浅析水轮机调节系统产生转速死区的原因

1、浅析水轮机调节系统产生转速死区的原因第3o卷第2期2009年5月水电厂自动化hydropowerplantautomationv0l_30no.2may2009浅析水轮机调节系统产生转速死区的原因周金龙(嫩江尼尔基水利水电有限责任公司,黑龙江省齐齐哈尔市161005)摘要:转速死区的存在,是产生接力器不动时间的主要原因,机组甩25负荷时,对于电气液压调速器来说,接力器的不动时间不应大于0.2s,对于机械液压调速器来说,接力器的不动时间不应大于0.3s,如果接力器的不动时间过大,在甩负荷时机组转速上升率就会相对较高,所以要设法减小水轮机调节系统的转速死区.文中从不同方面分析了水轮机调节系统存在转

2、速死区的原因.关键词:调节系统;转速死区;传递机构;杆件;主配0引言调节系统的稳定性即调节系统稳定状态的能力,是对调速器静态特性的要求.水轮机调节系统的静态特性通常指在稳定的平衡状态下,机组转速与出力之间的关系.衡量静特性的指标有永态转差系数,转速死区,对于双调机组还有随动系统的不准确度,永态转差系数要在现场进行测量,调速器在出厂时也要做此项测量,由于目前接力器是由主机厂家提供,而调速器制造厂有专供试验用的接力器其工作容量与实际工作情况不同,而且在做出厂试验时接力器又没有连接导水机构,所以测得的数据只供参考使用,到现场以后一定要重新做一次,测出最贴近真实的数据.理想的静特性曲线是一条倾斜的直线

3、,但由于转速死区的存在,测得的静特性曲线是2条近似平行的直线,转速死区的存在会影响调节系统的稳定性,影响调节系统的调节品质,所以要尽量减小转速死区,国家标准规定,主接力器的转速死区i,大型微机调速器不超过0.04,中型微机调速器不超过0.08,小型微机调速器不超过0.10oa.1传递机构的死区由于构成这个机构的环节是由多个部件组成,并且基本都是铰接结构,例如:导叶接力器与控制环的连接,控制环与连杆的连接,连杆与连接板的连接.还有连接板与导叶臂利用剪断销的传动,导叶臂与导叶采用分瓣键的传动,而导叶又固定在导叶收稿日期:20080826.一24一轴套内转动,实际上构成这一环节的部件或多或少存在摩擦

4、阻力,还有局部位置的间隙死区.现在有的水轮机生产厂家生产的机组利用导叶摩擦装置取代了剪断销,为防止导叶被异物卡住剪断销剪断后,导叶在水流冲击的作用下失去控制,与固定导叶或与转轮发生碰撞,防止多个剪断销同时剪断.由于机组的水力不平衡使机组的振动摆度加大,造成机械事故,采用导叶摩擦装置是一个比较好的措施,但是导叶摩擦装置的摩擦片制造质量不良,或在安装的过程中没有严格的按照技术要求去做,使得摩擦起始转动力矩不够,在水流的冲积作用下,可能会产生一定的相对滑动,产生一定的转速死区.2接力器反馈机构的影响目前有2种形式的反馈,即为机械反馈和电气反馈,机械反馈又有杠杆反馈和钢丝绳反馈,杠杆反馈中各反馈杆的连

5、接一般都是用铰接,存在死区的情况与上述相同.由于接力器的形式有直缸式接力器,摇摆式接力器,直缸式接力器反馈杆可以直接装在接力器的推拉杆上,利用铰接的方式.但对于摇摆式接力器,由于接力器利用一个销轴固定在固定支座上,接力器与支座间或多或少存在着间隙,由于摇摆式的接力器在运行的过程中是不断摆动的,在接力器上无法安装反馈杆件,只能安装在控制环上.一般水轮机制造厂已定好反馈杆在控制环的安装位置,但接力器输出杆的直线位移转换成控制环的周向运动,安装在控制环上的反馈杆与接力器的行程存在着非线性的关系,接力器的行程与导叶是线性关系,这样反馈杆的直线输出不能真实的反映导叶的开度,这?调速励磁与辅机控制?周金龙

6、浅析水轮机调节系统产生转速死区的原因也是存在转速死区的因素.目前国内调速器反馈有相当一部分采用钢丝绳反馈,由于钢丝绳具有一定的柔性和塑性,受到一定的拉力便会变形伸长,造成接力器反馈的不准确度和滞后性.有的调速器生产厂家要求反馈钢丝绳必须用500kg的拉力预拉100h以上,减小钢丝绳的变形量.但根据实际运行经验,机组运行一段时间后钢丝绳仍会变形松动,运行人员要定期的检查钢丝绳的松紧程度,并将其锁紧,否则变形后的钢丝绳便产生水轮机调节系统的死区,降低调速器的稳态特性和动态特性,降低自动调节过程的调节品质.3主配压阀的轴向搭叠量作为调速器的重要部件,要求主配压阀有足够大的输油量,还应动作灵活,可靠,

7、在稳定的平衡状态下其漏油量一定要小,所以主配压阀与衬套窗口之间要有一定的搭叠量,如图1所示.filhl图1主配压阀与衬套窗口搭叠主配压阀衬套窗口高度l与主配压阀活塞高度h之差称为主配压阀的轴向搭叠量ah(又称主配压阀的遮程).ah一为在稳定的状态下漏油量小,即减少静态油耗,国内生产的调速器都采用正搭叠量,一般ah在0.15mm0.30mm之间,正是由于采用了正搭叠量,调速器的控制信号先驱动主配压阀走过搭叠量ah之后,才能向接力器配油,驱动接力器动作,这是产生调速器转速死区主要因素,搭叠量越大,转速死区也就越大.4电气反馈装置的影响在微机调速器电液随动系统中,需要反映接力器位置的电气信号,目前大

8、部分采用的接力器位移传感器大多数是用模拟量(电压量,电流量)输出的,再将模拟量转换成数字量,如果采用的位移传感器线性度和精度不能满足控制要求,不能按比例的反映导叶的实际位置,会影响调速器的控制精度产生转速死区.5电液转换器的影响目前调速器的电液转换器中广泛使用步进电机式电液转换器和伺服电机式电液转换器,步进电机和交,直流伺服电机都具有电机的共同特点,一般电机,速度环响应2ms,位置环响应则很少看到数据,一般认为是8ms.步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200ms400ills.交流伺服系统的加速性能较好,目前性能比较好的交流伺服电机,从静止加速到其额定转速仅需几毫秒.步进电机和交,直流伺服电机用在水轮机调节系统中,调速器在调节的过程中电机不是全方位的转动,只是转动一个相应的角度,并且需要频繁换向转动,由于响应特性的存在,便产生了水轮机调节系统的转速死区,但与前面所讲的几点产生转速死区的原因相比,电液转换器造成的转速死区要小的多.6系统结构模式对转速死区的影响如果调速系统的结构模式采用调节器+电液随动系统把转速死区较大的主配压阀放到形成pid调节规律的闭环之外,经过分析和实践证明,比传统的加速度一缓冲式的调速器的转速死区i要小的多.7结语转速死区的存在是影响调节系统静态稳定的主要因素,也是产生接力器不动时间的原因,为提高水轮机调节系统的调节品质,提高