水轮机调节原理及调速器选择

解析水轮机微机调速器控制原理调试及故障处理【摘要】水轮机调速器分为以下几种类型：机械和电气液压型采用的是PID 控制方式，但是常规的PID控制难以支持大型水轮机和电网机组调节系统的控制要求，现在所采用的一般是变参数PID、自适应控制盒模糊控制等高级且复杂的控制方法，通过计算机完成水轮机调节系统的控制。

因此对水轮机的微机调速器的控制策略分析，水轮机调节系统是一个具有非线性和变形的系统。

【关键词】水轮机；微机调速器；智能控制1、水轮机调节系统组成水轮机调节系统主要是由调速器和被控对象组成。

水轮机的调速器主要的作用是运用电力系统的负荷变化来调节导叶的开度，从而使水轮机调整发电机的功率输出，并使发电机组的转速维持在规定的调节范围之内。

水轮机的被控对象是由水轮机系统（包括水力系统，如调压井和压引水道等）和发电机系统（包括电气、电压和机械惯性调节三部分）组成。

水轮机的控制系统是一个复杂系统，是集水力、机械和电气一体化系统。

在实际应用中，建立系统化的数学模型需要忽略一些不必要的参数。

2、微机调速器控制结构机械液压型调速器、电气液压型调速器和微机调速器是调速器发展的3个阶段。

随着计算机技术的快速发展，水轮机微机调速器的发展应用也在不断进步。

数字化PID技术可以应用计算机技术进行精度高，运算速度快的测频效，而且具有可靠性高的特点，可以它的控制方式可以由软件编程控制，具有灵活多变的效果，容易对各种结构的控制参数进行调节，方便实现更复杂更高级的控制算法的应用与调节。

计算机的技术的不断推进也对微机调速器的发展起到了推动作用，先后也经历了以下的几种类型：（1）最早的单板机和单片机8位数据传输调节，当时的运算速度还是比较慢。

（2）STD总线工业控制机。

（3）可编程控制器，现在工业应用很广泛，而且相应的技术也比较成熟。

（4）工业PC机。

（5）可编计算机控制器(PCC)。

现在工业中主流的调速器产品就是以PLC为控制器，由PLC图形化编程和数学算法一起实现的，但是面对现代工业发展的情况来看，它的运算速度等一系列的方式都远不及PC机。

第五章 水轮机调速设备第一节 调速设备的目的与作用一、水轮机调节的任务通过调节流入水轮机流量的大小，是机组出力与外界负荷相适应，保证机组在额定转速下运行，从而保证机组发出的电流频率满足电力系统的要求。

水轮机调节的具体任务是：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。

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)。

二、调节途径水轮发电机组的运动方程式为g t M M dtd J -=ω （5—1） 式中：J ——机组转动部分的惯性矩，对一定机组为常数；ω——机组转动角速度，60n πω=dt d ω——机组转动角加速度； t M ——水轮机的主动力矩，由水流对水轮机叶片作用形成，推动机组转动，ωηrQH M t =；g M ——发电机的阻力矩，发电机定子对转子作用力矩与t M 方向相反。

机组型号确定后则J 为定值，当t M =g M 时dtd ω=0，则转速稳定，机组稳定工作。

若电力系统负荷变化时，则引起发电机g M 变化，g M ≠t M ，就会使dt d ω≠0，会引起两种结果：1、g M ＞t M ，增负荷，则dtd ω＜0，水轮机转速降低； 2、g M ＜t M ，减负荷，则dtd ω＞0，水轮机转速升高， 从1、2可知，只要g M ≠t M 必会引起水轮机转速变化，而水轮机转速变化将会引起电流频率的变化，若频率f 不变只需dt d ω=0即t M =g M 这就需要不断调整水轮机主力矩t M 来适应不断变化的发电机阻力矩g M 。

水轮机引入流量的改变是通过调节水轮机导叶开度来实现的。

水轮机随着机组负荷的变化而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值或某一预定值的过程称为水轮机调节。

(N 变化 —— a 0变化—— Q 变化 —— n=n e )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。

第二节 水轮机调速设备组成、类型及选型一、调节设备的特性在水轮机调节系统适应负荷变化而保持转速不变的过程中，其工作状态有两种：一是转速不变的稳定状态，二是调节过程的调节状态。

水轮发电机组调速器的应用与选型摘要：水轮机调节系统是由调速系统和调节对象组成的闭环系统，其中，调速系统包括调速器电气部分、电液随动系统以及油压装置，调节对象包括水轮机及其有压过水系统、发电机及电网。

水轮机调速器是水电站进行机组出力调节的重要设备，也是水电站中自动化控制的关键设备之一，其基本任务是供水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化或其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范围，并能迅速地稳定在新的工况下运行。

此外调速器还具有对机组进行正常的控制操作，保证机组安全、经济运行等功能。

关键词：水轮机；调速器；技术；选型1 水轮发电机组中调速器的作用就我国的现有情况来说，从各种资源条件的对比中，大力建设水电站是最为明智的选择，可以说，水电站的建设在我国的经济发展中作出了非常重要的贡献。

水电站的电能供应不仅能够保证人们的日常电量的供应，同时还是一种非常清洁的能源，这对于日益严重的环境污染的现状来说，无疑是一种明智之举。

而水电站的要想实现自身的正常运转就不能离开水轮发电机，水轮发电机是水电站发电的核心部分，在水电站提供电量时，水轮发电机的运行对其电压和频率都有着非常重要的影响。

但是，在水轮发电机运行的时候也需要进行一定的有效控制，否则就有可能会出现由于水轮机转速过快而出现机组飞逸的情况，这种状况对于水电站来说无疑是重大的打击。

而一些水电站为了能够有效的控制水轮发电机的转速，对水轮发电机安装了一定的保护系统，这个系统在水轮发电机转速过快的情况下对其实现停机保护操作。

在这种情况之下，水轮发电机停止运行，水电站的电量供应就会出现供电的不稳定，这也会给水电站造成一定的负面的效应。

同时水轮发电机在运行的过程中受到水流的速度和大小的影响，因此，水轮发电机的转速和水流的速度是有直接的关系的，当进水的速度出现了增快的情况之时，水轮发电机的转速也会相应的提高，如果转速过快就会导致保护系统的启动，这又需要一定的人员对进水闸来进行调整，水电站才能够重新投入使用，这种情况也是会影响水电站的电量供应的稳定性的。

水轮机调速系统应用与故障维修探究水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的设备，广泛应用于水力发电厂、水库等水利工程中。

为了提高水轮机的效率和性能，调速系统成为其关键部件之一。

调速系统能够调节水轮机的转速和输出功率，使其适应不同的工况和输出需求。

本文将探讨水轮机调速系统的应用与故障维修，帮助读者深入了解水轮机的调速原理和维护方法。

一、水轮机调速系统的应用1. 调速系统的基本原理水轮机调速系统的基本原理是通过调节进水流量或改变叶片角度来控制转速和功率输出。

通常采用液压调速和电子调速两种方式，液压调速主要依靠油压柱塞和阀门调节水轮机的进水量，电子调速则是通过传感器和控制器实现对水轮机的转速监测和调节。

两种调速方式各有优劣，可以根据具体的工程要求和经济性进行选择。

2. 调速系统的主要组成水轮机调速系统主要包括液压系统（或电子系统）、调速器、控制器和传感器等组成部分。

液压系统主要负责控制进水量，调速器负责将液压信号转化为机械控制，控制器负责整个调速系统的监测和控制，传感器则用于监测水轮机的转速和运行状态。

3. 调速系统的应用场景水轮机调速系统广泛应用于各类水利工程和水电站，如以集中调度为主的调速系统、分散式调度为主的调速系统等。

在特定的工程中还可能应用到数字化调速系统、自适应调速系统等先进的调速技术，以满足不同的工程需求和技术要求。

1. 常见故障类型水轮机调速系统的常见故障类型包括：液压系统漏油、阀门堵塞或卡死、调速器失灵、控制器故障、传感器故障等。

这些故障可能会导致水轮机的转速和输出功率失控，影响水轮机的正常运行和安全性。

2. 故障排查和维修方法在水轮机调速系统出现故障时，需要及时排查并进行维修。

首先需要对液压系统进行检查，清洗液压油箱、更换密封圈和滤芯等，保证液压系统的正常运行。

对阀门进行检查和维护，确保阀门的灵活性和密封性。

对调速器、控制器和传感器进行检测和调试，排除故障原因并进行修复。

需要注意的是，对于一些电子调速系统，需要专业的维修人员进行维修和调试，以免造成更大的损害。

⽔轮机调速器原理什么是⽔轮机调速器？⽔轮机调速器的作⽤是什么？⽔轮机调速器的发展历程是怎样的？⽔轮机调节是通过⽔轮机调节系统根据机组转速的变化不断地改变⽔轮机过流量来实现的。

⽔轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象组成的闭环控制系统（如图1-1）。

通常把调节控制器和液压随动系统统称为⽔轮机调速器。

图1-1 ⽔轮机调节系统构成图⽔轮机调速器作⽤是保证⽔轮发电机的频率稳定、维持电⼒系统负荷平衡，并根据操作控制命令完成各种⾃动化操作，是⽔电站的重要基础控制设备。

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。

⽔轮机调速器调速器有哪些类型？如何划分？⽔轮机调速器的分类⽅法较多，按调节规律可分为PI和PID调速器；按系统构成分为机械式调速器（机械飞摆式）、电液式调速器及微机调速器；实际应⽤中常⽤是以下⼏种区分⽅式：1、按我国⽔轮机调速器国家型谱以及调速器⾏业规范，调速器分为：中、⼩型调速器；冲击式调速器；⼤型调速器等。

中、⼩型调速器以调速功⼤⼩来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数⽬来区分，⼤型调速器以主配压阀名义直径来区分。

调速器分类表⼩型调速器中型调速器⼤型调速器W≤1000Kg.m接⼒器调速功1000Kg.m＜W≤7500Kg.mW>7500Kg.m2、微机调速器依据调节器（电⽓部分）及机械液压系统（机械部分）的不同形式，有以下区分：2.1按调节器的硬件构成有单⽚机、⼯控机、可编程控制器三⼤类调节器。

其中单⽚机、单版机构成的调节器由于可靠性差、故障率⾼等多⽅⾯原因，已趋于淘汰。

⽬前可编程控制器以其⾼度的可靠性成为调节器构成⾸选。