水轮机调节原理及调速器选择演示教学
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水轮机调速系统的工作原理
k
②转速降低过程?
k
3、与无反馈系统的区别？ （1）从接力器的动作情况分析（图） （2）从动力矩及转速的变化分析（图）
结论：不管是负荷增加使转速下降还是负荷减少使转 速上升，经过系统调整后，机组能基本恢复到原来 的额定转速并相对稳定下来，即实现无差调节。
无差调节： 不论机组负荷增加还是减少，调节后的稳定转速都 保持不变。
此时仍然是：Mt ＜Mg
第三阶段： 转速下降，引导阀转动套随之下移，此时，缓 冲阀上下腔油压在节流孔作用下已达平衡，从 动活塞在自身弹簧回复力作用下向下回中，通 过连杆作用，带动引导阀针塞下移，与转动套 回到相对中间位置。 但由于所有环节都没有使接力器左移（即增加 水轮机有效进水流量），因此： 机组转速继续降低……进入下一个调节周期
（2）软反馈部分（在硬反馈动作一定时间后动 作）： 主接力器向右关闭，反馈锥体右移----使反馈 框架顺时针转动，m点上移，带动g点上移 ，f 点下移，缓冲装置主动活塞下移，从动活塞上 移，带动引导阀针塞上移。 在软、硬反馈部分的共同作用下，引导阀针 塞与转动套恢复相对中间位置以上，封住相关 油口，最终使主接力器停止右移。
水轮机调节 4
罗远福
上节课知识回顾：
1、调速器 无反馈系统 的工作特性？
上节课知识回顾：
1、调速器无反馈系统的工作特性？ 系统负荷降低Mt>Mg----转速升高----离心摆下支 持块带动引导阀转动套上移----引导阀中间腔室与 排油相通，腔内油压降低----辅助接力器与配压阀 活塞上移----压力油进入接力器左腔，同时右腔接 通排油----接力器活塞右移关小导叶，减小流量---Mt=Mg----转速停止升高----接力器继续关闭---Mt<Mg----转速降低并等于额定转速----Mt<Mg---转速降低并低于额定转速----离心摆下移……
水轮机的调速设备—调速设备的特性及其基本原理
➢ 静特性：机组负荷不变，则机组转速恒定，调节系统处于稳定状态 下，此时机组转速与机组负 荷间的关系称为调速器的静特性。
➢ 动特性：机组负荷发生变化时，调节过程中机组转速随时间的变化 关系称为调速器的动特性。
6.2.2 调速器基本原理
偏差信号通过信号放大及油压转换元件放大并转换成油压后，再通 过操作元件（主配压阀）利用油压去操纵接力器，以控制导水机构 去关闭或开启导叶，从而达到改变流量，使水轮机的主动力矩与新 的发电机阻抗力矩相适应，使机组转速恢复正常。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
• 水轮机调速系统一般由调速柜、接力器和油压装置三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
1. 调速柜 调速柜是控制水轮机的主要设备，能感受指令并加以放大，用它来
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。 2. 接力器
接力器是调速器的执行机构。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
油压装置由压力油罐、回油箱、油泵三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
6.2.4 调速器的类型和系列
1.调速器类型 （1）按调速器元件结构分： 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机械环节完成。
6.200
中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工作容量 300×9.81Nm
DST—100A—40
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径100mm，额定油压 40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后产品。
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） （3）按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm
➢ 动特性：机组负荷发生变化时，调节过程中机组转速随时间的变化 关系称为调速器的动特性。
6.2.2 调速器基本原理
偏差信号通过信号放大及油压转换元件放大并转换成油压后，再通 过操作元件（主配压阀）利用油压去操纵接力器，以控制导水机构 去关闭或开启导叶，从而达到改变流量，使水轮机的主动力矩与新 的发电机阻抗力矩相适应，使机组转速恢复正常。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
• 水轮机调速系统一般由调速柜、接力器和油压装置三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
1. 调速柜 调速柜是控制水轮机的主要设备，能感受指令并加以放大，用它来
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。 2. 接力器
接力器是调速器的执行机构。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
油压装置由压力油罐、回油箱、油泵三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
6.2.4 调速器的类型和系列
1.调速器类型 （1）按调速器元件结构分： 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机械环节完成。
6.200
中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工作容量 300×9.81Nm
DST—100A—40
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径100mm，额定油压 40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后产品。
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） （3）按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm
水轮机的调速设备
❖ YT小型调速器自动调节机构组成如下：测速装置 —离心飞摆；第一级液压放大元件—引导阀和辅 助接力器；第二级液压放大元件—主配压阀和主 接力器；反馈机构—局部反馈机构、硬反馈机构 （或称调差机构）和软反馈机构；执行机构—主 接力器。
❖ 测速装置—离心飞摆
❖ 1.离心飞摆的作用
❖ 离心飞摆是机械液压调速器的测速装置，利 用机械部件转动的方式检测转速偏差，并将其转 变成相应机件位移输出。离心飞摆的转速与水轮 发电机组的转速成正比。当机组转速变化时，离 心飞摆转速也随之按比例相应变化。离心飞摆的 作用是将机组每一瞬间转速变化的大小和方向， 转换成相应的机械位移量，去控制下一级元件工 作。
4、调速器的分类、型号和系列型 谱
❖ 按照元件结构分类。可分为机械液压调速器和电 气液压调速器，前者由机械元件和液压元件构成 ，后者由电气元件和液压元件构成。
❖ 按照调速器容量的大小分类。可分为特小型、小 型、中型、大型调速器，特小型、小型和中型调 速器容量是指接力器的工作容量，单位：N•m，当 接力器工作容量大于30000Nm时属于大型调速器， 其容量用主配压阀直径的大小表示，单位：mm。
（3） 油压装置的选择
❖ 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，故首先
应按经验公式求出压力油罐的总容积Vk：
Vk=(18~20)Vs
对于HL水轮机
Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 对于ZZ水轮机
Vs和Vc分别为前面计算出的接力器容积。
❖ 若油压装置需要供给空放阀接力器用油，则Vk需要增加 (9~10)Vt，Vt为空放阀接力器的容积。
❖ 若油压装置需要供给进水阀接力器用油，则Vk需要再增加 3Vf，Vf为进水阀接力器的容积。
❖ 计算出压力油罐总容积后，可查表选择油压装置。
❖ 测速装置—离心飞摆
❖ 1.离心飞摆的作用
❖ 离心飞摆是机械液压调速器的测速装置，利 用机械部件转动的方式检测转速偏差，并将其转 变成相应机件位移输出。离心飞摆的转速与水轮 发电机组的转速成正比。当机组转速变化时，离 心飞摆转速也随之按比例相应变化。离心飞摆的 作用是将机组每一瞬间转速变化的大小和方向， 转换成相应的机械位移量，去控制下一级元件工 作。
4、调速器的分类、型号和系列型 谱
❖ 按照元件结构分类。可分为机械液压调速器和电 气液压调速器，前者由机械元件和液压元件构成 ，后者由电气元件和液压元件构成。
❖ 按照调速器容量的大小分类。可分为特小型、小 型、中型、大型调速器，特小型、小型和中型调 速器容量是指接力器的工作容量，单位：N•m，当 接力器工作容量大于30000Nm时属于大型调速器， 其容量用主配压阀直径的大小表示，单位：mm。
（3） 油压装置的选择
❖ 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，故首先
应按经验公式求出压力油罐的总容积Vk：
Vk=(18~20)Vs
对于HL水轮机
Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 对于ZZ水轮机
Vs和Vc分别为前面计算出的接力器容积。
❖ 若油压装置需要供给空放阀接力器用油，则Vk需要增加 (9~10)Vt，Vt为空放阀接力器的容积。
❖ 若油压装置需要供给进水阀接力器用油，则Vk需要再增加 3Vf，Vf为进水阀接力器的容积。
❖ 计算出压力油罐总容积后，可查表选择油压装置。
水轮机调速器
水轮机调速器引言水轮机调速器是一种用于调节水轮机转速的装置。
水轮机是一种将水能转化为机械能的装置，广泛应用于水电站发电和工业生产中。
水轮机调速器的主要功能是根据负荷变化调节水轮机转速，以维持发电系统的稳定运行。
本文将介绍水轮机调速器的工作原理、常见类型以及应用领域。
工作原理水轮机调速器的工作原理基于负荷-速度特性曲线。
当负荷增加时，水轮机的速度会下降。
为了维持发电系统的稳定运行，水轮机调速器会通过调节水轮机的水量来使其速度恢复到设定值。
在水轮机调速器中，水量的调节通常是通过控制水轮机的导叶开度来实现的。
当负荷增加时，水轮机调速器增大导叶开度，增加水量，从而提高水轮机的转速。
相反，当负荷减小时，水轮机调速器减小导叶开度，减少水量，使水轮机转速降低。
常见类型机械式调速器机械式调速器是最早出现的水轮机调速器类型之一。
它通过机械装置来调节导叶的开度，从而控制水轮机的水量。
机械式调速器的优点是结构简单，可靠性高。
然而，由于机械传动存在摩擦和磨损的问题，机械式调速器的调节精度较低，响应速度较慢。
因此，在现代化的水轮机系统中，机械式调速器的应用逐渐减少。
液压式调速器液压式调速器是目前广泛应用于水轮机调速的一种技术。
它采用液压传动来调节导叶开度，实现对水量的精确控制。
液压式调速器具有调节精度高、响应速度快的优点，可以更好地适应负荷的变化。
液压式调速器通常由液压系统、传感器和控制器组成。
电子式调速器电子式调速器是近年来发展起来的一种水轮机调速器类型。
它采用电子控制技术来实现对水轮机的调速。
电子式调速器具有调节精度高、响应速度快、可编程性强等优点。
它可以通过设置不同的控制模式和参数，适应不同的工况要求。
电子式调速器还可以与其他自动控制系统进行集成，实现智能化的调速控制。
应用领域水轮机调速器广泛应用于水电站和工业生产中。
在水电站中，水轮机调速器是调节水轮机转速的关键设备，直接影响到电网负荷的稳定性和电能发电的效率。
在工业生产中，水轮机调速器用于调节水轮机的转速，控制生产线的运行速度。
第五章 调速器选择和调节保证计算
尾水管内的最大压力下降： 在突然关闭导叶时，尾水管内产生压力下降，此水锤波 也会在尾水管出口处产生负反射，并有可能在尾水管进 口截面形成“回冲”。
叶片数Z=4时，K=8；Z=5时，K=8.5 ； Z=6时，K=9。
水轮机调节 及辅助设备
西华大学
能源与环境学院
第五章 调速器选择和调节保证计算
第一节 调速器选择
三、调速功的计算
3. 冲击式水轮机的调速功 （1）喷针接力器的调速功
（2）折向器接力器调速功
水轮机调节 及辅助设备
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第二节 调节保证计算的任务和标准
二、调节保证计算的标准
2. • 计算标准 水锤压力上升率ζmax
max
H max H 0 H0
机组甩去全负载时蜗壳末端允许的最大压力上升率ζmax按下表考虑：
水轮机调节 及辅助设备
水轮机调节 及辅助设备
西华大学
能源与环境学院
主 讲 人
余波副教授 林其玉讲师 熊朝坤讲师
水轮机调节 及辅助设备
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第一节 调速器选择
一、中小型调速器选择的原则
（1）根据水轮机的出力和水头等有关参数，确定所需调速功来选择相应容量的调速器。 （2）当电站和机组容量较大，在小电网中担任调频任务；或有单机带孤立负载的运行方 式；对电能品质要求较高；或系统中有较大的冲击负载时；应选用调节品质好，自动化程 度高的电气液压调速器。 （3）当机组引水管道较长，水流惯性时间常数Tw较大（如 Tw＞2.5s），以选用电气液 压调速器为宜。 （4）当机组容量较小，在系统中地位不重要，经常承担基荷时，可选用机械液压调速器 或电液调速器。 （5）由于调速器bt、Td及Tn值在很大程度上决定了调节系统的动态品质，因而选择调速 器时，应按被控制系统的特性估算bt、Td及Tn值，并使所选调速器的bt、Td及Tn上限值 大于计算值。
水轮机调速系统的工作原理35页PPT
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水轮机调速系统的工作原理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
水轮机调速系统的工作原理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
水轮机的基本概念和微机调速器讲座143页PPT
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水轮机的基本概念和微机调速器讲座
•பைடு நூலகம்
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
水轮机的基本概念和微机调速器讲座
•பைடு நூலகம்
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
水轮机调节的基本原理PPT学习教案
调速系统静态性：n（测速元件输入信号）随Y（接力器行程） 变化的曲线，以bp（永态转差率）表示。用相对量表示的调速系统 静态性某一规定运行点处斜率的负数。
第29页/共52页
为分析简便，常用调速系统Ymax永态转差率bs表示：
式中 nmax——Y=0时转速； nmin ——Y=Y时转速；
max
Y ——接力器最大行程。 max
调速器静态特性/动态特性，及其相关参数 一、调节系统的静态特性及品质指标
(一)调节系统静态特性（静特性）：是指调节系统处于 平衡状态时，机组转速与发电机出力之间的关系。
分为：无差静特性、有差静特性
第27页/共52页
调节系统静态性 调差率：用相对量表示的调节系统静态性某一规定运行点处斜率的 负数，用 ep表示。
Td ：缓冲装置时间常数，Td 与节流孔对油流的阻力系数等有关
式中
。Z2
Z 1 ：缓冲装置输：出信缓号冲，装主置动输活出塞信位号移，量从。动活塞位移量。
f ：主动活塞面积 1
f 2 ：从动活塞面积
第17页/共52页
（1）当 Td =0时，节流孔全开，可以近似认为油流阻力系数为零，节流孔对油流几乎
Z 不产生阻力，这种情况无论输入信号如何变化，都不产生输出信号，即 2 =0.
式中
1)引导阀处于平衡位置时，
p 1
A1
p(
A2
A3)
辅助接力器和主
配压阀都不动；
2)转速升高，p 0 ，在F作用下，辅
助接力器与主配1 压阀都上移，压力油
进入接力器左腔；
3)转速降低，引导阀接通压力油时，
,因 p p ，A所1 以A2 A3
F压1 力F 油,辅1 进助入接主力接器力与器主右配腔压，阀从下而移控，制
第29页/共52页
为分析简便，常用调速系统Ymax永态转差率bs表示：
式中 nmax——Y=0时转速； nmin ——Y=Y时转速；
max
Y ——接力器最大行程。 max
调速器静态特性/动态特性，及其相关参数 一、调节系统的静态特性及品质指标
(一)调节系统静态特性（静特性）：是指调节系统处于 平衡状态时，机组转速与发电机出力之间的关系。
分为：无差静特性、有差静特性
第27页/共52页
调节系统静态性 调差率：用相对量表示的调节系统静态性某一规定运行点处斜率的 负数，用 ep表示。
Td ：缓冲装置时间常数，Td 与节流孔对油流的阻力系数等有关
式中
。Z2
Z 1 ：缓冲装置输：出信缓号冲，装主置动输活出塞信位号移，量从。动活塞位移量。
f ：主动活塞面积 1
f 2 ：从动活塞面积
第17页/共52页
（1）当 Td =0时，节流孔全开，可以近似认为油流阻力系数为零，节流孔对油流几乎
Z 不产生阻力，这种情况无论输入信号如何变化，都不产生输出信号，即 2 =0.
式中
1)引导阀处于平衡位置时，
p 1
A1
p(
A2
A3)
辅助接力器和主
配压阀都不动；
2)转速升高，p 0 ，在F作用下，辅
助接力器与主配1 压阀都上移，压力油
进入接力器左腔；
3)转速降低，引导阀接通压力油时，
,因 p p ，A所1 以A2 A3
F压1 力F 油,辅1 进助入接主力接器力与器主右配腔压，阀从下而移控，制
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又： M tQ H M t Q H
要使 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。
❖ 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。
五、调速器的类型与系列
(一) 类型 1、按调速器元件结构分： ❖ 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈
均由机械环节完成。现在很少使用。 ❖ 电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元
件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低， 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 ❖ 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器， 赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。
❖ 放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力 器，二级放大)：位移变化→油压变化。
❖ 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使=时，反 馈信号使调节停止。
❖ 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。 由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。
❖ 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油压，为 2.5MPa；有的电站采用高油压，为4.0MPa。
四、水轮机调节系统的组成
❖ 调速器的作用： 以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，已 达到改变出力恢复转速的目的。
❖ 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。
调速系统
油压装置
调速柜主要有以下几个部分组成：
❖ 测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变 为位移信号，然后输出。
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：
例：
YT—300 中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工 作容量300×9.81Nm
DST—100A—40 大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径 100mm，额定油压40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次 改型后产品
A、B、C为改型次数，系列型谱见表5—1。
六、水轮机调速设备的选择
《水 电 站》
2012年5月
第五章 水轮机的调速设备
一、水轮调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统 复并保持在许可范围内。
负
荷
变 化
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。
❖ 包括：调速柜、接力器、油压装置 ❖ 中小型调速器是将上面的三部分结合在一起，成
为一个整体设备，以主接力器的工作容量(也称为 调速功)为表征组成标准系列。用调速功来进行选 择。 ❖ 对大型调速器，三者是分开的，并且互不配套， 需要分别进行选择。大型调速器的表征值是主配 压阀直径，因此需要先求出主接力器容积，再计 算主配压阀直径。
❖ 调速器工作时的高油压来自油罐，低压侧的油通过 回油管路进入回油箱。
❖ 当油压降低到正常工作油压下限(2.3~2.7MPa)时， 油泵自动启动，将回油箱内的油泵入压力油罐，油 压达到正常工作油压上限时，油泵停止工作。
❖ 接力器是调速器的执行元件，控制导叶开度，改变 流量，大型电站设两个或两个以上接力器。
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协 调结构，实现双重调节。
三、水轮机调节系统的基本工作原理
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机自动调节系统方框图
调速器原理图
1—飞摆；2—主配压阀；3—接力器；4、5—活塞；6—节流孔； 7—硬反馈；8、9、10—变速机构；11—移动滑块
(二) 调速器系列(反击式水轮机)
第一部分：基本特性和类型 大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T 机械液压：无代号； 电动调节：D 单调：无代号； 双调：S 调速器：T 第二部分：工作容量 中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm) 第三部分：额定油压 2.5MPa 不加注释
d
Mt Mg J dt
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 ——机组转动部分的转动惯量； d ——角加速度；
dt
(1)Mt Mg，ddt 0, c,nne
(2)N Mg
Mt
Mg
d
dt
0n
(3)N Mg
Mt
Mg
dHale Waihona Puke dt0n所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=ne
1、中小型调速器的选择
❖ 调速功：接力器活塞上的油压力与其行程的乘积。 ❖ 反击式水轮机的调速功：
A=(200~250)Q(HmaxD1)1/2 Q为最大水头下额定出力时的流量。 ❖ 冲击式水轮机的调速功：
A=9.81Z0(d0+d03Hmax/6000) Z0为喷嘴数目 d0为额定流量时的射流直径。
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。
❖ 水轮机调节系统的特点：
（1）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。
（2）水轮发电机组以水为介质，与蒸汽等相比，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。
数字式电液调速器监控系统主界面
数字式电液调速器油压装置显示画面
2、按调节机构数分 单调：一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组 双调：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角)，
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） 3、按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm
要使 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。
❖ 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。
五、调速器的类型与系列
(一) 类型 1、按调速器元件结构分： ❖ 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈
均由机械环节完成。现在很少使用。 ❖ 电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元
件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低， 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 ❖ 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器， 赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。
❖ 放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力 器，二级放大)：位移变化→油压变化。
❖ 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使=时，反 馈信号使调节停止。
❖ 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。 由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。
❖ 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油压，为 2.5MPa；有的电站采用高油压，为4.0MPa。
四、水轮机调节系统的组成
❖ 调速器的作用： 以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，已 达到改变出力恢复转速的目的。
❖ 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。
调速系统
油压装置
调速柜主要有以下几个部分组成：
❖ 测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变 为位移信号，然后输出。
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：
例：
YT—300 中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工 作容量300×9.81Nm
DST—100A—40 大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径 100mm，额定油压40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次 改型后产品
A、B、C为改型次数，系列型谱见表5—1。
六、水轮机调速设备的选择
《水 电 站》
2012年5月
第五章 水轮机的调速设备
一、水轮调节的任务
系统负荷变化→系统电压发生变化→发
系
电机励磁装置动作→发电机的端电压恢
统 复并保持在许可范围内。
负
荷
变 化
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。
❖ 包括：调速柜、接力器、油压装置 ❖ 中小型调速器是将上面的三部分结合在一起，成
为一个整体设备，以主接力器的工作容量(也称为 调速功)为表征组成标准系列。用调速功来进行选 择。 ❖ 对大型调速器，三者是分开的，并且互不配套， 需要分别进行选择。大型调速器的表征值是主配 压阀直径，因此需要先求出主接力器容积，再计 算主配压阀直径。
❖ 调速器工作时的高油压来自油罐，低压侧的油通过 回油管路进入回油箱。
❖ 当油压降低到正常工作油压下限(2.3~2.7MPa)时， 油泵自动启动，将回油箱内的油泵入压力油罐，油 压达到正常工作油压上限时，油泵停止工作。
❖ 接力器是调速器的执行元件，控制导叶开度，改变 流量，大型电站设两个或两个以上接力器。
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协 调结构，实现双重调节。
三、水轮机调节系统的基本工作原理
导水机构
水能 QH
机组
执行元件
放大元件
电能 UIf
给 定 f
f
测量元件
反馈元件
水轮机自动调节系统方框图
调速器原理图
1—飞摆；2—主配压阀；3—接力器；4、5—活塞；6—节流孔； 7—硬反馈；8、9、10—变速机构；11—移动滑块
(二) 调速器系列(反击式水轮机)
第一部分：基本特性和类型 大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T 机械液压：无代号； 电动调节：D 单调：无代号； 双调：S 调速器：T 第二部分：工作容量 中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm) 第三部分：额定油压 2.5MPa 不加注释
d
Mt Mg J dt
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 ——机组转动部分的转动惯量； d ——角加速度；
dt
(1)Mt Mg，ddt 0, c,nne
(2)N Mg
Mt
Mg
d
dt
0n
(3)N Mg
Mt
Mg
dHale Waihona Puke dt0n所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=ne
1、中小型调速器的选择
❖ 调速功：接力器活塞上的油压力与其行程的乘积。 ❖ 反击式水轮机的调速功：
A=(200~250)Q(HmaxD1)1/2 Q为最大水头下额定出力时的流量。 ❖ 冲击式水轮机的调速功：
A=9.81Z0(d0+d03Hmax/6000) Z0为喷嘴数目 d0为额定流量时的射流直径。
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。
❖ 水轮机调节系统的特点：
（1）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。
（2）水轮发电机组以水为介质，与蒸汽等相比，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。
数字式电液调速器监控系统主界面
数字式电液调速器油压装置显示画面
2、按调节机构数分 单调：一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组 双调：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角)，
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） 3、按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm