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1、调速器电气部分1. 水轮机调节的任务、方法及作用1.1 水轮机调节的任务 水轮机将水能变成机械能，发电机将机械能变成电能，两者通过不同的连结方法组合在一起，就形成了水轮发电机。发电机在运转过程中，将水能变成机械能再将机械能转变为电能，供用户使用。用户不仅要求供电安全可靠，而且要求保证电能的质量。 电能的质量标准主要用频率和电压来衡量。要求频率和电压的变化在规定的允许范围内。我国电力系统规定，频率保持在50Hz，其偏差不得超过0.5%，对大容量的电力系统，频率偏差不得超过0.2Hz。电压的偏差不得超过额定值的10%，如果超过额定值，就需要进行调节。电压的调节将由发电机电压调整系统来完成，而频率调
2、节是水轮机调节的主要任务。频率如果波动较大，将直接影响用户产品质量，如车床的转速忽高忽低，则生产出来的产品零件将报废等等。发电机的交流电频率取决于发电机的磁极对数和发电机转速。即：f=pn/60f-电流的频率；n-发电机的转速（r/min）；p-发电机的磁极对数。对某一水轮发电机，其磁极对数是固定不变的，故频率仅与机组转速有关。因此，保持频率不变，就必须保持水轮发电机组转速稳定不变。 在水电站生产实践中，并不要求机组转速绝对不变，因为一方面在技术上难以达到；另一方面用户要求供电频率保持在一定范围内即可。因此，仅要求水轮发电机的转速变化不超过其额定转速的0.1%0.4%。保持机组转速变化不超过允
3、许的范围，这就是水轮机调节的基本任务。1.2 调节的途径 水轮发电机运动方程 J*d/dt=Mt-MgJ-机组转动部分的惯性矩-机组的角速度，=*n/30,n为机组转速d/dt-机组角速度；t-时间；Mt-水轮机动力矩；Mg-发电机阻力矩； 从以上可分析出要想使机组转速不变必须保持动力矩与阻力矩相平衡。在机组运转过程中，可以有三种情况：a、 Mt=Mg,即水轮机动力矩与 发电机阻力矩相平衡，此时机组角速度等于零，机组转速稳定不变。b、 MtMg，即发电机阻力矩因外界负荷减小而小于水轮机动力矩，此时机组角速度大于零，机组将加速旋转，转速上升。c、 MtMg,，即发电机阻力矩因外界负荷增加而大于水
4、轮机动力矩，此时机组角速度小于零，机组将减速旋转，转速下降。调节方法: 改变Mg值，很不经济。 改变Mt值，如何改变水轮机动力矩使之经常等于阻力矩，可以从水轮机动力机公式分析得出Mt=rQH/r-水的比重；Q-水轮机流量；H-水轮机工作水头；水轮机效率；-机组的角速度。 从以上可以看出只有改变水轮机流量Q来改变水轮机动力矩。综上所述，可以得出这样的结论：负荷的变化导致Mg的改变，破坏Mt=Mg的平衡关系，相应的改变导叶的开度，使Mt和Mg重新达到平衡，从而保证机组的转速始终维持在某一预定值（额定值）或按某一预定的规律变化。1.3调速器的作用（1） 自动/手动调整机组的转速；（2） 自动/手动启
5、动、停止机组和事故停机；（3） 当机组并列运行时，自动地分配各机组之间的负荷。2.调速器2.1概述挂治三台机组调速器由武汉事达电气有限公司制造，调速器型号为：BWT-100-6.3-STARS，调速系统调节器结构型式：适应式变结构变参数并联PID双可编程冗余结构的微机调速器。油压装置、不锈钢管路、漏油箱等是由武汉事达电气有限公司制造；机械液压系统、主配压阀是由事达制造。挂治电厂调速器为并联PID全数字式微机电液调速器，具有转速调节、功率调节、导叶开度控制及限制、频率跟踪控制、适应式控制，在线自诊断及其处理，能实现现地及远方的手动、自动进行、水轮机启动、停机及紧急停机。2.2调速器的相关参数调速
6、器型号： PFWST-100-6.3-STARS。调速系统调节器结构型式： 适应式变结构变参数并联PID双可编程冗余结构的微机调速器微机CPU位数 32位软件编程使用语言 梯形图，文本语言测速方式 残压测速、齿轮测速调速器参数：导叶接力器全关闭时间调整范围为 5-30 s导叶接力器全开启时间调整范围为 5-30 s频率调整范围 45-55 HZ永态转差系数bp调整范围 0-10%比例增益Kp调整范围 空载0.5-5.0；负载5.0-50.0积分增益KI调整范围 空载0.05-1.01/s；负载0.2-10.01/s微分增益KD调整范围 0-10S暂态转差系数范围 0-150%缓冲时间常数范围
7、1-20s加速时间常数范围 0-2s人工失灵区整定范围 00.5Hz转速死区不超过 0.01%水轮机甩100%负荷后：超过稳态转速3%nr值以上的波峰：1次；从接力器第一次向开启方向起到机组转速摆动值不超过0.5%止所经历的时间不超过32S。调速器能保证机组在各种运行方式下稳定运行。在空载工况自动运行时，永态转差率整定在2%，由调速器引起的机组转速持续波动相对值不大于0.15%。2.3 调速器型式和和性能说明挂治电厂调速器为并联PID全数字式型微机电液调速器，电液转换器采用德国博世公司的型比例伺服阀。调速器系统采用双微机冗余容错系统加独立电气手动操作系统。微机系统中每一个通道相互跟踪，实现无扰
8、动切换。微机系统和独立电气手动操作系统从输入至输出以及电源均相互独立，微机系统故障时可自动无扰动切换至电气手动操作系统，运行过程中将其中一个系统退出时不影响调速系统的正常工作；退出的系统能进行停电检修。导叶位置传感器采用德国ASM WS10SG-750-420T-L10-M4型传感器，桨叶位置传感器采用德国ASM WS10SG-375-420T-L10-M4型传感器为冗余配置。电气手动操作系统具有远方操作接口。在调速器微机、电手操切换或内部故障时，不会造成水轮机运行不稳定和出力波动，在外部系统事故时，机组能够安全停机。调速器具有远方遥控和现地手动控制功能，与计算机监控系统接口，接受监控系统的控
9、制命令。调速系统具有良好的可维修性，方便维护、检查、检修与调试，可利用便携式计算机对调速器的参数、控制逻辑进行在线监视、修改。机组调速器机械液压部分和电气控制部分柜分开设置，机械液压部分布置在发电机层, 电气柜布置在发电机层每台机机旁小室。2.4调速器具有的性能2.4.1 稳定性当水轮机的水力系统和引水管道稳定，机组在额定转速空载运行和带孤立负荷时，调速系统能够稳定地控制机组转速。当发电机在电厂和在电网中与其它发电机并联运行时，调速系统也能稳定地在零到最大出力范围内控制机组出力。（1）发电机在空载额定转速下，或在额定转速和孤立系统恒定负荷下运行，调速器能够稳定运行。（2）电气装置工作和切换备用
10、电源，或者手动、自动切换以及并联微机相互切换时，水轮机导水叶接力器的开度变化不超过其全行程的1%。（3）调速器允许在运行过程中带电插入、拔出故障插件，而不会引起机组失控或停机。（4）机组在电网中，从零到额定负荷间的任何负荷运行时，永态转差率整定在2%或以上，调速器保证机组接力器行程波动值不大于1%。2.4.2 静态特性（1）静态特性曲线近似为一直线，其最大非线性度不超过3%。（2）转速死区：在任何导水叶开度和额定转速下，测得接力器的转速死区不超过额定转速的0.01%，调速器能反映的转速变化的百分数最小值（转速不灵敏度）为所测转速死区的一半。2.4.3 动态特性（1）电子调节器调速器动态特性示波
11、图上求取的Kp、Ti、Ki值与理论值的偏差不超过2.5%。（2）机组甩100%额定负荷后，在转速变化过程中偏离额定转速3%以上的波峰不超过1次。（3）机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速波动值不超过0.5%为止所经历的时间，小于32s。（4）接力器不动时间：机组出力突变10%额定负荷，从机组转速变化为0.02%额定转速开始，到导水叶接力器开始动作的时间间隔，少于0.1s。（5）机组开机时，调速器根据水头确定相应的启动开度，使机组快速开机，使机组在60s内从0转速上升到空载，能在1015s内从空载加到满负载。2.5.3 双机切换控制切换电路由一套独立切换电路组成，
12、通过主备机的工作状态的实现对主备机的切换，并同步完成对相应外部电路的逻辑切换，切换回路根据主机的工作状态，控制切换电路的切换工作，将备份机输出切换至对象，使其控制步进电机及各指示仪表工作，并同时将主机的输出与对象脱离。调速器A和B微机控制器工作可分为正常状态、故障状态和事故状态三种。当A机和B机皆事故时调速器切为手动状态，事故操作回路保持畅通，并对外报警；当A机事故时，调速器切为B机，事故操作回路保持畅通，并对外报警；当A机和B机都故障，调速器保持原状态，并对外报警；当A机故障时，当B正常时，切为B机工作，并对外报警。2.5.4 现地/远方控制设有一个2个位置的并且是可保持的转换开关，安装在电
13、气柜盘面上，远方控制方式时，调速器能接受监控系统的控制，包括调速器开/停机、转速调整、功率调整、开度调整、紧急停机等。在现地控制方式时，可通过下列开关或按钮进行下列控制和调节：调速器开/停机；转速调整；功率调整；导叶开度限制调整；紧急停机。2.5.4.1 开机两段开机方式 调速器可现地开机或由监控系统远方控制机组开机，无论现地手动开机还是远方自动开机，调速器自动控制机组转速至额定值，在断路器合闸前，机组能自动跟踪系统频率。 同时，在现地手动控制方式下，调速器能在规定转速的转速调节范围内控制机组在设定转速下稳定运行。调速器具有适应式两段开机功能，可使调速器在接到开机令时能快速的将机组转速调节到稳
14、定值，同时在开机过程中又保证不会造成机组过速。2.5.4.2 并网运行调速器在断路器合闸后，控制机组进入并网运行控制方式，能单调及快速地调整机组出力的大小，控制系统同时根据电网频率变化决定其控制模式：(1) 当电网频率正常时，调速器系统处于开度或功率调节模式保持恒定出力。(2) 当电网频率超差时，自动切换到频率调节模式进入调频方式运行（频率超差范围可修改）。2.5.4.3 停机调速器能接受现地手动或远方自动信号进行正常停机。在关机过程中，设置了电气两段关机功能，其拐点和斜率可调。保证甩负荷时水压上升值和机组频率上升值以及浪涌高度满足要求。调速系统可在下列情况下关机。(1)正常停机：接到停机命令后，自动减负荷到零，断路器跳闸后，控制导叶全关。(2)事故停机：机组设备发生事故时，调速器以允许的最大速率关闭导叶。(3)紧急停机：事故停机失败，或机械或电气过速开关动作，或调速器油压装置油压低或低油位，或手动操作紧急停机按钮时，调速器以允许的最快速度关闭导叶。(4)闭锁：在找到事故原因并加以消除以前，事故停机和紧急事故停机回路一直保持闭锁状态，只有通过手动操作复归按钮或通过计算机复归程序才能复归。2.6 调速器控制流程2.6.1停机等待：停机令5分钟或频率低于6 HZ后，频率输出
