hz，小电网（容量小于3000MW）允许的频率偏差为±0.5。 水轮机调节的任务就是解决如何能使机组转速（频率）保持在额定值附件的某个范围之内。 水轮机调节的实质就是：根据偏离额定值的转速（频率）偏差信号，调节水轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机机组功率与负荷功率的平衡。 调节进入水轮机的流量，对于混流式水轮机，采用改变导叶开度的办法；对于转桨式水轮机，采用同时协联改变导叶开度和转轮叶片角度的办法；对冲击式水轮机，采用同时协联改变喷针行程和折向器开度的办法来实现。 水轮机调速器是水电站水轮发电机组重要的辅助设备之一，它除了控制机组的转速之外，还与电站二次回路或微机监控系统相配合，完成如下的工作： （1）进行机组的正常操作：机组的开停机、增减负荷以及发电、调相等各种工况的相互切换。 （2）保证机组的安全运行：在各种事故情况下，机组甩掉全部负荷后，调速系统应能保证机组迅速稳定在空载转速或根据指令信号，可靠地紧急停机。 （3）实现机组的经济运行：按要求自动分配机组间的负荷。 按调速器元件结构分类——可分为机械液压型和电气液压型两大类。 按调速器容量的大小分类——可分为大型调速器、中小型调速器和特小型调速器。 按调速器调节规律分类——可分为PI型和PID型调速器。 按调速器所用油压装置和接力器是否单独设置分类——可分为独立式和分离式调速器。 YT－6000；YDT－18000；WST－100型号的含义。 第二章机械液压型调速器 自动调速器是为实现调节规律而设置的，在水电站的基本任务是调整转速、调整功率。完成这个任务的各种调速器的各个环节的结构形式是十分不同的，但从调节原理图来看，仍能归纳成同一种形式（机械调速器）——基于“检测偏差、纠正偏差”。 电液调速器是在机械液压型调速器上的基础上发展起来的，它们的基本原理是一致的，电液调速器的液压放大等部分与机械液压型调速器的对应部分是类似的。因此，掌握机械液压型调速器的结构、性能和工作原理仍然是非常必要的。 测量（速）环节是水轮机调速器系统主要环节之一，用于测量水轮发电机组每一瞬间的转速（频率）对额定转速的偏差，并以位移作为输出，输出信号经放大后去操纵导水机构。 离心摆由安装在其顶上的电动机驱动，YT型调速器的驱动电机通常为异步电动机。电动机由与水轮发电机同轴的永磁发电机供电，或由水轮发电机输出端母线通过电压互感器供电，因此离心摆的转速与水轮发电机组的转速成正比。当机组转速变化时，离心摆转速也随之按比例相应变化。
水轮机调速器的工作原理
水轮机调速器的工作原理 水轮机调速器是水力发电厂中非常重要的设备，它的主要作用是控制水轮机的转速，以确保水轮机在各种工况下都能稳定运行。水轮机调速器的工作原理涉及到液压控制、机械传动和自动调节等多个方面，下面我们将详细介绍其工作原理。 首先，水轮机调速器通过调节导叶的开度来控制水流进入水轮机的量，从而控制水轮机的转速。导叶的开度由液压控制系统来实现，液压控制系统通过控制液压阀来调节液压缸的工作状态，进而改变导叶的开度。当需要提高水轮机的转速时，液压控制系统会使液压缸伸出，导叶打开，增加水流量；相反，当需要降低水轮机的转速时，液压控制系统会使液压缸缩回，导叶关闭，减少水流量。这样，水轮机的转速就能够得到有效地调节。 其次，水轮机调速器还包括了机械传动系统，用于传递导叶的开度到水轮机转子上。机械传动系统通常由齿轮、链条或传动带等组成，它们能够将液压控制系统调节的导叶开度准确地传递给水轮机转子，从而实现转速的调节。这样，液压控制系统和机械传动系统共同协作，保证了水轮机调速器的准确性和可靠性。 此外，水轮机调速器还具有自动调节功能，能够根据水轮机的负荷变化自动调节水轮机的转速。当负荷增加时，水轮机调速器会自动增加导叶的开度，增加水流量，以提高水轮机的转速；相反，当负荷减小时，水轮机调速器会自动减小导叶的开度，减少水流量，以降低水轮机的转速。这种自动调节功能能够使水轮机在不同负荷下都能够稳定运行，保证了水力发电厂的正常供电。 总之，水轮机调速器的工作原理涉及液压控制、机械传动和自动调节等多个方面，通过这些方面的协作，水轮机调速器能够准确、可靠地控制水轮机的转速，保证水力发电厂的正常运行。希望本文能够对水轮机调速器的工作原理有所帮助，谢谢阅读！
水轮机调节基础知识
水轮机调节基础知识 1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内 而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf越大，或者Sf越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定：TW越小、TA越大、en越大、TD越大、bp越大 6、Tw大则应增加bt以减小水击。，Ta小则应增加bt以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接 力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构,输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或 比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件,只在调节过程中存在,~~调节过程结束 后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和 改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用:用于改变机组静特性斜率,~~确定并列运行机组之间负荷的分配,负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网 运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y与输入信号转速x之间的关系称为调节规律。PI:比 例积分型G PI（S）4P/I/S, PID比例积分微分型&D（S）T P#I/S#D S 24、bp与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。ep与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器; 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器; 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流 转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI型，PID型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理：当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程 之间的对应关系。
水轮机调速器结构及工作原理
水轮机调速器结构及工作原理 水轮机调速器是水轮机系统中的重要设备，其主要功能是控制水轮机的转速，以满足不同负载工况下的运行要求。本文将从结构和工作原理两个方面介绍水轮机调速器的基本知识。 一、水轮机调速器的结构 水轮机调速器一般由调速机构、液压控制系统和电气控制系统三部分组成。 1. 调速机构 调速机构是水轮机调速器的核心部分，它通过改变水轮机的导叶开度来调节水轮机的转速。调速机构主要由调节器、传动装置和导叶机构组成。 调节器是水轮机调速器的关键部件，它通过接收输入信号，控制传动装置的运动，从而改变导叶的开度。常见的调节器有液压调节器和电动调节器两种。 传动装置是将调节器的运动转化为导叶运动的装置，常见的传动装置有丝杠传动和液压传动两种。 导叶机构是通过传动装置将调节器的运动传递给导叶，改变导叶的开度。导叶机构主要由导叶轴、导叶臂和导叶组成。 2. 液压控制系统
液压控制系统是水轮机调速器的控制部分，它通过控制液压元件的工作状态，实现对调速机构的控制。 液压控制系统一般由液压泵站、液压缸和液压阀组成。液压泵站负责提供液压能源，液压缸负责执行调速机构的运动，液压阀负责控制液压缸的工作状态。 3. 电气控制系统 电气控制系统是水轮机调速器的辅助部分，它通过控制电气元件的工作状态，实现对液压控制系统的控制。 电气控制系统一般由控制柜、传感器和执行器组成。控制柜负责接收输入信号和控制输出信号，传感器负责感知水轮机的运行状态，执行器负责执行控制柜的输出信号。 二、水轮机调速器的工作原理 水轮机调速器的工作原理主要是通过调节水轮机的导叶开度来改变水轮机的转速。 当负载增加时，调速器接收到输入信号后，调节器会发出相应的指令，通过传动装置将运动转化为导叶的运动，导叶的开度逐渐增大。导叶开度增大会减小水轮机叶片与水流的夹角，使水轮机的输出功率增加，从而使转速稳定在设定值附近。 当负载减小时，调速器接收到输入信号后，调节器会发出相应的指
水轮机调速系统
水轮机调速系统 用是什么？ 水水能电能 转速给定 自动调速器由测量元件、放大元件、执行元件和反馈（或稳定）元件构成。测量元件负责测量机组输出电能的频率，并与频率给定值比较，当测得的频率偏离给定值知，发出调节信号 放大元件负责把调节信号放大，然后通过执行元件去改变导水机构的开度，使频率恢复到给定值 反馈元件的作用是使调节系统的工作稳定 2、水轮机调速器的主要作用是什么？ 答：（1）根据发电机负荷的增、减，调节进入水轮机的流量，使水轮机的出力与外界的负荷相适应，让转速保持在额定值，从而保持频率（f=50Hz）不变
或在允许范围内变动 （2）自动或手动启动、停止机组和事故停机 （3）当机组并列运行时，自动地分配各机组之间的负荷 3、水轮机调速器分哪几种类型？调速器型号的含义是什么？ 答：按照测速元件的不同型式，可分为机械液压型调速器（简称机调）、电气液压型（简称电液）调速器和微机调速器 按调整流量的操作方式不同分为单调和双调两类。如混流式和轴流定桨式水轮机，只采用改变导叶开度的方法来调节流量的叫单调；而轴流转桨式水轮机采用改变导叶开度同时改变转轮叶片角度的方法来调节流量，此种方法叫双调；冲击式水轮机在改变喷针行程的同时，还采用协联动作改变折向器的方法调节流量，也叫双调 4、电液调速器由那几部分组成？其主要元件叫什么？ 答：由电气和机械液压两部分组成。其主要元件包括：永磁（也称测速）发电机、测频回路、信号综合放大回路，调节信号放大回路、电液转换器及机械液压放大装置。 此外还有位移传感器、缓冲回路、功率给定与硬反馈回路、功率给定与频率给定回路以及开度限制机构等 5、电液调速器中，永磁发电机、测频回路和电液转换器各起什么作用？ 答：永磁发电机是装在机组主轴上，用以反映机组频率（或转速）变化的测速发电机，它供给测频回路频率偏差信号，同时供给调速器中各电气回路的电源测频回路就是利用电容元件C和电感元件L组成的谐振回路，相当机械调速 器中飞摆的作用。它将永磁发电机送来的频率（转速）变化与给定值之偏差△
水电站 调速系统工作原理
水电站调速系统工作原理 水电站调速系统是指控制水轮发电机的转速和输出功率的系统。它通过调节水轮机进水量和叶片角度，使水轮机的转速保持在稳定的工作状态，以满足电网的需求。本文将详细介绍水电站调速系统的工作原理。 一、水电站调速系统的组成 水电站调速系统主要由水轮机、水轮机调节器、水轮机控制系统和电网组成。 1. 水轮机：水轮机是水电站的核心设备，它将水的动能转化为机械能，驱动发电机发电。 2. 水轮机调节器：水轮机调节器是用来调节水轮机叶片角度和进水量的装置。它根据电网负荷的变化，控制水轮机的转速和输出功率。 3. 水轮机控制系统：水轮机控制系统是水电站调速系统的核心部分，它根据电网的负荷变化和调节信号，控制水轮机调节器的动作，实现水轮机的调速和输出功率的控制。 4. 电网：电网是水电站调速系统的负荷依据，根据电网的负荷需求，调节水轮机的输出功率。 二、水电站调速系统的工作原理
水电站调速系统的工作原理可以分为两个层次：水轮机调节器的调节和水轮机控制系统的控制。 1. 水轮机调节器的调节 水轮机调节器通过调节水轮机叶片角度和进水量来控制水轮机的转速和输出功率。当电网负荷增加时，水轮机调节器会增大叶片角度，使水轮机进水量增加，从而提高水轮机的转速和输出功率；当电网负荷减少时，水轮机调节器会减小叶片角度，使水轮机进水量减少，从而降低水轮机的转速和输出功率。 2. 水轮机控制系统的控制 水轮机控制系统接收电网负荷信号和调节信号，根据电网负荷的变化和调节需求，控制水轮机调节器的动作。当电网负荷增加时，水轮机控制系统会发送信号给水轮机调节器，使其增大叶片角度，增加进水量；当电网负荷减少时，水轮机控制系统会发送信号给水轮机调节器，使其减小叶片角度，减少进水量。 水轮机控制系统还会监测和保护水轮机的运行状态，当水轮机出现故障或异常情况时，及时采取相应的措施，确保水轮机的安全运行。 三、水电站调速系统的作用 水电站调速系统的主要作用是保持水轮机的稳定运行，使其能够按
水轮机工作原理
水轮机工作原理 水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置，它是水力发电站的核心设备之一。水轮机工作原理的了解对于水力发电有着重要的意义。本文将从水轮机的结构和工作原理两个方面来详细介绍。 首先，我们来看一下水轮机的结构。水轮机主要由转子、定子和导流装置组成。转子是水轮机的主要部件，它通常由叶片和轮毂组成。叶片是承受水流冲击的部分，它的形状和数量会影响水轮机的性能。轮毂则是叶片的支撑部分，承受叶片的受力。定子则是固定在水轮机机壳上的部件，它的作用是引导水流进入转子，并且将水流引导出水轮机。导流装置的作用是调节水流的流量和流速，以保证水轮机的正常运转。 接下来，我们来介绍一下水轮机的工作原理。当水流经过水轮机时，水流的动 能会转化为机械能，驱动水轮机的转子旋转。水流首先经过导流装置，被引导进入转子的叶片之间。由于叶片的特殊形状，水流会对叶片产生压力，使得叶片产生力矩，从而驱动转子旋转。转子的旋转带动发电机转子旋转，最终将机械能转化为电能。 在水轮机工作过程中，需要注意水流的流量和流速对水轮机的影响。流量是指 单位时间内通过水轮机的水量，流速是指水流的速度。流量和流速的大小会直接影响水轮机的转速和输出功率。因此，在设计水轮机时，需要根据水流的实际情况来确定合适的叶片形状和数量，以及合理的导流装置结构，以提高水轮机的效率。 此外，水轮机还需要考虑水轮机的启动和停止控制。在水轮机启动时，需要逐 渐增加水流的流量和流速，以避免水轮机因突然的冲击而受到损坏。而在停止时，则需要逐渐减小水流的流量和流速，以确保水轮机平稳停止运转。 总的来说，水轮机是一种利用水能转换成机械能的重要装置，它的工作原理涉 及到水流动能转换、叶片结构设计、启动和停止控制等多个方面。通过对水轮机工
水电站调速系统自动补气装置改造
水电站调速系统自动补气装置改造 摘要：压力油罐在调速系统中的作用是用来传递能量，将系统的压力稳定在 正常范围之内，油罐内压缩空气与油比值为1：2，当油气比例失衡时，则有可能 威胁到机组的安全稳定运行，本文介绍了一种调速系统自动补气装置改造方法。 关键词：调速系统；自动补气；改造 0 概述 观音岩水电站位于云南省丽江市华坪县（左岸）与四川省攀枝花市（右岸） 交界的金沙江中游河段上，为金沙江中游河段规划八个梯级电站中的最末一个梯级，上游与鲁地拉水电站相衔接。电站装机5台，单机容量600MW，总装机容量3000MW。水轮机控制系统采用南瑞集团公司生产的SAFR-2000H型微机调速系统。 1 水轮机调节的基本原理 水轮发电机组的转动部分是作旋转运动的物体，由于水流的作用，在机组上 有一个旋转力矩——水轮机动力矩，它的方向与机组的旋转方向一致，推动机组 转动。同时在机组上还有一个阻力矩，它由两部分组成，一部分是发电机定子磁 场对转子磁场的反作用；另一部分是轴承的摩擦损失、风阻损失及励磁机有功功 率等。阻力矩作用方向与动力矩作用方向相反，是与转动方向逆向的。当动力矩 等于阻力矩时，机组旋转的角速度不变，也就是转速（频率）不变；当动力矩大 于阻力矩时，转速上升；当动力矩小于阻力矩时，转速下降。而机组转速（频率）的变化将导致输送给用户的电能频率发生变化，也就对用户的用电设备的正常工 作造成影响，比如若电源的频率超过标准，纺纱厂纺出的纱就会粗细不匀、轧钢 厂轧出来的钢板的厚薄就会超差等，水轮发电机组作为电力系统的一部分应该保 持转速稳定在与之相对应的范围。 水轮机的出力反映在动力矩上，主要与通过水轮机的流量、工作水头有关。 由于水头在短时间内很少变化，因此出力的变化主要反映在流量的变化上。而流
水轮机调速器液压系统工作原理
GLYWT-PLC-5500系列 全数字可编程微机组合式调速器 (高油压型) 液压系统工作原理 武汉四创自动控制技术有限责任公司
一、工作原理 本节内容，请读者结合原理框图和液压系统图阅读。 本液压系统采用双油路控制方式控制接力器的位移；接力器的关腔常通压力油（注：接力器有杆腔为关腔，无杆腔为开腔）。正常运行时微机按照具体的工况选择不同的液压回路进行控制。 一、在紧急停机电磁阀4通压力油的情形下（左位）有以下五种工况： （１）小波动关机工况：当接力器微幅调节时，输出信号控制小波动关机球阀1动作，使它处于左位，压力油由1小波动 关机球阀流向14液控单向阀(液压锁)通过13单双向节流阀 及10液控单向阀进入接力器的关腔，开腔的油由13单双 向节流阀流向14液控单向阀(液压锁)通过2小波动开机球 阀进入回油箱；小波动关机球阀1控制信号断开时，接力 器停止动作。 （２）小波动开机工况：当接力器微幅调节时，输出信号控制小波
动开机球阀2动作，使它处于左位，压力油由2小波动开 机球阀流向14液控单向阀(液压锁)通过13单双向节流阀进 入接力器的开腔，关腔的油由10液控单向阀流向13单双 向节流阀及14液控单向阀(液压锁)通过1小波动关机球阀 进入回油箱；小波动开机球阀2控制信号断开时，接力器 停止动作。 （３）大波动关机工况：当接力器需动作较大行程时，输出信号控制3大波动关机球阀，使3大波动关机球阀处于左位， 现在3大波动关机球阀把9及12插装阀的控制油排回油箱， 插装阀打开，压力油由9插装阀流向10液控单向阀进入接 力器的关腔，开腔的油由12插装阀进入回油箱；大波动关 机球阀3控制信号断开时，接力器停止动作。 （４）大波动开机工况：当接力器需动作较大行程时，输出信号控制5大波动开机球阀动作，使5大波动开机球阀处于左 位，现在5大波动开机球阀把7及8插装阀的控制油排回 油箱，插装阀打开，压力油由7插装阀流向接力器的开腔， 关腔的油由10液控单向阀通过8插装阀进入回油箱；大波 动开机球阀5控制信号断开时，接力器停止动作。（５）稳固平衡工况：在电磁铁失电情形下，接力器处在稳固平衡状态下，各电磁阀均处于自锁状态（油路封锁）。这就是说 当电气部份故障时，接力器将维持原开度不变。现在可用手 动按钮进行手动操作。
阐述水轮机调速系统的应用与故障维修
阐述水轮机调速系统的应用与故障维修 水轮机调速器是一种辅助设备，通过配合电站二次回路，配合微机监控系统，完成水轮机发电机组的开停机、增减负荷、紧急停机等任务，是水电站发电机组的重要的辅助设备之一。液压技术和自动化技术带动水轮机调速系统发展，目前水轮机调速器品种繁多，其性能和灵活性设计更加优异。水轮机调速系统优劣是发电机组是否安全的重要影响因素。实际生产过程中，水轮机调速系统会出现故障，影响机组正常工作，导致经济效益下滑，所以要及时发现并排除故障，做好故障维修。笔者对水轮机调速系统进行了分析，探讨了水轮机调速系统的应用以和故障维修的几种方法，仅供交流参考。 1、水轮机调速系统概述 1.1水轮机调速系统的基本结构 水轮机调速器是水电系统中最重要的结构之一。水轮机根据电网负荷变化类调节输出功率，保证电频稳定。调速器主要有控制部件和执行部件两部分组成。控制对象有水轮机、水轮机引水系统和发电机负载。通常情况下，人们将调速器、调速器控制对象看做一个整体，叫做水轮机调速系统。水轮机调速系统是非线性的非最小相位系统，非常复杂。 1.2调速器工作容量简介 一般情况下，中小型调速器的工作容量是用接力器工作容量来表征，大型调速器用主配压阀活塞的直径和工作油压来表征。工作容量是指设计油压下接力器活塞作用力和接力器全行程的乘积，单位是N.m。目前工作油压一般控制在16Mpa，中小型调速器工作容量一般为300000N.m；工作油压控制在4.0Mpa到6.3Mpa，大型调速器的工作容量为80mm，100mm，150mm，200mm。 2、水轮机调速系统的应用 2.1水轮机调速系统的发展应用 我国水轮机调速器的发展经历了五个阶段，分别是机械液压调速器、电子管电液调速器、晶体管电液调速器、集成电路电液调速器和微机电液调速器。微机调速器的电气控制器包括两个部分，分别是可编程逻辑控制器（简称PLC）和可编程计算机控制器（简称PCC）。在微机调速器的液压随动系统中，电液转换器
水轮机的应用工作原理
水轮机的应用工作原理 水轮机简介 水轮机是一种利用水能将其转换成机械能的机械装置。它是由水轮和转速减速 装置组成的。水轮由转动的转子和固定的定子构成，其工作原理是通过水的流动使转子转动，进而带动其他设备工作，如发电机、水泵等。水轮机广泛应用于水电站、水泵站、发电厂等领域。本文将介绍水轮机的应用工作原理。 水轮机工作原理 水轮机的工作原理基于流体力学和机械运动学原理。当水流经由水轮机时，通 过水轮叶片的作用，水流的动能被转换成叶片和轮盘的转动动能。水轮机利用这种转动动能将其传递给其他旋转设备，如发电机。 水轮机的工作原理可以分为以下几个步骤： 1.水的引导：通过水管将水引导至水轮的位置。为了保证水的稳定流量 和流速，通常需要设置调节阀门、喷嘴等设备。 2.水流作用：水进入水轮机后，通过叶片的设计形状和设置的角度，在 叶片上产生压力和流速变化。这些变化会使叶片产生对流体的作用力，从而产生转动力。 3.转子转动：叶片上的转动力会使水轮转动。水轮通过轴和轮盘与其他 设备相连，将转动动能传递给其他设备，实现机械能的转换。 4.机械能的利用：水轮机常用于发电站中，通过转动的水轮带动发电机 转子转动，将机械能转换成电能。水轮机还可以用于驱动其他设备，如水泵、压缩机等。 水轮机的应用场景 水轮机由于其高效节能、环保的特点，在各个领域具有广泛的应用。以下是水 轮机的几个常见应用场景： •水电站：水轮机广泛应用于水电站中，将水能转换为电能。水电站利用水土资源，具有可再生性和清洁能源的特点，对环境污染少，广泛用于电力供应。 •治理和利用水资源：水轮机也可以用于水资源的运输、排放和处理。 例如，在长江三峡水电站中，水轮机被用于控制水位，调节水流，减轻水灾的影响。
水轮机的类型构造及工作原理
水轮机的类型构造及工作原理 水轮机是一种将水流动能转化为机械能的装置，广泛应用于水利发电、抽水、供水等领域。根据不同的工作原理和构造方式，水轮机可以分为以 下几种类型： 1. 蓄能式水轮机（Impulse Water Turbine）：蓄能式水轮机通过高 速水流冲击叶轮上的叶片，将水流的动能转化为叶轮的动能，再通过机械 传动将动能转化为机械能。蓄能式水轮机可以进一步分为斯奈尔逊水轮机、佩尔顿水轮机和弧翻水轮机等。 斯奈尔逊水轮机（Pelton Turbine）：斯奈尔逊水轮机是一种利用高 速喷射水流冲击叶片的水轮机。当高速的水流经过喷射管，喷射口处有一 个喷嘴，水流经过喷嘴变为高速的射流，射流喷向叶轮上的叶片，冲击叶 片使其转动。斯奈尔逊水轮机主要适用于高水头和小流量的水力发电站。 佩尔顿水轮机（Turgo Turbine）：佩尔顿水轮机是斯奈尔逊水轮机 的改进型，喷口由一个切割型孔道和一个喷射皮供水孔组成，通过设计孔 道形状和取适当的工作压力，充分利用水力能量，使得佩尔顿水轮机相对 效率高，适用于中、小型水力发电站。 弧翻水轮机（Cross-Flow Turbine）：弧翻水轮机是一种垂直轴流式 水轮机，水流经过顶部的导水管流入导水槽，然后通过导叶导入叶轮，流 经叶轮后再通过弧翻装置流出。弧翻水轮机适用于较低水头和大流量的水 力发电站。 2. 反作用式水轮机（Reaction Water Turbine）：反作用式水轮机 是通过水流对叶轮叶片的冲击和流经叶轮的作用力来驱动叶轮旋转的水轮
机。反作用式水轮机可以进一步分为法兰西斯水轮机、咆哮水轮机、半径 式水轮机等。 法兰西斯水轮机（Francis Turbine）：法兰西斯水轮机是一种水流 流过叶轮两侧的轴流水轮机，水流首先流经导叶，然后分流流经叶轮两侧，冲击叶片使其旋转。法兰西斯水轮机适用于中、高水头和大流量的水力发 电站。 咆哮水轮机（Kaplan Turbine）：咆哮水轮机是一种可调桨叶片的轴 流水轮机，叶轮上的桨叶可以根据水流条件的不同调节叶片角度，以适应 不同的工况。咆哮水轮机适用于低水头和大流量的水力发电站。 半径式水轮机（Bulb Turbine）：半径式水轮机结构紧凑，叶轮安装 在花样轴上，整体浸没在水中，适用于河流水位变化较大的水力发电站。 水轮机的工作原理基于动能守恒和牛顿第二定律： 1.动能守恒：水流入水轮机前具有一定的动能（动能=1/2×流体质量 ×速度的平方），冲击叶轮后动能减小，同时叶轮受到冲击的受力，此过 程中动能转化为叶轮的动能和压力能。 2.牛顿第二定律：根据牛顿第二定律，流体的作用力等于流体质量乘 以加速度，水流对叶轮的冲击力会使叶轮受力并旋转。 通过水流的动能转化为叶轮的动能和压力能，水轮机实现了水流的动 能转化为机械能。同时，水轮机的叶轮通过机械传动将机械能输出，驱动 发电机或其他机械设备工作。 总之，不同类型的水轮机根据水流的运动方式和工作原理的不同，适 用于不同的水力发电站和水利工程。它们通过在高水头和大流量的条件下，将水的动能转化为机械能，实现了有效利用水资源的目标。
水轮机自动调节
第一章 发电启动控制的组成及过程 在水力发电过程中，首先将水能通过水轮机转换为旋转的机械能，再经由同步发电机转换为三相交流电能，然后电能通过变电、输电、配电及供电系统送至电力用户消耗。当电力系统有功负荷（电能消耗）发生变化时，必然引起整个系统能量的不平衡，从而引起系统频率发生波动。为了保证电能的频率稳定，必须对水轮发电机组的转速进行控制。水轮机调速器承担着控制机组转速的任务，调速器通过检测机组的转速与给定值比较形成转速偏差，转速偏差信号再经过一定的控制运算形成调节型号，然后通过功率放大操纵导水机构控制水能输入，使水能输入与电力有功负荷相适应。同样，当电力系统电力无功不平衡时，将会引起系统电压发生波动，励磁装置承担着稳定电压的作用，并且励磁系统能够改善并网运行发电机的功角稳定性。 2.水轮机调节系统的组成及各元件的作用 水轮机自动调节系统是由水力系统、水轮发电机组及电力系统所组成的调节对象和调速器组成的。调速器包括了测量元件、比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等。 测量元件（离心飞摆）作用是将机组转速信号转换为相应的机械位移信号。
放大元件（配压阀和接力器构成的液压放大器）作用是把测量元件输出的机械位移量进行功率放大，通过执行元件操作控制笨重的倒水机构。 设置反馈元件的目的是对放大元件进行校正，改变调速器的控制规律，以保证水轮机调节系统动态稳定性。 接力器兼作执行元件，操作水轮机的开度。 比较元件（由弹簧、轴承、滑环等组成）在A点位置保持不变时，人为调整转速给定把手，弹簧力发生变化，离心力必须相应变化，相当于离心飞摆转速或机组转速发生了变化。 4.水轮机调速器是如何分类的？ 1. 按元件结构分：a机械液压型调速器（元件均是机械的）b电气液压型调速器（模拟电气液压型；数字电气液压型又名微机调速器） 2. 按系统结构分：a辅助接力器型调速器（跨越反馈）b中间接力器型调速器（逐级反馈）c调节器型调速器（随动系统） 3. 按控制策略分：PI调节型，PID调节型，智能控制型 4. 按执行机构数目分：单调节调速器，双调节调速器 5. 按工作容量分：大型，中型，小型和特小型 第二章 5.分析建模基础 以应用最为广泛的缓冲室式机械液压型调速器为例，它是由测量元件，放大元件，反馈元件，永态转差机构等构成，首先测量元件的作用是将机组转速信号转