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1、水轮机调速器 （上部分） 南河一级水电站 2015.9,1,水轮机调速器（上部分）,一. 水轮机调节的基本概念 二. 水轮机微机液压型调速器 三. 本站调速器油压装置的介绍 四. 本站油压装置出现过的缺陷处理 五. 调速器油压装置的维护,2,一. 水轮机调节的基本概念,1. 水轮机调节的作用 2. 水轮机调节原理 3. 水轮机调节定义 4. 水轮机调节系统的特点,3,1.水轮机调节的作用,电能是一种特殊的商品，它要求发电、供电、用电同时进行，发电机必须随时随刻满足用电负荷的要求，从这个特点出发，在运行时就要求保证电源和负荷的平衡。同时保证电能质量也是电能生产的重要任务。 电能质量指标为： 电压
2、和频率，其次是波形。 小电网频率：f=500.5Hz 大电网频率：f=500.2Hz,4,1.水轮机调节的作用,发电机输出交流电频率f与转速n间的关系： f=pn/60 p-发电机的磁极对数 对水轮发电机，其磁极对数是固定不变的，故频率仅与机组转速有关。因此，要保持频率不变，就必须保持水轮发电机组转速稳定不变。 由于电能不能储存，电力系统负荷的变化，导致系统频率波动，因此不断的调节水轮机发电机的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定的规定范围内，这就是水轮机调节的基本任务。,5,1.水轮机调节的作用,调速器的基本任务归纳如下： 1.机组的正常操作。 1.1完成机组的开机、停机、增减负荷、紧急停
3、机等控制任务（含计算机监控系统的调节及监控指令）； 1.2水轮机调速器还可以与其它装置一起完成自动发电控制（AGC）、成组控制、按水位调节等任务； 2.保证机组的安全运行。 2.1维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频要求。 2.2在机组出口断路器因故障引起跳闸时，快速稳定完成甩负荷过程，保护水轮机组尽快恢复额定转速。,6,1.水轮机调节的作用,一次调频：就是由调速系统的自身频率特性对电网的控制，电网频率发生变化，这时各机组的调节系统参与调节作用，改变机组所带的负荷，使之与外界负荷平衡，同时尽量减少电网频率的变化。 二次调频：就是由调速系统以外的设备向调速系统下达相应的目标功率值，它主要
4、由电网自动发电控制系统（AGC）来实现。,7,2.水轮机调节原理,水力发电就是将本来消耗在河床路程上的水能通过筑坝或引水等最经济安全的方法收集储存在水库中，推动水电站内的水轮机转动，由水轮机将水能转换成旋转机械能，再由水轮机带动发电机旋转，由发电机将旋转机械能转换成电能，由此过程产生的合格电能供用户使用。 水电厂示意图,8,2.水轮机调节原理,机组的运动方程：J =Mt-Mg-Mn Mt=HQ/ J机组转动部分惯性力矩（kg）。 角速度（rad/s），=n/30。 n机组转速（r/min）。 Mn机组转动系统的摩擦阻力矩（Nm）。 Mt水动力矩（Nm）。 Mg发电机负荷阻力矩（Nm）。 Q通过
5、水轮机的流量（m3/s）。 H水轮机净水头（m）。 水的密度（kg/m3）。,9,2.水轮机调节原理,水轮机调节系统方框图 分析：f不变 机组转速不变 角速度增量不变 水轮机主动力矩与机组阻力矩平衡 调节水轮机输出主动力矩 调节水轮机输出功率 调节水轮机流量 改变导叶开度。,10,3.水轮机调节器的定义,随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。 调节实质：调节转速。 调节流量的途径： 反击式：通过改变导叶开度 ，ZZ：同时改变叶片转角。 冲击式：通过改变喷嘴开度。 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。,11,4.水轮机调节器的
6、特点,1、水轮机调节需要很大的动力，水轮机的工作流量较大，水轮机及其导水机构的尺寸也较大，推动导水机构需要较大的力； 2、水轮机过水管道存在着水流惯性（Tw），在额定水头Hr作用下，过水管道内的流量Q由0加大至额定流量Qr所需要的时间。通常所说的水锤效应（水击效应）就是对这种水流惯性的一种形象的表述。 3、水轮发电机组存在着机械惯性（Ta），在额定水头Hr和额定力矩Mr作用下，机组转速n由0上升至额定转速nr所需要的时间。 4、水轮机调节系统是一个复杂，非线性系统。,12,4.水轮机调节器的特点,技术标准对Ta和Tw的规定： 水轮机引水系统水流惯性时间常数Tw： 对于PID型调速器，不大于4s
7、； 对于PI型调速器，不大于2.5s； 机组惯性时间常数Ta： 对于反击式机组，不小于4s； 对于冲击式机组，不小于2s。 比值Tw/Ta不大于0.4。,13,二. 水轮机微机液压型调速器,水轮机微机调速器一般由转速偏差测量机构、调节器和电液随动系统或执行机构三大部分组成。,14,二. 水轮机微机液压型调速器,微机调节器的种类 1、工业控制机（IPC） 2、可编程控制器（PLC） 3、可编程微机控制器（PCC）,15,二. 水轮机微机液压型调速器,调节控制规律 1、以PID为基础适应式变参数调节规律，调节器输出与转速偏差成比例加积分加微分的调节规律（P-I-D）。按偏差的比例、积分和微分进行控
8、制的PID调节器, 是连续系统控制中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对稳定性降低，而且不能消除稳态误差；积分调节可以消除稳态误差；微分调节可以提高控制系统的稳定性，相应可以增加比例调节放大倍数。 2、以PI为基础的适应式变参数调节规律，调节器输出与转速偏差成比例加积分关系（P-I）。,16,PID结构 微机调速器结构图,二. 水轮机微机液压型调速器,17,二. 水轮机微机液压型调速器,调速器系统的组成：调速器主要由调速柜（电气和机械柜）、接力器、油压装置三部分组成。 1、调速柜。控制水轮机的主要设备，接收指令并加以放大，操作执行机构，使转速保持在额
9、定范围内，还可以进行水轮机开机、停机等操作，并进行调速器参数整定。 2、接力器。调速器的执行机构，接力器控制水轮机的控制环调节导叶开度，以改变进入水轮机的流量。 3、油压装置。向液压放大器提供压力平稳、油量充足的压力油，由压力油罐、油箱、油泵组成。油压有2.5MPa、4MPa、6.3MPa、16MPa四种。油压装置中设储能器，内部保持1/3的油，2/3为充氮气的橡皮气囊。,18,二. 水轮机微机液压型调速器,1. 水轮机微机调速器的基本调节模式 频率调节模式：机组空载或在孤立电网中运行； 功率调节摸式：机组并入大电网运行； 开度调节模式：机组并入大电网运行，功率传感器故障或未装功 率传感器；
10、机组空载：频率调节模式； 机组并入大电网：功率调节摸式或开度调节模式； 机组在小电网（带孤立负荷）：频率调节模式；,19,三. 本站调速器油压装置的介绍,液压系统图,20,三. 本站调速器油压装置的介绍,液压系统图,21,三. 本站调速器油压装置的介绍,调速器机械控制部分所有液压件都设计安装在液压集成块上，液压件之间的联接由集成块内部的油道完成，全部取消明管，从而可大大提高操作油压力。,22,三. 本站调速器油压装置的介绍,1、 接力器的基本数据 工作容量：10000 N.m 接力器形式：双外置推拉式 接力器活塞直径D=125 mm 接力器活塞杆直径d=70mm 接力器直线行程L= 270 m
11、m，导叶接力器行程L=214mm 导叶正常关闭时间：8S 导叶紧急关闭时间：6S,23,三. 本站调速器油压装置的介绍,2、蓄能器的基本参数 蓄能器型号：NXQAB100/20LA 蓄能器容量：3100L 最高工作压力：20Mpa,24,三. 本站调速器油压装置的介绍,3、油泵的基本参数 油泵型号：CBD1-F314FP 油泵输油量：16.29L/min 最高工作压力：20Mpa,25,三. 本站调速器油压装置的介绍,4 、油压设定 主用启动油压 14MPa 备用启动油压 13.5MPa 油泵停止油压 16MPa 低油压报警油压：13MPa 事故低油压：12.5MPa,26,三. 本站调速器油
12、压装置的介绍,5 、安全阀 安全阀是保证压力罐内压力保持在允许的范围内，防止油泵与压力罐过压，当压力超过允许值时，安全阀自动打开排油，使压力不再上升，该装置为机械液压，弹簧复位，无电气接点信号。,27,三. 本站调速器油压装置的介绍,6 、单向阀，避免压力罐的油回流。,28,三. 本站调速器油压装置的介绍,7 、双联可切换滤油器，它有两只滤芯，总容量为2190L/min，过滤精度10m，还加装了一只压差发讯器，当滤芯前后压差达到0.35MPa，发讯器发出信号，提示更换正在使用的这只滤芯。,29,三. 本站调速器油压装置的介绍,8 、油位计,30,三. 本站调速器油压装置的介绍,9 、叠加单向节
13、流阀，两个通路，一侧是节流，一侧是单向阀。,31,三. 本站调速器油压装置的介绍,10 、比例阀，电液转换装置，双线圈三位四通的液压元件。作用就是将电流调节信号按比例转换为活塞左右机械位移量，再将机械位移量转换成油压调节信号。,32,三. 本站调速器油压装置的介绍,11 、,33,三. 本站调速器油压装置的介绍,12 、,34,三. 本站调速器油压装置的介绍,13、,35,四. 本站调速器油压装置缺陷处理,历史遗留的缺陷 1、本站调速器改造历程 2009.9投入使用 2011.4 伺服比例阀更换为比例阀 2015.1更换（力士乐）比例电磁阀。 2、油管的改造 安装未按设计要求，将7mm壁厚的钢
14、制弯换成了5mm壁厚，按照设计要求全部更换。,36,四. 本站调速器油压装置缺陷处理,运行中出现的缺陷 1、漏油 （1）连接处漏油，更换密封件(插装阀、表阀、管接头）。 （2）油管破裂，一次焊缝除穿孔。 2、电磁阀拒动电磁阀卡，分解清洗电磁阀，过滤液压油或更换。 3、安全阀误动分解清洗安全阀，重新调整或更换。 4、油泵停止时反转分解清洗单向阀或更换。 5、油泵打不上油分解清洗油泵或更换。,37,五. 调速器油压装置的维护,1、运行中保持设备的清洁。 2、年度维护，（1）液压油的净滤； （2）连接处螺帽螺栓的检查，密封件的检查； （3）回油箱、电磁阀、集成块的清洗； （4）蓄能器胶囊密封及油气比例检查。,38,
