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1、第一部分 水轮机调速器概述调速器的工作原理n现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机 两大类。n反击式水轮机有混流式、轴流式、贯流式等n冲击式水轮机有水斗式、斜击式和双击式等n调速器与机组构成水轮机调节系统，调速器是 调节设备，机组是被调节设备，调速器是作用 于水轮机的，为水轮机服务。调速器的工作原理调节机构 (导水机)电能执行元件敏感元件稳定元件调节对 象(机组)综合环 节水能放大元件电能质量指标n电压：励磁调节器进行调整n频率：大型电力系统要求频率波动 0.2HZ，中小型电力系统要求频率波动 0.5HZ，频率的调节可以分为一次调频 ，二次调频，甚至三次调频多个过程来实 现，参于频率调节的环
2、节也很多，最终的 执行机构是调速器。水轮机调节的基本任务n调速系统的主要任务就是:把系统频率对于其额 定值的偏移限制在一个相当小的范围内（如2% ）。即根据负荷的变化不断调节水轮发电机组 的功率输出，并维持机组转速在规定的范围内 。n水轮机调节的基本任务是：当电力系统负荷发 生变化、机组转速出现偏差时，通过调速器相 应的改变流入水轮机流量，以使水轮机转矩与 发电机负荷转矩达到新的平衡，以维持频率在 规定的范围之内。 调速系统主要作用1、维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次 调频要求；电力系统的频率稳定主要取决于系统内有功功率的平 衡，当系统缺有功时，系统频率就下降，当系统有功功 率多时，系
3、统频率就上升。水轮机调速器的主要任务就 是发电机在空载时维护机组转速在额定值左右，而在并 网发电后调速器的主要作用是实现功率调节同时以50HZ 作为频率调节的给定值，并维持机组频率在50人工死 区范围内。一个性能良好的水轮机调速器可以保证发电 机组和电力系统的安全可靠，并且可以提高发电机组和 电力系统的技术经济指标2、控制并联机组间有功功率的分配 3、满足机组的正常操作要求：开停机、增减负荷，以 及空载时增减转速。 4、保证机组的安全运行 5、能接受电站计算机监控系统指令，实现机组的经济 运行（AGC），满足机组开停机、增减负荷的控制要 求。调速器系统的组成n主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接
4、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，能感受指 令并加以放大，操作执行机构使转速保持 在额定范围内。 调速柜还可进行水轮机 开机、停机操作，并进行调速器参数的整 定。2、接力器调速器的执行机构，接力器控制水轮机 调速环（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：提供调速系统动力，由压力油罐，回 油箱，油泵，漏油箱四部分组成。第二部分 SAFR-2000功能特点 及技术参数n2.1 SAFR-2000微机水轮机调速器简 介n2.2 装置硬件基本配置n2.3 SAFR2000微机调速器硬件系统n2.4 各插件面板说明n2.5 SAFR-2000型调速器的
5、运行界面 n2.6 微机测速装置2.1 SAFR-2000微机水轮机调速 器简介n国电自动化研究院于2000年初推出了SAFR-2000电气控制柜 n采用了摩托罗拉公司的32位CPU MC68332作为控制核心，高级C语 言编程n其系统结构见图，其CPU内部集成了QSPI同步串行总线模块和TPU 定时处理模块以及MCU计算处理模块等。nQSPI同步串行总线可以和许多串行芯片，如A/D，D/A，D/I， D/O等器件接口，可处理有功功率、水头、水压等信号采集，导叶 及桨叶模拟量输出，增减令、开机令、停机令等开入信号采集，故 障开出信号处理等。nTPU模块可处理导叶及桨叶行程采样，频率测量和控制输
6、出等nMCU模块则可处理PID调节计算等n该CPU集成度高，功能完善，可以充分提高系统的调节性能。 SAFR-2000系统结构图 2.2装置硬件基本配置如下(见 右图)：n32位CPU主机模件2块 信号测量采集模件2块 控制输出通道模件2块 开关量输入/输出模件2 块 双机切换及通讯模件1块 交直流双重供电模件2块 组合开关电源模件2块 控制及信号继电器部件16 个 液晶显示工控机（人机 界面）1套n采用两套完全相同的微机控 制系统(A、B)，互为备用； 通过故障自诊断进行双机切 换，严重故障时（如伺服阀 卡）可自动切换至手动运行 。2.3 SAFR2000微机调速器硬件 系统n系统控制插箱简
7、介n A、B两套系统均为 标准8U插箱nA系统右侧比B系统 多一块双机切换模件n除此之外两套系统完 全一样，以A套系统 插箱为例，其插箱面 板如图所示 2.4 各插件面板说明如下 ： n2.41双重供电模件：n 插件上有3个显示灯，自上而下， 为n“AC220V交流输入”n“DC220V直流输入”n“OUT整流电源输出”n分别显示电源当前状态。n下方有2个按键开关，分别控制交流电源和直流电源的通断。 n2.42组合电源模件：n插件上有3个显示灯，自上而下为n“+5V输出”n“+12V输出”n“-12V输出”n分别显示电源当前状态。面板下方有1个按键开关，用来控制电源 的输出n2.43主机模件：
8、n插件上有8个显示灯，自上而下为“CAN总线指示”， “VCC电源指示”，“RXD1串口1接收”，“TXD1串口1 发送”，“RXD0串口0接收”，“TXD0串口0发送”， “RUN运行”和“STAT状态指示”。n串口1（ RXD1、TXD1）主要用于和监控系统通讯，通讯 时RXD1、TXD1将闪烁；RXD0、TXD0主要用于和工控机通 讯，通讯时RXD0、TXD0将闪烁；运行时RUN灯将闪烁， 调试状态时熄灭；STAT状态灯表示装置故障/正常情况 ，其闪烁频率指示了当前系统状态，正常时频率为1HZ ，一般故障时频率为2HZ，严重故障时频率为3HZ。n面板下方左侧的调试窗内有1个调试串行口，1
9、个BDM调 试接口和复位键，用作在线编程调试。n2.44采样模件：n插件上有8个显示灯，自上而下为“+12V电源”，“-12V电 源”，“+5V电源”，“-5V电源”，“VCC电源”及3个备用灯 ，分别显示电源当前状态。n2.45控制模件：n插件上有8个显示灯，自上而下为“+12V电源”，“-12V电 源”，“+5V电源”，“-5V电源”，“VCC电源”及3个备用灯 ，分别显示电源当前状态。n2.46数字模件：n插件上有8个显示灯，自上而下为“开机令”，“停机令”， “导叶手动”，“调相令”，“增加令”，“减少令”和“油开关 ”，分别显示各开关量输入信号状态。n2.47切换模件：n插件上有3个
10、显示灯，自上而下为“A套主机”，“B套主机 ”和“切换电源”。切换电源灯用来指示切换模件的电源状 态，当A套为主机时，A套主机灯亮，B套主机灯灭；当 B套为主机时，A套主机灯灭，B套主机灯亮。面板下方 有1个切换键，用于控制主/从机切换。2.48继电器层简介n继电器层分为两条，各为8个继电器，如图所示：n各继电器定义如下:nWJ1-WJ4受A套脉冲增减控制；nWJ9-WJ12受B套脉冲增减控制；nWJ5，WJ13分别为导叶、轮叶自动/脉冲切换；nWJ6-WJ7为模拟量输出切换，WJ14-W15备用，WJ8，WJ16备用。n 交流电消失报警与直流电消失报警继电器安装在后面； 2.5 SAFR-2
11、000型调速器的运行界 面nSAFR-2000装置采用带大屏幕（12）液晶显示的工控机作为显示 系统，内置智能化人机接口软件，以Windows NT为操作系统 n配以三维中文图形界面，智能显示系统以三维图形方式显示机构频 率表、导叶开度表、有功功率表、导叶开度限制表等。n另还有多种故障光字显示和各种信息显示（模拟量、开关量、状态 量等），并通过设置界面可在线修改人工失灵区、电气开限等，可 通过触摸屏或鼠标键盘操作，非常方便。nSAFR-2000型调速器的运行界面由5个窗口组成，分别为：主控窗、 设置窗、信息窗、开关量窗和报警窗。通过点击窗口下方的分页栏 可以选择相应的窗口。 n主控窗的界面如图
12、所示：n主控窗是运行时的主窗口，在窗口上方正中显示了当前机组工况状态和调 速器的主要状态，左右两侧分别显示了机组频率、水头高度和导叶开度、 有功功率的数值（分为模拟表计显示与数字显示），在窗口中央是增加、 减少两个按键，通过点击它可以对机组转速及负荷进行调节控制。在按键 下方是用来显示输出控制量的平衡表。n设置窗的界面如图所示：n点击设置窗口时要求输入密码和用户名，密码和用户名均为“sysadm”, 注意要小写。密码和用户名正确后便可以再次点击设置窗，设置窗主要 用来对运行参数进行设置，窗口左边显示了几个重要的控制量的当前值 ，作为设置操作时的参考，左下方有一个“参数下发”按键和“发送指 示”
13、信息，点击“参数下发”则将当前设置的参数下发至A、B系统，同 时由“发送指示”显示下发是否成功。右半部分提供了对水头、功率梯 度、开限、死区、调差、滑差、自动/人工水头以及机频是否跟踪网频进 行设置的窗口。n信息窗的界面如图所示：n信息窗用来显示系统的主要控制量及内部参数的当前值。窗口左右对称， 分别显示A、B两套系统较为详细的状态信息。n显示的信息包括：电网频率、频率给定、机组频率、机组转速、导叶给定 、导叶行程、轮叶给定、轮叶行程、稳零积分、电气开限、空载开度、转 速备用、导叶输出、轮叶输出、运行水头、功率给定等内部参数。n开关量窗口界面如图所示：n开关量窗口用来显示外部开关量操作命令。窗
14、口左右对称，分别显 示A、B两套系统的信息。显示的开关量信号包括：油开关、开机令 、停机令、导手令、调相令、增加令、减少令、轮手令。n报警窗的界面如图所示：n报警窗用来显示故障报警和故障诊断处理信息，故障一旦被检 测到，即使立刻消失，在窗口显示中仍将一直保持报警，直到 点击窗口下方的“调速器故障复归”按键后，当前所有的故障 显示才被清除。这样，即可实现对偶发故障的记录。故障报警 信息分为A、B两套系统，包括：电源故障、电网频率、机组频 率、齿盘一路、齿盘二路、通信故障、励磁电源、导叶行程、 轮叶行程、导叶液压、轮叶液压、水头采样、有功功率。2.6 微机测速装置2.61 概述n一般微机测速装置通
15、常以发电机残压或永磁机电压为测量信号，要求被测 量信号具有一定幅值以上的较为理想的正弦波。发电机转速较低时，其正 弦波的幅值及波形通常难以满足要求，在机组刹车时波形畸变可能更甚。 因此，这类测速装置在机组刹车以及低速运转的情况下，其转速测量的准 确性和可靠性就会降低,如果装置软件处理不够完善，甚至会出现误动作 。nWJCS-2000型微机测速装置使用先进的测量元件（感应齿盘和接近开关） 构成转速测量通道，将发电机的机械旋转转换成脉冲信号，这就使得转速 的测量与控制变得简单、可靠，彻底地从根本上解决了常规测速和一般微 机测速的缺陷和不足，真正做到了全范围测速，即从低转速情况下机组的 蠕动，到高转
16、速情况下机组的过速，均能进行精确的监测。另外，当测量 元件（接近开关）掉电或发生其它故障时，单片机能进行自动判断，并将 转速测量信号切换到永磁机或残压测频,仍能保持一般微机测速装置的常 规运行,大大提高了WJCS-2000型微机测速装置的容错功能和可靠性。n2.62 WJCS-2000主要技术参数n1、测速范围：0-400%Ne（额定转速）n2、装置信号输出n （1）10路转速信号输出，每路均有两对单独的常开结点。n （2）1路故障报警输出结点(常开)。n3、输出结点动作容量： 阻性负载：AC220V/3A(DC220V/0.5A)n 感性负载：AC220V/1A(DC220V/0.1A)n4、测量分辨率：小于0.005Hzn5、可靠性指标：无故障连续运行时间20000小时n6、模拟量输出： 一路D/A信号输出 （4-20 mA或0-5 V）n5、工作电源：DC220V(15%) AC220V(15%)n6、输入信号要求：n残压通道： 0.2V200V（有效值）,正玄或方波。n齿盘通道： 5V2
