水轮机控制工程第一章水轮机调节的基本概念

一．名词解释1.水轮机调节:在自动调节装置（调速器）控制下的水轮发电机组，按照预定的功能、性能和程序完成电能生产的调节及控制过程。

2.水轮机调节系统：用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按照一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。

3.水轮机调节系统的静特性：指调节系统处于稳定平衡状态时的机组转速与出力之间的变化关系。

4.机组惯性时间常数:是指机组在额定转速时的动量矩与额定转矩之比。

5水流惯性时间常数:是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性的特征时间常数。

6接力器的最短关闭时间:接力器以匀速由全开到全关位置所用时间。

7调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过渡过程中最大转速上升值及最大压力上升值.工程上把这种计算称为调节保证计算.8闭环开机：9调节时间：Tp是指从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进入新的平衡状态为止所经历的时间.二．思考题1.水轮机调节的方法：根据负荷变化引起的机组转速或者频率的偏差，利用调速器调整水轮机导叶或喷针的开度，使水轮机动力矩和发电机阻力矩及时恢复平衡，从而确保转速或者频率在规定的的范围内。

2.调差率e值与什么因素有关3.水轮机调节系统与其他原动机调节系统相比，有什么特点：1）受河流自然条件的限制，其单位工作介质的能量较小。

2）由于工作介质不同，水流的运动惯性较汽流的较大，长引水管道的水电机组水流惯性尤为明显。

3）某些水轮机具有双重调节机构，增加了水轮机调速器的复杂性。

4）水电机组在电力系统中承担着调频、调峰和事故备用等任务，随着电力系统容量及结构复杂程度的不断增加，水电机组在电力系统中的作用更加明显。

4.利用开度限制机构的作用5.水轮机调速器的分类方式有哪几种:1)按元件结构分为机械液压和电气液压，其中，电气液压又分为模拟电气液压和数字电气液压2）按系统结构分为辅助接力器型、中间接力器型和调节型3）按照控制策略分为PI（比例+积分）调节型，PID（比例+积分+微分）调节型和智能控制型4）按执行机构数目分为单调节调速器和双调节调速器5）按工作容量分为大型、中型、小型、特小型。

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：dtd JMM gt ϖ=-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：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。

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δf 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，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。

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。

第一章 调速系统基础知识1.水轮机调节的根本任务水轮发电机组把水能转化为电能供用户使用。

用户除要求供电安全可靠外，还要求电能 的频率和电压保持在额定值附近的某范围内。

频率偏离额定值过大对用户不利，可能使用户的产品质量降低。

按规定：系统频率应保持在50HZ，其偏差不得超过±0.5HZ：对于大容量系统，频率的偏差不得超过±0.2HZ。

此外，还应保持电钟指示与标准时间的偏差在任何时候不大于1分钟；对于大容量系统，不得大于30秒。

同时，电力系统的负荷是不断变化的，存在周期为几秒至几十分钟的负荷波动，这种不可预见的负荷波动幅值可达电力系统总容量的2~3%。

此外，一天之内系统负荷有早、晚两个高峰和中午、深夜两个低谷，这种负荷变化基本上是可预见的。

电力系统负荷的不断变化将导致系统频率的波动。

因此，必须根据负荷的变动不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组的转速（频率）在规定范围内。

这就是水轮机调节的根本任务。

2.实现水轮机调节的途径通过什么方法与途径完成“水轮机调节”的基本任务呢？为简明起见，仅对一台水轮发电机组带负荷的情况进行讨论。

如图示是水轮发电机组示意图。

水轮发电机组示意图水轮发电机转动部分是一个围绕固定轴线做旋转运动的刚体，它的运动可由下列方程描述：式中J ----机组惯性矩；ω---角速度，ω=πn/30（n为机组转速）； t M ---水轮机动力矩；t g d ωJ=M -M dtg M ---水轮机阻力矩。

水轮机动力矩由水流对水轮机叶片的作用力形成，它推动机组转动，其大小决定于：水头H，导叶开度a （流量Q），机组转速等。

由上式可见，实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。

3.水轮机调节的特点¾ 水轮机调节具有以下特点：¾ 决定机组出力最基本的因素是水头和流量；¾ 具有两套调节机构的水轮机，在对它们进行调节时，为了达到某种预期的目的，在两套机构之间设有相应的协联机构。

第一章水轮机调节的基本概念§1-1 水电站的生产过程图1-1 典型水电站示意图从图1-1我们可以看到，为了利用河流的能量来发电，必须在建设水电站的地点集中河段的落差，用筑坝的方式实现。

通过压力引水道输送水能到水轮机，将水能转变成机械能。

水轮机作为交流发电机的原动力，带动发电机旋转，将机械能转变为电能。

这种电能自发电机输出送往电网，然后电能又被送到用户，用户根据自己的需要，将电能转变成各种形式的能量：机械能、光能、热能等等。

可以看出，水电站生产的全过程是水、机、电的联合生产过程，如图1-2所示。

图1-2 水电站生产过程图60pnf §1-2 水轮机调节系统简介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。

根据调节对象的各组成单元和调速器之间的关系，可以画出水轮机调节系统如图1-3所示。

§1-3 水轮机调节的任务水轮发电机组将水能转变成电能供工业、农业、商业及人民生活等使用。

用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。

按我国电力部门规定，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。

对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其总容量的5%~10%，而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%~3%。

电力系统负荷的变化，导致了系统频率的波动。

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。

水轮发电机组能否满足上述要求呢？ 发电机组所产生的电流频率由下式确定： （1-1）式（1-1）中：f ——电流的频率（Hz ）；图1-3 水轮机调节系统g t M M dtd J-=ω30nπω=ωηρQH M t =n ——发电机转速（r/min ）； p ——发电机磁极对数。