1、水轮机调节水轮机调节 绪绪 论论 第一章第一章 水轮机调节基本概念水轮机调节基本概念 第二章第二章 机械液压调速器机械液压调速器 第三章第三章 电气液压调速器电气液压调速器 第四章第四章 微机调速器简介微机调速器简介 第五章第五章 水轮机调节系统特性与品质要求水轮机调节系统特性与品质要求 第六章第六章 调节保证计算调节保证计算 第七章第七章 调速器运行与维护调速器运行与维护本课程的性质本课程的性质：属于工科机电设备专业的主要专业课之一。属于工科机电设备专业的主要专业课之一。目的目的：课程的特点课程的特点：本课程是一门理论性与实践性都较强的课程，要注本课程是一门理论性与实践性都较强的课程，要注意
2、与工程实践的结合意与工程实践的结合,掌握设备的基本结构、运行与维护掌握设备的基本结构、运行与维护的基本技术。的基本技术。教学总体要求教学总体要求：根据本课程的特点，对学习本课程提出如下要求：根据本课程的特点，对学习本课程提出如下要求：1.1.牢固掌握有关的基本概念；牢固掌握有关的基本概念；2.2.充分理解基本工作原理；充分理解基本工作原理；绪论绪论第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.1 1.1 水轮机调节任务与途径水轮机调节任务与途径1.2 1.2 自动调速器构成原理自动调速器构成原理1.3 1.3 水轮机双调节简介水轮机双调节简介1.4 1.4 调速器分类、系列与型号调速器
3、分类、系列与型号主要教学内容主要教学内容 1 1、电力生产的特点、电力生产的特点2 2、水调基本任务、水调基本任务 3 3、动力矩与阻力矩的特点、动力矩与阻力矩的特点4 4、水轮机力矩平衡特性、水轮机力矩平衡特性5 5、掌握自动调速器的构成原理、掌握自动调速器的构成原理 6 6、掌握双调节调速器的构成原理、掌握双调节调速器的构成原理 7 7、熟悉调速器的表示型号、掌握国家现行有关标准、熟悉调速器的表示型号、掌握国家现行有关标准的规定的规定 第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.1 1.1 水轮机调节基本任务与途径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一、电力生产
4、特点和水调基本任务 电力生产是能量转换的过程电力生产是能量转换的过程：第一章第一章 水轮机调节基本知识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9.81QH9.81QHs 9.81QHsf特点特点：1 1、交流电能无法贮存，随发随用，发电取决于用电；、交流电能无法贮存，随发随用，发电取决于用电；2 2、负荷是随时变化的；、负荷是随时变化的；负载负载：指某一供电区域内所有用电设备的总和（指额定功率）。：指某一供电区域内所有用电设备的总和（指额定功率）。负荷负荷：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
5、小。：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。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。：是指由各发电机组分别承担的负荷的总和，在不断地变化。短时期内短时期内 周期性周期性波动波动2 23%3%（大电网）小电网可能更大、偶然性的波动（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，如日负荷图，月负荷图，年负荷图等第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识
6、1.1 1.1 水轮机调节基本任务与途径水轮机调节基本任务与途径 3 3、发、供电严格质量要求；、发、供电严格质量要求；我国电力系统规定质量指标：我国电力系统规定质量指标：频率频率：严格要求在：严格要求在50Hz50Hz，允许偏差，允许偏差:大网大网0.2Hz0.2Hz，小网，小网0.5Hz0.5Hz。电压电压：额定值：额定值5%5%10%10%。4 4、水调基本任务：、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。规定的范围之内。启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进启动、停机、增减负荷，对并入电网
7、的机组进行成组调节行成组调节(负荷分配负荷分配)，以达到经济合理的运行。，以达到经济合理的运行。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.1 1.1 水轮机调节基本任务与途径水轮机调节基本任务与途径二、水调途径与方法二、水调途径与方法 1 1、水轮发电机组的基本方程式、水轮发电机组的基本方程式：JJ=Mt-Mg=Mt-Mg 2 2、水轮机动力矩特性、水轮机动力矩特性 如图：如图：第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.1 1.1 水轮机调节基本任务与途径水轮机调节基本任务与途径水轮机组发电示意图水轮机组发电示意图水轮机动力矩特性水轮机动力矩特性 3 3、发电机阻力矩特
8、性、发电机阻力矩特性 如图：如图：4 4、水调力矩平衡特性、水调力矩平衡特性 如图：如图：（1 1）稳定运行状况：）稳定运行状况：（2 2）无调节状况：）无调节状况：（3 3）有调节状况：）有调节状况：（4 4）人为变速调节：）人为变速调节：5 5、水调途径、水调途径：跟随负荷变化调整流量跟随负荷变化调整流量Q Q。实施方法：实施方法：ZDZD，HL HL：导叶开度：导叶开度ZZZZ，XLXL，GZ GZ：导叶开度，轮叶角度：导叶开度，轮叶角度CJ CJ ：喷针开度，折向器位置：喷针开度，折向器位置第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.1 1.1 水轮机调节基本任务与途径水轮机
9、调节基本任务与途径三、水调特点及要求三、水调特点及要求 1 1、水调定义、水调定义：由调速器对水轮发电机组实行自动控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。的过程。2 2、特点、特点：。操作力大。操作力大。动作过程复杂。动作过程复杂。实现多种功能。实现多种功能。输出动作不同。输出动作不同。3 3、基本要求、基本要求：快：快 准准 稳。稳。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.1 1.1 水轮机调节
10、基本任务与途径水轮机调节基本任务与途径 调节方式：调节方式：人工调节与自动调节；人工调节与自动调节；一、人工调节方式一、人工调节方式：手动调速器是最简单的水机调节装置。手动调速器是最简单的水机调节装置。1 1）结构）结构：2 2）调节方式）调节方式：搬动手轮改变开度；搬动手轮改变开度；3 3）调节任务由操纵人员承担）调节任务由操纵人员承担；。测量作用：。测量作用：。比较并发出操作指令：。比较并发出操作指令：。执行：。执行：。检查与修正。检查与修正 4 4）特点）特点：。动作过程长动作过程长 。波动次数多。波动次数多 。幅度大。幅度大第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.
11、2 自动调速器的构成原理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二、离心摆的力学特性与应用二、离心摆的力学特性与应用：1 1、结构、结构：2 2、力学特性、力学特性：L=KL=K(n n-n nr)/r)/n nr r 3 3、离心飞摆特性、离心飞摆特性 。滑套位置与转速一一对应；。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。滑套移动大小反映了转速偏差的大小。4 4、离心摆的作用、离心摆的作用：与机组联系，测量机组转速。与机组联系，测量机组转速。第一章第一章 水轮机调节基本知
12、识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理三、自动调速器构成原理三、自动调速器构成原理：1.1.构成原理构成原理 第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理 2.2.调速器原理图调速器原理图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3.3.几种自动调速器构成原理几种自动调速器构成原理：（1 1）、直接作用的调速系统）、直接作用的调速系统 。动作过程：。动作过程：。结果：符合调节基本理论，但实用价值小；。结果：符合调节基本理论，但实用价值小；。问
13、题：力量小，操作力不够；。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。关小时转速高，开大时转速低，转速变化过大。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理 （2 2）、具有液压放大机构的调速系统）、具有液压放大机构的调速系统 。结构：配压阀与接力器。结构：配压阀与接力器 。动作过程：。动作过程：。结果：符合调节基本理论，解决了操作力的问题。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。问题：不断过调节，因此运行不稳定。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2
14、 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理 （3 3）、具有硬反馈机构的调速系统）、具有硬反馈机构的调速系统 1 1）结构：）结构：2 2）动作：）动作：3 3）结果：经多次反复最终达到稳定。）结果：经多次反复最终达到稳定。4 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，）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。起修正和决定动作规律的作用。5 5）问题：形成有差调节；波动次数多，幅度大，不符合快速、）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。稳定的要求。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1
15、.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理 （4 4）、具有软反馈机构的调速系统）、具有软反馈机构的调速系统 1 1）结构：缓冲装置）结构：缓冲装置 2 2）动作过程：）动作过程：第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理 3 3）结果：）结果：。形成无差调节；。形成无差调节；。调节品质高，波动次数少，幅度小；。调节品质高，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。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。起修正与决定动作规律的作用。静特性曲线。静特性曲线：调速系统概
16、念调速系统概念：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。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。人为调节，则需要其它机构。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理测量元件、放大机构、反馈机构组合又称为调速柜：测量元件、放大机构、反馈机构组合又称为调速柜：测量机构测量机构：
17、测量机组转速偏差，并把偏差信号转变为：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。位移信号，然后输出。放大机构放大机构：(引导阀引导阀+辅助接力器、主配阀辅助接力器、主配阀+主接力器，主接力器，二级放大二级放大)：位移变化：位移变化油压变化。油压变化。反馈机构反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节转速相等时，：缓冲器和杠杆机构，当调节转速相等时，反馈信号使调节停止。反馈信号使调节停止。第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理四、调速系统的操作控制元件四、调速系统的操作控制元件 1 1、转速调整机构、转速调整机构 1 1）
18、结构：）结构：2 2）动作：）动作：第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理 3 3）结果：负载不变时，人为操控改变机组出力与转速。）结果：负载不变时，人为操控改变机组出力与转速。4 4）实质：平移静特性）实质：平移静特性 作用：单机：调频率作用：单机：调频率 并列：调出力并列：调出力 2 2、开度限制机构、开度限制机构 1 1）结构：）结构：2 2）动作：）动作：3 3）作用：）作用：。开度限制作用；。开度限制作用；。开停机作用；。开停机作用；。人为调节（设置）限制值。人为调节（设置）限制值。第一章第一章 水轮机调节基本知识水
19、轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理五、水轮机调节系统的组成五、水轮机调节系统的组成（四个概念、一个框图）四个概念、一个框图）调速系统概念调速系统概念：由测量元件、放大元件、反馈元件构成的能跟由测量元件、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。是关键。调速器调速器：调速系统与操作控制机构及批示仪表等组成的整体。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）被控制系统（调节对象）：由引水系统、水轮机、发电机和用：由引水系统、水轮机、
20、发电机和用户组成电能生产、使用的平衡过程。户组成电能生产、使用的平衡过程。调节系统调节系统：调节对象与调速器组成的实际应用单元，即机组。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第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.2 1.2 自动调速器的构成原理自动调速器的构成原理一、双调节定义一、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。构遵循一定规律的，称为协联关系。ZZZZ：导叶开度与轮叶角
21、度：导叶开度与轮叶角度 CJCJ：喷嘴开度与折向器位置角度：喷嘴开度与折向器位置角度二、转桨式水机双调节二、转桨式水机双调节 1 1、两个调节机构的目的：增加水机高效率区宽度，以适应负、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；荷的变化；2 2、协联关系的确定：、协联关系的确定：3 3、协联执行机构：、协联执行机构：4 4、调节动作：、调节动作：第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.3 1.3 双调节简介双调节简介第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.3 1.3 双调节简介双调节简介ZZZZ水轮机双调节原理图水轮机双调节原理图三、冲击式水机双调
22、节三、冲击式水机双调节 第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识1.3 1.3 双调节简介双调节简介CJCJ水轮机双调节原理图水轮机双调节原理图1.4 1.4 调速器分类与型号调速器分类与型号第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识一、调速器分类：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。1
23、.4 1.4 调速器分类与型号调速器分类与型号第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识数字式电液调速器监控系统主界面1.4 1.4 调速器分类与型号调速器分类与型号第一章第一章 水轮机调节基本知识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1.4 1.4 调速器分类与型号调速器分类与型号第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识2、按调节机构数分、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：有两个调节机构双调：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角导叶开度，叶片转置角)，ZZ、CJ（针阀、折流板转动）（针阀、
24、折流板转动）3、按大小（容量）、按大小（容量）大型：活塞直径大型：活塞直径80mm以上以上中型：操作功中型：操作功10000Nm30000Nm小型：操作功小于小型：操作功小于10000Nm，特小：小于，特小：小于3000Nm1.4 1.4 调速器分类与型号调速器分类与型号第一章第一章 水轮机调节基本知识水轮机调节基本知识(二二)调速器型号调速器型号(反击式水轮机反击式水轮机)1.我国调速器的型号的编制方法我国调速器的型号的编制方法 国标国标JB/T2832-2004水轮机调速器及油压装置型号编制方法水轮机调速器及油压装置型号编制方法规定：调速器的型号由三部分组成，其间用规定：调速器的型号由三部
25、分组成，其间用“-”分开。分开。2.我国调速器的标准系列我国调速器的标准系列 国标国标JB/T7072-2004水轮机调速器及油压装置系列型谱水轮机调速器及油压装置系列型谱规规定。定。第一部分：基本特性和类型第一部分：基本特性和类型大型：无代号；大型：无代号；中小型带油压装置：中小型带油压装置：Y；特小：特小：T机械液压：无代号；机械液压：无代号；电动调节：电动调节：D单调：无代号；单调：无代号；双调：双调：S调速器：调速器：T第二部分：工作容量第二部分：工作容量 中小型调速器中小型调速器9.81N.m；大型指主配阀直径；大型指主配阀直径(mm)第三部分：额定油压第三部分：额定油压 2.5MPa 不加注释不加注释
