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1、（培训体系）调速器现场培训资料 调速器培训资料武汉三联水电控制设备有限公司二O一二年七月目录1基础知识311 水电站312 水轮机调节313 调速器514 技术标准62. 组成原理721 调速器系统722 电气调节系统923 机械液压系统233调试试验4831 无水试验4832 有水试验6633 整理报告714操作指南7241 控制流程7242 运行操作8343 人机界面895维护检修10351 日常维护10352 故障处理1041 基础知识11 水电站111 生产过程水电站通过修筑大坝蓄水，抬高上游水位，使之产生强大的势能。具有强大势能的水流经过引水管道和导水系统流入水轮机，水轮机将水流势能
2、转换为动能带动同轴的发电机转动产生电能。电能经过主变压器送入电网。112 主要设备水电站的主要设备分为主机和辅助设备两大类；其中主机主要是指水轮发电机组，辅助设备（简称辅机）主要是指主机的测量、控制和保护等装置，主要包括各类互感器、水轮机调速器、发电机励磁装置和机组保护装置等；水轮机调速器简称调速器是电站重要的辅机，主要用于控制水轮机转速和出力，同时保护其安全、稳定运行。12 水轮机调节121 基本任务水轮发电机组将水能转换为电能供广大用户使用。电网对电能质量有十分严格要求。频率是考核电能质量的重要指标之一。我国电力部门规定电能的频率为50Hz，大电网允许的频率偏差为0.2Hz。简单地讲，当电
3、网出力与负载平衡时，其频率将维持不变；当出力不足时，频率会降低；当出力富余时，频率为升高。在我国大电网的负荷变化常常会达到其总容量的1%-3%，中小电网负荷波动更可达其总容量的5%-10%。电网负荷的变化导致了频率的波动。水轮发电机组频率f和转速n的关系式： (1-1)f：发电机频率（Hz）;n：水轮发电机组转速（r/分）;P：发电机磁极对数;由是式可知：维持水轮发电机组的频率是通过维持其转速实现的；因此，不断地调节水轮发电机组的出力，维持机组在额定转速下运行是水轮机调节的基本任务；水轮发电机组的运行方程为： (2-2)J：水轮发电机组转动部分惯性矩（Kg.m2）；：水轮发电机组转动角速度；（
4、rad/s）;Mt：水轮发电机组动力矩；Mg：水轮发电机组阻力矩； (2-3)由式（2-1）、式（2-2）和式（2-3）可知：机组频率保持恒定的条件为，即要求，否则就会导致频率升高或降低，从而出现频率偏差；由于（水轮发电机组阻力矩）的变化是不可控制的，为了维持频率的恒定，只能调整（水轮发电机组动力矩），使之等于。水流流过水轮机产生的动力矩如下式： (2-4) ：水密度（Kg/m3）；Q ：水轮机过水流量（m3/s）；H：水轮机净水头（m）;t：水轮机效率；由上式（1-4）可知，在一定的机组工况下，内有调节流量Q和水轮机效率t，才能调节水轮机动力矩，使。简单地讲，调节流量是通过调节水轮机导水机构
5、的开度实现的，调节t是通过调整水轮机转轮叶片的角度实现的；从实质上讲，水轮机调节的实质就是通过调整导水机构开度和转轮叶片角度调整进水流量Q和效率t从而调整，使。维持机组出力与负载的平衡，从而维持机组的转速恒定；122 特点水轮机调节除了具有一般闭环控制的共性外还有一些值得注意的特点：水轮机调节是通过调整导水机构或桨叶角度调整水轮机进水流量和流向，这种调节需要很大的动力，因水轮机调节器通常采用具有一级或两级放大的液压机构作为执行元件。水轮机过流管道存在水流惯性，这种惯性通常用水流惯性时间常数Tw表述。Tw的物理意义为：在额定水头Hr的作用下，过流管道内的流量Q从0变化为Qr所需要的时间。自动控制
6、的观点认为过流管道的水轮惯性使得水轮机调节系统成为非最小相位系统，给系统的动态稳定的响应带来十分不利的影响。通常所说的水击效应尺是对水流惯性的一种形象表述。水轮发电机组存机械惯性，这种惯性通常用机组惯性时间常数Ta表述。Ta的物理意义：有额定力矩Mr的作用下，机组转速n从0上升至额定所需要的时间。水轮机形式多种多样，有混流式、轴流转桨式、轴流定桨式、贯流式等等；水轮机本身特性是非线性的，且水轮发电机组本身存在多种工况：如空载、负载、小电网等。13 调速器调速器是水轮机调节系统的主要设备，其主要功能是通过调整水轮机导水叶开度和叶片角度调整水轮机的进水流量和效率从而调整水轮机的转速或出力，其主要任
7、务是配合电站控制系统完成机组、开机、转速控制、同期并网、增减负荷、自动发电控制（AGC）、成组调节、水位控制、调相、停机和紧急停机等操作；可以说对水轮机的一切正常操作均离不开调速器；14 技术标准鉴于水轮机调速器在水电站中的特殊重要性，世界各工业国家、及国际电工委员会均制订了相应的严格的国家（行业）标准，规范其制造、试验、验收等过程；141 中国标准GB/T 9652.1-2007 水轮机控制系统与油压装置技术条件；GB/T 9652.2-2007 水轮机控制系统与油压装置试验验收规程；GB/T 11805-89 大中型水轮机组自动化元件及系统基本技术条件；DL/563-1995 水轮机电液调
8、节系统及装置技术规程；142 IEC标准IEC308 水轮机调速系统试验国际规程；IEC61362 水轮机控制系统规范导则；IEC60308 水轮机控制系统试验规范；2 组成原理21 调速器系统调速器系统主要由压油装置、调速器电气调节系统、调速器机械液压系统和水轮机主接力器等设备组成，如下图所示。电气调节系统采集水轮发电机组的相关运行数据，接收机组控制系统的命令，经过分析运算将其转化为电气控制信号，送到机械液压系统；控制调速器机械液压系统。调速器机械液压系统主要功能是将电气控制信号转化为机械位移信号，将来自压油装置的压力油分配至主接力器相应操作腔，主接力器主功能是在压力油的作用下产生强大操作力
9、推动水轮机导水机构开启或关闭。22 电气调节系统电气调节系统的主要功能是接收来自动机组控制系统和自身的操作命令，采集水轮发电机组运行的相应数据，经过分析计算将其转化为电气控制信号，控制机械液压系统。221 常用术语2211 工作模式工作模式主要指导叶工作模式，包括“机手动”、“自动”和“电手动”三种。在“机手动”模下，系统状态必为“机手动”，此时调速器电气调节系统退出控制，所有操作全部依赖于人工操作机械液压系统纯手动操作机构控制导叶开度实现；“电手动”模式下系统状态必为“电手动”，在该模式下，电气调节系统的控制只依据开度给定控制导叶，所有操作均依赖于人为改变开度给定实现；“自动”模式下，系统状
10、态必为自动状态集下的某一状态；所有操作均由机组控制系统向电气调节系统下达命令，由电所控制系统自行实现；2212 系统状态调速器主要有：停机备用、开机过程、空载、负载、甩负荷、调相、停机过程、电手动和机手动九种状态；严格意义上讲，调速器没有所谓的“自动”状态，“自动”是一个状态集，由上述前七种状态组成； 2213 调节模式调节模式有：开度调节和频率调节两种；在“开度调节”模式下，调速器的控制完全依赖于开度给定，而不受频率的影响；在“开度调节”模式下，调速器的控制依赖于开度给定和频率；一般来讲，“空载”状态下，调节模式恒为“频率调节”，负载状态下调节模式会自动在“开度”和“频率”两种调节模式下自动
11、切换，其余状态下调节模式均为“开度调节”；2214 跟踪模式跟踪模式有：“跟踪频给”和“跟踪网频”两种；在“跟踪频给”模式，机频控制的目标为“频率给定”；在“跟踪网频”模式，机频控制的目标为“电网频率”；跟踪模式仅在空载状态下可改变，其余状态均为跟踪频给；222 组成原理2221 柜体结构柜体主要用于放置元器件。其尺寸和颜色根据客户要求定制，没有统一规定（具体尺寸和颜色参见相应电气图册XXX&ETB-001）。对于所有柜体，其防护等级不低于IP50,防撞等级不低于IK65；指示灯主要用于直观指示调速器当前运行的重要信息，如电源工作情况，来自机组控制系统的命令和信号等；操作开关用于向调速器下发一
12、些重要的、必须在调速器设备现场在操作员监护下操作的控制指令，如机手动、故障复归等。2222 供电系统供电系统主要是将电站供电电能（AC220V、DC220V）转换调速器所需的电能（DC24V,DC24V，DC12V，DC5V和DC5V）。其中：DC24V主要用于向操作回路、PLC、HMI、指示灯、继电器、信号回路，比例阀等大功率元器件供电；DC24V主要用于向各传感器、反馈装置供电；DC12V用于向特殊的传感器供电；DC5V主要用于向频率测量系统供电；AC24V主要用于试验时模拟频率信号。供电系统框图如下所示：（供电系统图）厂用AC220V交流电能接入端子XX，经过断路器XX，进入电源隔离变压
13、器XX，将AC220V电能转换为一路AC200V和一路AC24V两路电能。AC200V电能分别接入电源模块XX和XX，电源模块XX将AC200V电能转换为DC24Va，电源模块XX将AC200V电能转换为DC24Va，DC12Va，DC5Va。AC24V电能接入端子XX供调试模拟频率信号用。DC24Va同时点亮电源指示灯XX、驱动交流电源监视继电器XX，当交流电源系统故障时，交流电源指示灯XX会熄灭同时交流电源监视继电器XX会向机组控制系统发送信号。厂用DC220V直流电能接入端子XX，经过断路器XX后分别进入电源模块XX和XX，电源模块XX将DC220V电能转换为DC24Vb，电源模块XX将
14、DC200V电能转换为DC24Vb，DC12Vb，DC5Vb。DC24Vb同时点亮电源指示灯XX、驱动直流电源监视继电器XX，当直流电源系统故障时，直流电源批示灯XX会熄灭同时直流电源监视继电器XX会向机组控制系统发送信号。电能DC24Va、DC24Vb，DC24Va、DC24Vb，DC12Va、DC12Vb，DC5Va、DC5Vb分别成对接入电源隔离综合模块XX后合调速器内部电能DC24V、DC24V、DC12V、DC5V供各元器件使用该供电系统是由交流供电系统和直流供电系统两套系统组成，互为热备用、可无扰切换，任意一路电源消失均不会对调速器电气调节系统产生任何影响。2223 PLC系统PLC系统是电气调节系统的核心，负责对调速器系统全部运行数据及部分水轮发电机组运行数进行采集、分析和计算，产生相应控制信号；整个电气调节系统的控制核心由A、B两套PLC组成，其中每套分别由底板总线、电源模块CPU模块、开关量输入（简称开入）模块，测频模块，模拟量输入（简称模入）模块、开关量输出（简称开出）模块和模拟量输出（简称模出）模块组成；两套PLC之间通过通
