第一章-水轮机调节基本原理ppt课件

1、主 讲 人,余波 教授,第一章 水轮机调节基本原理,第一节 水轮机调节的任务和途径,水力发电生产过程,第一章 水轮机调节基本原理,第一节 水轮机调节的任务和途径,一、水轮机调节的必要性 用电负荷是随时变化的 电能无法大量储存 电能生产必须满足电能质量的要求 大电网：f=500.2Hz V=Ve(510%)Ve 小电网：f=500.5Hz V=Ve(510%)Ve,会导致机组转速频率、电压变化,第一章 水轮机调节基本原理,第一节 水轮机调节的任务和途径,二、水轮机调节的任务 根据负荷的变化，不断调整水轮机的输入功率，保证机组的转速稳定是水轮机 调节的基本任务,第一章 水轮机调节基本原理,第一节

2、水轮机调节的任务和途径,三、水轮机调节的途径和方法 机组转子运动方程 途 径 方 法,通过人工手动方式或水轮机调速器自动方式实现,第一章 水轮机调节基本原理,第一节 水轮机调节的任务和途径,四、水轮机调节的特点和基本要求 特点： 操作力大； 影响因素多，动作过程复杂； 功能多。调速器不仅能维持机组转速不变，而且还是机组主要控制设备之一。机组的启动、停机、并网和加减负荷等操作也是调速器的主要功能。近代大型电液调速器，又有许多附加功能，如：有功功率的成组调节，按有差特性分配各机组之间的负荷，按水位调节，按开度调节以及卡普兰机组的波动控制等。水轮机调速器同时还是安全监控系统的执行部分之一，当发生电气

3、事故引起发电机突然跳闸以后，调速器可以及时地将水轮机关闭，防止事态扩大。一旦事故消除，调速器又能迅速起动机组，增加了备用机组快速投入的灵活性。 结构类型多,第一章 水轮机调节基本原理,第一节 水轮机调节的任务和途径,四、水轮机调节的特点和基本要求 基本要求： 及时; 准确; 平稳,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,一、人工调节分析 基本过程： 观察； 分析决策； 功率放大； 执行； 对执行结果的反复观察,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,二、直接作用式调速系统 离心摆的力学特性 在工作范围内的任意转速下，重块离心力FL与滑套所受的弹力FT总能使离

4、心摆处于动态平衡。滑套的位置L与离心摆的转速n呈现出一种线性比例关系。 因此，离心摆可以用于测量机组转速，同时将转速转换成位移。 调速系统基本工作过程 由离心摆测量转速并转换成A点位移； 杠杆AOB将A点位移传递到B点； B点带动闸门控制流量,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,二、直接作用式调速系统 存在问题 操作力小； 静态转速偏差大。 结 论 不能用,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,三、具有液压放大机构的调速系统 此为解决前述系统操作力小的问题而提出。 液压放大系统结构 系统工作设想,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理

5、,三、具有液压放大机构的调速系统 系统工作过程分析,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,三、具有液压放大机构的调速系统 系统工作过程分析结论 该系统虽然具有强大的操作力，但是其工作过程是不稳定的。仍须改进,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统 此为解决前述系统不稳定问题而提出。 系统结构,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统 系统工作过程分析 动态特性稳定,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统 系统工作过程分析 静态特性有差

6、 静特性指标永态转差系数bp，其值大小决定于DE之长,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统 结 论 虽然稳定，但是静态转速偏差大的问题仍然存在。还须改进,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统 缓冲器基本原理,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统 系统基本工作原理,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统 系统动、静特性,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速

7、系统 结 论 该系统可以完成水轮机调节的基本任务,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统 为完成调速器的功能而增设的机构,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统 （一）转速调整机构,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统 （一）转速调整机构 组成： 转速调整机构由杠杆、电动机、减速器、手轮等组成，通过硬反馈机构的传动杠杆起作用。人为搬动手轮或使电动机转动，都经过减速器引起P端上升或下降。而P的升、降将影响杆AOB的稳定位置。 动作原理：设机组单机

8、运行，原转速为n0，如使 P上升，则 O上升，杆AOB将以A为中心反时针转动。 配压阀B升高，接力器开度加大，机组转速上升。 滑套 A升高，最后，配压阀回到中间位置时整个机构稳定下来。 与原有状态相比，操作的结果是使机组转速升高了，如达到n1。同时杠杆AOB也稳定在新的A端较高的位置。反过来，如果人为使P下降，则会引起机组转速降低，如在n2稳定下来,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统 （一）转速调整机构 原理分析：上述过程表明，在负载不变时，转速调整机构动作，可以人为调整机组转速。从调速系统静特性来研究，这种人为的升、降转速与接力器原有开度

9、无关，在任何一个开度下都可以产生同样的效果。同时，转速调整机构的动作并不改变反馈机构的杠杆比，即不影响调速系统静特性的倾斜程度，永态转差系数bp不变。因此，转速调整机构的动作，是使调速系统静特性发生平行移动。 结论：转速调整机构的动作，是使调速系统静特性发生平行移动。其作用是：当机组单机运行时，可调整转速；当机组并网运行时，可调整机组出力,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统 （二）开度限制机构 1、组成 开度限制机构包括杠杆STU、直角杆IJK，以及与转速调整相似的控制机构。S端与配压阀B之间是有间隙的连接。这一套机构可以人为限制接力器的开

10、度，也可以实现开、停机操作。 2、限制开度作用 配压阀B上升时，接力器向右移动，即加大开度。随着开度的增加，通过传动杆件造成S下降。S端的下降位移与接力器行程的变化成正比。接力器开大到一定值时，S端走完原有间隙，将使配压阀限制在中间位置及以下。此时配压阀不能上升，接力器也就不能继续开大，其开度就达到了限制值。 限制开度的大小与S和B之间的间隙相对应，这可由人来调整。搬动手轮或使电动机转动，都会经过减速器影响T的高、低，即改变间隙己的大小。T上升即已加大，对应限制开度增加，反之则使限制开度减小,第一章 水轮机调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统 （二）开度限

11、制机构 3、开、停机作用 机组静止时，接力器全关，离心摆滑套处于最低位置，配压阀在中间位置封闭着油路。人为操作开度限制机构使T上升，则杠杆STU以U为中心顺时针转动，S的升高势必提起配压阀活塞，造成接力器打开导叶，机组转速将逐渐提高。随着转速的上升，离心摆滑套也升高，将由杆AOB的转动使配压阀下降；接力器开大时反馈机构的动作也使配压阀下降；而开限机构杠杆的运动仍是使配压阀下移封闭油孔。这样，人的不断操作将使接力器不断开大，机组转速也逐步上升，最后会在额定转速稳定下来。 反过来，若在机组运行过程中人为使T下降，则会强制配压阀下移，不断减小接力器开度，直至完全关闭，从而完成停机操作,第一章 水轮机

12、调节基本原理,第二节 自动调速器的组成原理,七、水轮机调节系统的组成 调速系统 +控制机构 调速器 +对象（机组、电网） 水轮机调节系统,第一章 水轮机调节基本原理,第三节 双调节调速器原理,一、转桨式水轮机双调节调速器,第一章 水轮机调节基本原理,第三节 双调节调速器原理,二、冲击式水轮机双调节调速器,第一章 水轮机调节基本原理,第四节 调速器的分类和标准系列,一、调速器的分类 1按构成情况分类 由调速器主要元件的结构型式不同，可以分为机械液压和电气液压两大类。前者完全由机械元件构成；而后者有一部分元件用了电子回路，由电气部分和液压操作部分共同组成。 2 按执行机构数量分类 （1）单调节调速

13、器。只有一个执行机构，输出一个调节动作。如用于混流式、轴流定桨式水轮机的调速器。 （2）双调节调速器。具有两个执行机构，输出两个互相配合的调节动作。如用于轴流转桨式及水斗式水轮机的调速器,第一章 水轮机调节基本原理,第四节 调速器的分类和标准系列,一、调速器的分类 3 按工作容量分类 调速器的工作容量是指接力器在额定油压下走全行程所能作的功。它也表明了主要元件的尺寸大小。在JB/T7072-2004中，调速器按工作容量划分如下： 4按调节过程的动作规律分类 当调速器的构成，特别是反馈元件不同时，其动作过程的规律会不同。按动作规律的情况可分为：比例规律 （P型）调速器；比例-积分规律（PI 型）调速器；比例-积分-微分规律 （PID型）调速器,第一章 水轮机调节基本原理,第四节 调速器的分类和标准系列,二、我国调速器型