調(diào)速器培訓課件

水輪機微機調(diào)速器

培訓課件一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念

1.水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。其工作過程為：測量元件把機組轉(zhuǎn)速n（頻率f）、功率Pg、水頭H、流量Q等參量測量出來，與給定信號和反饋信號綜合后，經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)操縱水輪機導水機構(gòu)和槳葉機構(gòu)，同時經(jīng)反饋元件送回反饋信號至信號綜合點。

一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念圖1：水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分的運動方程為：

式中：J——機組轉(zhuǎn)動部分的慣性矩（kg·m2）；——機組轉(zhuǎn)動角速度（rad/s）；n——機組轉(zhuǎn)動速度r/min）；Mt——水輪機轉(zhuǎn)矩（N·m）；Mg——發(fā)電機負荷阻力矩（負載轉(zhuǎn)矩）（N·m）。上式清楚地表明，水輪發(fā)電機組是轉(zhuǎn)速對力矩的積分環(huán)節(jié)，機組轉(zhuǎn)速(頻率)保持恒值的條件是，即要求，否則就會導致機組轉(zhuǎn)速(頻率)相對于額定值持續(xù)升高或降低，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速(頻率)偏差；在以后的分析中可以看到，由于水輪發(fā)電機組具有水輪機轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)(())和發(fā)電機負載轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)的特性，使得水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速對力矩是一個一階慣性環(huán)節(jié)。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念水輪機轉(zhuǎn)矩

式中：Q——通過水輪機的流量（m3/s）；H——水輪機凈水頭（m）；η——水輪機效率；——水的密度g/m3）。所以，在一定的機組工況下，只有調(diào)節(jié)流量Q和效率，才能調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)矩，達到的目的。從最終效果來看，水輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速（頻率）在額定值附近的允許范圍內(nèi)。然而，從實質(zhì)上講，只有當水輪機調(diào)節(jié)器相應地調(diào)節(jié)水輪機導水機構(gòu)開度（從而調(diào)節(jié)水輪機流量Q）和水輪機輪葉的角度（從而調(diào)節(jié)水輪機效率），使，才能使機組在一個允許的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（頻率）下運行。從這個意義上講，水輪機調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是：根據(jù)偏離額定值的轉(zhuǎn)速（頻率）差信號，調(diào)節(jié)水輪機的導水機構(gòu)和輪葉機構(gòu)，維持水輪發(fā)電機組功率與負荷功率的平衡。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng):眾所周知，如果系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的輸入(控制)作用沒有影響，則這個系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)(Openloopsystem)。因此，對應于一個輸入(控制)量，便有一個相應固定的輸出量與之對應，系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)參數(shù)的校準；但是，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動或參數(shù)變化時，原來相應固定的輸出量就會變化了；所以，采用開環(huán)控制系統(tǒng)是不可能構(gòu)成精的。閉環(huán)系統(tǒng):從圖1可以看出，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出(機組(電網(wǎng))頻率、機組功率等)對系統(tǒng)的控制作用(轉(zhuǎn)速(頻率)給定、機組功率給定、接力器開度給定等)有著直接的影響，一般稱其為系統(tǒng)(調(diào)速在控制器的輸入可以減少系統(tǒng)的誤差，并使系統(tǒng)的輸出量趨于給定值。所以，閉環(huán)系統(tǒng)就是利用反饋來減小系統(tǒng)的誤差。當然，對于一個閉環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的穩(wěn)定性(Stability)始終是一個重要問題。除去穩(wěn)定問題之外，閉環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)的動態(tài)過程及動態(tài)品質(zhì)(性能)也是比開環(huán)系統(tǒng)復雜的多；因為，閉環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定時，還可能出現(xiàn)動態(tài)過程中超調(diào)或衰減振蕩(Damplyoscillation)現(xiàn)象。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水輪機控制系統(tǒng)在工作過程中，有兩種工作狀態(tài)：靜態(tài)（穩(wěn)定狀態(tài)）和動態(tài)（瞬變狀態(tài)）。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)又稱為穩(wěn)定狀態(tài):穩(wěn)定狀態(tài)(steadystate)是指機組在恒定的負荷、給定信號和水頭下運行，水輪機控制系統(tǒng)和水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的所有變量都處于平衡狀態(tài)的運行狀態(tài)。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)又稱為瞬態(tài):當系統(tǒng)受到負荷、水頭等擾動作用，或給定信號變化時，系統(tǒng)將出現(xiàn)相應的運動，經(jīng)過一段時間后，在新的條件下進入了新的穩(wěn)定狀態(tài)。從原穩(wěn)定狀態(tài)到新穩(wěn)定狀態(tài)的運動過程,就稱為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水輪機控制系統(tǒng)的動態(tài)。系統(tǒng)動態(tài)不穩(wěn)定時，則出現(xiàn)等幅振蕩或發(fā)散振蕩，系統(tǒng)不能正常工作、沒有穩(wěn)定狀態(tài)；所以，一個動態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，是對閉環(huán)動態(tài)系統(tǒng)的最基本要求。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性在擾動作用下會偏離原來的平衡狀態(tài)(靜態(tài))而產(chǎn)生偏差，進入動態(tài)，所謂動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指當上述擾動消失后或者擾動保持為常量時，動態(tài)系統(tǒng)由動態(tài)恢復到新的平衡狀態(tài)(靜態(tài))的性能。如果系統(tǒng)能夠恢復到平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；若系統(tǒng)偏差不能消除且愈來愈大、不能恢復到到平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。顯然，穩(wěn)定性是一個閉環(huán)動態(tài)系統(tǒng)能夠正常工作的最基本要求。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由水輪機控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成，它除了具有一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的共性外，還有一些值得注意的特點.

在數(shù)字式微機電液調(diào)速器發(fā)展、完善和廣泛應用的同時，水電廠自動發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)也日趨成熟并進入實用化的階段；現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，區(qū)域電網(wǎng)容量迅速加大，區(qū)域電網(wǎng)間聯(lián)網(wǎng)并要求進行交換功率控制；大中型和多數(shù)小型水輪發(fā)電機組均并入大的區(qū)域電網(wǎng)運行。在這種運行方式下，電網(wǎng)的負荷頻率控制(LFC)是通過電網(wǎng)AGC系統(tǒng)和電廠AGC系統(tǒng)來控制水電機組的水輪機調(diào)速器及火電組的調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)的。

當機組并入大電網(wǎng)運行時，水輪機調(diào)速器主要作為電網(wǎng)一次調(diào)頻/負荷控制器、電網(wǎng)二次調(diào)頻和電網(wǎng)負荷頻率控制的功率控制器使用。

因而，現(xiàn)代水輪機調(diào)速器承擔的任務(wù)已不能僅僅用“水輪機調(diào)節(jié)”來描述了，它除了具有調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組頻率(轉(zhuǎn)速)的功能之外，還可以具有功率控制、水位控制、流量控制、電網(wǎng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和區(qū)域電網(wǎng)間交換功率控制(TBC)等附加的控制功能。IEC關(guān)于水輪機調(diào)速器的技術(shù)規(guī)范導則(IEC61362(1998))和試驗(IEC60308(2005))中對水輪機調(diào)速器都是用“水輪機控制系統(tǒng)”來命名的；我國的水輪機調(diào)速器與油壓裝置的國家標準(技術(shù)條件和試驗)已經(jīng)修訂，也將主題詞“水輪機調(diào)速器與油壓裝置”改為“水輪機控制系統(tǒng)”。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念2).在被控制的水輪發(fā)電機組并入電網(wǎng)運行時，水輪機調(diào)速器作為被控機組的功率調(diào)節(jié)器：在被控制的水輪發(fā)電機組并入電網(wǎng)運行時，水輪機調(diào)速器接收并完成完成電網(wǎng)調(diào)度下達的機組給定功率的指令，調(diào)節(jié)水輪機組有功功率，滿足電網(wǎng)二次調(diào)頻的要求；3).水輪機調(diào)速器作為被控制機組的工況控制器在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)等的統(tǒng)一控制下，協(xié)調(diào)完成被控制機組的開機、停機、增加或減小負荷、甩負荷，調(diào)相和緊急停機等工作狀態(tài)及過程的控制任務(wù)。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念水流慣性時間常數(shù)Tw表達式為： 式中：A——每段過水管道的截面積（m2）；L——相應每段過水管道的長度（m）；v——相應每段過水管道內(nèi)的流速（m/s）；g——重力加速度（m/s2）；Tw——水流慣性時間常數(shù)（s）。從自動控制理論的觀點來看，過水管道水流慣性使得水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為一個非最小相位系統(tǒng)，對系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定和響應特性會帶來十分不利的影響。通常所說的水錘效應（或水擊效應）就是對這種水流慣性的一種形象的表述。水流慣性時間常數(shù)Tw的物理概念是：在額定水頭Hr作用下，過水管道內(nèi)的流量Q由0加大至額定流量Qr所需要的時間。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念2).機械慣性：

機組慣性時間常數(shù)(Unitinertiatimeconstant,unitaccelerationconstant)是機組在額定轉(zhuǎn)速時的動量矩與額定轉(zhuǎn)矩之比。式中：—額定轉(zhuǎn)速時機組的慣性矩（kg·m2）；Mr—機組額定轉(zhuǎn)矩（N·m）；GD2—機組飛輪力矩（kN·m2）；nr—機組額定轉(zhuǎn)速（r/min）；Pr—機組額定功率（kW）；Ta—機組慣性時間常數(shù)（s）。(1).機組慣性時間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機組轉(zhuǎn)速n由0上升額定轉(zhuǎn)速nr所需要的時間；這使得對于一個階躍輸入信號，機組轉(zhuǎn)速的動態(tài)過程有明顯的慣性特性，其轉(zhuǎn)速呈指數(shù)曲線規(guī)律變化；從手動快速開啟或關(guān)閉水輪機導水機構(gòu)一個開度開始，至機組轉(zhuǎn)速到達變化差值95%的時間為3Ta，至機組轉(zhuǎn)速到達變化差值98%的時間為4Ta；例如，Ta=10s，則轉(zhuǎn)速到達變化差值95%的時間t0.95≈30s，到達變化差值98%的時間t0.98≈40s。(2).水輪發(fā)電機組的這種慣性特性，一方面使得動態(tài)過程緩慢，另一方面又使得水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩和超調(diào)。(3).機組慣性時間常數(shù)Ta也可以用下式表示：

式中：GD2——機組飛輪力矩T·m2；其余參數(shù)單位同上。(4).機組并入電網(wǎng)運行，發(fā)電機負載也有慣性特性：負載慣性時間常數(shù)(Loadinertiatimeconstant)-由電網(wǎng)引起的動量矩與額定轉(zhuǎn)矩之比。Tb，[s]。機組慣性時間常數(shù)Ta表達式為：

式中：——額定轉(zhuǎn)速時機組的慣性矩（kg·m2）；Mr——機組額定轉(zhuǎn)矩（N·m）；GD2——機組飛輪力矩kN·m2）；nr——機組額定轉(zhuǎn)速（r/min）；Pr——機組額定功率（kW）；Ta——機組慣性時間常數(shù)（s）。機組慣性時間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機組轉(zhuǎn)速n由0上升至額定轉(zhuǎn)速nr所需要的時間。也可以用下式表示:

式中：GD2——機組飛輪力矩T·m2）；其余參數(shù)單位同上.一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念3).系統(tǒng)具有復雜的、非線性特性：水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個復雜的、非線性控制系統(tǒng):

(1).水輪機型式多種多樣：混流式、軸流定槳式、軸流轉(zhuǎn)槳式、貫流式、沖擊式、水泵/水輪機式等，因而不同被控制系統(tǒng)之間的特性和控制功能要求是有很大差異的；(2).對于同一個水輪發(fā)電機組來說，在不同運行水頭和不同的水輪機導葉開度時的靜態(tài)及動態(tài)特性也是不同的，體現(xiàn)出水輪機特性具有非線性的特征；(3).水輪發(fā)電機組有多種工作狀態(tài)：機組開機、機組停機、同期并網(wǎng)前和從電網(wǎng)解列后的空載、孤立電網(wǎng)運行、以轉(zhuǎn)速控制和功率控制并列于大電網(wǎng)運行、水位和/或流量控制等，在不同的工況下，對水輪機調(diào)速器的要求也是相差很大的。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念4).要求水輪機調(diào)速器具有高可靠性和大的接力器操作力：

為了水輪發(fā)電機組和電網(wǎng)的安全運行，要求水輪機調(diào)速器具有高可靠性，因此水輪機調(diào)速器必需在其工作電源消失，仍然能靠儲存的能源可靠地關(guān)閉水輪機導水機構(gòu),以保證機組安全；此外，水輪機控制設(shè)備是通過接力器來操作水輪機導水機構(gòu)和輪葉機構(gòu)的，這種調(diào)節(jié)需要很大的動力，因此，絕大多數(shù)水輪機調(diào)速器必需采用機械液壓執(zhí)行機構(gòu)，并且采用能儲存能源的壓力罐提供工作油源。比例操作—輸出與輸入成比例，及時反映偏差，與時間無關(guān)；操作導水機構(gòu)的幅度和速度應近似比例于機組轉(zhuǎn)速（頻率）對額定轉(zhuǎn)速（50Hz）的偏差。例如：機組頻率若為51Hz和54Hz，雖然它們均大于50Hz，但針對前者，關(guān)閉導水機構(gòu)的幅度可小一點、速度可慢一點；而對后者，則幅度要大一點、速度要快一點。超前操作—輸出與輸入的變化速度成比例，反映偏差的變化率，與時間有關(guān)；操作中不僅要密切觀察機組轉(zhuǎn)速（頻率）偏離額定值的情況，而且要注意機組轉(zhuǎn)速（頻率）向額定值回復的速度。例如：當機組頻率由54Hz以較快的速度下降到51Hz時，雖然它仍然大于50Hz，但此時不應繼續(xù)關(guān)閉導水機構(gòu)，而應使導水機構(gòu)稍開啟一點。只有這樣才有可能使機組轉(zhuǎn)速（頻率）較快地回復到額定值附近。這種針對水流慣性和機組慣性而采取的超前操作原則被形象地稱之為“提前剎車”。積分操作—輸出等于輸入的累加，與時間有關(guān)；只有輸入為零，輸出才保持常數(shù)；在手動操作中，當機組轉(zhuǎn)速（頻率）已接近額定值的情況時，操作者就應該密切觀察機組轉(zhuǎn)速（頻率）與額定轉(zhuǎn)速的偏差，緩慢地、微量地開啟或關(guān)閉，直到機組轉(zhuǎn)速（頻率）到達額定轉(zhuǎn)速時為止，這就是微量、精確調(diào)節(jié)。

一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念4.水輪機調(diào)速器(水輪機控制系統(tǒng))

調(diào)速器governor:由實現(xiàn)水輪機調(diào)節(jié)及相應控制的機構(gòu)和指示儀表等組成的一個或幾個裝置的總稱。

機械液壓調(diào)速器mechanicalhydraulicgovernor:測速、穩(wěn)定及反饋信號用機械方法產(chǎn)生，經(jīng)機械綜合后通過液壓放大部分實現(xiàn)驅(qū)動水輪機接力器的調(diào)速器。

電(氣)液(壓)調(diào)速器electric-hydraulicgovernor:檢測被控參量、穩(wěn)定及反饋信號用電氣方法產(chǎn)生，經(jīng)電氣綜合、放大后通過電氣轉(zhuǎn)換和液壓放大系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動水輪機接力器的調(diào)速器。

微機調(diào)速器micro-computerbasedgovernor:以工業(yè)級微機為核心進行測量、變換與處理的電液調(diào)速器。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念

雙調(diào)整調(diào)速器doubleregulatinggovernor:實現(xiàn)轉(zhuǎn)槳式[沖擊式]水輪機導葉[噴針]及轉(zhuǎn)輪葉片[折向器/偏流器]雙重調(diào)整的調(diào)速器。

通流式調(diào)速器governorwithoutpressuretank,throughflowtypegovernor:由油泵直接向水輪機控制系統(tǒng)供油的調(diào)速器。

壓力罐式調(diào)速器governorwithpressuretank:由壓力罐向水輪機控制系統(tǒng)供油的調(diào)速器。

操作器positionoperator,gateoperator:不對機組施加自動調(diào)節(jié)作用，僅能實現(xiàn)機組啟動、停機，并網(wǎng)后能使機組帶上預定負荷，以及接受事故信號后能使機組自動停機的裝置。

電子負荷調(diào)節(jié)器electronicloadcontroller:利用電子電路組成的能耗式調(diào)速器。

電動機調(diào)速器governorwithmotordrivengateoperator:用電動機經(jīng)減速裝置來控制水輪機導水機構(gòu)的調(diào)速器。

油壓裝置oilpressuresupplyunit:能提供液壓能的裝置。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念幾種常見的控制系統(tǒng)：雙比例伺服閥系統(tǒng)交流伺服電機自復中系統(tǒng)步進電機伺服缸系統(tǒng)比例伺服閥＋自復中系統(tǒng)雙比例伺服閥(FC閥)＋機械手動/自復中系統(tǒng)雙比例伺服閥＋機械手動/自復中系統(tǒng)一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念5.水輪機微機調(diào)速器的結(jié)構(gòu)框圖

微機調(diào)節(jié)器

電/機轉(zhuǎn)換裝置

機械液壓系統(tǒng)水輪機微機調(diào)速器的總體框圖一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念水輪機單調(diào)整大型數(shù)字式電液調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)典型框圖

一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念1).水輪機微機調(diào)速器的工作狀態(tài)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換：微機調(diào)速器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念2).運行方式：自動/手動(1).微機調(diào)速器的自動運行方式在自動運行方式下，水輪機微機調(diào)速器的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)、被控機組負荷的增加/減少、調(diào)節(jié)模式的選擇及切換、運行人員對調(diào)速器的監(jiān)視和操作等，都是由微機調(diào)節(jié)器自動實現(xiàn)或完成的。在調(diào)速器總體結(jié)構(gòu)中，其機械液壓系統(tǒng)，不論是前面討論的“電液隨動系統(tǒng)”，還是“電液執(zhí)行機構(gòu)”，都是根據(jù)微機調(diào)節(jié)器程序運算結(jié)果，通過電/機轉(zhuǎn)換裝置，最終實現(xiàn)主接力器行程Yga對微機調(diào)節(jié)器中YPID的成比例跟隨的。在一般情況下，機械液壓開度限制機構(gòu)（如果它有這個機構(gòu)的話）應置于全開或允許的最大開度位置。由機械液壓開度限制機構(gòu)所構(gòu)成的機械液壓手動運行機構(gòu)此時應處于“浮空”和不起作用的狀態(tài)。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念2).運行方式：自動/手動(2).微機調(diào)速器的機械液壓手動運行方式在這種手動運行方式下，微機調(diào)節(jié)器已不再對機械液壓系統(tǒng)起閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制作用了。調(diào)速器完全依靠機械液壓手動機構(gòu)（一般是通過機械液壓開度限制機構(gòu)）來實現(xiàn)對機組的控制?，F(xiàn)在生產(chǎn)的PLC水輪機微機調(diào)速器大多具備微機調(diào)節(jié)器對調(diào)速器的手動狀態(tài)進行跟蹤的能力。這個跟蹤功能的特點如下：①實時讀入導葉接力器實際行程所對應的yf值，并使PID運算中的開度給定yc=yf，從而使結(jié)構(gòu)框圖的積分輸入項為零值。②根據(jù)yc=yf，對PID調(diào)節(jié)程序中的有關(guān)量賦以合適的值，此時YPID值與實際的yf值相當。

一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念2).運行方式：自動/手動(2).微機調(diào)速器的機械液壓手動運行方式根據(jù)這個特點，當微機調(diào)速器由手動運行方式切換至自動運行方式時，微機調(diào)速器就可以可靠地實現(xiàn)無擾動、平滑切換。當然，在切至自動運行方式后，應將機械液壓開度限制機構(gòu)開啟至最大開度。有的微機調(diào)節(jié)器具備的上電跟蹤功能，也是基于上述原理設(shè)計的：當重新接通微機調(diào)節(jié)器電源時，微機調(diào)節(jié)器在一段時間內(nèi)（例如，1s）不對電液隨動系統(tǒng)進行控制；在這段時間內(nèi)，它讀入接力器實際行程值，并做上述手動跟蹤時類似的處理；到達所設(shè)置的時間后，微機調(diào)節(jié)器投入工作。一.水輪機調(diào)節(jié)的基本概念3).故障診斷：從20世紀90年代初開始，PLC水輪機微機調(diào)速器就具備下列故障診斷功能:①機組頻率、電網(wǎng)頻率的故障診斷和抗干擾措施；②導葉和槳葉主接力器反饋裝置故障（例如，反饋電位器斷線等）的檢測與處理；③機組功率變送器、電站水頭變送器故障診斷及處理。二.頻率測量1.頻率測量原理測周法的基本原理

圖中被測機組頻率信號為f1，經(jīng)過放大整形和二分頻（實際工程中，有時還采用四分頻、八分頻）得到圖示的f3方波信號：經(jīng)過分頻后，f3信號為1的半周時間和為0的半周時間是相等的。在實際應用中可以采用硬件分頻的方法，也可以采用軟件分頻的方法；f3方波信號為1的半周期時間正好是被測信號f1的周期T。

2.水輪機微機調(diào)速器對頻率測量環(huán)節(jié)的要求1).若采用機組機端電壓互感器電壓（俗稱“殘壓”）作為測頻信號，則有以下要求：

正常測量有效值電壓范圍：0.3～160V。

可測出頻率范圍：5～90Hz。2).若采用齒盤測速頭信號，則有以下要求：

正常測量電磁頭脈沖峰值：4.5～24V。

可測出頻率范圍：0.5～90Hz。

測量精度：≤0.005Hz。

測頻響應周期：40～80ms。二.頻率測量二.頻率測量3.基于80C51FA單片機的頻率測量二.頻率測量3.基于80C51FA單片機的頻率測量機組頻率信號經(jīng)放大整形后變成方波信號，再送到80C51FAp1.3引腳——PCA定時/計數(shù)模塊0；同時該方波信號經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為故障檢測信號，送到引腳p1.0。當機組頻率信號的有效值大于0.2V時，圖3-5所示a點能得到與之對應的方波信號，此時p1.0引腳信號為高電平；當機組頻率信號不正常時，a點無方波信號，單穩(wěn)觸發(fā)器延時后，p1.0引腳成為低電平；因而，p1.0引腳上電平的高/低可作為機組頻率信號正常與不正常的判斷依據(jù)。

二.頻率測量3.基于80C51FA單片機的頻率測量

將a點和b點信號均設(shè)置成上升沿觸發(fā)中斷和捕陷，如圖所示。對于機組頻率信號，可得兩次上升沿對應的N1和N3計數(shù)值；對于網(wǎng)頻信號，可得兩次上升沿對應的N2和N4計數(shù)值。顯然，若記：二.頻率測量3.基于80C51FA單片機的頻率測量若取圖示的CLOCK信號為Fosc/4=3×106Hz，則當機組頻率fg=50Hz時，Tg=0.02s，Ng=60000；若記測得的單片機內(nèi)的機組頻率為Fg、電網(wǎng)頻率為Fn，取第二章中頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)Kf=25000，則其計算公式如下：二.頻率測量3.基于80C51FA單片機的頻率測量

頻率測量異常（干擾）值濾波處理。鑒于水輪發(fā)電機組具有慣性，故在兩次采集和計算機組頻率Fg、電網(wǎng)頻率Fn和頻差F時，其差值不應大于某一數(shù)值：測頻采樣周期為40ms（機組頻率為50Hz）時，可以認為機組頻率在40ms間隔內(nèi)，數(shù)值變化不可能大于0.3Hz（單片機內(nèi)的計算結(jié)果相對值為）；如果在測量中出現(xiàn)兩次相鄰測量值的差值超差，則可認為此值是受干擾而引起的異常值。圖示的程序框圖是一種處理這一異常（干擾）值的方法。

三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

1、概述電/機轉(zhuǎn)換裝置是電－機轉(zhuǎn)換器和電－液轉(zhuǎn)換器的總稱，前者將微機調(diào)節(jié)器送來的電氣信號，轉(zhuǎn)換、放大成具有一定驅(qū)動力的機械位移輸出，后者則把微機調(diào)節(jié)器送來的電氣信號轉(zhuǎn)換、放大為相應的液壓流量控制信號輸出。電/機轉(zhuǎn)換裝置一般與主配壓閥相接口，電－機轉(zhuǎn)換器與帶引導閥的機械位移輸入型主配壓閥相配合，電－液轉(zhuǎn)換器則與帶輔助接力器的液壓控制型主配壓閥接口。三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

1、概述GB/T9652.1-2007對電－液和電－機轉(zhuǎn)換器的要求:1).在符合規(guī)定的使用條件下，應能正確、可靠工作。2).電液轉(zhuǎn)換器的死區(qū)，油壓漂移和放大系數(shù)實測偏差及油耗量不超過設(shè)計規(guī)定值。工作范圍不得小于設(shè)計規(guī)定值。在壓力油入口前，應設(shè)在線濾油器。3).電－機轉(zhuǎn)換器的操作力和行程應不小于設(shè)計值。4).設(shè)置的轉(zhuǎn)換器在電源消失時應有回中功能；如無此功能，應采取措施，使接力器保持某一穩(wěn)定位置。在穩(wěn)定狀態(tài)，其電源消失時接力器行程變化不得超過全行程的±1％。三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

1、概述對電/機轉(zhuǎn)換裝置的主要技術(shù)要求在苻合規(guī)定的使用條件下，電/機轉(zhuǎn)換裝置應能正確、可靠地工作；要求電/機轉(zhuǎn)換裝置死區(qū)小、截止頻率高、放大系數(shù)穩(wěn)定、油壓和溫度漂移??；在可能的條件下，應加大其驅(qū)動力，降低電/機轉(zhuǎn)換裝置對油質(zhì)的要求，最好具有方便的手動操作機構(gòu)。當電/機轉(zhuǎn)換裝置電源消失時，對于電－機轉(zhuǎn)換器來說，最好應具有使電/機轉(zhuǎn)換裝置恢復至中間平衡位置的功能，而電－液轉(zhuǎn)換器則最好應與相應主配壓閥活塞機械反饋一起使被控制的主配壓閥復中，從而實現(xiàn)電源消失時接力器基本保持在掉電前的位置。這既提高了調(diào)速器的可靠性，也符合我國的運行習慣和要求。三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

2、比例伺服閥

比例伺服閥是電－液轉(zhuǎn)換器，它是一種電氣控制的引導閥，在大型和特大型數(shù)字式調(diào)速器中得到廣泛的應用，由比例伺服閥作為電－液轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字式電液調(diào)速器在電站的試驗運行結(jié)果表明，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有優(yōu)秀的靜態(tài)和動態(tài)性能。比例伺服閥的功能是把微機調(diào)節(jié)器輸出的電氣控制信號轉(zhuǎn)換為與其成比例的流量輸出信號，用于控制帶輔助接力器（液壓控制型）的主配壓閥。三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

3、自復中伺服電機

交流伺服電機自復中裝置是電－機轉(zhuǎn)換器，它是一種新型的把交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成機械直線位移的轉(zhuǎn)換器，用于控制帶引導閥（位移控制型）的主配壓閥。

交流伺服電機自復中機構(gòu)三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

4、步進電機液壓伺服裝置步進電機液壓伺服裝置是一種電－機轉(zhuǎn)換器，它適合與機械位移型主配壓閥接口。它是一種新型的步進式、螺紋伺服、液壓放大式的電－機轉(zhuǎn)換器

步進電機液壓伺服裝置結(jié)構(gòu)圖三.電/機轉(zhuǎn)換裝置

5、脈沖閥

座閥式電磁換向閥是一種二位三通型方向控制閥，它在液壓系統(tǒng)中大多作為先導控制閥使用。座閥式電磁換向閥采用鋼球與閥座的接觸密封，所以也稱為電磁換向球閥，避免了滑閥式換向閥的內(nèi)部泄漏。座閥式電磁換向閥在工作過程中受液流作用力影響小，不易產(chǎn)生徑向卡緊。故動作可靠，且在高油壓下也可正常使用；換向速度也比一般電磁換向滑閥快。四.主配壓閥

主配壓閥是調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)的功率級液壓放大器，它將電/機轉(zhuǎn)換裝置機械位移或液壓控制信號放大成相應方向的、其成比例的、滿足接力器流量要求的液壓信號，控制接力器的開啟或關(guān)閉。主配壓閥的主要結(jié)構(gòu)有兩種：帶引導閥的機械位移控制型和帶輔助接力器的機械液壓控制型。對于帶輔助接力器液壓輸入的主配壓閥，必需設(shè)置主配壓閥活塞至電/機轉(zhuǎn)換裝置的電氣或機械反饋。

在主配壓閥上整定接力器的最短關(guān)閉和開啟時間的原理有兩種：基于限制主配壓閥活塞最大行程的方式和基于在主配壓閥關(guān)閉和開啟排油腔進行節(jié)流的方式。大型調(diào)速器一般采用限制主配壓閥最大行程的原理來整定接力器的最短關(guān)閉和開啟時間。對于要求有兩段關(guān)機特性的，在主配壓閥上整定的是快速區(qū)間的關(guān)機速率，慢速區(qū)間的關(guān)機速率設(shè)置，在分段關(guān)閉裝置上實現(xiàn)。五.兩段關(guān)閉裝置及事故配壓閥在水電站的工程實際中，由于其水工結(jié)構(gòu)、引水管道、機組轉(zhuǎn)動慣量等因素的影響，經(jīng)過調(diào)節(jié)保證計算，要求調(diào)速器的接力器在緊急關(guān)閉時有導葉分段（一般為兩段）關(guān)閉特性。即在導葉緊急關(guān)閉過程中，要求按拐點區(qū)分成關(guān)閉速度不同的兩段（或多段）關(guān)