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水电站冲击式水轮机组调速器技术发展历程探讨摘要】近些年来，现代化建设进程加快，电力行业也稳步发展。
水电站作为电力行业的重要组成部分，为现代化建设提供了大量电力资源。
本文围绕水电站冲击式水轮机组调速器技术，具体分析了发展历程及技术特点双方面的内容，旨在为冲击式水轮机组调速器技术的创新发展提供具有参考价值的建议。
【关键词】水电站；冲击式水轮机组调速器技术；发展历程冲击式水轮机作为一种水力原动机，顾名思义主要以水能转换为主，获取机械，具体操作原理为：在特殊导水机构辅助下，牵引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，促使转轮旋转做功，最终实现水能转换为机械能。
冲击式水轮机组调速器技术作为集合体，主要由水轮机调节、响应控制机构、指示仪表等装置构成，结构较为复杂，在水电站的有效应用，为水电站稳定生产提供了技术保障。
新时期，水电站面临新的挑战，如何为社会发展生产更多的电力资源，需重视冲击式水轮机组调速器技术的创新发展。
接下来，笔者以冲击式水轮机组调速器技术为论点，具体分析了发展历程及技术特点，希望为我国水电事业的健康、长远发展贡献力量。
1.水电站冲击式水轮机组调速器技术发展分析1.1冲击式水轮机特点概述冲击式水轮机特点主要有水头高、压力钢管长、机组运动中力矩小等特征[1]。
因此，机组运动期间，需自动调节功能的喷针为机组安全运行提供保障。
需强调的是自动调节功能必须强大，方可满足具体要求，否则无法保证机组安全运行。
同时，折向器的安装，倘若机组运动期间，实际负荷超出标准值，折向器需在第一时间内阻断水流，防止水流持续进入水轮机中，唯有如此，方可避免水锤压力与机组转数之间产生不符等问题，进而保证水电站稳定运行[2]。
1.2调速器演变历程上世纪九十年代，某水电站投入运营数十年。
社会发展，水电站生产需求也随之变化，同时，时间推移，水电站中部分设备出现了老化等现象，原有冲击式水轮机械液压调节器作为水电站的重要设备，也不可避免受其他因素影响，出现老化现象[3]。
冲击式水轮机专用调速器的应用体会(1)摘要：在中小型冲击式水轮机中，常规配置YDT等电液调速器；近些年调速器厂家研制出了冲击式水轮机专用调速器，已在不少高水头电站中投入使用，运行效果比较理想；通过对比两类调速器的使用情况，简要谈谈使用专用调速器的一些体会。
关键词：水轮机调速器应用体会1 概述冲击式水轮机适用于高水头、小流量的电站，它将来自压力管道的水，经喷嘴后转换为高速射流，切向冲击转轮，推动转轮旋转，从而带动发电机转子转动发电。
为了保证水轮发电机组能顺利地并网发电，必须配置调速器，它的主要功能是在机组运行时，保持其输出的电能频率、电压稳定。
通常，调速器是通过调节进人水轮机的水的流量来实现这一目的，对于冲击式水轮机来说，就是移动喷针以改变喷嘴的开度，从而改变水的流量。
我厂以往生产的冲击式水轮机，一般是配置电液自动调速器，近年，调速器厂家研制出了冲击式水轮机专用调速器，并逐渐在电站中开始应用。
2 配置电液调速器时的特点电液自动调速器主要是指YDT、YWT型，后来发展为使用步进电机PLC的BWT调速器，它的测频放大、回复及控制部分采用电气回路来实现，而液压放大、反馈机构、作功机构则采用机械液压装置，是目前应用最广泛的调速器。
由于冲击式水轮机的压力钢管一般比较长，因此，喷针不能关闭太快，否则会产生极大的水压，危害压力管的安全，同时，又必须在极短的时间内切除射流，以防止出现飞逸，现在的机组一般采用喷针与折向器双重调节的操作机构。
电液自动调速器输出的是扭矩，通过调速轴，把调速器的转臂与水轮机的操作机构联接在一起，调速器的指令通过连杆使操作机构中的配压阀活塞左、右移动，压力油通过配压阀上的孔口，流人接力器的两侧，操纵喷针启闭。
在调速轴的适当位置，另设1套拐臂、连杆来直接控制折向器，以保证折向器与喷针之间的协联关系。
单喷嘴机组的这种配置已应用多年，比较可靠，能保证水轮机稳定运行。
而对于双喷嘴冲击式水轮机，在运行时要求上、下喷针能同步移动，且与折向器保持协联关系。
浅析调速器在水轮发电机组中的应用水轮发电机组在使用过程中会有很多的外界因素影响，这样就会导致发电机组系统参数发生改变，发电机组出现问题。
为了解决这些问题，对水轮发电机组的调速器工作原理以及作用进行分析是非常必要的，同时在进行分析的时候也可以对多项方程式法在水轮发电机调速器中的应用进行分析。
标签：水轮发电机；调速器；应用1 水轮发电机组调速器的作用经济和社会的快速发展使得能源供应逐渐出现了供不应求的情况，为了更好的解决能源供应问题，水电站的作用是非常大的，它的出现对我国经济发展和社会稳定做出了很大的贡献。
水电站进行电能的供应可以更好的保证人们的生产和生活不会受到影响，同时利用水能来进行发电是一种清洁能源，在生产过程中不会出现过多的污染环境的问题。
水电站的正常运行离不开水轮发电机，它是重要的核心装置，水电站供电时电压和频率都是和水轮发电机的运行分不开的。
水轮发电机在使用的时候也要进行必要的控制，否则容易出现水轮机转速过快的情况，在这种情况下如果不及时进行电机转速的调整，是非常容易导致机组出现飞逸事故，对于水电站来说将要承担的经济损失是无法预计的。
很多水电站为了对水轮发电机的转速进行控制安装了过速保护系统，在水轮发电机组转速过快的情况下，保护系统会对其进行停机保护操作。
这种情况下，水轮发电机组就出现了停运的情况，对于水电站来说会影响其供电的稳定性，这样会给水电站带来一定的负面影响。
水轮发电机在运行的过程中会受到水的流动性影响，在进行发电的时候主要利用的就是水的流动性，因此，水轮发电机的转速是和进水流速有密切关系的，进水的流速出现了增快的情况，那么水轮发电机组也会提高运转速度。
这样就会导致过速保护系统被启动，这时是需要人为对进水闸门进行恢复的，这样才能使水轮发电机重新投入使用，在这个过程中水电站的供电情况也是会受到一定影响。
因此，在水轮发电机运行过程中可以随时对电机的转速进行调节是非常重要的，这样可以避免电机出现过速的情况，提高水电站的供电稳定性，这样就出现了水轮发电机组的调速系统。
价值工程1概述比例阀是介于普通工业液压阀和电液伺服阀之间的一种电液压阀，其构成上一般由比例电磁铁和相应机能的阀件组成，比例电磁铁由铁芯、线圈以及固定件组成，而由其推动的阀件可以是压力阀、流量阀、方向/流量阀或复合阀。
比例阀是阀内比例电磁铁输入电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例压力、流量输出元件。
阀芯位移也可以以机械、液压或电形式进行反馈。
比例阀的电气操纵方式，可以使用模拟信号，也可采用耗电小和电流放大简单的脉宽调制信号（PWM 信号）。
由于比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。
2常见比例阀特点常见的比例阀主要有比例方向流量控制阀和比例伺服阀。
其中，比例方向流量控制阀是一种能按输入电流信号连续控制液流方向和流量的电液控制阀，它具有如下主要特点：①比例电磁铁的输入功率较大，推力大，不容易造成活塞卡阻；②比例方向流量控制阀的流量在与比例伺服阀同样的压差情况下，其输出流量要大于比例伺服阀，单阀口压降约（0.25~0.8）Mpa ，其系统能耗和温升远比采用比例伺服阀的系统低；③比例方向流量控制阀在中位有较大的搭叠量，处在中位时没有漏油量，接力器在工作中不会频繁调节，可以保证受控负载的位置不漂移；④可以象普通换向阀一样，采用不同的滑阀中位机能；⑤存在（3~5）%的静态滞环、较大的非线性，且动态响应低；⑥由于存在较大的中位搭叠量，对弹簧又具备了一定的预压缩量，因此其零位控制死区很大，其起始控制电流值可达额定控制电流的（10~20）%。
比例方向流量控制阀按其流量控制方式，可分为开度控制型和流量控制型两大类。
前者受控量是阀芯的位移，输出流量受到负载压力及供油压力的影响；后者采用压力补偿或流量反馈，其被控量取决于控制电流，而与负载压力及供油压力变化无关。
为简化控制环节、提高可靠性，在水轮机调速器中常采用前者作为电液转换元件。
冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善冲击式水轮机是一种常见的水力发电设备，其运行原理是利用水流冲击水轮机叶片产生动能，进而驱动发电机发电。
该类型水轮机具有结构简单、效率高以及适用范围广等优点，因此得到了广泛应用。
然而，冲击式水轮机在实际运行中存在一些问题，如水流过程中的能量损失、引起水轮机振动和噪音的不平稳等。
本文将以冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善为主题，探讨如何优化冲击式水轮机的性能。
首先，我们需要进行冲击式水轮机的水力特性参数分析。
水力特性参数包括效率、进口水头、出口水头、叶轮转速等。
效率是评估冲击式水轮机性能的重要指标，表示了水轮机在转换水流动能为机械能的能力。
进口水头和出口水头是水流通过水轮机前后的水头差，也是冲击式水轮机工作的基本条件。
叶轮转速是水轮机叶轮的转速，决定了水轮机的输出功率。
通过对这些水力特性参数的分析，我们可以全面了解冲击式水轮机的性能状况，找出存在的问题和优化的空间。
在对冲击式水轮机的水力特性参数进行分析后，我们可以着手改善其性能。
首先，对于能量损失的问题，我们可以通过优化水流的流线形状来减小水流在过程中的能量损失。
通过合理设计和布置叶片形状，减小叶轮与水流之间的摩擦力和阻力，提高能量转化效率。
其次，对于水轮机振动和噪音的不平稳问题，我们可以采用动平衡技术和减振措施。
通过在叶轮上进行动平衡，消除不平衡力和不平衡力矩，减小水轮机的振动。
同时，在水轮机的轴承、支撑结构等部位加装减振装置，降低振动和噪音的产生。
除了以上的改善措施，引入先进的控制系统和调速装置也可以提高冲击式水轮机的性能。
通过采用计算机远程监控和自动控制系统，可以实时监测和调节冲击式水轮机的工作状态，确保其稳定运行。
在调速装置上，可以采用变频调速技术，提高冲击式水轮机的调速性能。
通过精确控制水轮机的转速，可以适应不同的水负荷和负载要求，优化其运行效率。
另外，适当增加冲击式水轮机的装置和设备也可以改善其性能。
冲击式水轮机的设计和优化方法探究引言：水力发电是目前最主要的可再生能源之一。
而水轮机作为水力发电的核心装置，其设计和优化对于发电效率和能源利用至关重要。
本文将探究冲击式水轮机的设计和优化方法，以期提高水力发电的效率和可持续发展。
一、冲击式水轮机的原理冲击式水轮机利用水流高速旋转产生的动能转换成机械能，进而推动发电机产生电能。
其关键原理为水流的动能转换。
首先，水流通过引导管进入水轮机，由于引导管的形状以及流体动能的作用，水流进入水轮机后速度增加，静能转化为动能。
然后，高速的水流喷射到叶轮上，产生冲击力。
叶轮受到冲击力的作用，开始旋转。
最后，旋转的叶轮通过轴将机械能传递给发电机，将动能转化为电能。
冲击式水轮机的设计和优化方法，即是为了提高这一能量转换过程的效率。
二、冲击式水轮机的设计方法1. 水轮机类型选择在设计冲击式水轮机时，首先需要选择合适的水轮机类型。
常见的冲击式水轮机类型包括离心式、反射式和喷射式等。
根据实际需求和水资源条件，选择合适的水轮机类型，以确保能够实现高效的能量转换。
2. 叶轮形状设计叶轮是冲击式水轮机中最关键的部件之一。
叶轮的形状设计直接影响水流对叶轮的冲击效果和能量转换效率。
因此，需要进行流场仿真分析和试验研究，探索出最优的叶轮形状。
通过优化叶轮的蜗壳设计、叶片角度等，提高水流的动能转换效率。
3. 冲击力传递优化为了将水流的动能准确传递给叶轮，需要优化冲击力的传递过程。
通过设计合适的导流板和分隔板等，保证水流能够完全冲击到叶轮上，避免能量损失。
同时，也要确保冲击力的传递稳定可靠，以提高水轮机的可靠性和使用寿命。
三、冲击式水轮机的优化方法1. 流场优化在冲击式水轮机的设计中，流场的优化是提高能量转换效率的重要环节。
通过流场仿真和试验研究，分析和改善水流在水轮机中的流动状态。
通过调整导流板、改善进口水资源的流态分布，减小水流中的涡流和湍流，提高水轮机的效率。
2. 叶轮优化叶轮是冲击式水轮机中最核心的部件，其性能对水轮机的整体效果有着重要影响。
原作者:徐建军出处:金华水轮机厂
【*摘要】在中小型冲击式水轮机中，常规配置YDT等电液调速器；近些年调速器厂家研制出了冲击式水轮机专用调速器，已在不少高水头电站中投入使用，运行效果比较理想；通过对比两类调速器的使用情况，简要谈谈使用专用调速器的一些体会。
1概述
冲击式水轮机适用于高水头、小流量的电站，它将来自压力管道的水，经喷嘴后转换为高速射流，切向冲击转轮，推动转轮旋转，从而带动发电机转子转动发电。
为了保证水轮发电机组能顺利地并网发电，必须配置调速器，它的主要功能是在机组运行时，保持其输出的电能频率、电压稳定。
通常，调速器是通过调节进人水轮机的水的流量来实现这一目的，对于冲击式水轮机来说，就是移动喷针以改变喷嘴的开度，从而改变水的流量。
我厂以往生产的冲击式水轮机，一般是配置电液自动调速器，近年，调速器厂家研制出了冲击式水轮机专用调速器(以下简称冲调)，并逐渐在电站中开始应用。
2配置电液调速器时的特点
电液自动调速器主要是指YDT、YWT型，后来发展为使用步进电机PLC的BWT调速器，它的测频放大、回复及控制部分采用电气回路来实现，而液压放大、反馈机构、作功机构则采用机械液压装置，是目前应用最广泛的调速器。
由于冲击式水轮机的压力钢管一般比较长，因此，喷针不能关闭太快，否则会产生极大的水压，危害压力管的安全，同时，又必须在极短的时间内切除射流，以防止出现飞逸，现在的机组一般采用喷针与折向器双重调节的操作机构。
电液自动调速器输出的是扭矩，通过调速轴，把调速器的转臂与水轮机的操作机构联接在一起，调速器的指令通过连杆使操作机构中的配压阀活塞左、右移动，压力油通过配压阀上的孔口，流人接力器的两侧，操纵喷针启闭。
在调速轴的适当位置，另设1套拐臂、连杆来直接控制折向器，以保证折向器与喷针之间的协联关系。
单喷嘴机组的这种配置已应用多年，比较可*，能保证水轮机稳定运行。
而对于双喷嘴冲击式水轮机，在运行时要求上、下喷针能同步移动，且与折向器保持协联关系。
以前，国内都采用凸轮连杆组合机构来完成这一系列动作。
由于整个结构很复杂，死区较多，而且凸轮、差动配压阀等零件的加工、安装等方面容易产生误差，经常产生动作迟缓，喷针位置控制不够准确等现象，这是配置YDT普通调速器的双喷嘴冲击式水轮机无法彻底解决的问题。
3配置冲调时的特点
冲调实际上是改进过的PLC型电液自动调速器，它分单喷嘴用调速器、双喷嘴用调速器，冲调与普通调速器的主要区别在于它输出的不是扭矩，而是压力油；由于冲击式水轮机是通过改变喷针的开度来改变其流量，喷针是作直线运动的，因此只要在喷针后设置1个接力器，控制压力油的进出方向，就能直接控制喷针的启闭，这样，就可以取消水轮机上的操作机构。
为了让调速器减少过调节，使调节过程稳定，精确控制喷针的行程，要设置1个位移反馈装置。
位移反馈装置通常有机械反馈和电气反馈两种。
机械反馈是用钢丝或钢带将喷针的位移信号送到调速器的回复轴上，再通过调速器内部液压系统和电气回路共同作用，使主配压阀的活塞逐渐回到平衡位置，从而使喷针达到稳定状态；而电气反馈则是通过位移传感器或电位计等电子元件将喷针的位移信号转变为电压信号，反馈到PLC的A／D接口(模数转换接口)，该数值与PLC 内部的计算值进行比较，以决定喷针是开还是关。
由于反馈电压的作用与频率偏差的作用正好相反，就减缓了接力器的移动速度，减小了过调节，使调节达到平衡，保证机组稳定运行。
目前，国内不同厂家生产的冲调采用的反馈形式各有其特点，可根据不同的机组的具体情况，选择合适的反馈形式。
冲调的另一改进是它的软件系统，大多厂家的可编程逻辑控制器(PLC)，采用面向硬件仿真编程，采用模块结构，变参数并联PID调节原理，改变了以往采用梯形图、指令表等程序结构，其测频环节由PLC本身完成，无须单独设置测频电路，提高了测频环节的可*性。
也有厂家采用PCC(可编程计算机控制器)，它将原PLC的标准功能和工业计算机的多任务操作系统集成在一起，配以数字阀随动系统，效果也不错。
当双喷嘴机组配置冲调后，就可以取消水轮机上的凸轮连杆组合操作机构，在每个喷针后设置1个接力器，由压力油根据调速器指令直接控制喷针的启闭。
由于调速器中有两套相同的液压随动系统，再根据选定的调速器反馈形式，在每个喷针后都设置相应的反馈装置，分别与一套液压随动系统相联；而折向器及其接力器由调速器中单独的1个电磁阀来控制，它与喷针不再保持协联关系，在机组正常运行时，折向器始终处于全开状态，只有在关机或紧急停机时，接力
器才动作，关闭折向器；至于上、下喷针如何动作、行程多少、折向器何时关闭等等，都由PL C中的程序通过控制压力油来实现，这样整个水轮机的结构就变得异常简单，调节的可*性也大大增强了。
单喷嘴水轮机的专用调速器中，只有1套液压随动系统，其他的与双喷嘴的专用调速器相同。
此时，我们大多选用电反馈装置，因为它安装很方便，在水轮机上也不用另加转换装置，只要1个支架固定好电位计或位置传感器即可；电反馈方式的调试也比较容易，另外，它对调速器的位置没有要求，可以任意布置。
4应用实例
浙江丽水黄样口电站，装机容量为两台800kW的CJA237—W—62／2X7型双喷嘴冲击式水轮机，电站的技术参数如下：设计水头239m，设计流量0．439真／。
发电机为SFW800—6／1180，调速器为天津某厂的TDBWCT—2型冲击式水轮机专用调速器。
在设计时，考虑到下喷针在厂房平面以下，工作环境比较潮湿，还有可能发生滴水滴油等情况，我们对电位计、位移传感器等电气元件能否长期可*工作存有疑虑，所以选择了机械反馈方
式，并设计了1个反馈机构(见图1)，将喷针的移动距离转换为扇形轮的旋转弧长，再通过5m m的钢丝绳经滑轮反馈到调速器中的回复轴上。
当喷针移动时，回复轴也相应转动，通过杠杆使与之相联的步进电机发出位移反馈信号，经与PLC的位置信号进行运算后，输出一个频率差值，通过步进电机驱动器去驱动步进电机，使引导阀针塞离开中间位置；此时，主配压阀的活塞受压差作用作相应移动，通过液压系统向喷针接力器配送压力油，同时，带动回复机构运动，通过杠杆使引导阀针塞回到中间位置，完成一次调节，从而控制喷针稳定在某一位置，以保证机组频率和出力的稳定。
在这台机组的试运行时，先进行手动操作，喷针接到指令后，迅速移动，没有发生配置普通YDT调速器时的滞后现象；自动开机起动时，机组自动跟踪电网频率，转速迅速上升到同期要求，顺利并网；接着作带负荷试验，机组起动并网后，在额定功率的25％、50％、75％各运行了30min，在连续增减负荷的过程中，接力器无摆动，机组无异常现象，说明预调好的缓冲参数是合适的；再满负荷运行2h，在这过程中，频率一直稳定在50土0．2Hz之间，出力变化也很小。
最后，作甩负荷试验，即在机组带负荷运行时，突然跳闸与电网脱开，这会使调速器的各部件达到极限，是对调速器整体调节质量的考验；分别在额定功率的25％、50％、7 5％和100％作了甩负荷试验，并对甩负荷前后的机组参数作了记录；在甩满负荷时，水轮机折向器能在跳闸2s时内迅速倒下，切断射流，机组速率相对上升了34％，压力水管的压力上升了14％左右，喷针接力器关闭时间为20s，这些参数都在允许范围内，说明调速器的动态稳定性和速动性能良好。
经72h的试运行后，机组通过验收，并一直运行稳定。
5结束语
目前，已有多台此类型的机组成功发电，从运行情况看，双喷嘴水轮机的专用调速器是很成功的一个产品，不仅大大简化了水轮机的结构，同时改善了调节品质，提高了调节的可*性。
现在，我厂生产的双喷嘴冲击式机组全都配置专用调速器。
我认为，专用调速器不仅能用于新机组，也可用它对旧机组进行技术改造。
至于单喷嘴冲击式机组，由于配普通调速器时，结构不是很复杂，在运行时也比较可*，因此两种调速器都在使用，可根据用户喜好去选择。
