1第一章水轮机调节基本知识教程

1、1,水轮机调节,绪,论,第一章,水轮机调节基本概念,第二章,机械液压调速器,第三章,电气液压调速器,第四章,微机调速器简介,第五章,水轮机调节系统特性与品质要求,第六章,调节保证计算,第七章,调速器运行与维护,2,本课程的性质,属于工科机电设备专业的主要专业课之一,目的,课程的特点,本课程是一门理论性与实践性都较强的课程，要注,意与工程实践的结合,掌握设备的基本结构、运行与维护,的基本技术,教学总体要求,根据本课程的特点，对学习本课程提出如下要求,1,牢固掌握有关的基本概念,2,充分理解基本工作原理,绪论,3,第一章,水轮机调节基本知识,1.1,水轮机调节任务与途径,1.2,自动调速器构成原理

2、,1.3,水轮机双调节简介,1.4,调速器分类、系列与型号,4,主要教学内容,1,电力生产的特点,2,水调基本任务,3,动力矩与阻力矩的特点,4,水轮机力矩平衡特性,5,掌握自动调速器的构成原理,6,掌握双调节调速器的构成原理,7,熟悉调速器的表示型号、掌握国家现行有关标准,的规定,第一章,水轮机调节基本知识,5,1.1,水轮机调节基本任务与途径,一、电力生产特点和水调基本任务,电力生产是能量转换的过程,第一章,水轮机调节基本知识,水 库,引水管道,导水机构,转 轮,发电机,电力系统,调速器,水 轮 机,给定频率fr,发电机发电频率f,用户,水 能,机械能,电 能,9.81QH,9.81QH,

3、s,9.81QH,s,f,6,特点,1,交流电能无法贮存，随发随用，发电取决于用电,2,负荷是随时变化的,负载,指某一供电区域内所有用电设备的总和（指额定功率,负荷,指某一供电区域内所有用电设备在某时刻消耗实际功率的大小,负荷由负载决定，但数量上不一定相等，只有在额定工况下相等,系统总负荷,是指由各发电机组分别承担的负荷的总和，在不断地变化,短时期内,周期性,波动,2,3,大电网）小电网可能更大、偶然性的波动,长时间内有一定的规律性,如日负荷图，月负荷图，年负荷图等,第一章,水轮机调节基本知识,1.1,水轮机调节基本任务与途径,7,3,发、供电严格质量要求,我国电力系统规定质量指标,频率,严格

4、要求在,50Hz,允许偏差,大网,0.2Hz,小网,0.5Hz,电压,额定值,5,10,4,水调基本任务,跟随负荷的变化调节水轮机的输入功率，保证机组转速稳定在,规定的范围之内。启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进,行成组调节,负荷分配,以达到经济合理的运行,第一章,水轮机调节基本知识,1.1,水轮机调节基本任务与途径,8,二、水调途径与方法,1,水轮发电机组的基本方程式,J,Mt-Mg,2,水轮机动力矩特性,如图,第一章,水轮机调节基本知识,1.1,水轮机调节基本任务与途径,水轮机组发电示意图,水轮机动力矩特性,9,3,发电机阻力矩特性,如图,4,水调力矩平衡特性,如图,1,稳定运行状况

5、,2,无调节状况,3,有调节状况,4,人为变速调节,5,水调途径,跟随负荷变化调整流量,Q,实施方法,ZD,HL,导叶开度,ZZ,XL,GZ,导叶开度，轮叶角度,CJ,喷针开度，折向器位置,第一章,水轮机调节基本知识,1.1,水轮机调节基本任务与途径,10,三、水调特点及要求,1,水调定义,由调速器对水轮发电机组实行自动控,制，是自动控制原理的具体应用，具体表现在跟随负,荷的变化调节流量维持机组转速稳定，保证供电质量,的过程,2,特点,操作力大,动作过程复杂,实现多种功能,输出动作不同,3,基本要求,快,准,稳,第一章,水轮机调节基本知识,1.1,水轮机调节基本任务与途径,11,调节方式,人工

6、调节与自动调节,一、人工调节方式,手动调速器是最简单的水机调节装置,1,结构,2,调节方式,搬动手轮改变开度,3,调节任务由操纵人员承担,测量作用,比较并发出操作指令,执行,检查与修正,4,特点,动作过程长,波动次数多,幅度大,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,水轮机,发电机,水流,电（用户,表计f,眼,脑,手,手动调速器,人工调节框图,12,二、离心摆的力学特性与应用,1,结构,2,力学特性,L=K,n,n,r),n,r,3,离心飞摆特性,滑套位置与转速一一对应,滑套移动方向反映了转速的增减,滑套移动大小反映了转速偏差的大小,4,离心摆的作用,与机组联系，测量机组转速

7、,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,13,三、自动调速器构成原理,1,构成原理,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,14,2,调速器原理图,1,飞摆,2,主配压阀,3,接力器,4,5,活塞,6,节流孔,7,硬反馈,8,9,10,变速机构,11,移动滑块,15,3,几种自动调速器构成原理,1,直接作用的调速系统,动作过程,结果：符合调节基本理论，但实用价值小,问题：力量小，操作力不够,关小时转速高，开大时转速低，转速变化过大,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,16,2,具有液压放大机构的调速系统,结构：配压阀与接力器,动作过程

8、,结果：符合调节基本理论，解决了操作力的问题,问题：不断过调节，因此运行不稳定,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,17,3,具有硬反馈机构的调速系统,1,结构,2,动作,3,结果：经多次反复最终达到稳定,4,反馈的概念：从输出信号中取出一部分叠加在输入信号上,起修正和决定动作规律的作用,5,问题：形成有差调节；波动次数多，幅度大，不符合快速,稳定的要求,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,18,4,具有软反馈机构的调速系统,1,结构：缓冲装置,2,动作过程,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,19,3,结果,形成无差调节,调节

9、品质高，波动次数少，幅度小,实际调速器，硬、软反馈与局部反馈同时作用，共同,起修正与决定动作规律的作用,静特性曲线,调速系统概念,由测量元件、放大元件、反馈元件构成的能跟随,负荷变化进行自动调节作用的系统。其中离心摆是核心，反馈是关,键,调速系统能在负荷变化时进行自动调节，但是负荷不变时，要,人为调节，则需要其它机构,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,20,测量元件、放大机构、反馈机构组合又称为调速柜,测量机构,测量机组转速偏差，并把偏差信号转变为,位移信号，然后输出,放大机构,引导阀,辅助接力器、主配阀,主接力器,二级放大,位移变化,油压变化,反馈机构,缓冲器和杠杆机

10、构，当调节转速相等时,反馈信号使调节停止,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,21,四、调速系统的操作控制元件,1,转速调整机构,1,结构,2,动作,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,22,3,结果：负载不变时，人为操控改变机组出力与转速,4,实质：平移静特性,作用：单机：调频率,并列：调出力,2,开度限制机构,1,结构,2,动作,3,作用,开度限制作用,开停机作用,人为调节（设置）限制值,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,23,五、水轮机调节系统的组成,四个概念、一个框图,调速系统概念,由测量元件、放大元件、反馈元件构成的

11、能跟,随负荷变化进行自动调节作用的系统。其中离心摆是核心，反馈,是关键,调速器,调速系统与操作控制机构及批示仪表等组成的整体,被控制系统（调节对象,由引水系统、水轮机、发电机和,用户组成电能生产、使用的平衡过程,调节系统,调节对象与调速器组成的实际应用单元，即机组,水能,水轮机,发电机,用户,永磁机,飞摆电机,离心摆,接力器,配压阀,硬反馈,软反馈,调速系统,操作控制机构,调速器,第一章,水轮机调节基本知识,1.2,自动调速器的构成原理,24,一、双调节定义,指被水轮机具有两个相互配合（协联）的调节机构，两套机,构遵循一定规律的，称为协联关系,ZZ,导叶开度与轮叶角度,CJ,喷嘴开度与折向器位

12、置角度,二、转桨式水机双调节,1,两个调节机构的目的：增加水机高效率区宽度，以适应负,荷的变化,2,协联关系的确定,3,协联执行机构,4,调节动作,第一章,水轮机调节基本知识,1.3,双调节简介,25,第一章,水轮机调节基本知识,1.3,双调节简介,ZZ,水轮机双调节原理图,26,三、冲击式水机双调节,第一章,水轮机调节基本知识,1.3,双调节简介,CJ,水轮机双调节原理图,27,1.4,调速器分类与型号,第一章,水轮机调节基本知识,一、调速器分类,1,按调速器元件结构分,机械液压,机调,信号测量、信号综合、信号反馈均由机,械环节完成。现在很少使用,电气液压,电调,用电气回路代替机调中的机械元

13、件。调,节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整,目前还有不少电站在使用,微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器，赋予了,调速器更多的控制功能，性能更优良,28,1.4,调速器分类与型号,第一章,水轮机调节基本知识,数字式电液调速器监控系统主界面,29,1.4,调速器分类与型号,第一章,水轮机调节基本知识,数字式电液调速器油压装置显示画面,30,1.4,调速器分类与型号,第一章,水轮机调节基本知识,2,按调节机构数分,单调：一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组,双调：有两个调节机构,导叶开度，叶片转置角,ZZ,CJ,针阀、折流板转动,3,按大小（容量,大型：活塞直径,80mm,以上,中型：操作功,10000Nm30000Nm,小型：操作功小于,10000Nm,特小：小于,3000Nm,31,1.4,调速器分类与型号,第一章,水轮机调节基本知识,二,调速器型号,反击式水轮机,1,我国调速器的型号的编制方法,国标,JB/T2832-2004,水轮机调速器