水轮机调速器系统

系统调节原理框图
手动及 容错阀 手动控制
切换阀 模拟传感器
调速器的控制方式
1、自动控制回路包括两种方式，正常情况下通路为：电气控制柜输 出控制信号（连续电压）—伺服阀功放—伺服比例阀—切换阀— 主配—接力器，该控制的稳定性和精度靠三个闭环反馈来实现： 伺服阀位移反馈、主配压阀位移反馈、主接力器位移反馈。 2、异常情况下（在伺服阀发生故障时），装置自动切除伺服阀控制， 并切换到容错控制阀组，其通路为：电气控制柜输出控制信号 （断续脉冲）—容错控制阀组—切换阀—主配—接力器。此时仍 能维持接力器自动闭环控制，但精度有所降低。 3、手动控制：手动控制开关（断续脉冲）—容错控制阀组—切换 阀—主配—接力器。通过主配压阀自动复中和模拟式导叶开度传 感器来保证接力器稳定在某个位置。 4、紧急停机操作是通过操作紧急停机阀完成，其直接控制主配压阀 完成关方向动作。
双机切换模件

双机切换模件的主要功能是根据A、B系统的 工作状态、故障情况进行主/从机切换控制。 其工作原理：A、B系统的工作状态、故障信 号以及切换按键状态分别送给可编程逻辑电路 GAL20V8，通过预编程的切换逻辑选择控制 系统的主/从机状态。产生的主/从切换信号返 回A、B系统，同时通过对输出切换继电器进 行控制，切换控制信号的输出。切换原则如下：
运行界面的信息窗


信息窗用来显示系统的主要控制量及内 部参数的当前值。窗口左右对称，分别 显示A、B两套系统较为详细的状态信息。 显示的信息包括：电网频率、频率给定、 机组频率、机组转速、导叶给定、导叶 行程、轮叶给定、轮叶行程、稳零积分、 电气开限、空载开度、转速备用、导叶 输出、轮叶输出、运行水头、功率给定 等内部参数。
水轮机调速器系统
学习主要内容


水轮机调速器系统主要作用 水轮机调速器系统分类及组成 水轮机调速器系统工作原理 水轮机调速器的各元件位置及作用 机组手动/自动开停机/负荷加减的操作 事故停机及分段关闭装置
调速系统模拟图
水电站
【吉林台水电开发有限公司 】
引言

有混流式、轴流式、贯流式等，冲击式 水轮机有水斗式、斜击式和双击式等。 调速器与机组构成水轮机调节系统，调 速器是调节设备，机组是被调节设备， 调速器是作用于水轮机的，为水轮机服 务。现代水轮机分为冲击式水轮机和反 击式水轮机两大类。反击式水轮机
调速系统主要作用
1、维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频要 求； 电力系统的频率稳定主要取决于系统内有功功率的 平衡，当系统缺有功时，系统频率就下降，当系统有 功功率多时，系统频率就上升。水轮机调速器的主要 任务就是发电机在空载时维护机组转速在额定值左右， 而在并网发电后调速器的主要作用是实现功率调节同 时以50HZ作为频率调节的给定值，并维持机组频率在 50±人工死区范围内。一个性能良好的水轮机调速器 可以保证发电机组和电力系统的安全可靠，并且可以 提高发电机组和电力系统的技术经济指标．
调速器的分类
3、按调节机构数目分类 单调节调速器：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。 双调节调速器：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。
调速器系统的组成
主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接 力器、油压装置三部分组成。 1、 调速柜 控制水轮机的主要设备，能感受指令 并加以放大，操作执行机构，使转速保 持在额定范围内。调速柜还可进行水轮 机开机、停机操作，并进行调速器参数 的整定。
双机切换的原则




当A、B系统都在运行情况下，且都没有任何故障以切 换按键所选择的系统控制输出。 当A、B系统中一系统有故障，另一系统工作正常，不 管选择哪一个系统，都由工作正常的系统控制输出。 当一系统在调试状态，另一系统在运行状态，无论运 行系统有无故障，都由运行状态的系统控制输出。 当双系统均在调试状态，无论故障与否，都由被选系 统控制输出。 当双系统均无控制能力，装置切手动运行。
组合电源模件

组合电源模件的主要功能是：将双重供 电模块提供的直流220V电源变换为1路 +5V电源输出和2路±12V电源输出。各 组电源相互独立，分别为插箱内的数字 系统及输入、输出系统供电，以实现在 电气上的隔离。
主机模件


主机模件是整个装置的核心，其性能优 劣是装置能否长期稳定运行的关键 。 面板下方右侧有1个按键开关，用来选择 调试/运行工作模式。
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2009-7-25
电能质量指标


电压：励磁调节器进行调整 频率：大型电力系统要求频率波动 ±0.2HZ，中小型电力系统要求频率波 动±0.5HZ，频率的调节可以分为一次 调频，二次调频，甚至三次调频多个过 程来实现，参于频率调节的环节也很多， 最终的执行机构是调速器。
调速系统服务对象

现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式 水轮机两大类。反击式水轮机有混流式、 轴流式、贯流式等，冲击式水轮机有水 斗式、斜击式和双击式等。调速器与机 组构成水轮机调节系统，调速器是调节 设备，机组是被调节设备，调速器是作 用于水轮机的，为水轮机服务。
液压调节柜组成

本柜的组成包括：电液伺服比例阀、主 配压阀、容错及手动控制阀、紧急停机 阀、切换油路用阀、手动调节速度用的 单向节流叠加阀及节流阀、双切换滤油 器及其上的测量滤芯内外压力的压力表 和差压发讯器、控制油总阀等。
主要技术参数




3-1． 主要技术参数 额定工作压力： 4.0Mpa 主配压阀直径： 100mm 主配压阀最大行程： ±15mm 控制腔活塞直径： 65mm 控制阀组公称通径： DN6 滤油器过流（单个）： 190L/min 滤 芯 精 度： 10~25um 电磁铁工作电压： 24VDC或220VDC 滤芯最大耐压差： 0.5Mpa 差压发讯器发讯压差： 0.35 Mpa
软件介绍

全部软件都是功能 模块化编制的，各 功能模块软件具有 相对独立性和完整 性，相互之间可进 行信息交换，整个 软件部分可按功能 模块进行装配。
启动
初始化模块
运行
调试
上位机控制
常规控制
在线诊断
常规控制
图11 软件基本结构框图
ZFL/D型单调节液压装置
液压调节柜型号的含义：
ZF L 100 /X D：单调节型 S：双调节型 主配压阀直径（mm) L：立式主配布置 W：卧式主配布置 自复中式主配
运行界面的主控窗

主控窗是运行时的主窗口，在窗口上方 正中显示了当前机组工况状态和调速器 的主要状态，左右两侧分别显示了机组 频率、水头高度和导叶开度、有功功率 的数值（分为模拟表计显示与数字显 示），在窗口中央是增加、减少两个按 键，通过点击它可以对机组转速及负荷 进行调节控制。在按键下方是用来显示 输出控制量的平衡表。

2、接力器
调速器的执行机构，接力器控制水轮机 调速环（控制环）调节导叶开度，以改 变进入水轮机的流量。
3、油压装置： 提供调速系统动力，由压力油罐，回油 箱，油泵，漏油箱四部分组成。
调速器的工作原理
调节机构 (导水机) 水能 调节对象 (机组) 电能
执行元件
放大元件
综合环节
敏感元件
稳定元件
SAFR—2000型调速器电气柜
2、控制并联机组间有功功率的分配 3、满足机组的正常操作要求：开停机、增 减负荷，以及空载时增减转速。 4、保证机组的安全运行 5、能接受电站计算机监控系统指令，实现 机组的经济运行（AGC），满足机组开 停机、增减负荷的控制要求。
调速器的分类
1、按工作容量分类 调速器的工作容量指执行元件—接力器对导水 机构的操作能力，以力矩（N.m）计算. 特小型调速器: 小于3KN.m 小型调速器: 3~15KN.m 中型调速器: 15~50KN.m 大型调速器: 50KN.m以上,并按放大执行元 件主配压阀直径(80、100、150、200、250mm) 来计算。
A、B系统插箱面板简介
调 试 窗
双重供电
组合电源
主机模件
采样 模件
控制 模件
数字 模件
模拟 模件
空 面板
双机 切换
双重供电模件块


双重供电模件的主要功能是：自动切换 输入的交流220V电源和直流220V电源， 经整流、滤波处理后产生直流220V电源 输出，保证装置的可靠供电。 下方有1个按键开关，用来控制电源的输 出。

SAFR-2000型水轮机调速器拥有新型三 十二位硬件核心，采用双微机双通道冗 余控制结构，并配以大屏幕真彩液晶显 示屏。
平板机
双 重 供 电
组 合 电 源
主 机 模 件
采 样 模 件
控 制 模 件
数 字 模 件
双 模 空双 机 拟 面机 切 模 板切 换 件 换
抽屉式键盘
双 重 供 电 组 合 电 源 主 机 模 件 采 样 模 件 控 制 模 件 数 字 模 件 模 空 空 拟 面 面 模 板 板 件
采样模件


采样模件主要完成整个装置的多种控制 反馈信号的采集工作。它具有以下功能 特点： 采样模件可对机组频率、系统频率、导 叶中间接力器行程、导叶主接力器行程 进行采集。其中机组频率又可分别通过 残压测频和齿盘测频两种方式采样处理。
控制模件


控制模件主要完成控制信号和位移变送器励磁 信号的输出控制工作 。 主机模件上的MC68332微控制器通过PID调节 计算，得到导叶输出量，由TPU模块分别产生 2路周期固定且占空比与控制量成正比的方波 信号，再经过控制模件上的隔离电路、滤波电 路、功放电路的处理，由输出切换继电器控制 切换，最后送到电液转换器线圈上去。由此控 制导叶开度从而达到调节机组频率及负荷的目 的。
数字模件


数字模件主要完成开关量信号输入采集 和输出控制功能，它具有以下功能特点： 数字模件采集16路开关量输入信号，包 括开机、停机、调相、增加、减少、导 叶手动、油开关等信号。
模拟模件


模拟模件主要完成模块量信号的输入采 集和输出控制功能，它具有以下功能特 点： 模拟模件采集8路模拟量输入信号，包括 水头高度、有功功率等
运行界面的开关量窗

开关量窗口用来显示外部开关量操作命 令。窗口左右对称，分别显示A、B两套 系统的信息。显示的开关量信号包括： 油开关、开机令、停机令、导手令、调 相令、增加令、减少令、轮手令。
运行界面的报警窗


报警窗用来显示故障报警和故障诊断处理信息，故障 一旦被检测到，即使立刻消失，在窗口显示中仍将一 直保持报警，直到点击窗口下方的“调速器故障复归” 按键后，当前所有的故障显示才被清除。这样，即可 实现对偶发故障的记录。故障报警信息分为A、B两套 系统，包括：电源故障、电网频率、机组频率、齿盘 一路、齿盘二路、通信故障、励磁电源、导叶中接、 导叶主接、导叶液压、水头采样、有功功率。点击 “录波显示”可以查看故障录波。 每种故障信息中又分为多类故障。如电网频率故障可 分为：死值故障、越限故障、跳变故障。对于各类故 障提供了强大的故障原因辅助分析系统，点击故障显 示处，即可弹出相应的提示帮助窗口。
运行界面的Βιβλιοθήκη Baidu置窗


设置密码和用户名都是“sysadm” 设置窗用来对运行参数进行设置，窗口左边显 示了几个重要的控制量的当前值，作为设置操 作时的参考，左下方有一个“参数下发”按键 和“发送指示”信息，点击“参数下发”则将 当前设置的参数下发至A、B系统，同时由 “发送指示”显示下发是否成功。右半部分提 供了对功率梯度、水头、开限、死区、调差、 滑差、自动/人工水头以及机频是否跟踪网频 进行设置的窗口。
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SAFR-2000型调速器各部分简介


显示插箱安装一台液晶显示工控机作为装置与 用户的人机界面。该软件系统以Windows-NT 为操作系统，配以三维中文图形化界面，为用 户提供了十分友好的人机接口。 SAFR-2000型调速器的运行界面由5个窗口组 成，分别为：主控窗、设置窗、信息窗、开关 量窗和报警窗。通过点击窗口下方的分页栏可 以选择相应的窗口。
调速器的分类
2、按供油方式分类 通流式调速器 ：油泵连续运行，直接供给 调速器的调节过程用油，非调节时，油泵将压 力油直接排回回油箱。缺点：油在不停循环使 用，油容易劣化，优点：设备简单、造价低， 主要用于小型、特小型调速器。 压力油罐式调速器 ：油泵断续运行，维持 压力油罐的压力和油位，在由压力油罐随时提 供给调速器调节过程用油。缺点：设备复杂、 造价高，优点：设备运行可靠，主要用于中型、 大型调速器。