水轮机控制系统标准解读

《水轮机控制系统基本技术条件》《水轮机控制系统基本技术条件》描述水轮机控制系统的关键技术要求和基本设计标准，本文将详细介绍水轮机控制系统的功能和要求，以及设计与实施的关键技术条件。

一、水轮机控制系统概述水轮机作为一种重要的水能利用设备，其控制系统扮演着至关重要的角色。

水轮机控制系统通过对水轮机的转速、叶片角度和进水阀门等参数的精准控制，使得水轮机能够稳定高效地工作，保证水电站的安全运行和电能输出。

水轮机控制系统的设计与实施具有极其重要的意义。

二、水轮机控制系统的基本功能和要求1. 转速控制功能水轮机的转速是其工作的关键参数之一，对于不同的水轮机类型和工况，转速的要求有所不同。

水轮机控制系统首先需要能够实现对水轮机转速的精准控制，保证水轮机在各种工况下都能够以最佳的转速运行。

2. 叶片角度控制功能水轮机的叶片角度对于水轮机的工作效率和稳定性有着重要的影响。

水轮机控制系统需要能够精确控制叶片角度，适应不同的进水量和水头变化，使得水轮机能够在不同工况下都能够以最佳的叶片角度工作。

3. 进水阀门控制功能进水阀门是调节水轮机进水量的重要设备，控制系统需要通过对进水阀门的精准控制，使得水轮机能够根据电网需求和水流条件实现调峰填谷和高效运行。

4. 安全保护功能水轮机控制系统需要具备完善的安全保护功能，包括对水轮机各项参数的实时监测和故障诊断，确保水轮机在突发故障发生时能够及时安全停机，避免损坏设备和人员安全。

5. 自动调节功能水轮机控制系统需要具备一定的自动调节功能，能够根据电网负荷和水流条件的变化，自动调整水轮机的工作参数，以实现最佳的电能输出和水能利用效率。

三、水轮机控制系统的关键技术条件1. 高精度传感器水轮机控制系统需要配备高精度的传感器，用于实时监测水轮机的转速、叶片角度、进水阀门开度等关键参数。

传感器的精度和稳定性直接影响着控制系统的性能和可靠性。

2. 高性能执行机构水轮机控制系统的执行机构需要具备高速、高精度和大扭矩的特点，能够快速响应控制指令，保证水轮机的稳定运行和快速调节。

水轮发电机组调速控制系统的说明书概述：水轮发电机组调速控制系统是一种专门用于水力发电的控制系统，旨在保证水轮机的运行稳定性和发电效率。

该系统由主控制器和水轮机上的调速器组成。

工作原理：在水力发电的过程中，水轮机叶轮旋转所带动的发电机的转速需要保持稳定，同时发电机的输出电压和电流也需要保持在合适的范围内。

水轮机转速的控制通过调整水轮机上的调速器的开度来实现，而调速器的开度则由主控制器发送的指令实现。

主控制器：主控制器是整个系统的核心部件。

它接收水轮机转速和发电机输出电压、电流等信息，并根据这些信息计算出合适的调速器开度指令。

主控制器还具有自动保护功能，当水轮机的转速或发电机输出电压、电流等出现异常情况时，主控制器会及时发出报警并采取相应的保护措施，保证系统的安全运行。

调速器：调速器是安装在水轮机上的机械装置，它的开度控制着水轮机叶轮的进水量，从而控制水轮机的转速。

调速器的开度可以通过手动调节或由主控制器发送的指令来实现。

使用方法：在使用水轮发电机组调速控制系统时，首先需要将主控制器和水轮机上的调速器进行连接，并按照说明书进行正确设置。

然后，启动水轮机和发电机，并按照系统要求调整主控制器和调速器的参数。

在系统运行过程中，需要定期检查系统的运行状态和各部件的工作情况，如果发现异常情况需要及时处理。

总结：水轮发电机组调速控制系统是水力发电中必不可少的设备，它可以保障水轮机的运行稳定性和发电效率，同时还具有自动保护功能，提高了系统的安全性。

在使用过程中，需要严格按照说明书进行操作，并定期检查系统的运行状态，以确保系统的正常运行。

水轮机控制系统水轮机控制系统运行状态评价及试验技术水轮机调速器经历了从机械液压调速器到电液调速器的发展历程，而电液调速器又经历了模拟电路电液调速器到微机电液调速器的历程。

在微机调速器出现之前，调速器(当时主要是机调、模拟电路调速器)的主要使命是，根据偏离额定值的机组频率偏差调节导水机构/转桨机构(喷针/折向器机构)，维持机组水力功率与电力功率的平衡，使转速维持在额定值附近的允许范围内，这时的水轮机调速器主要是一个转速调节器。

而微机调速器广泛应用的同时，水电厂监控系统、电网发电调度系统也已日趋成熟并进入实用化的推广应用阶段，区域电网形成且容量迅速增加，机组大多并入大的区域电网运行，控制这些机组的水轮机调速器则是通过水电厂监控系统受控于电网发电调度系统，调速器在大部分运行时间内实际已演变为它们的末端机组有功控制执行装置。

现代水轮机调速器承担的任务已不能仅仅用“水轮机调节”来描述，原来所说的水轮机控制系统的功能有了增加和扩展，由于水轮机调速器的控制功能已经有了很大变化，IEC61362-2005已将水轮机调速器更名为水轮机控制系统，我国的水轮机调速器与油压装置的国家标准(技术条件GB/T9652.1-2007和试验验收规程GB/T9652.2-2007)，也已把主题词“水轮机调速器与油压装置”改为“水轮机控制系统”。

下面对水轮机控制系统的运行状态评价主要从水轮机控制系统状态检修的试验项目和水轮机控制系统主要技术指标两个方面开展讨论，并将开展水机技术监督所需的水轮机控制系统的相关技术标准和规程目录提供给大家。

1水轮机控制系统状态检修试验项目1.1水轮机控制系统巡检及例行试验表1水轮机控制系统巡检项目巡检项目基准周期要求说明条款外观检查机械液压部分：1周电气装置：1周油压装置：1周外观无异常见1.1.1条表2水轮机控制系统例行试验项目例行试验项目基准周期要求说明条款油泵输油量测定2年符合设计要求，偏差不大，对比检修资料，变化不大见1.1.1条阀组调整1年符合DL/T 496《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》要求见1.1.3条压力信号器、油位信号器整定1年参照试验导则及设备技术参数，调整结果不能偏离试验规程规定见1.1.4条油压装置自动运行模拟试验1年油压装置电气控制回路及压油泵、自动补气装置动作正确，整定值偏差不大于名义工作值的2%见1.1.5条机械液压系统自动调节方式调整试验1年符合DL/T 496《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》要求接力器开关机时间调整1年参照机组调节保证计算要求及试验规程调整开关机时间，偏差不大见1.1.7条位移传感器的调整试验1年位移变送器在接力器全行程范围内无不正常工作的情况，位移传感器两端行程保留5%的余量，两端余量基本对称。

水轮机调速器涉网性能控制模式说明附录A（规范性附录）控制模式说明A.1调速器控制模式及与仿真系统接口A.1.1空载模式空载开机至并网运行前，采用的控制模式，典型结构如图A.1.1所示。

控制策略一般为PID控制策略，其中PID参数是根据机组正常运行的工况所设定的。

图A.1.1典型空载模式调节器模型A.1.2开度模式并网运行后以导叶（喷针）开度为控制目标的控制模式，典型结构如图A.1.2（a）与A.1.2（b）所示。

调速器接受监控的增加/减少开度指示信号，来增加减少开度，以达到控制发电机处理的效果。

图A.1.2（a）典型开度模式调节器模型图A.1.2（b）典型开度模式调节器模型A.1.3功率模式并网运行后机组功率为控制目标的控制模式，典型结构如图A.1.3（a）至A.1.3（c）所示。

调速器接受监控系统的目前功率给定值，自动调节开度，当检测到功率已经达到目标值以后，停止调节。

图A.1.3（a）典型功率模式调节器模型图A.1.3（b）典型功率模式调节器模型图A.1.3（c）典型功率模式调节器模型A.1.4孤网/孤岛模式系统频率大幅波动或者系统联络线断开后采用的控制模式，主要要求是，根据电网的频率偏差调节被控机组实发功率，使电网频率维持在额定频率附近的一个允许范围内。

典型结构如图A.4.1所示。

图A.1.4典型孤网（孤岛）模式调节器模型A.2各控制模式的参数配置要求各控制模式的所有参数均要求可以独立配置。

主要包括如下：a)空载模式：PID参数，适应水头区域的PID参数；永态转差系数bp取值为0；人工死区为Ef（频率死区）、Ep（功率死区）、Ey（导叶及浆叶死区）皆为0。

b)开度模式：PID参数；永态转差系数bp取值范围为0~10%；人工死区为Ef=0~0.20Hz、Ep=0~2%Pr、Ey=0~1%y；c)功率模式：PID参数；永态转差系数ep取值范围为0~10%；人工死区为Ef=0~0.2Hz、Ep=0~1%Pr、Ey=0~1%y；d)孤网（孤岛）模式：孤立运行模式下，水轮机调节系统宜采用PID调节，PID调节参数、人工频率/频率死区、永态转差系数等参数应结合电网实际情况通过试验优化选择。

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。

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。

水轮机调节系统（普通高等教育“十三五”规划教材）一、引言水轮机是一种将水能转化为机械能的设备，广泛应用于水力发电和水资源利用领域。

水轮机调节系统是水轮机运行和控制的关键部件，其稳定性和可靠性对水轮机的运行效率和安全性起着重要作用。

本文将对水轮机调节系统的构成、工作原理、性能指标和未来发展方向进行介绍和分析。

二、水轮机调节系统构成水轮机调节系统由传感器、控制器、执行器和监测系统等组成。

传感器负责感知水轮机的状态和环境参数，包括水位、流量、压力等，将这些信息传递给控制器。

控制器通过对传感器信号的处理和分析，制定相应的控制策略，并将调节信号发送给执行器。

执行器则根据控制信号控制水轮机，完成对水轮机的调节。

监测系统则对水轮机的运行状态进行实时监测和分析，以确保水轮机调节系统的安全稳定运行。

三、水轮机调节系统工作原理水轮机调节系统的工作原理是通过控制水轮机的进水量来实现对水轮机转速的调节，从而控制水轮机的输出功率。

当负荷发生变化时，控制器接收到传感器的信号，根据预设的控制策略计算出相应的调节信号，并发送给执行器。

执行器根据控制信号的大小和方向，对水轮机的进水阀门进行调节，改变进水量，从而使水轮机的转速稳定在预设值附近。

四、水轮机调节系统性能指标水轮机调节系统的性能指标包括响应时间、稳定性和控制精度。

响应时间是指系统从接收到负荷变化信号到完成调节的所需时间，影响到系统的动态特性。

稳定性是指系统在负荷变化过程中的稳定性能，包括系统的抗干扰能力和抗过载能力。

控制精度是指系统调节水轮机转速的精确程度，反映了系统的控制能力和调节精度。

五、水轮机调节系统的发展方向随着科技的进步和需求的变化，水轮机调节系统也在不断发展和改进。

未来的水轮机调节系统将更加注重系统的智能化和自动化程度。

例如，利用先进的传感技术和自适应控制算法，提高系统对复杂环境的适应能力和控制精度。

同时，加强对水轮机运行状态的监测和分析，预测和预防潜在的故障和风险，提高系统的可靠性和安全性。

水轮机控制系统探析水力发电是现代电力生产主要方式之一，利用自然水源产生机械能转变为电能，为地区供电使用提供了资源保障。

随着科学技术快速发展，我国水力发电工程规模日趋扩大化，水轮机在发电系统中的作用更加显著。

同时，自动化控制成为水力发电的新模式，利用自动控制系统对水轮机组实施综合调控，全面提升了机组结构的可操控性。

水电站要充分利用自动控制系统优势，建立更先进的水轮机自动化控制平台。

1 水轮机的构成水轮机是现代电力生产的主控装置之一，核心功能是实现能量之间转换处理，由水能转变为机械能，为发电生产提供必要的设备条件。

我国水力发电行业经历了很长的改革时间，发展至今，电力行业开始采用自动化水轮机，用于水电站内设备组装与控制，利用驱动原理产生电能资源。

按照现阶段常用水轮机组，其主要由转子、定子、导轴承、机架、推力轴承、冷却器、制动器等部分构成。

每一个组成部分均有其相对应的功能，共同组装成了新型水轮机组运行模式，带动了发电生产行业的可持续发展。

2 水轮机运行存在的问题水力发电机是电力生产常用设备，以能量转换原理为基础产出能量作为发电来源，维持了区域用电生产一体化建设进程。

受到主客观因素影响，水轮机运行期间出现能耗过高现象，导致机组发电效能达不到预定水平，进而阻碍了发电厂日常发电作业状态，不利于区域用电的最优化运行。

水轮机能耗过高的原因主要有：2.1 设备问题水力水轮机是利用热能发电的生产设备，其内外结构性能对机组能耗有着直接性的影响，也是阻碍电力生产流程的一大原因。

在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。

设备性能不足会降低能量转换效率，电气系统故障会影响水能、机械能、电能的转换效率，这些都会增加机组的能耗系数。

此外，水电站为了节约发电生产成本，配备机组装置不符合操控要求，发电高峰期时设备常发生多种故障，导致水轮机结构性能下降。

2.2 操作问题除了水轮机设备外，发电厂日常生产与管理方式也会影响机组能耗，这是不可忽略的客观因素。

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。

水轮机调节系统的智能控制研究发布时间：2021-12-01T08:23:25.566Z 来源：《当代电力文化》2021年第19期作者：顾生琴[导读] 水轮机是水电站的重要组成部分，也是水电站正常运行的重要设备。

顾生琴兰州信息科技学院甘肃兰州 730300摘要：水轮机是水电站的重要组成部分，也是水电站正常运行的重要设备。

水轮机的运行质量将直接影响发电机组的正常运行。

因此，本文对水轮机调节系统进行了分析，阐述了其控制方式，并根据当前形式结合水轮机的控制策略，推动水轮机调节系统向更加智能化的方向发展。

关键词：水轮机；调节系统；智能控制；研究1水轮机调节系统1.1概述水轮机调节系统是一个闭环控制系统，由调速器、压力引水系统、水轮机、发电机及其电网四部分组成。

这是一个集水控制系统，包括水、机械和电力。

随着水电站仿真技术的不断发展，对水电机组的数学模型进行了仿真，经济、直观、快速地研究了水电机组的静态和动态特性，提高了研究效率。

然而，水轮机控制系统是一个复杂的非线性系统，在建模过程中忽略了一些小的因素来获得简化模型。

通过仿真很难准确地反映汽轮机控制系统的实际过程，得到定量的结论。

因此，它只能为实际工作提供定性分析和决策支持。

由于水电站具有不同的特点和复杂的工况，建立水轮机动态模型，研究其在各种工况下的适用范围，具有十分重要的意义。

因此，为了理解模型的局限性和范围，我们可以选择正确的模型。

目前，通过计算机数值求解建立的水轮机数学模型可分为三类：第一是基于水轮机内部特性的数学模型，即基于水轮机自身水力原理的水力模型；第二是以水轮机综合特性曲线作为建模过程中水轮机数值特性边界条件的数学模型；第三个是IEEE工作组提出的非线性涡轮机模型。

1.2基本原则水轮机调节系统在工作过程中可分为静态和动态两种状态。

静态是指在给定信号、负荷和水头不变的情况下，机组的稳定运行状态。

当系统给定值发生变化或受到负荷、水头等动作的干扰时，系统需要及时做出相应的动作，达到供需平衡，经过一段时间的调整后重新运行到新的稳态。