水輪機自動調(diào)節(jié)-第1章-水輪機調(diào)節(jié)基本概念課件

使用教材水輪機自動調(diào)節(jié)程遠楚張江濱主編中國水利水電出版社課程名稱：水輪機調(diào)節(jié)授課教師：程遠楚武漢大學動力與機械學院使用教材課程名稱：水輪機調(diào)節(jié)授課教師：程遠楚1理論學習41學時講授內(nèi)容:1,2章3,4章5章6.3.3,6.3.47章9.3,9.4實驗4學時課程設計1周

學習

安排學習安排

理論學習41學時學習

安排學習安排2復習并掌握先修課的有關內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當筆記課后：認真讀書、完成作業(yè)實驗：充分準備、勇于實踐總成績＝考試成績＋實驗成績＋平時成績學習

方法學習要求

復習并掌握先修課的有關內(nèi)容學習

方法學習要求3第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念水輪機調(diào)節(jié)的任務、途徑與方法水輪機調(diào)節(jié)的特點水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念水輪機調(diào)速器的系統(tǒng)結構第1章學習重點第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念水輪機調(diào)節(jié)的任務、途徑與方法第14第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念水力發(fā)電廠是利用水能生產(chǎn)電能的工廠，它是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分。電力系統(tǒng)是由若干個發(fā)電廠、變電所、輸配電線路以及用戶在電氣上相互連接的一個整體。由若干個發(fā)電廠聯(lián)合向用戶供電，可以大大提高供電的可靠性、經(jīng)濟性和電能質(zhì)量。1.1水輪機調(diào)節(jié)的任務一電力生產(chǎn)過程與特點1、電力生產(chǎn)的特點第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念水力發(fā)電廠是利用水能生產(chǎn)電能的工5第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1、電力生產(chǎn)的特點發(fā)供電同時完成，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，需確保電力系統(tǒng)的有功功率平衡和無功功率平衡，即發(fā)電廠的發(fā)電量必須根據(jù)用戶用電量進行調(diào)整．電力系統(tǒng)頻率主要決定于系統(tǒng)內(nèi)有功功率的平衡。系統(tǒng)內(nèi)各類發(fā)電廠原動機輸出的有功功率的總和，在任何時刻都必須同系統(tǒng)的有功功率負荷(包括各種用電設備所帶的有功功率和網(wǎng)絡的有功功率損耗)相平衡，否則頻率就會出現(xiàn)偏移。然而，任何電力系統(tǒng)的負荷都在不停地波動，由于電能不能大量儲存，負荷功率的變化立即引起頻率的相應變化，這種變化是瞬時出現(xiàn)的，原動機輸出功率由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相應遲緩，無法適應發(fā)電機電磁功率的瞬時變化，因此嚴格地維持頻率不變是不可能的，但必須把頻率對于其額定值的偏移限制在一個相當小的范圍內(nèi)。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1、電力生產(chǎn)的特點62、水電站生產(chǎn)過程第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念2、水電站生產(chǎn)過程第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念73、電力系統(tǒng)的負荷變化電力系統(tǒng)用電單位的用電就稱為負荷。負荷在每晝夜、每周、每月、每年都是在變化著的。在發(fā)電廠里通常把每晝夜的負荷變化用日負荷變化曲線表示，同樣的可以有周負荷、月負荷和年負荷變化曲線。但發(fā)電廠感興趣的、乃是日負荷交化曲線．第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念3、電力系統(tǒng)的負荷變化電力系統(tǒng)用電單位的用電就稱為負荷。負荷83、電力系統(tǒng)的負荷變化可預見性的變化高峰與低谷，總體趨勢可預見，但其變化速度及準確變化時刻不可預見．隨機變化變化周期可能為幾秒－幾十秒，幅值相對較小(2%-3%)第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念3、電力系統(tǒng)的負荷變化可預見性的變化第一章水輪機調(diào)節(jié)基本9二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求可靠性

要保證所有發(fā)電設備運行可靠，并持續(xù)不斷地向各類用戶供電，一方面要求所有發(fā)電設備應安全可靠，不會因故障而退出運行，避免因停電引起生產(chǎn)的停頓，造成人民生活秩序的破壞，甚至影響人身安全，如手術臺上的病人或電梯上的人員。另一方面，當用戶用電量瞬間出現(xiàn)大量增減時，供電系統(tǒng)應能迅速增加或減少相應的出力，以適應用戶需要，即采用積極的辦法來保持供電系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，保持供電系統(tǒng)能量平衡，保持發(fā)電設備運行工況的穩(wěn)定，維持水電站生產(chǎn)過程系統(tǒng)運行參數(shù)的正常。盡可能避免消極的運行方式，如當供電系統(tǒng)供不應求時，采取切除某些次要用戶用電的線路，以減少電力供應的方式，這是一種消極的保持系統(tǒng)能量平衡的運行方式。須知對次要用戶停電所造成的損失也是難以估計的。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求可靠性第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念10二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求

要求電能的頻率在額定值附近某一范圍內(nèi)。供電頻率為交流5０Ｈz;供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在3000MW及以上者，為±0.2Hz；電網(wǎng)容量在3000MW以下者，為±0.5Hz.第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念頻率變化對用戶的不利影響(1)引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化，使其拖動的工作機械轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，從而使機床加工件表面不光潔，使紡織機上的線條與布表面不均勻，嚴重時造成次品和廢品，甚至會使生產(chǎn)無法進行．(2)頻率下降，導致電動機轉(zhuǎn)速下降，拖動機械的出力下降．(3)測量、控制等電子設備因頻率波動導致準確性和工作性能下降，當頻率下降過多時可能導致電子設備無法工作．(4)頻率下降可能使汽輪機進入共振區(qū)，可能導致輔助機械停止工作，也可能導致電力系統(tǒng)崩潰．二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求要求電能的頻率在額定值附近某一范11二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求

要求電能的電壓在額定值附近某一范圍內(nèi)。供電電壓變動幅度，不超過下列范圍:35kV及以上供電和對電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的±5%,10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的±7%,低壓照明用戶為額定電壓的+5%,-10%.波形應為正弦波，畸變小第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求要求電能的電壓在額定值附近某一范12三水輪機調(diào)節(jié)的任務１．水輪機調(diào)節(jié)的基本任務負荷的變化導致頻率的變化，要維持頻率在一定范圍內(nèi)，必須對機組進行調(diào)整．水輪機調(diào)節(jié)的任務是：根據(jù)負荷的變化不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的有功功率輸出，以維持機組轉(zhuǎn)速（頻率）在規(guī)定范圍內(nèi)，或按某一預定的規(guī)律變化．第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念三水輪機調(diào)節(jié)的任務負荷的變化導致頻率的變化，要維持頻率在一13三水輪機調(diào)節(jié)的任務２．水輪機調(diào)速器的作用調(diào)速器的基本作用是調(diào)整轉(zhuǎn)速、調(diào)整功率。具體主要有以下作用:(1)能自動調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速，使其保持在額定轉(zhuǎn)速允許的偏差內(nèi)運轉(zhuǎn)，以滿足電網(wǎng)對頻率質(zhì)量的要求。(2)能使水輪發(fā)電機組自動或手動快速起動、同期及并網(wǎng)，增減負荷，正常停機，緊急停機。(3)當水輪發(fā)電機組在電力系統(tǒng)并列運行時，調(diào)速器能自動承擔預定的負荷分配，使各機組能實現(xiàn)經(jīng)濟運行。(4)能滿足轉(zhuǎn)槳式、沖擊式水輪機雙重協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的需要。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念三水輪機調(diào)節(jié)的任務調(diào)速器的基本作用是調(diào)整轉(zhuǎn)速、調(diào)整功率。具14三水輪機調(diào)節(jié)的任務因此，水輪機調(diào)節(jié)除承擔基本任務外，還擔負如下任務:(1)進行機組的正常操作。機組的開停機，增減負荷，以及發(fā)電、調(diào)相等各種工況的相互切換。(2)保證機組的安全運行。在各種事故情況下，機組甩掉全部負荷后，調(diào)速系統(tǒng)應能保證機組迅速穩(wěn)定在空載或者根據(jù)指令信號可靠地緊急停機。(3)實現(xiàn)機組的經(jīng)濟運行。按要求自動分配機組間的負荷。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念三水輪機調(diào)節(jié)的任務因此，水輪機調(diào)節(jié)除承擔基本任務15四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部分是一個圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運動的剛體，它的運動可由如下方程來描述

Ｊ機組轉(zhuǎn)動部分慣性力矩

GD2機組飛輪力矩，g重力加速度

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部分是一個圍16四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部分是一個圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運動的剛體，它的運動可由如下方程來描述

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念水輪機主動力矩Ｍt由水流對水輪機葉片的作用力形成，它推動機組轉(zhuǎn)動，其大小決定于水頭H和流量Q。由圖可見，導葉開度一定時，力矩隨轉(zhuǎn)速增加而減小;當轉(zhuǎn)速一定時，力矩隨導葉開度增加而增加。

四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部分是一個圍17四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部分是一個圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運動的剛體，它的運動可由如下方程來描述

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念Mg是發(fā)電機定子對轉(zhuǎn)子的作用力矩，它的方向與轉(zhuǎn)向相反，是阻力矩。由發(fā)電機原理可知，Mg代表發(fā)電機有功功率輸出，即與用戶耗電功率的大小有關，與用戶的性質(zhì)有關。綜合用戶后的Mg一般是隨轉(zhuǎn)速增加而增加的，當用電設備為某一組合時，Mg=f(n)可用一條曲線表示。

四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部分是一個圍18四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機調(diào)節(jié)示意圖⑴Mt、Mg與n的關系

①Mt：Mt是機組動力矩a)當水頭一定，開度一定（如a=a3）時，n↑↓→Mt↓↑。

b)當水頭一定，轉(zhuǎn)速n相同時，a↑↓→Mt↑↓(如下,a、b、c三點)。

②Mg：Mg是負荷力矩，與負載性質(zhì)有關，它代表不同用戶設備組合后的總負荷力矩。a)對同一負荷特性曲線，n↑↓→Mg↑↓（見圖1-2中紅線）；b)在n一定時，對不同的負荷特性曲線→Mg不同（見圖1-2中a、b、c三點）。

四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念19四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機調(diào)節(jié)示意圖（2）改變負荷，開度a不變（a=a3)在a3下

顯然，如果負荷變化后，不調(diào)節(jié)導葉開度，機組轉(zhuǎn)速仍可穩(wěn)定在某一數(shù)值上，水輪機及負荷的這種能力稱為自平衡能力。但這樣穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速偏離額定值較遠。若出力由額定值降到0，轉(zhuǎn)速升高值可達（1.8-2.4）。不能滿足系統(tǒng)對頻率的要求。

四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念20四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機調(diào)節(jié)示意圖調(diào)整方法：調(diào)整Ｈ不容易實現(xiàn)，不經(jīng)濟，調(diào)節(jié)范圍有限調(diào)整n與調(diào)節(jié)目標相矛盾調(diào)整效率不經(jīng)濟，不現(xiàn)實調(diào)整Ｑ

四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念21四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機調(diào)節(jié)示意圖

顯然要調(diào)節(jié)水輪機輸出的主動力矩，就是要調(diào)節(jié)水輪機輸出功率，其中最有效的方法和途徑是通過調(diào)節(jié)（控制）水輪機的流量。而流量的調(diào)節(jié)（控制）是通過改變導水機構（即水輪機的活動導葉）的開度來實現(xiàn)的。對轉(zhuǎn)槳式水輪機，還通過協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)輪葉轉(zhuǎn)角來共同實現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)。而實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)（控制）的控制裝置就是水輪機調(diào)速器（或稱水輪機控制器）。

四水輪機調(diào)節(jié)的實現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念221.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程一轉(zhuǎn)速的手動調(diào)節(jié)第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念231.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程一轉(zhuǎn)速的手動調(diào)節(jié)用轉(zhuǎn)速表測量機組轉(zhuǎn)速(頻率)，運行人員密切監(jiān)察轉(zhuǎn)速表，監(jiān)視機組轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定情況。當發(fā)現(xiàn)機組轉(zhuǎn)速有偏差時，就手搖調(diào)速手柄，操縱導水葉改變開度，控制進入水輪機的水量，使機組轉(zhuǎn)速回復到額定值。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程用轉(zhuǎn)速表測量機組轉(zhuǎn)速(頻率)，運行24水輪機自動調(diào)節(jié)-第1章-水輪機調(diào)節(jié)基本概念ppt課件251.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程二轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)

離心飛擺有兩個重錘(1)，通過鋼帶(2)懸掛在上支持塊(3)上。并與下支持塊(4)相連。在上、下支持塊軸心間裝有彈簧(5)。上支持塊的上端與飛擺轉(zhuǎn)軸(6)相連，下支持塊的下端與轉(zhuǎn)動套(7)相連接。飛擺轉(zhuǎn)抽和水輪機主軸(10)，用皮帶輪(8)和皮帶(9)聯(lián)系起來，使飛擺轉(zhuǎn)軸直接跟隨水輪機主軸旋轉(zhuǎn)，而不停地“監(jiān)視”水輪機主軸的轉(zhuǎn)速。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程離心飛擺有兩個重錘(1)，通過鋼261.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程二轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)若不考慮鋼帶的拉伸作用，重錘在旋轉(zhuǎn)時，受到向外甩的離心力和彈簧形變所產(chǎn)生的推力的共同作用。轉(zhuǎn)速高則重錘的轉(zhuǎn)動半徑就大;反之則小，并通過鋼帶佼轉(zhuǎn)動套升降。重錘位置與轉(zhuǎn)速是一一對應的，額定轉(zhuǎn)速時，彈簧力等于離心力，使重錘和轉(zhuǎn)動套處于相應的“中間位置”。此時轉(zhuǎn)動套通過杠桿(13)，使閥門(14}保持應有的開度，水輪機出力與負荷相等，水輪機在額定轉(zhuǎn)速下運行．第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程若不考慮鋼帶的拉伸作用，重錘在271.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程二轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)當負荷減小時，轉(zhuǎn)速上升而離心力增大，重錘將轉(zhuǎn)動套向上提升，并通過杠桿關小閥門減小流量，水輪機出力因而減小，直到與負荷相等。水輪機在新的穩(wěn)態(tài)下運行．當負荷增加時，轉(zhuǎn)速下降，離心力減小，彈簧因而推動轉(zhuǎn)動套下降，并通過杠桿開大閥門增加流量，使水輪機出力增加，直到與負荷平衡，水輪機又在新的穩(wěn)態(tài)下運行。第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念

因此，離心飛擺能夠不斷“監(jiān)視”轉(zhuǎn)速，并不斷與額定轉(zhuǎn)速比較，根據(jù)轉(zhuǎn)速升降的高低程度來控制閥門。1.2水輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程當負荷減小時，轉(zhuǎn)速上升而離心力增大281.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成一調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念１．量測元件用來測量水輪發(fā)電機組運行時任一瞬間的轉(zhuǎn)速變化，將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成位移或電壓信號，。然后與給定信號進行比較（綜合），確定頻率（轉(zhuǎn)速）偏差的大小和方向。2．計算決策元件根據(jù)將被調(diào)節(jié)參數(shù)任一瞬間值與“參考輸入值”進行比較的結果，即計算出的偏差的方向和大小，作出操作決策，發(fā)布操作命令。3．執(zhí)行元件閥門14就是所謂的執(zhí)行元件，它按照計算決策元件的命令動作，對調(diào)節(jié)對象進行控制，執(zhí)行開大或關小導葉開度命令。1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念１．量291.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成一調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念４．放大元件上述簡易調(diào)速器的飛擺力太小，無法適應稍大的水輪機，必須將“離心飛擺”的推動力量加以“放大”。放大元件通常使用液壓放大器，它由配壓閥（引導閥）和接力器構成。1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念４．放301.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成一調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念調(diào)節(jié)規(guī)律在計算決策元件中形成，即在前向通道中形成控制規(guī)律．調(diào)節(jié)規(guī)律也可在反饋通道中形成．５．反饋元件反饋元件又把導葉開度變化的估息返回綜合環(huán)節(jié)（加法器），同時也形成必要的調(diào)節(jié)規(guī)律。1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念調(diào)節(jié)規(guī)311.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成二水輪機流量調(diào)節(jié)機構第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念１．混流式水輪機采用多導葉式的導水機構，即靠導水機構來調(diào)節(jié)進入水輪機轉(zhuǎn)輪的流量1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念１．混321.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成二水輪機流量調(diào)節(jié)機構第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念2．轉(zhuǎn)漿式或斜流式水輪機除有調(diào)節(jié)流量的多導葉機構外，還設有按導葉開度和水頭變化而改變轉(zhuǎn)輪葉片轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)機構。這種調(diào)節(jié)流量的方式?？墒顾啓C按最優(yōu)效率運行。1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念2．轉(zhuǎn)331.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成二水輪機流量調(diào)節(jié)機構第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念3．沖擊式水輪機流量調(diào)節(jié)機構不是采用導葉式，而是利用裝設在引水管道末端且靠近轉(zhuǎn)輪水斗的噴嘴和噴針相對位置的改變，以調(diào)節(jié)沖向水輪機射流的大小。為了防止高水頭，長管道在調(diào)節(jié)時引起的管道水錘，噴針的關閉速度絕不能太快。為此，在噴嘴出口處裝有可快速改變射流方向的折向器1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念3．沖341.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成三水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的幾個基本概念第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念１．調(diào)速器（Governor）由實現(xiàn)水輪機調(diào)節(jié)及相應控制的機構和指示儀表等組成的一個或幾個裝置的總稱．調(diào)速器通常由測量、綜合、放大、執(zhí)行和反饋等元件組成。２．油壓裝置(OilPressuresupplyunit)提供液壓能的裝置３．水輪機控制系統(tǒng)(Controlsystemforhydraulicturbines)用來檢測被控參量（轉(zhuǎn)速、功率、水位、流量等）與給定參量的偏差，并將它們按一定特性轉(zhuǎn)換成主接力器行程偏差的一些設備所組成的系統(tǒng)．一般指由水輪機調(diào)速器與油壓裝置所構成的系統(tǒng)．1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念１．調(diào)351.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成三水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的幾個基本概念第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念４．被控制系統(tǒng)（Controlledsystem）由水輪機控制系統(tǒng)控制的系統(tǒng)，又稱被控對象，它包括水輪機、引水和泄水系統(tǒng)，裝有電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機及其所并入的系統(tǒng)．５．水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Regulatingsystemforhydraulicturbines)由水輪機控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)．由水輪機調(diào)速器和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)．6．配壓閥(DistributingValve)輸出油流方向和流量隨活塞移動的方向和位移大小而改變的閥．7．接力器(Servomotor)供給某一操作機械液壓操作力的裝置．1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念４．被361.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成四水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1．水輪機調(diào)器必須具備有足夠大的調(diào)節(jié)功

水輪發(fā)電機組是把水能變成電能的機械。而水能要受自然條件的限制，單位水體中所帶有的能量較小，與其他原動機相比，要發(fā)出相同的電功率就需要通過較大的流量,因而水輪機及其導水機構也相應較大。這就要求調(diào)速器設置多級液壓放大元件。2．液壓元件的調(diào)節(jié)滯后易產(chǎn)生過調(diào)節(jié)，不利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定

放大元件的非線性及時間滯后有可能使水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化。3．水擊的反調(diào)效應惡化調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì),限制了接力器的開關操作速度水電站受自然條件的限制，常有較長的壓力引水管道。管道長，水流慣性大，導水機構開關時會在壓力管道內(nèi)引起水擊作用。而水擊作用通常是與導水機構的調(diào)節(jié)作用相反。例如，導水機構關閉使機組輸入能量與輸出功率減小，但此時產(chǎn)生的水擊會在一段時間內(nèi)使機組功率增加并部分抵消導水機構的調(diào)節(jié)作用，這種反調(diào)節(jié)作用將嚴重地影響水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。另外，為了限制壓力引水管道中水壓最大變化值，必須限制導水機構的運動速度，這對調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性也將產(chǎn)生不利影響。4．有些水輪機調(diào)速器還具有雙重調(diào)節(jié)機構，從而增加了調(diào)速器結構的復雜性如轉(zhuǎn)槳式和斜流式水輪機有導水機構和活動槳葉;水斗式水輪機有噴嘴和折向器;某些混流式水輪機裝有控制水擊作用的調(diào)壓閥。于是調(diào)速器中需要增加一套調(diào)節(jié)和執(zhí)行機構，從而增加廠調(diào)速器的復雜性。另外轉(zhuǎn)槳式水輪機槳葉調(diào)節(jié)比導葉慢，這又增加了水輪機出力的滯后，對水輪機調(diào)節(jié)不利。5．具有越來越多的自動動操作和自動控制功能隨著電力系統(tǒng)的擴大和自動化程度的提高‘要求水輪機調(diào)速器具有越來越多的自動操作和自動控制功能，如快速自動準同期、功率反饋等。這就使得水輪機調(diào)速器成為水電站中一個十分重要的綜合自動裝置。1.３水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1．水371.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國外發(fā)展歷程19世紀的末葉，世界上第一臺機械液壓型水輪機調(diào)速器誕生；1920-1930年代完善，廣泛采用PI控制規(guī)律．1944年，ASEA制造出世界上第一臺電氣液壓型調(diào)速器，并在瑞典的Rydboholm水電站投入運行；電調(diào)經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路三個階段，在晶體管和集成電路電調(diào)中開始采用PID控制規(guī)律．第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國外發(fā)展歷程第一章水輪381.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展1975年，英國格勒斯哥大學和蘇格蘭水電局開始合作研究微處理機為基礎的自適應式水輪機調(diào)速器，并在蘇格蘭的斯勞伊(SLOY)水電站的32.5MW水輪發(fā)電機組上進行了現(xiàn)場試驗．1978年瑞典ASEA研制出適用于卡普蘭式機組的數(shù)字協(xié)聯(lián)裝置.1984年，法國的NEYRPIC公司推出了以6809CPU為基礎的數(shù)字調(diào)速器DIGPID．1980年代初，日立公司研制的微機調(diào)速器應用于抽水蓄能機組。

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類1975年，英國格勒斯哥大391.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國外主要研究與制造單位ABB德國的西門子（SIEMENS）奧地利的伏依特(VOITH)瑞士的埃舍爾維斯（ESCHERWYSS）和蘇爾壽(SULZER)比利時的ACEC挪威的卡瓦那美國的伍德華德（WOODWARD）->GE第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國外主要研究與制造單位第一401.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國內(nèi)發(fā)展歷程20世紀50年代和60年代，生產(chǎn)制造了一大批機械液壓型調(diào)速器（仿制前蘇聯(lián)）1958年天津電氣傳動研究所研制了我國第一臺晶體管電液調(diào)速器（BDT—100型）1960年哈爾濱大電機研究所研制了我國第一臺電子管電液調(diào)速器（DT—100型）20世紀70年代，長江水利委員會和武漢熱工儀表廠合作開發(fā)了我國第一臺大型集成電路電液調(diào)速器（即JST-100）20世紀70年代和80年代，集成電路電液調(diào)速器在中國得到了廣泛應用。

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國內(nèi)發(fā)展歷程第一章水輪411.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國內(nèi)發(fā)展歷程20世紀80年代初，中國一些高校和科研院所開始研制微機調(diào)速器1984年原華中理工大學葉魯卿教授領導的科研組研制了中國第一臺微機調(diào)速器，并在湖南歐陽海水電站投入運行1985年，南京自動化研究所研制的第一臺微機雙調(diào)在浙江富春江投入運行．第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國內(nèi)發(fā)展歷程第一章水輪421.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國內(nèi)主要研制單位中國國電南京自動化研究院、中國水利水電科學研究院自動化所、長江水利委員會長江控制設備研究所、天津電氣傳動設計研究所、武漢水電控制設備公司、武漢事達公司、宜昌能達公司、武漢四創(chuàng)公司、武漢大學（原武漢水利電力大學）、河海大學、西安理工大學、東方電機廠、哈爾濱電機廠

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國內(nèi)主要研制單位第一章431.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類

水輪機調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念1.按工作容量分

水輪機調(diào)速（控制）器工作容量，是指執(zhí)行元件接力器對導水機構的操作能力，并以力矩計算。由于受控水輪機出力一般從幾百KW到幾十萬KW，故調(diào)速器分為：特小型調(diào)速器：工作容量小于3KN.m；小型調(diào)速器：工作容量3-15KN.m；中型調(diào)速器：工作容量15-50KN.m；大、巨型調(diào)速器：工作容量50KN.m以上，并按放大執(zhí)行元件主配壓閥直徑（80、100、150、200、250mm）來計算。1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機調(diào)速器品種繁多，441.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類

水輪機調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念2.按按供油方式分

由于水輪機調(diào)速器的壓力油供給方式有直接和間接兩種，故調(diào)速器又可分為通流式和壓力油罐式。1）通流式調(diào)速器。油泵連續(xù)運行，直接供給調(diào)速器的調(diào)節(jié)過程用油，非調(diào)節(jié)過程時，由限壓溢流閥將油泵輸出的油全部排回到集油箱。工作中油流反復循環(huán)不息，易惡化油質(zhì)。但設備簡單、造價低。主要用于小型和特小型調(diào)速器。2）壓力油罐式調(diào)速器。有專門的油壓設備，其中油泵斷續(xù)運行，維持壓力油罐的壓力和油位，再由壓力油罐隨時提供給調(diào)速器調(diào)節(jié)過程用油，因而設備復雜、造價高。主要用于中、大型調(diào)速器。壓力油罐式調(diào)速器又分為組合式和分離式。整臺調(diào)速器（包括執(zhí)行元件接力器）和油壓設備組合成一體的，稱為組合式調(diào)速器，主要用于中、小型調(diào)速設備；調(diào)速器的主接力器和油壓設備均分別獨立設置的，稱為分離式調(diào)速器，主要用于大、巨型調(diào)速設備。1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機調(diào)速器品種繁多，451.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類

水輪機調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念3.按調(diào)節(jié)機構數(shù)目分按調(diào)節(jié)機構數(shù)目可分為單調(diào)節(jié)調(diào)速器和雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器兩種。雙重調(diào)節(jié)是指流量調(diào)節(jié)機構有兩個，如轉(zhuǎn)槳式水輪機調(diào)速器、貫流式水輪機調(diào)速器和沖擊式水輪機調(diào)速器都是雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器。1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機調(diào)速器品種繁多，461.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念雙重調(diào)速器的協(xié)聯(lián)形式(a)串行協(xié)聯(lián)(b)并行協(xié)聯(lián)1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概471.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念雙重調(diào)速器的協(xié)聯(lián)實現(xiàn)方式1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概481.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類

水輪機調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念4.按元件結構不同分按元件結構不同，調(diào)速器又可分為機械液壓型和電氣液壓型兩大類。而電氣液壓型又分為模擬型電氣液壓調(diào)速器和微機型電氣液壓調(diào)速器。1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機調(diào)速器品種繁多，491.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機調(diào)速器分類第一章水輪機調(diào)節(jié)基本概念4.按元件結構不同分按元件結構不同，調(diào)速器又可分為機械液壓型和電氣液壓型兩大類。而電氣液壓型又分為模擬型電氣液壓調(diào)速器和微機型電氣液壓調(diào)速器。(1).機械液壓型調(diào)速器機械液壓型調(diào)速器中轉(zhuǎn)速測量元件采用離心擺。信號的綜合元件采用引導閥及杠桿。放大執(zhí)行元件是液壓放大器，通常有兩級液壓放大：第一級由引導閥和輔助接力器組成；第二級由主配壓閥和主接力器組成。反饋元件采用緩沖器和硬反饋調(diào)差機構，它們也是機械液壓元件。1.４水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)