水轮机调速器系统-课件

n水轮机调速器系统学习主要内容n水轮机调速器系统主要作用n水轮机调速器系统分类及组成n水轮机调速器系统工作原理n水轮机调速器的各元件位置及作用n机组手动/自动开停机/负荷加减的操作n事故停机及分段关闭装置调速系统模拟图2009-7-252水电站水电站【吉林台水电开发有限公司】引言n有混流式、轴流式、贯流式等，冲击式有混流式、轴流式、贯流式等，冲击式水轮机有水斗式、斜击式和双击式等。水轮机有水斗式、斜击式和双击式等。调速器与机组构成水轮机调节系统，调调速器与机组构成水轮机调节系统，调速器是调节设备，机组是被调节设备，速器是调节设备，机组是被调节设备，调速器是作用于水轮机的，为水轮机服调速器是作用于水轮机的，为水轮机服务。现代水轮机分为冲击式水轮机和反务。现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。反击式水轮机击式水轮机两大类。反击式水轮机电能质量指标n电压：励磁调节器进行调整n频率：大型电力系统要求频率波动0.2HZ，中小型电力系统要求频率波动0.5HZ，频率的调节可以分为一次调频，二次调频，甚至三次调频多个过程来实现，参于频率调节的环节也很多，最终的执行机构是调速器。调速系统服务对象n现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。反击式水轮机有混流式、水轮机两大类。反击式水轮机有混流式、轴流式、贯流式等，冲击式水轮机有水轴流式、贯流式等，冲击式水轮机有水斗式、斜击式和双击式等。调速器与机斗式、斜击式和双击式等。调速器与机组构成水轮机调节系统，调速器是调节组构成水轮机调节系统，调速器是调节设备，机组是被调节设备，调速器是作设备，机组是被调节设备，调速器是作用于水轮机的，为水轮机服务。用于水轮机的，为水轮机服务。调速系统主要作用1、维持机组转速在额定转速附近，满足电网一次调频要求；电力系统的频率稳定主要取决于系统内有功功率的平衡，当系统缺有功时，系统频率就下降，当系统有功功率多时，系统频率就上升。水轮机调速器的主要任务就是发电机在空载时维护机组转速在额定值左右，而在并网发电后调速器的主要作用是实现功率调节同时以50HZ作为频率调节的给定值，并维持机组频率在50人工死区范围内。一个性能良好的水轮机调速器可以保证发电机组和电力系统的安全可靠，并且可以提高发电机组和电力系统的技术经济指标 2、控制并联机组间有功功率的分配 3、满足机组的正常操作要求：开停机、增减负荷，以及空载时增减转速。4、保证机组的安全运行 5、能接受电站计算机监控系统指令，实现机组的经济运行（AGC），满足机组开停机、增减负荷的控制要求。调速器的分类1、按工作容量分类 n调速器的工作容量指执行元件接力器对导水机构的操作能力，以力矩（N.m）计算.n特小型调速器:小于3KN.mn小型调速器:315KN.mn中型调速器:1550KN.mn大型调速器:50KN.m以上,并按放大执行元件主配压阀直径(80、100、150、200、250mm)来计算。调速器的分类2、按供油方式分类 通流式调速器：油泵连续运行，直接供给调速器的调节过程用油，非调节时，油泵将压力油直接排回回油箱。缺点：油在不停循环使用，油容易劣化，优点：设备简单、造价低，主要用于小型、特小型调速器。压力油罐式调速器：油泵断续运行，维持压力油罐的压力和油位，在由压力油罐随时提供给调速器调节过程用油。缺点：设备复杂、造价高，优点：设备运行可靠，主要用于中型、大型调速器。调速器的分类3、按调节机构数目分类 单调节调速器：单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨式等水轮发电机组。双调节调速器：双调适用于有轮叶调节的轴流转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。调速器系统的组成n主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接力器、油压装置三部分组成。力器、油压装置三部分组成。1、调速柜调速柜 控制水轮机的主要设备，能感受指令控制水轮机的主要设备，能感受指令并加以放大，操作执行机构，使转速保并加以放大，操作执行机构，使转速保持在额定范围内。调速柜还可进行水轮持在额定范围内。调速柜还可进行水轮机开机、停机操作，并进行调速器参数机开机、停机操作，并进行调速器参数的整定。的整定。2、接力器、接力器 调调速速器器的的执执行行机机构构，接接力力器器控控制制水水轮轮机机调调速速环环（控控制制环环）调调节节导导叶叶开开度度，以以改改变进入水轮机的流量。变进入水轮机的流量。3、油压装置：、油压装置：提提供供调调速速系系统统动动力力，由由压压力力油油罐罐，回回油油箱，油泵，漏油箱四部分组成。箱，油泵，漏油箱四部分组成。调速器的工作原理调节机构(导水机)电能执行元件敏感元件稳定元件调节对象(机组)综合环节水能放大元件SAFR2000型调速器电气柜nSAFR-2000型水轮机调速器拥有新型三十二位硬件核心，采用双微机双通道冗余控制结构，并配以大屏幕真彩液晶显示屏。SAFR-2000型调速器各部分简介n显示插箱安装一台液晶显示工控机作为装置与用户的人机界面。该软件系统以Windows-NT为操作系统，配以三维中文图形化界面，为用户提供了十分友好的人机接口。nSAFR-2000型调速器的运行界面由5个窗口组成，分别为：主控窗、设置窗、信息窗、开关量窗和报警窗。通过点击窗口下方的分页栏可以选择相应的窗口。运行界面的主控窗n主控窗是运行时的主窗口，在窗口上方正中显示了当前机组工况状态和调速器的主要状态，左右两侧分别显示了机组频率、水头高度和导叶开度、有功功率的数值（分为模拟表计显示与数字显示），在窗口中央是增加、减少两个按键，通过点击它可以对机组转速及负荷进行调节控制。在按键下方是用来显示输出控制量的平衡表。运行界面的设置窗n设置密码和用户名都是“sysadm”n设置窗用来对运行参数进行设置，窗口左边显示了几个重要的控制量的当前值，作为设置操作时的参考，左下方有一个“参数下发”按键和“发送指示”信息，点击“参数下发”则将当前设置的参数下发至A、B系统，同时由“发送指示”显示下发是否成功。右半部分提供了对功率梯度、水头、开限、死区、调差、滑差、自动/人工水头以及机频是否跟踪网频进行设置的窗口。运行界面的信息窗n信息窗用来显示系统的主要控制量及内部参数的当前值。窗口左右对称，分别显示A、B两套系统较为详细的状态信息。n显示的信息包括：电网频率、频率给定、机组频率、机组转速、导叶给定、导叶行程、轮叶给定、轮叶行程、稳零积分、电气开限、空载开度、转速备用、导叶输出、轮叶输出、运行水头、功率给定等内部参数。运行界面的开关量窗n开关量窗口用来显示外部开关量操作命令。窗口左右对称，分别显示A、B两套系统的信息。显示的开关量信号包括：油开关、开机令、停机令、导手令、调相令、增加令、减少令、轮手令。运行界面的报警窗n报警窗用来显示故障报警和故障诊断处理信息，故障一旦被检测到，即使立刻消失，在窗口显示中仍将一直保持报警，直到点击窗口下方的“调速器故障复归”按键后，当前所有的故障显示才被清除。这样，即可实现对偶发故障的记录。故障报警信息分为A、B两套系统，包括：电源故障、电网频率、机组频率、齿盘一路、齿盘二路、通信故障、励磁电源、导叶中接、导叶主接、导叶液压、水头采样、有功功率。点击“录波显示”可以查看故障录波。n每种故障信息中又分为多类故障。如电网频率故障可分为：死值故障、越限故障、跳变故障。对于各类故障提供了强大的故障原因辅助分析系统，点击故障显示处，即可弹出相应的提示帮助窗口。A、B系统插箱面板简介系统插箱面板简介 双重供电组合电源主机模件采样模件控制模件数字模件模拟模件空面板双机切换调试窗双重供电模件双重供电模件块n双重供电模件的主要功能是：自动切换输入的交流220V电源和直流220V电源，经整流、滤波处理后产生直流220V电源输出，保证装置的可靠供电。n下方有1个按键开关，用来控制电源的输出。组合电源模件n组合电源模件的主要功能是：将双重供电模块提供的直流220V电源变换为1路+5V电源输出和2路12V电源输出。各组电源相互独立，分别为插箱内的数字系统及输入、输出系统供电，以实现在电气上的隔离。主机模件n主机模件是整个装置的核心，其性能优劣是装置能否长期稳定运行的关键。n面板下方右侧有1个按键开关，用来选择调试/运行工作模式。采样模件n采样模件主要完成整个装置的多种控制反馈信号的采集工作。它具有以下功能特点：n采样模件可对机组频率、系统频率、导叶中间接力器行程、导叶主接力器行程进行采集。其中机组频率又可分别通过残压测频和齿盘测频两种方式采样处理。控制模件控制模件n控制模件主要完成控制信号和位移变送器励磁信号的输出控制工作。n主机模件上的MC68332微控制器通过PID调节计算，得到导叶输出量，由TPU模块分别产生2路周期固定且占空比与控制量成正比的方波信号，再经过控制模件上的隔离电路、滤波电路、功放电路的处理，由输出切换继电器控制切换，最后送到电液转换器线圈上去。由此控制导叶开度从而达到调节机组频率及负荷的目的。数字模件n数字模件主要完成开关量信号输入采集和输出控制功能，它具有以下功能特点：n数字模件采集16路开关量输入信号，包括开机、停机、调相、增加、减少、导叶手动、油开关等信号。模拟模件n模拟模件主要完成模块量信号的输入采集和输出控制功能，它具有以下功能特点：n模拟模件采集8路模拟量输入信号，包括水头高度、有功功率等 双机切换模件双机切换模件n双机切换模件的主要功能是根据A、B系统的工作状态、故障情况进行主/从机切换控制。其工作原理：A、B系统的工作状态、故障信号以及切换按键状态分别送给可编程逻辑电路GAL20V8，通过预编程的切换逻辑选择控制系统的主/从机状态。产生的主/从切换信号返回A、B系统，同时通过对输出切换继电器进行控制，切换控制信号的输出。切换原则如下：双机切换的原则n当A、B系统都在运行情况下，且都没有任何故障以切换按键所选择的系统控制输出。n当A、B系统中一系统有故障，另一系统工作正常，不管选择哪一个系统，都由工作正常的系统控制输出。n当一系统在调试状态，另一系统在运行状态，无论运行系统有无故障，都由运行状态的系统控制输出。n当双系统均在调试状态，无论故障与否，都由被选系统控制输出。n当双系统均无控制能力，装置切手动运行。软件介绍软件介绍 n全部软件都是功能模块化编制的，各功能模块软件具有相对独立性和完整性，相互之间可进行信息交换，整个软件部分可按功能模块进行装配。ZFL/D型单调节液压装置型单调节液压装置液压调节柜型号的含义：液压调节柜组成n本柜的组成包括：电液伺服比例阀、主配压阀、容错及手动控制阀、紧急停机阀、切换油路用阀、手动调节速度用的单向节流叠加阀及节流阀、双切换滤油器及其上的测量滤芯内外压力的压力表和差压发讯器、控制油总阀等。主要技术参数n3-1 主要技术参数n额定工作压力：4.0Mpan主配压阀直径：100mmn主配压阀最大行程：15mmn控制腔活塞直径：65mmn控制阀组公称通径：DN6n滤油器过流（单个）：190L/minn滤 芯 精 度：1025umn电磁铁工作电压：24VDC或220VDCn滤芯最大耐压差：0.5Mpan差压发讯器发讯压差：0.35 Mpa系统调节原理框图调速器的控制方式1、自动控制回路包括两种方式，正常情况下通路为：电气控制柜输出控制信号（连续电压）伺服阀功放伺服比例阀切换阀主配接力器，该控制的稳定性和精度靠三个闭环反馈来实现：伺服阀位移反馈、主配压阀位移反馈、主接力器位移反馈。2、异常情况下（在伺服阀发生故障时），装置自动切除伺服阀控制，并切换到容错控制阀组，其通路为：电气控制柜输出控制信号（断续脉冲）容错控制阀组切换阀主配接力器。此时仍能维持接力器自动闭环控制，但精度有所降低。3、手动控制：手动控制开关（断续脉冲）容错控制阀组切换阀主配接力器。通过主配压阀自动复中和模拟式导叶开度传感器来保证接力器稳定在某个位置。4、紧急停机操作是通过操作紧急停机阀完成，其直接控制主配压阀完成关方向动作。液压柜指示灯表示的状态及含义1、操作电源灯：操作回路的DC24V、DC220V电源监视电源，正常时常亮，若灯不亮，则表DC24V、DC220V操作电源至少一个消失，此时手自动切换及手动增减均不能进行，需紧急处理，检查DC24V、DC220V操作电源。如果只是DC24V消失外部紧急停机失效，可以操作面板紧急停机按钮操作急停。2、导叶手动灯：当导叶控制手自动把手位于手动时，该灯被点亮，切换回自动方式时灯灭。3、锁锭拔出，锁锭投入灯：当锁锭拔出和投入时分别被点亮，用于监视锁锭的状态，当锁锭投入灯亮时，不允许进行手动操作导叶接力器，否则会造成锁锭损坏。4、油滤堵塞灯：当滤油器前后的压差达到一定数值时，该灯被点亮，压差可通过波油器前后的压力表观察到，当发生堵塞时，应及时进行滤油器切换或更换工作部分滤油器滤芯。5、容错控制灯：当调速器自动切换至容错控制时，该灯点亮。此时调速器的调节精度降低。6、紧急停机灯：当紧急停机操作执行时灯亮并自保持，此时须再执行复归才可使灯灭。注：紧急停机灯点亮表示调速器进入紧急停机状态，其他操作都被禁止。液压柜面板上控制按钮的操作 1、自动运行按钮：表示导叶不运行在手动控制方式，此时手动增减操作闭锁，紧急停机可以操作。在手动控制方式运行时可以操作切自动把手切换至自动控制方。2、手动运行按钮：操作导叶控制手动把手，此时导叶手动灯亮，然后再操作增减把手即可手动控制导叶接力器的位置。3、紧急停机按钮：若机组出现过速等机械或电气事故需紧急停机时，按下此按钮向液压柜下发紧急停机令，调速器直接将导叶接力器关到全关，实现紧急停机。此状态一直保持，直到急停复归令下发或手动操作复归按钮方可解除急停状态。4、锁锭投入/拔出按钮：用于锁锭的投入或拔出操作。（注：开机运行时，禁止操作此按钮）5、手动增/减把手：当调速器切至手动运行时，用于调整导叶开度。主配压阀组成n主配压阀组成包括：阀体、阀套、阀芯、上下两端复位弹簧及定位件、阀芯位移传感器及拒动发讯器、开关机时间调节螺母等。主配压阀体1、主配压阀套为三段式结构，有利于加工及保证轴向搭叠量。2、主配压阀输入控制信号由传统的机械位移改为流量。其上下端的二个控制口直接与电液伺服比例阀输出口连接。2、主配压阀芯上下二腔为主控制腔，分别与主接力器关闭腔或开启腔相连接。阀芯中间腔为主配压阀操作油输入腔（也是控制油取油口），与压油装置出口管相连接。3、主配阀上下二端安置有自动复位弹簧及定位部件。此设计保证当控制油恢复（零位）时，主配压阀芯能自动恢复中位（零点）位置。n图中所示为系统处于平衡状态时全液控自复式主配压阀（以下简称：主配）的平衡位置（即中位或零位）。P腔为操作压力油进油腔；A、B腔分别为主接力器关闭腔或开启腔的二个控制腔；T腔为回油腔；C、D腔分别为使阀芯上下运动的二个液控腔；Q1、Q2控制油路把伺服比例阀的二个控制口分别与“主配”液控腔C、D联接起来。液压系统原理图 讲解n本柜的组成包括：电液伺服比例阀V6、主配压阀V1、容错及手动控制阀V4、紧急停机阀V7、切换油路用阀V2及V5、手动调节速度用的单向节流叠加阀V3及节流阀V9、双切换滤油器及其上的测量滤芯内外压力的压力表和差压发讯器、控制油总阀V8等。现场布置图双向滤油器图片 原理图双联可切换滤油器n油质处理采用了双联可切换滤油器，它有两只滤芯，总容量为2190L/min，过滤精度10m，在滤芯的前后级各有一压力表，用它可直接读出滤芯前后的压力差，另外，还加装了一只压差发讯器，当滤芯前后压差达到0.35MPa，发讯器就点亮机柜面板上的指示灯报警，提示更换正在使用的这只滤芯。更换是时，只要把双切换手柄拔向另一只滤芯，即可在机组正常运转的情况下更换脏滤芯。滤油器在切换过程中，输出油流不会中断。调速器液压系统原理图自动停机操作n当系统处于平衡状态，即“主配”阀芯处于“零位”（中间位置）时，主油腔P、T、A、B之间皆不通，不向主接力器配油，主接力器位置不动。当电气信号使电液伺服阀的压力腔P与“主配”液控腔Q2相通时（同时电液伺服阀的回油腔T也与“主配”液控腔Q1相通），“主配”阀芯在D腔油压作用下压缩下弹簧向下移动，促使“主配”A腔与进油腔P相通，B腔与回油腔T相通，于是“主配”通过A腔向主接力器关闭腔配油，而主接力器开启腔的油通过B腔回油到回油箱。结果，主接力器就向关闭方向移动。停机主配压阀回中n接力器位移传感器向电气综合放大环节送出一个负反馈信号，电液伺服阀于是回复“中位”，“主配”液控腔Q1、Q2不与伺服比例阀的P或T联通，因此“主配”C与D腔之间无压力差，“主配”阀芯在下端弹簧的作用下向上移动，直至定位件被下端主阀套定位端面阻挡为止，“主配”回复到中间位置即“零位”。此时，“主配”停止向主接力器配油，主接力器停止移动。自动开机操作n当电气信号使伺服比例阀压力腔P与“主配”液控腔Q1相通，回油腔T与“主配”液控腔Q2相通时，“主配”阀芯在C腔油压作用下压缩上弹簧向上移动，促使“主配”B腔与进油腔P相通，A腔与回油腔T相通，于是“主配”通过B腔向主接力器开启腔配油，而主接力器关腔的油通过A腔回油到回油箱。结果，主接力器就向开启方向移动。手动/容错控制n容错控制：当伺服比例阀V6退出运行时，系统用V5切断V6油路，用V2投入脉冲控制阀V4，由V4承担自动控制“主配”及主接力器的功能。当电柜退出控制，用机柜面板上的手动钮控制阀V5、V2及V4，即实现了“手动控制”功能，其时的油路工作原理与“容错控制”时完全一样，只是人工面板控制手动钮取代了电柜自动控制。紧急停机操作n紧急停机：当出现机组事故紧急停机信号时，系统将V7投入，向“主配”Q2供油，Q1回油，同时，用V5切断V6（伺服控制）油路，用V2切除V4（容错或手动控制）油路，“主配”以最大开口向主接力器关闭侧供油，导叶紧急关闭，机组停机。调速器自动开机过程n水轮发电机组的开机流程：开机前机组开机条件满足，如若要并网运行，主变压器必须带电才行。由监控系统发出开机指令，并作用到：机组总冷却水投入、水轮机空气围带排气，主轴密封水投入，使主接力器锁定拔出，。然后开机指令传达到调速器，调速器打开水轮机导叶，水轮机转速上升至额定，同时调速器会跟踪电网频率。在机组转速上升至95以上时，由转速信号装置发出信号给励磁系统，励磁系统发出投入灭磁开关信号使灭磁开关合闸，励磁系统以残压起励方式将机组电压升至额定并跟踪电网电压。这时LCU投入准同期装置，检测机组频率、电压、相位和电网的一致时，向发变组保护的断路器操作箱发出合闸指令，发电机断路器合闸。调速器开度限制打开至预设值，发电机转发电态，调速器按电网需求或预设值使发电机带上负荷，并进入负载调节程序。开机过程完毕。调速器自动停机n将负荷减到零，断路器分后，发“停机令”，使主配压阀向关机方向移动，主接力器关闭导叶，使机组停机。机组完全停机后，调速器电气柜输出一个关机信号，保证在停机状态导叶不会打开，机组不会启动。调速器手动开机1、按下调速器手动控制按钮，查手动控制灯亮，将调速器导叶切至手动状态，锁锭在拔出状态，紧急停机电磁阀在复归位置，机组具备开机条件。（注意：打开机组总冷却水）2、操作手动增加把手，开启导叶使机组频率上升至50 Hz左右。3、按下调速器自动控制按钮，将导叶切至自动状态。调速器手动停机1、按下调速器手动控制按钮，查手动控制灯亮。（注意：发电机出口开关已断开）2、操作手动减少把手，将导叶关至零位。3、手动加闸并反冲制动闸块。4、机组停机后，按下调速器自动控制按钮，将调速器切至自动状态。紧急事故停机操作n事故配压装置是当发生事故的时候能够实现紧急停机的机构。正常情况下操作油来自主配压阀，在发生事故时操作油来自压力罐。事故配压阀图片事故配压阀原理图事故配压阀动作过程n插装阀C1，C2为一组，C3，C4为一组，它们的启闭状态由电磁换向阀V1控制。正常工作情况下，电磁换向阀V1处于右边工作位，C1，C2控制腔通回油处于开启状态，由主配控制接力器的开关；C3，C4控制腔通压力油处于关闭状态，切断来自压力罐的操作油。在事故情况下，电磁铁DV1带电，电磁阀V1处于左边工作位，C1，C2控制腔通压力油处于关闭状态，切断来自主配压阀的操作油；C3，C4控制腔通回油处于开启状态，来自压力罐的操作油 分段关闭装置n当机组甩负荷时，机组转速会快速升高，为了避免发生飞逸，导叶应快速关闭，但由于水流的惯性，导叶快速关闭会造成引水系统内水压升高严重时可能会造成水轮机抬机等破坏性事故。分段关闭就是将导叶的紧急关闭过程分为两段，每段的关闭速度不同。当机组甩负荷时，先快速关闭导叶，以避免机组转速升得太高，在导叶关闭到空载开度附近时，导叶关闭的速度减缓。分段关闭装置就是在接力器开腔油管上安装一个节流阀，由电气回路启动。分段关闭图片分段关闭装置原理图分段关闭装置动作过程n快速关闭时电磁换向阀V1在弹簧的作用下处于右位，在控制压力油的作用下液控阀V2处于左位，接力器开腔直接进调速器开腔，缓慢关闭时电磁铁VD带电，换向阀V1处于左位，在控制压力油的作用下阀V2处于右位，接力器腔需经过节流阀进入调速器开腔，调节节流阀的开度可以调节关闭速度。开机工况n 注：不管V2处于哪一位，调速器开腔能通过单向阀V3进接力器开腔，因此该装置不影响开机速度。调速器常见事故故障分析n主配压阀卡死主配压阀卡死 卡在开启侧、中间位置、关闭侧的现象卡在开启侧、中间位置、关闭侧的现象反馈消失反馈消失 测频故障、钢绳断裂测频故障、钢绳断裂n运行中抽动运行中抽动 参数不当、引水系统波动、油进气参数不当、引水系统波动、油进气n压油装置事故、故障压油装置事故、故障 事故低油压、备用启动、启动频繁事故低油压、备用启动、启动频繁调速器检查项目na）各表计、信号指示正常，无故障信号，参数整定值符合要求，各元件无过热、异味、断线等异常现象，各电磁阀、开出及开入继电器插头插装正确、牢固。nb）电气柜信息窗上A、B机参数基本显示一致，“导叶自动”、“锁锭拔出”信号与机组实际工况一致。nc）电气柜A、B机交流开关、直流开关合闸，“交流指示”、“直流指示”、“输出指示”点亮，“故障指示”灯熄灭。nd）正常情况下，一般A机运行在线。ne)调速器运行稳定，无抽动、跳动和摆动现象。nf）调速器各阀门、连接部件、管路连接良好，无松动、脱落和渗漏油现象，阀门位置正确。ng）调速器各反馈机构工作正常，紧固件无松动或脱落。nh）滤油器压差应小于0.35MPa，机械柜内各电磁阀、伺服缸、开限缸动作灵活可靠，无渗漏油现象。ni）正常运行时频率表指示在50Hz左右，导叶开度表指示与实际负荷相符。复习题n1、调速器的主要任务是什么？n2、调速器双机切换原则是什么？n3、简述调速器自动开机过程？n4、分段关闭装置的作用及原理？n5、调速器的控制方式有哪些？