水轮机调速器培训教程.doc

三联水电水轮机数字调速器（培训教材）武汉三联水电控制设备有限公司2004年10月15日目录第一章水轮机调节的基本任务3一、水轮机调节系统的结构4二、水轮机调节系统的特点4第二章水轮机调速系统的标准和特性7一、水轮机调速系统的标准7二、水轮机调速系统的特性8三、水轮机调速器的动态特征9四、水轮机调节系统的动态特性13第三章水轮机调速器的控制算法15一、PID控制算法15二、桨叶控制器18第四章水轮机微机调速器的硬件23第五章水轮机微机调速器的形式27一、调速器的发展27二、调速器的分类28三、冗余式可编程调速器29第六章水轮机微机调速器的功能和运行34一、参数可调范围35二、功能要求36三、软件49第七章水轮机微机调速器的机械液压执行机构58一、比例伺服阀＋数字阀＋机械开限/纯手动组成机械冗余结构58二、步进式机械液压系统59第八章水轮机微机调速器的故障处理63一、空载频率摆动63二、负载漂移63三、接力器抖动64四、切换故障65五、甩负荷65六、与水头有关的故障66七、自检66第一章水轮机调节的基本任务水轮发电机组把水能转变为电能供生产、生活使用。用户在用电过程中除要求供电安全可靠外对电网电能质量也有十分严格的要求。按我国电力部门规定电网的额定频率为50Hz（赫兹）大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。对我国的中小电网来说系统负荷波动有时会达到其容量的5％～10％；而且即使是大的电力系统其负荷波动也往往会达到其总容量的2％～3％。电力系统负荷的不断变化导致了系统频率的波动。因此不断地调节水轮发电机组的输出功率维持机组的转速（频率）在额定转速（频率）的规定范围内就是水轮机调节的基本任务。水轮机调速器是水电站发电机组的重要辅助设备他与电站那二次回路或计算机监控系统相配合完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。水轮机调速器还可以与其他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。水轮发电机组转动部分的运动方程为：Jdω/dt=Mt-Mg式中：J—机组转动部分的惯性矩（kg·㎡）；ω＝πn/30—机组转动角速度（rad/s）；n—机组转动速度（r/min）；Mt—水轮机转矩（N·m）；Mg—发电机负荷阻力矩（负载转矩）（N·m）。上式表明保持机组转速（频率）为恒值的条件是dω/dt＝0即要求Mt＝Mg否则就会导致机组转速（频率）偏离额定值从而出现转速（频率）偏差。水轮机转矩Mt＝ρQHηt/ω式中：Q—通过水轮机的流量（m3/s）;H—水轮机净水头（m）；ηt—水轮机效率；ρ—水的密度（kg/m3）因此只有调节流量Q和效率ηt才能调节水轮机转矩Mt达到Mt＝Mg的目的。从最终效果来看水轮机调节的任务是维持水轮发电机组转速（频率）在额定值附近的允许范围内。然而从实质上讲只有当水轮机调节器相应地调节水轮机导水机构开度（从而调节水轮机流量Q）和水轮机轮叶的角度（从而调节水轮机效率ηt）使Mt＝Mg才能使机组在一个允许的规定转速（频率）下运行。从这个意义上讲水轮机调节的实质就是：根据偏离额定值的转速（频率）偏差信号不但地调节水轮机的导水机构和轮叶机构维持水轮发电机组功率与负荷功率的平衡。一、水轮机调节系统的结构水轮机调节系统是由水轮机控制设备（系统）和被控制系统组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节器的发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统的被控制系统；用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定量的偏差并将其按一定的特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合成为水轮机控制设备（系统）。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的电气控制装置和机械执行机构组成。水轮机调节系统的工作过程为：测量元件把机组转速n（频率f）、功率Pg、水头H、流量Q等反映机组运行工况的参数测量出来作为水轮机调速器的反馈信号与给定信号闭环综合后经放大校正元件控制执行机构执行机构操纵水轮机导水机构和桨叶机构。二、水轮机调节系统的特点水轮机调节系统是一个自动调节系统它具有一般闭环控制系统的共性但是水轮机调节系统是一个复杂的非线性控制系统。水轮机型式有：混流式、轴流定桨式、轴流转桨式、贯流式、冲击式、水泵、水轮机式等等；水轮机发电机组由多种工作状态：机组开机、机组停机、同期并网前和从电网解列后的空载、孤立电网运行、以转速控制和功率控制并列于大电网运行、水位和/或流量控制等。水轮机控制设备是通过很大的动力来调节水轮机导水机构和桨叶机构来调节水轮机流量及其流态的因此即使是中小型调速器也大多要采用机械液压执行机构且常常采用有一级或二级液压放大的液压执行机构。水轮机过水管道存在这水流惯性通常用水流惯性常熟Tw；来表述：Tw＝(Qr/gHr)ΣL/A=ΣLv/gH式中：每段过水管道的截面积（㎡）；L—