水輪機調節(jié)系統(tǒng)的構成和任務PPT課件

1、1第四章 水輪機調節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 水輪機調節(jié)的任務水輪機調節(jié)的任務第二節(jié)第二節(jié) 水輪機調節(jié)的基本概念水輪機調節(jié)的基本概念第三節(jié)第三節(jié) 水輪機調速器的工作原理水輪機調速器的工作原理第四節(jié)第四節(jié) 水輪機調速器的類型水輪機調速器的類型第五節(jié)第五節(jié) 油壓裝置油壓裝置第1頁/共88頁2第2頁/共88頁3 電力系統(tǒng)的負荷是不斷變化的，包括一天之內的周期性變化和以分秒計的短周期的非規(guī)律性變化。因此，根據(jù)系統(tǒng)的要求和水輪發(fā)電機組出力變化靈活的特點，水輪發(fā)電機組的出力需進行調節(jié)，其任務為：電力系統(tǒng)的負荷圖第3頁/共88頁4 (1)根據(jù)負荷圖的安排，隨著負荷的變化迅速改變機組的出力，以滿足系統(tǒng)的要求。 (2)擔負

2、系統(tǒng)短周期的不可預見的負荷波動，調整系統(tǒng)頻率。 對于磁極對數(shù)已經固定的水輪發(fā)電機，其輸出電能的頻率決定于機組的轉速，因此，欲保持機組供電頻率不變，則必須維持機組轉速不變。水輪發(fā)電機組的轉速變化一般要求不得超過0.10.4 。故水輪機調節(jié)的本任務可歸納為： 根據(jù)負荷的變化不斷調節(jié)水輪發(fā)電機組的出力并維持機組轉速在規(guī)定范圍內。 除以上的基本任務外，水輪機調節(jié)的任務尚有機組的起動、并網和停機等。 第4頁/共88頁5調速系統(tǒng)控制水電機組出力、事故緊急停機。第5頁/共88頁6機組的轉速變化可用以下基本動力方程表示 (4-1) 式中，J機組轉動部分的慣性矩； 機組的旋轉角速度，=2n/60，弧度s， n為

3、機組轉速，rmin； Mt水輪機的主動力矩； Mg發(fā)電機的阻力矩； t時間。dtdJMMgt第6頁/共88頁7水輪機的動力矩可用下式表示 (42) 式中, 水的容重； Q水輪機的流量； H水輪機的工作水頭； 水輪機的效率。 在、Q、H、中，只有Q是易于改變的，因此，通常把Q作為水輪機的被調節(jié)參數(shù)，QHMt第7頁/共88頁8QHMQHMttndtdMMMNndtdMMMNnnCdtd，MMgtggtgegt0)3(0)2(, 0) 1 (C第8頁/共88頁9 通過改變Q來改變水輪機的動力矩Mt。比較式(42)和式(41)，可能出現(xiàn)以下三種情況： () Mt=Mg ，水輪機的動力矩等于發(fā)電機的阻力

4、矩，d/dt=0，為一常數(shù)，機組以恒定轉速運行。 (2) MtMg，水輪機的動力矩大于發(fā)電機的阻力矩，當發(fā)電機的負荷減小時會出現(xiàn)這種情況，此時d/dt0，機組轉速上升，在這種情況下，應對水輪機進行調節(jié)，減小流量，從而減小Mt，以達到新的平衡狀態(tài)。 (3) Mt Mg，水輪機的動力矩小于發(fā)電機的阻力矩，當發(fā)電機的負荷增加時會出現(xiàn)這種情況，此時d/dt0，機組轉速下降，在這種情況下，應增大水輪機的流量Q以達到Mt=Mg的新的平衡狀態(tài)。第9頁/共88頁10 反擊式水輪機調節(jié)流量的機構為導葉(轉槳式水輪機尚有轉輪葉片)；沖擊式水輪機調節(jié)流量的機構為帶針閥的噴嘴。導葉和噴嘴的針閥由接力器操作，根據(jù)水輪機

5、所需流量的大小，改變導葉或噴嘴的開度。接力器的動作則由調速器操縱，根據(jù)調速器的指令行事。 水輪機及其導水機構、接力器和調速器構成水輪機自動調節(jié)系統(tǒng)。與其他原動機的調節(jié)系統(tǒng)相比，水輪機的調節(jié)系統(tǒng)具有以下特點：第10頁/共88頁11 (1)水輪機的工作流量較大，水輪機及其導水機構的尺寸也較大，需要較大的力才能推動導水機構，因此，調速器需要有放大元件和強大的執(zhí)行元件(即前述的接力器)。 (2)水輪發(fā)電機組以水為發(fā)電介質，與蒸汽等相比，水有較大的密度，同時，水電站的輸水道一般較長，其中的水體有較大的質量，水輪機調節(jié)過程中的流量變化將引起很大的壓力變化(即水錘)，從而給水輪機調節(jié)帶來很大困難。 (3)對

6、于軸流轉槳式水輪機的導葉和轉輪葉片、水斗式水輪機的噴嘴和折流板、帶減壓閥的混流式水輪機等，需增加一套協(xié)調機構，對兩個對象進行調節(jié)，使調節(jié)更為困難。 總之，水輪機的調節(jié)比其他原動機(如汽輪機等)的調節(jié)要復雜和困難。第11頁/共88頁12第二節(jié)第二節(jié) 水輪機調節(jié)的基本概念水輪機調節(jié)的基本概念 水輪機調節(jié)系統(tǒng)的組成元件及各元件的相互關系可用圖41的方塊圖表示。 圖中的方塊表示水輪機調節(jié)系統(tǒng)的元件，箭頭表示元件間信號的傳遞關系：箭頭朝向方塊表示信號的輸入，箭頭離開方塊表示信號的輸出，前一個元件的輸出是后一個元件的輸入。從圖中可以看出，由導水機構輸人的水能經機組轉換成電能輸送給系統(tǒng)。電能的頻率f(亦即機

7、組的轉速n)信號輸入調速器的測量元件，測量元件將頻率f信號轉化成位移(或電壓)信號輸送給加法器(圖中的)并與給定的f值作比較，判定頻率是否有偏差和偏差的方向，根據(jù)偏差的情況通過放大器向執(zhí)行元件發(fā)出指令，執(zhí)行元件根據(jù)指令改變導水機構的開度，反饋元件則將導葉開度的變化情況反回給加法器，以檢查開度變化是否符合要求，如變化過頭，則發(fā)出指令進行修正。第12頁/共88頁13水輪機調節(jié)系統(tǒng)方框圖導水機構機 組執(zhí)行元件放大元件反饋元件測量元件水 能Q H電 能U I f給 定 f f第13頁/共88頁14 在方塊圖41中，測量、加法、放大、執(zhí)行和反饋元件總稱為自動調速器。導水機構包括機組在內，統(tǒng)稱為調節(jié)對象。

8、 調速器和調節(jié)對象構成水輪機自動調節(jié)系統(tǒng)。 水輪機調節(jié)系統(tǒng)以頻率 f (亦即機組轉速)為被調節(jié)參數(shù)，根據(jù)實測 f 與給定值間的偏差調節(jié)導水機構的開度，從而改變機組的出力和轉速(頻率)，但要使改變后的頻率符合給定值需要一個調節(jié)過程，這個過程又稱為調節(jié)系統(tǒng)的過渡過程，在這個過程中，頻率、開度等參數(shù)隨時間不斷變化。各參數(shù)隨時間的變化情況，及在經過一段時間以后是否能達到新的平衡狀態(tài)(即穩(wěn)定工況)，與調節(jié)系統(tǒng)的特性有關，這種特性稱調節(jié)系統(tǒng)的動特性。若在經過一段時間之后系統(tǒng)能夠達到新的平衡狀態(tài)，那么新平衡狀態(tài)與原平衡狀態(tài)的關系，即各參數(shù)是否能回復到初始狀態(tài)，亦與調節(jié)系統(tǒng)的特性有關，這種特性稱調節(jié)系統(tǒng)的靜特

9、性。下面將分別研究水輪機調節(jié)系統(tǒng)的這兩種特性。第14頁/共88頁15一、水輪機調節(jié)系統(tǒng)的動特性一、水輪機調節(jié)系統(tǒng)的動特性 水輪機調節(jié)系統(tǒng)的動特性可用被調節(jié)參數(shù)(例如轉速n)與時間的關系曲線來表達，調節(jié)系統(tǒng)的動特性不同，曲線的形式也不同，但可歸納成5種基本類型，如圖42所示。 第15頁/共88頁16圖42(a)中的機組轉速在t=t0時偏離額定轉速n0后，在t1時達最大值nmax，然后逐步回復到額定轉速n0，進入一個新的平衡狀態(tài)，其過渡過程是一個非周期的衰減過程，無過調節(jié)現(xiàn)象(無n n0情況出現(xiàn))。 圖42(b)是一個周期性衰減振蕩，轉速n在偏離額定轉速n0后，經過一個振蕩過程進入新的穩(wěn)定狀態(tài)。第

10、16頁/共88頁17圖42(c)是一個周期性非衰減振蕩，轉速n在偏離額定轉速n0后進入一個持續(xù)振蕩狀態(tài)，不能達到一個新的穩(wěn)定工況。 圖42(d)是一個周期性發(fā)散振蕩，轉速n的振蕩幅值隨時間而增大，達不到一個新的穩(wěn)定工況。第17頁/共88頁18圖42(e)是一個非周期性發(fā)散過程，轉速n一旦偏離定額值n0，其與n0的偏差將隨時間而增大，不可能達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。 圖42(a)和(b)的過渡過程是穩(wěn)定的，其他三種過渡過程是不穩(wěn)定的。過渡過程能否穩(wěn)定，決定于調節(jié)系統(tǒng)本身的性質。穩(wěn)定性是對調節(jié)系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的調節(jié)系統(tǒng)是不能采用的。第18頁/共88頁19 調節(jié)系統(tǒng)除應滿足穩(wěn)定性的要求外，其過渡過

11、程曲線還應該有比較好的形狀，即具有良好的品質。對過渡過程品質的要求概括起來有以下幾個方面： (1)調節(jié)時間Tp要短(十幾秒幾十秒，越小越好)，即從被調節(jié)參數(shù)偏離初始平衡狀態(tài)達到新的平衡狀態(tài)的時間要短。從理論上講，過渡過程振蕩的完全消失要很長的時間，但對于實際工程，當轉速與額定轉速n0的偏離值小于(0.2O.4)n0 ,即可認為進入新的平衡狀態(tài)。 (2)超調量p要小，即被調節(jié)參數(shù)振蕩的相對幅值要小。 無差調節(jié):以第一負波值占最大轉速偏差值的百分數(shù)表示: 有差調節(jié):以最大轉速偏差值占轉速給定值的變化幅值的百分數(shù)表示: (3)在第(1)點所述的調節(jié)時間內振蕩次數(shù)X要少(12周波)。%100max1n

12、np%10000max0maxnnnnnp第19頁/共88頁20二、調節(jié)系統(tǒng)的靜特性 調節(jié)系統(tǒng)的靜特性指穩(wěn)定工況(平衡狀態(tài))時各參數(shù)之間的關系，通常用機組轉速n與出力N的關系表示。 調節(jié)系統(tǒng)的靜特性有以下兩種： (1)無差特性，如圖43(a)所示，機組轉速與出力無關，在任何出力情況下，調節(jié)系統(tǒng)均能保持機組轉速為n0。 (2)有差特性 機組出力小時保持較高的轉速，出力大式保持較低的轉速，即調節(jié)前后兩個穩(wěn)定工況間的轉速有一微小偏差。偏差的大小通常以相對值表示，稱為調差率(亦稱殘留不均衡度)，即 式中 nmax機組出力為零時的轉速； nmin機組出力為額定值時的轉速； n0 機組的額定轉速。0min

13、maxnnn第20頁/共88頁21圖43調節(jié)系統(tǒng)的靜特性(a)無差特性(b)有差特性圖44具有無差特性機組的并列運行第21頁/共88頁22 在工程實踐中一般為OO.08。 電力系統(tǒng)是由許多機組組成的，若各機組都是無差調節(jié)特性，則負荷在各機組間的分配是不明確的。圖44為兩個具有無差特性機組的并列運行情況。兩臺機組所分擔的負荷N1和N2是不固定的，可以N1大些N2小些，也可相反，有無窮多的組合情況，不管負荷在兩臺機組之間如何分配，都能保持轉速不變，而且負荷會在兩臺機組之間擺動，因此，除擔負調頻任務的機組外，一般機組不能采用無差特性。第22頁/共88頁23圖45為兩個具有有差調節(jié)特性的機組。若系統(tǒng)的

14、轉速(頻率)為n0，則兩臺機組所分擔的負荷N1和N2是固定不變的，否則便不能保持原有的轉速n0。若外界負荷增加N，只需適當降低轉速至n2：即可使兩臺機組分別增加負荷N1，和N2，并使 N1+N2= N。 N1和N2的大小與轉速變化 n=n0-n0和機組靜特性曲線的斜率(或調差率)有關，n越大，越小，N越大。故機組采用有差調節(jié)特性后，無論在負荷變動前或變動后，都能分擔固定的負荷。因此一般機組都采用有差調節(jié)特性。機組的無差或有差調節(jié)及調差率的大小，可通過整定調速器的參數(shù)得到。 N1N2圖45具有有差特性機組的并列運行第23頁/共88頁24第三節(jié) 水輪機調速器的工作原理 一、調速器組成 水輪機的自動

15、調節(jié)系統(tǒng)包括調節(jié)對象(水輪機及其導水機構)和調速器。調速器的主要組成部分和工作原理如圖46所示。其主要組成部分如下。 1離心擺 離心擺如圖46中的1，它有兩個擺錘，通過鋼帶頂部與轉軸固定，下部與可沿轉軸上下滑動的套筒相連。離心擺用電動機帶動旋轉，其轉速與水輪發(fā)電機組轉速同步。在轉速上升或下降時，擺錘在離心力的作用下帶動套筒A上下移動。故離心擺是測量和指令元件，測量對象是機組轉速，將機組轉速信號轉換為套筒位移信號。由于離心擺的負載能力很小，不可能直接推動笨重的水輪機導水機構，因此還需要有放大和執(zhí)行機構。第24頁/共88頁252主配壓閥主配壓閥如圖46中的2所示，由閥套和兩個閥盤組成。閥套右側中部

16、有壓力油孔，頂部和底部各有一個回油孔，此外，閥套左右兩側各有一個油孔分別與接力器3的左右兩個油腔相連。在機組穩(wěn)定運行時，兩個閥盤所處的位置恰巧堵住與接力器相通的兩個油孔，故接力器處于靜止狀態(tài)，此時閥盤連桿頂端位于B，并用AOB杠桿與離心擺的活動套筒A相連，故離心擺套筒的位移信號可通過AOB杠桿傳遞給配壓閥連桿頂端。配壓閥通過液壓將離心擺的信號放大，故配壓閥是一個放大機構。第25頁/共88頁263. 接力器 如圖46中的3所示。接力器由油缸和活塞組成。油缸左右各有一個油孔通主配壓閥。接力器的活塞桿與水輪機的導水機構連接。在機組穩(wěn)定運行工況時，接力器的油路因被主配壓閥切斷，故接力器的活塞處于靜止狀

17、態(tài)。當需要改變水輪機導水機構的開度時，主配壓閥使壓力油通入接力器的右腔或左腔，使接力器活塞向關閉或開起導水機構的方向移動。主配壓閥和接力器構成調速器的放大和執(zhí)行機構。第26頁/共88頁27 4反饋機構 只有以上三種機構雖然可以在負荷變化時關閉或開起水輪機導水機構，但調節(jié)過程是不完善的。例如在負荷減小時，機組轉速升高，接力器關閉導水機構，當水輪機的主動力矩M等 于發(fā)電機的阻力矩f 時，因機組轉速仍高于額定轉速，接力器將繼續(xù)關閉導水機構形成過調節(jié)，同時，這樣的調節(jié)過程也是不穩(wěn)定的。為了防止過調節(jié)和保持調節(jié)過程的穩(wěn)定性，調速器中還必須有反饋機構。反饋機構包括：第27頁/共88頁28第28頁/共88頁

18、29 (1)硬反饋機構。圖中的EFDLPO是硬反饋機構。當接力器的活塞向左(關閉方向)移動時，若C點和N點不動，則F、D、L、P各點將向上移動，從而使0點上移至O，這樣就使杠桿AOB處于A0B的位置，主配壓閥的閥盤回復到初始位置，封堵了通往接力器的油孔，防止了接力器的過調節(jié)。硬反饋機構雖然解決了過調節(jié)問題，但在調節(jié)結束后，使O上移至0，A上移至A，水輪機的轉速高于調節(jié)前的轉速，不能回復到初始狀態(tài)，且調節(jié)的穩(wěn)定性差，故只有硬反饋機構的調速器的調節(jié)性能仍然是不完善的。 硬反饋機構使水輪機在不同的負荷時有不同的轉速，形成了第二節(jié)所述的有差調節(jié)。第29頁/共88頁30 (2)軟反饋機構。軟反饋機構是一

19、個充滿油的緩沖器，如圖中的4、5、6部分所示。4和5是兩個活塞，下部充滿油，6是節(jié)流孔，改變節(jié)流孔的大小可以改變通過節(jié)流孔的流量。當接力器向左關閉導水機構時，M點和活塞4向下移動，活塞5因下部油壓增大則和N點一起向上移動，同時，硬反饋的作用使L向上移動，N和L點的上移使0上移至0，B上移至B，配壓閥的閥盤又封堵了通往接力器的油孔，使接力器的活塞停止運動。但由于此時A點處于A的位置，水輪機的轉速仍高于調節(jié)前的轉速。在N點上移時，該處的彈簧受到壓縮，彈簧的反力作用于活塞5，迫使下腔的油經過節(jié)流孔6緩慢地流入上腔，直至活塞5回復到初始位置?；钊?和N點的下移使0下移至O，A下移至A，水輪機的轉速又回

20、復到調節(jié)前的狀態(tài)。故軟反饋的作用可使機組在不同負荷下運行時保持相同的轉速，形成第二節(jié)所述的無差調節(jié)，同時可提高調節(jié)的穩(wěn)定性。第30頁/共88頁31 調差率的大小可通過移動滑塊10的位置來完成。改變滑塊10的位置可改變硬反饋杠桿的傳動比，從而改變。 圖46中的7、8、9部分是變速機構，可手動改變機組的負荷和轉速。第31頁/共88頁32二、調速器的工作過程及工作原理 前已簡單地說明了各組成部分的工作原理。下面以機組減荷為例系統(tǒng)地說明調速器的工作過程。 當機組以穩(wěn)定工況運行時，離心擺也同步旋轉，其滑動套筒位于A。主配壓閥2的閥盤連桿頂端位于B，兩個閥盤封堵了通向接力器3兩端的進出油孔，接力器活塞兩側

21、油壓平衡，處于靜止狀態(tài)。以上是具有一級放大機構的機械液壓調速器的基本工作過程和原理。一般的水輪機調速器因需要巨大的調節(jié)功，常具有二級放大機構，同時，電氣液壓調速器的應用也日益普遍，它們的工作原理與前述的一級放大機械液壓調速器大同小異。第32頁/共88頁33 當機組負荷減小時，機組轉速上升，離心擺的轉速亦隨之升高，擺錘因離心力的加大向外擴張，帶動套筒A上移至A，將轉速的信號轉換成位移信號。由于杠桿AOB繞旋轉，A點的位移信號轉變成B點的位移信號，使配壓閥閥盤連桿頂端由B下移至B，閥盤的相應下移打開了配壓閥通向接力器3的兩個油孔，使壓力油進入接力器右側油腔，同時，接力器的左側油腔接通回油管排油，右

22、側的較高油壓推動接力器活塞向左(關閉水輪機導水機構方向)移動，使水輪機的流量減小，出力下降。接力器活塞向左移動使硬反饋和軟反饋機構的L點和N點上移，從而使O上移至O，B上移至B，配壓閥的閥盤回復到初始位置，重新封堵了通往接力器的兩個油孔，使接力器活塞停止運動。第33頁/共88頁34 此時調節(jié)雖似已結束，但離心擺的套筒仍處于A的位置，其轉速未能回復到調節(jié)前的狀態(tài)。離心擺轉速的恢復要靠軟反饋的緩沖器。上升后的點在彈簧反力的作用下使活塞5下腔的油經過節(jié)流孔6流人上腔，從而使、O、A諸點下降到要求的位置，整個調節(jié)過程結束。若是無差調節(jié)，O和A可以回復到O和A的位置，若為有差調節(jié)，則0和A不能回復到O和

23、A的位置。具有硬反饋和軟反饋機構的調速器可以通過整定反饋機構的參數(shù)改變調差率，做到有差調節(jié)(O)和無差調節(jié)(0)。以上是具有一級放大機構的機械液壓調速器的基本工作過程和原理。一般的水輪機調速器因需要巨大的調節(jié)功，常具有二級放大機構，同時，電氣液壓調速器的應用也日益普遍，它們的工作原理與前述的一級放大機械液壓調速器大同小異。第34頁/共88頁35第35頁/共88頁36第36頁/共88頁37第37頁/共88頁38第38頁/共88頁39第39頁/共88頁40第40頁/共88頁41第41頁/共88頁42第42頁/共88頁43第43頁/共88頁44第44頁/共88頁45第45頁/共88頁46第46頁/共

24、88頁47機組出力調節(jié)部位 水輪機導水機構第47頁/共88頁48第48頁/共88頁49第49頁/共88頁501、供油設備： 油泵：多用螺桿泵。將集油槽內的透平油輸入壓力油罐中，以保持油罐中有足夠的操作壓力油源。 2、壓力油罐： 儲存高壓油源，油占2/3的體積，壓縮空氣占1/3體積。3、主接力器： 在高壓油的作用下，推動活塞移動，推拉桿在活塞的帶動下，推動導水機構動作，以達到調節(jié)導葉開口的目的。第50頁/共88頁51機組出力調節(jié)部位 水輪機導水機構槳葉調整機構第51頁/共88頁52葉片調節(jié)驅動接力器活塞葉片葉片超作架第52頁/共88頁53水輪機調速器問世以來，水輪機調速器先后經歷了三代的發(fā)展：水

25、壓放大、油壓放大式的機械式液壓調速器（20世紀初-20世紀50年代）、模擬電路加液壓隨動系統(tǒng)構成的電液式調速器（20世紀50年代-20世紀80年代）和微機調節(jié)器配以相應的機械液壓系統(tǒng)構成的微機調速器（20世紀80年代至今）。目前微機調速器以可靠性高、操作簡便全面取代其他類型的調速器。第53頁/共88頁54一、調速器的類型1.按調速器的元件結構機械液壓調速器機調運行可靠，維護方便；精度低，靈敏度差，結構復雜電器液壓調速器電調調節(jié)性能好，精度高，靈敏度高，成本低，便于安裝、調整；元件易老化，抗干擾能力較差。2.按調節(jié)機構的數(shù)目 單調用于HL、ZD雙調用于ZZ，CJ3.按調速器工作容量的大小大型 主

26、配壓閥直徑 d80mm中型 操作功1000030000Nm小型 操作功10000Nm特小型 操作功3000Nm第四節(jié) 水輪機調速器的類型和選擇第54頁/共88頁55 機械液壓調速器的特點 機械液壓調速器的自動控制部分為機械元件，操作部分為液壓系統(tǒng)。機械液壓調速器出現(xiàn)較早，現(xiàn)在已經發(fā)展得比較成熟完善，其性能可滿足水電站運行的要求，幾十年來是大中型水電站廣為采用的一種調速器，運行安全可靠。但機械液壓調速器機構復雜，制造困難，造價較高，特別是隨著大型機組和大型電網的出現(xiàn)，對系統(tǒng)周波、電站運行自動化等提出了更高的要求，機械液壓調速器精度和靈敏度不高的缺點就顯得較為突出，故我國新建的大中型水電站已越來越

27、多地采用電氣液壓調速器。第55頁/共88頁56電氣液壓調速器的特點 電氣液壓調速器是在機械液壓調速器的基礎上發(fā)展起來的，其特點是在自動控制部分用電氣元件代替機械元件，即調速器的測量、放大、反饋、控制等部分用電氣回路來實現(xiàn)，液壓放大和執(zhí)行機構則仍為機械液壓裝置。與機械液壓調速器比較，電氣液壓調速器的主要優(yōu)點有：精度和靈敏度較高；便于實現(xiàn)電子計算機控制和提高調節(jié)品質、經濟運行及自動化的水平；制造成本較低，便于安裝、檢修和參數(shù)調整。 根據(jù)水輪發(fā)電機組對調速器的工作容量、可靠性、自動化水平和靜動態(tài)品質的不同要求，調速器有不同型號。表41是我國大中型反擊式水輪機調速器的產品系列。第56頁/共88頁57表

28、41 大中型反擊式水輪機調速器類型 型式 單調節(jié)調速器 雙調節(jié)調速器 機械液壓式 電氣液壓式 機械液壓式 電氣液壓式大型 T一100 DT一80 DT一100 DT一150 ST一100 ST一150 DST一80 DST一100 DST一150 DST一200中型 YT1800 YT一3000 YDT1800 YDT一3000二、調速器的型號第一部分：表示類型。大 中 小 雙 單 機調 電調第二部分：大型調速器的主配閥的直徑(mm)；中型調速器的最高工作油壓下的接力器的容量，單位為kgfm 。第三部分：額定油壓 油壓為2.5MPa及以下的不表示。第57頁/共88頁58調速器型號的漢語拼音字母

29、表示： T調速器； Y中型帶油壓裝置； D電氣液壓式(機械液壓式無代號)； S雙調節(jié)，表示用于軸流轉槳式水輪機等需要進行雙重調節(jié)的調速器。 例：DST100A40D-電調S-雙調T-調速器100-配壓閥直徑A-第一次改型40-油壓為40公斤/平方厘米近年來又出現(xiàn)了微機調速器，其控制部分采用微型電子計算機，其性能更為優(yōu)越第58頁/共88頁59第五節(jié) 油 壓裝 置 油壓裝置是向調速器提供壓力油的設備，是水輪機調速系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括壓力油箱，集油槽和油泵系統(tǒng)3個部分，如圖47所示。 壓力油箱呈圓筒形，如圖中的1所示， 集油槽為矩形，如圖中的2所示。油泵布置在集油槽的頂蓋上，如圖47中3所示

30、。中小型調速器的油壓裝置與調速柜組成一個整體。大型調速器的油壓裝置因尺寸較大，與調速器的操作柜分開布置，中間用油管連接。 圖47油壓裝置原理圖1壓力油箱2集油槽3油泵第59頁/共88頁60一、油壓裝置的組成及工作原理1.壓力油罐及其附件壓力油罐由鋼板焊接而成，其內儲有一定比例的油（3040%）和壓縮空氣（6070%）作用：儲存壓力油，向調速器的配壓閥和接力器輸送具有一定壓能的操作用油。利用空氣良好的蓄存和釋放能量的特點，減小用油過程中供求不平衡所引起的壓力波動。壓力油箱中的油由油泵提供。油壓一般為2.5MPa（25kgcm2)，有的約達4.0MPa(40kgcm2)。壓力油箱通常布置在發(fā)電機層

31、樓板上。附件：油壓裝置上有測量油位、壓力等參數(shù)的儀表，以決定是否需要向壓力油箱供油或補氣(壓縮空氣由壓氣系統(tǒng)提供)。油壓裝置的工作過程是自動的。 4個壓力信號器：控制油泵的啟停 壓力表：顯示油罐內壓力值 空氣閥：給壓力油罐補氣，壓力過高時放氣 油位表：顯示油罐內油位 上限油位：3840%油罐總容積 下限油位：3033%油罐總容積 正常油位：35%油罐總容積第60頁/共88頁612.回油箱、油泵機組及其附件回油箱（集油槽）由鋼板焊接而成，一般懸掛在發(fā)電機樓板之下。 作用：收集調速器的回油及漏油 正常油位為50%油罐總容積，槽中的油面與大氣相通。 上限：60%油罐總容積 下限：40%油罐總容積油泵

32、 置于油箱頂蓋上，通常為兩臺，一臺工作，一臺備用， 布置在集油槽的頂蓋上。大型的為三臺。油泵系統(tǒng)通常有三個閥門 安全閥用來防止油壓超過允許值，當超過某一值時，自動開啟，將油排入回油箱逆止閥防止壓力油罐內的油倒流到回油箱節(jié)流閥使油泵電動機能空載啟動第61頁/共88頁62二、油壓裝置的類型1.分離式 YZ系列油罐和回油箱分開制造和布置，二者由輸油管路連接例YZ-20A/240分離式油壓裝置，壓力油罐總容積為20m3，第一次改 型，兩個油罐，每個油罐10m3，額定油壓為40kg/cm2。2.組合式 HYZ系列用于中小型機組，油罐直接置于回油箱之上例：HYZ4組合式油壓裝置，具有一個總容積為4m3的壓

33、力油罐，額定油壓為25kg/cm2第62頁/共88頁63一、中小型調速器的選擇 調速器包括三部分：調速柜、主接力器、油壓裝置，小型調速器三部分結合為一體 中小型調速器以主接力器的工作容量(調速功)為特征參數(shù)，組成標準系列，調速功指接力器活塞上的油壓作用與其行程的乘積，由經驗公式計算： Nm式中，Hmaxmax- 水輪機的最大工作水頭； Q- 最大水頭下發(fā)出額定出力時的流量， m3/s； D1 1 - 水輪機的標稱直徑；注意：TY3000中3000的單位為kgfm，1kgfm9.81Nm油壓裝置與之配套，不需另選。水輪機調速設備的選擇1max)250200(DHQA )(30mNHPA1maxm

34、ax00DHaKbA 第63頁/共88頁64二、大型調速器的選擇 大型調速器的調速柜、主接力器和油壓裝置不是固定配套的，需分別進行選擇計算。（一）主接力器的選擇 大型調速器是以主配壓閥直徑為特征參數(shù)，因此，選擇時應算出所需的主配壓閥直徑，之前，需求出接力器的容積。1. 導葉接力器的選擇 大型調速器通常用兩個接力器操縱， 當油壓為2.5MPa時，每個接力器的直徑由經驗公式計算： （m） 當油壓為4.0MPa (40kg/cm2) 時，每個接力器的直徑由經驗公式計算： （m）max101HDbDdsssddds81.00.45.205.1第64頁/共88頁65 式中， -計算系數(shù)，與導葉形狀、數(shù)目

35、有關，由設計手冊查得。 系數(shù)表導葉數(shù)目162432標準正曲率導葉0.0310.0340.0290.032標準對稱導葉0.0290.0320.0270.0300.0270.030根據(jù)計算值，查接力器直徑標準系列值，選最接近結偏大的值。標準接力器直徑（mm） 200225250275 300 325 350375400 450500550 600650 700750800850900第65頁/共88頁66確定接力器的容積接力器容積活塞最大行程接力器斷面面積 活塞最大行程 Smaxmax（1.41.8）a0max0max D15m時，選較小系數(shù)值。 a0max0max-水輪機導葉的最大開度，由模型值

36、換算： a0max0maxa0Mmax0MmaxD0 0Z0M0M / D0M0MZ0 0 a0Mmax0Mmax由模型綜合曲線查，設計工況點（ ） D0 0Z0 0-原型水輪機導葉的軸心圓直徑和導葉數(shù)目 D0M0M Z0M0M-模型水輪機導葉的軸心圓直徑和導葉數(shù)目，由模型綜合曲線查。兩個接力器的總容積： （m）max2max221)2(2SdSdVsssmax11,Qnr第66頁/共88頁67第67頁/共88頁682.轉槳式水輪機葉片接力器的選擇 經驗公式： 式中，P0額定油壓，MPa Sc（0.0360.072）D1 D15m時，選較小系數(shù)值。max241ccsSdV015.2)45.03

37、.0(PDdc第68頁/共88頁69（二）主配壓閥直徑的選擇通過配壓閥油管的流量為： QVs/ Ts（m3 /s）式中， Ts導葉從全開到全關的直線關閉時間，s 配壓閥直徑： （m） 式中，Vm管內油的流速，m/s 當油壓為2.5MPa時，取Vm45 m/s。 求得d之后，查調速器系列型譜，選定型號。 目前，主配壓閥直徑系列有：80，100，150，200，250mm等規(guī)格。 操縱轉輪葉片的主配壓閥直徑通常選擇與d相同。mssmVTVVQd13.14第69頁/共88頁70三、油壓裝置的選擇確定油罐的總容積Vk混流式機組：Vk（1820）Vs轉槳式機組：Vk（1820）Vs（45）Vc 如果油壓

38、裝置同時供給電站機組的進水閥和放空閥的接力器的用油，總容積再增加 （910）Vt和3Vf Vt、Vf進水閥和放空閥接力器的容積。 根據(jù)計算值Vk，查油壓裝置系列，選最接近且偏大的油壓裝置。 進水閥壓力管道末端水輪機蝸殼進口處的閥門，大中型機組通常為液壓操縱。 放空閥裝在水輪機蝸殼上，機組甩負荷時，打開閥門泄放水流，以減小水擊壓力，亦稱減壓閥。第70頁/共88頁71第71頁/共88頁724、控制柜： 監(jiān)視導葉開口及機組轉速，并對其加以控制的操作設備：如相關按鈕開關、切換開關以及有關儀表。 指示導葉開口值。 指示機組轉速。 手動調整導葉開口。 手動調節(jié)開口限制。完第72頁/共88頁73思考題1.水

39、輪機調節(jié)的任務是什么？它通過什么途徑來完成其任務？2.什么叫有差調節(jié)？什么叫無差調節(jié)？各有什么特性？3.何謂單調節(jié)？何謂雙調節(jié)？4.調速器的分類方法是什么？機械液壓型調速器的類型及其性能是什么？5.如何選擇調速器？6.調速器及油壓裝置標準化、系列化的符號及其含義。第73頁/共88頁74習題習題1.某水電站最大水頭Hmax=35m，相應流量為Q=6.8m3/s出力N=2000kW,水輪機型號為HL200-LJ-100。請選擇相配套的調速器型號。第74頁/共88頁751調速器的基本作用是什么？ 調速器的基本作用是： (l)能自動調節(jié)水輪發(fā)電機組的轉速，使其保持在額定轉速允許偏差內運轉，以滿足電網對

40、頻率質量的要求。 (2)能使水輪發(fā)電機組自動或手動快速啟動，適應電網負荷的增減，正常停機或緊急停機的需要。 (3)當水輪發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中并列運行時，調速器能自動承擔預定的負荷分配，使各機組能實現(xiàn)經濟運行。 (4)能滿足轉槳式、沖擊式水輪機雙重協(xié)聯(lián)調節(jié)的需要。 第75頁/共88頁762我國反擊式水輪機調速器系列型譜中有哪些類型？ 反擊式水輪機調速器系列型譜中主要包括： (1)機械液壓式單調節(jié)調速器。如：T100、YT1800、YT一300、YTT35等。 (2)電氣液壓式單調節(jié)調速器。如：DT-80、YDT1800等。 (3)機械液壓式雙調節(jié)調速器。如：ST80、ST-150等。 (4)電氣

41、液壓式雙調節(jié)調速器。如：DST-80、DST一200等。 另外，仿前蘇聯(lián)的中型調速器CT40，重慶水輪機廠生產的中型調速器CT-1500作為系列型譜的代用品，仍在一些小型水電站中使用。 第76頁/共88頁773調節(jié)系統(tǒng)常見故障的主要原因有哪些？ 調速器本身以外的原因造成的，大體可歸納為： (1)水力因素：由于引水系統(tǒng)水流的壓力脈動或振動而導至水輪機的轉速脈動。 (2)機械因素：主機本身擺動。 (3)電氣因素：發(fā)電機轉子和走子的間隙不均勻，電磁力不平衡，勵磁系統(tǒng)不穩(wěn)而使電壓振蕩，永磁機制造和安裝質量不佳而導致飛擺電源信號的脈動。 由調速器本身原因造成的故障： 在處理這類問題之前，首先應當確定故障

42、的屬類，然后再進一步縮小分析和觀察的范圍，盡快找到故障的結所癥在，以便對癥下藥，迅速排除。 在生產實踐中遇到的問題往往很復雜，原因也很多。這就要求除認真掌握調速器的基本原理外，對各種故障的表現(xiàn)形式、檢查方法及處理對策等，都應全面地了解。 第77頁/共88頁784 4YTYT系列調速器主要有哪些組成部分？系列調速器主要有哪些組成部分？ YTYT系列調速器主要由以下幾部分組成：系列調速器主要由以下幾部分組成： (1)(1)自動調節(jié)機構包括飛擺與引導閥、緩沖器、永態(tài)調差機構、反饋機構的傳自動調節(jié)機構包括飛擺與引導閥、緩沖器、永態(tài)調差機構、反饋機構的傳遞杠桿裝置、主配壓閥、接力器等。遞杠桿裝置、主配壓

43、閥、接力器等。 (2)(2)控制機構包括變速機構、開度限制機構、手動操作機構等?？刂茩C構包括變速機構、開度限制機構、手動操作機構等。 (3)(3)油壓設備包括回油箱、壓力油箱、中間油箱、螺旋油泵組及其控制用的電油壓設備包括回油箱、壓力油箱、中間油箱、螺旋油泵組及其控制用的電接點壓力表、補氣閥、止回閥、安全閥等。接點壓力表、補氣閥、止回閥、安全閥等。 (4)(4)保護裝置包括變速機構與開度限制機構電動機的保護、限位開關、緊急停保護裝置包括變速機構與開度限制機構電動機的保護、限位開關、緊急停機電磁閥、油壓設備事故低壓的壓力信號器等。機電磁閥、油壓設備事故低壓的壓力信號器等。 (5)(5)監(jiān)視儀表及

44、其他包括變速機構、永態(tài)調差機構與開度限制機構指示表、轉監(jiān)視儀表及其他包括變速機構、永態(tài)調差機構與開度限制機構指示表、轉速表、壓力表、漏油器及油管路等。速表、壓力表、漏油器及油管路等。 第78頁/共88頁795 5YTYT系列調速器的主要特點有哪些？系列調速器的主要特點有哪些？ (1)YT(1)YT型為合成式，即調速器油壓設備與接力器等組成一個整體，便于運輸及安裝。型為合成式，即調速器油壓設備與接力器等組成一個整體，便于運輸及安裝。 (2)(2)在結構上能適用于立式或臥式機組，改變主配壓閥及反饋錐體的裝配方向，便能適在結構上能適用于立式或臥式機組，改變主配壓閥及反饋錐體的裝配方向，便能適用于水輪

45、機導水機構不同的開閉方向。用于水輪機導水機構不同的開閉方向。 (3)(3)可滿足自動調節(jié)及遠距離控制的各項要求，并可用手動操作以適應單獨供電電站的可滿足自動調節(jié)及遠距離控制的各項要求，并可用手動操作以適應單獨供電電站的啟動、事故及檢修過程中的需要。啟動、事故及檢修過程中的需要。 (4)(4)飛擺電動機采用感應式電動機，其電源可以由裝在水輪機組軸上的永磁發(fā)電機供給，飛擺電動機采用感應式電動機，其電源可以由裝在水輪機組軸上的永磁發(fā)電機供給，也可以由發(fā)電機出線端母線通過變壓器供給，可根據(jù)電站需要選定。也可以由發(fā)電機出線端母線通過變壓器供給，可根據(jù)電站需要選定。 (5)(5)當飛擺電動機失去電源及緊急

46、事故狀態(tài)下，可以通過緊急停機電磁閥直接操作主配當飛擺電動機失去電源及緊急事故狀態(tài)下，可以通過緊急停機電磁閥直接操作主配壓閥及接力器，迅速關閉水輪機導水機構。壓閥及接力器，迅速關閉水輪機導水機構。 (6)(6)可以改裝成適應交流操作的需要?？梢愿难b成適應交流操作的需要。 (7)(7)油壓設備運行方式為斷續(xù)式。油壓設備運行方式為斷續(xù)式。 (8)(8)油壓設備在工作壓力范圍內能根據(jù)回油箱油位自動補充壓力油箱內的空氣，從而使油壓設備在工作壓力范圍內能根據(jù)回油箱油位自動補充壓力油箱內的空氣，從而使壓力油箱內油氣保持一定的比例。壓力油箱內油氣保持一定的比例。 第79頁/共88頁806 6TTTT系列調速器

47、的主要組成部分有哪些？系列調速器的主要組成部分有哪些？ 它主要由以下組成：它主要由以下組成： (1)(1)飛擺及引導閥。飛擺及引導閥。 (2)(2)永態(tài)轉差機構、變速機構及其杠桿系統(tǒng)。永態(tài)轉差機構、變速機構及其杠桿系統(tǒng)。 (3)(3)緩沖器。緩沖器。 (4)(4)接力器及手動操作機構。接力器及手動操作機構。 (5)(5)油泵、溢流閥、油箱、連接管路和冷卻管。油泵、溢流閥、油箱、連接管路和冷卻管。 第80頁/共88頁817 7TTTT系列調速器有哪些主要特點？系列調速器有哪些主要特點？ (1)(1)采用一級放大系統(tǒng)。由飛擺帶動的引導閥直接控制執(zhí)行機構接力器。采用一級放大系統(tǒng)。由飛擺帶動的引導閥直

48、接控制執(zhí)行機構接力器。 (2)(2)壓力油直接由齒輪油泵供給，用溢流閥維持壓力恒定。引導閥為正搭壓力油直接由齒輪油泵供給，用溢流閥維持壓力恒定。引導閥為正搭疊量結構。不調節(jié)時，壓力油從溢流閥排掉。疊量結構。不調節(jié)時，壓力油從溢流閥排掉。 (3)(3)飛擺電動機及油泵電動機的電源直接由發(fā)電機母線端或經專用的變壓飛擺電動機及油泵電動機的電源直接由發(fā)電機母線端或經專用的變壓器供給。器供給。 (4)(4)開度限制是通過手動操作機構的大手輪來完成的。開度限制是通過手動操作機構的大手輪來完成的。 (5)(5)手動變速。手動變速。 第81頁/共88頁828 8TTTT系列調速器維護有哪些要點？系列調速器維護

49、有哪些要點？ (1)(1)調速器用油必須符合國家質量標準。初次安裝或大修后，運行調速器用油必須符合國家質量標準。初次安裝或大修后，運行1 12 2月?lián)Q油一次，以后隔月?lián)Q油一次，以后隔一年左右換油一次或視油質情況而定。一年左右換油一次或視油質情況而定。 (2)(2)油箱和緩沖器中的油量應該在允許范圍內。油箱和緩沖器中的油量應該在允許范圍內。 (3)(3)不能自動加油潤滑的運動部分，要注意定時加油，給予潤滑。不能自動加油潤滑的運動部分，要注意定時加油，給予潤滑。 (4)(4)啟動時，必須先啟動油泵后啟動飛擺，以保證轉動套與外塞和固定套之間應有油潤滑。啟動時，必須先啟動油泵后啟動飛擺，以保證轉動套與

50、外塞和固定套之間應有油潤滑。 (5)(5)調速器長期停運后再啟動，首先調速器長期停運后再啟動，首先 點動點動 一下油泵電動機，看有否異常，同時也給引導閥一下油泵電動機，看有否異常，同時也給引導閥供應了潤滑油。飛援電動機啟動前，應先用手撥動飛擺，檢查是否有卡住現(xiàn)象。供應了潤滑油。飛援電動機啟動前，應先用手撥動飛擺，檢查是否有卡住現(xiàn)象。 (6)(6)調速器上的零件，沒有必要時不應經常拆卸。但應經常檢查，發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象應及時修調速器上的零件，沒有必要時不應經常拆卸。但應經常檢查，發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象應及時修理消除。理消除。 (7)(7)啟動油泵前，應先打開冷卻器水管進水閥門，以防止油的溫升過高，影響調節(jié)性

51、能及加啟動油泵前，應先打開冷卻器水管進水閥門，以防止油的溫升過高，影響調節(jié)性能及加速油的質變。冬季如室溫較低，應待油溫上升到速油的質變。冬季如室溫較低，應待油溫上升到20C20C左右，再打開冷卻器水管進水閥門。左右，再打開冷卻器水管進水閥門。 (8)(8)調速器外表應經常保持清潔。調速器上不允許擱放工具等物品，附近也不要堆放其他東調速器外表應經常保持清潔。調速器上不允許擱放工具等物品，附近也不要堆放其他東西，以免妨礙正常操作。西，以免妨礙正常操作。 (9)(9)應經常保持環(huán)境衛(wèi)生，尤其注意不要經常打開油箱上的百葉窗觀察孔蓋和飛擺罩上的有應經常保持環(huán)境衛(wèi)生，尤其注意不要經常打開油箱上的百葉窗觀察

52、孔蓋和飛擺罩上的有機玻璃板。機玻璃板。 (10)(10)為了保護壓力表不震壞，一般在交接班檢查油壓時打開壓力表旋塞，平時不宜打開。為了保護壓力表不震壞，一般在交接班檢查油壓時打開壓力表旋塞，平時不宜打開。 第82頁/共88頁839 9GTGT系列調速器的主要組成部分有哪些？系列調速器的主要組成部分有哪些？ GTGT系列調速器主要由以下幾部分組成：系列調速器主要由以下幾部分組成： (l)(l)離心擺與引導閥。離心擺與引導閥。 (2)(2)輔助接力器與主配壓閥。輔助接力器與主配壓閥。 (3)(3)主接力器。主接力器。 (4)(4)暫態(tài)調差機構暫態(tài)調差機構-緩沖器及傳遞桿。緩沖器及傳遞桿。 (5)(5)永態(tài)調差機構及其傳遞杠桿。永態(tài)調差機構及其傳遞杠桿。 (6)(6)局部反饋裝置。局部反饋裝置。 (7)(7)轉速調