调速器原理课件

调速器原理7/3/20241调速器原理8/12/20231主要内容l水轮机调节的基本概念及工作原理l微机调速器的工作原理l调速系统重要元件作用与原理l答疑7/3/20242主要内容8/12/20232一、水轮机调节的基本概念及原理l水轮机调节的任务和特点l水轮机调速系统的工作原理l水轮机调速器的发展与分类l水轮机调速器的功能和调节系统的静动态特性。l水轮机调节系统并列运行中静态分析7/3/20243一、水轮机调节的基本概念及原理水轮机调节的任务和特点8/12任务l系统对频率稳定的要求，大电网0。4%，中小电网要求频率波动值不超过1%。l系统负荷总在不断变化，并且有一定的不可预见性，负荷变化必须导致系统频率的变化。l基本任务 1、随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力 2、保持机组转速和频率变化在规定范围内。3、启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)。7/3/20244任务系统对频率稳定的要求，大电网0。4%，中小电网要求频率任务及途径l调节水轮机输出功率，最有效的方法和途径是调节水轮机的流量。而流量的调节是通过改变导水机构（活动导叶）的开度来实现的。对转浆式、贯流式还可以通过协调调节轮叶转角来共同实现对流量的调节，而实现这种调节的控制装置就是水轮机调速器。7/3/20245任务及途径调节水轮机输出功率，最有效的方法和途径是调节水轮机任务及途径式中：式中：水轮机主动力矩水轮机主动力矩(水流推动叶片做功水流推动叶片做功)发电机的阻力矩发电机的阻力矩 机组惯性矩；机组惯性矩；角加速度；角加速度；水轮发电机组的运动方程水轮发电机组的运动方程7/3/20246任务及途径水轮发电机组的运动方程8/12/20236任务及途径所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=ne又：要使 ，一般不能改变H和效率，而是通过改变Q而达到改变主动力矩Mt的目的。7/3/20247任务及途径所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=n水轮机调节的定义 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。调节实质：调节转速 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。7/3/20248水轮机调节的定义 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导水轮机调节的特点l必须具备足够大的调节功l调节滞后易产生过调节l水击的反调效应l结构复杂7/3/20249水轮机调节的特点必须具备足够大的调节功8/12/20239水轮机调节的工作原理水轮机调节系统的组成水轮机+导水机构+调速器构成水轮机自动调节系统调速器的作用以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，达到改变出力恢复转速的目的。7/3/202410水轮机调节的工作原理水轮机调节系统的组成8/12/20231调速器发展与分类l发展19世纪末到20世纪30年代，机械液压型水轮机调速1944年第一台电气液压型调速器20世纪70年代第一台数字式调速器（微机调速器），中国是80年代开展了微机调速器的研制。l分类按元件结构分机械液压型和电气液压型，电气液压分模拟型电气液压型和微机型电气液压调速器。按调节数目分为间调节调速器和双调节调速器。按工作容量分为特小型、小型、中型、大（巨）型调速器。大型工作容量50KNM以上，并按放大执行元件主配压阀直径（80、100、150、200、250）来计算。7/3/202411调速器发展与分类发展8/12/202311水轮机调节的工作原理l机械液压型调速器l电气液压型调速器l微机液压型调速器7/3/202412水轮机调节的工作原理机械液压型调速器8/12/202312水轮机调节的工作原理7/3/202413水轮机调节的工作原理8/12/202313水轮机调节的工作原理7/3/202414水轮机调节的工作原理8/12/202314水轮机调节的工作原理7/3/202415水轮机调节的工作原理8/12/2023157/3/2024168/12/202316水轮机调速器的功能l维持机组转速恒定（基本功能）l承担机组启动、停机、并网和增减负荷l有功功率分配l机组安全控制，如事故停机。7/3/202417水轮机调速器的功能维持机组转速恒定（基本功能）8/12/20调节系统的静动态特性l动态特性调节特性指标图。调节时间、最大转速偏差、超调量、振荡次数。7/3/202418调节系统的静动态特性动态特性8/12/202318调节系统的静动态特性l曲线照片7/3/202419调节系统的静动态特性曲线照片8/12/202319调节系统的静动态特性l静态特性调节系统静态特性指标：调差率ep调速器静态特性指标：调速器永态转差率bp我们通常所说的调差率，都是指调速器的永态转差系数。7/3/202420调节系统的静动态特性静态特性8/12/202320调节系统的静动态特性l静态特性图片7/3/202421调节系统的静动态特性静态特性图片8/12/202321并列运行中静态分析调差及功给（或转速调整）机构的工作原理及作用作用：使调节系统静特性 平行移动，以达到改变 机组转速（或改变机组 所带负荷）的目的。7/3/202422并列运行中静态分析调差及功给（或转速调整）8/12/2023并列运行中静态分析变动负荷在并列工作机组间的分配7/3/202423并列运行中静态分析变动负荷在并列工作机组间的分配8/12/2并列运行中静态分析功给机构的作用在机组并列运行时，功给机组可调整机组所承担的负荷以及系统的转速（频率）7/3/202424并列运行中静态分析功给机构的作用8/12/202324二、微机调速器的工作原理l微机调速器的基本原理及原理框图l微机调速器的控制方式l微机调速器的伺服系统l微机调速器的电气原理图7/3/202425二、微机调速器的工作原理微机调速器的基本原理及原理框图8/1微机调速器的优点（较电气型）1、调节规律用软件程序实现，不仅可以实现PI、PID调节规律，还可以实现其他更复杂的调节规律，如前馈控制、自适应调节等。2、调节参数的速写和修改方便，运行状态的查询和转抽象灵活。3、机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。即停机过程可根据调节保证计算要求，灵活实现折线关闭规律；开机过程可根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定。4、简化了操作回路。各种运行操作相互间的逻辑关系均可用软件程序完成，取消了相应的继电器，降低了成本，提高了可靠性。5、便于直接与计算机监控系统的现地控制单元进行信息交互，有利于实现全厂的综合控制，提高水电站的自动化水平。7/3/202426微机调速器的优点（较电气型）1、调节规律用软件程序实现，不仅微机调速器的基本原理l微机调速器控制系统结构图7/3/202427微机调速器的基本原理微机调速器控制系统结构图8/12/202微机调速器的基本原理l目前微机调速器按其调节规律来说多数是PID型，个别的采用了适应式变参数PID。按算法不同可分为位置型、增量型和仿真量型三种，按所采用的伺服系统不同，又有电液随动系统型和数液型伺服系统型。7/3/202428微机调速器的基本原理目前微机调速器按其调节规律来说多数是PI微机调速器的原理框图l位置型数字PID微机调速器图7/3/202429微机调速器的原理框图位置型数字PID微机调速器图8/12/2微机调速器的原理框图l增量型数字PID微机调速器图7/3/202430微机调速器的原理框图增量型数字PID微机调速器图8/12/2微机调速器的原理框图l仿增量型数字PID微机调速器图7/3/202431微机调速器的原理框图仿增量型数字PID微机调速器图8/12/微机调速器的原理框图l桐子壕电站调速器原理图7/3/202432微机调速器的原理框图桐子壕电站调速器原理图8/12/2023微机调速器的调节模式三种模式：频率、开度、功率1、频率调节模式（YM）：适用于机组空载自动运行、单机带孤立负荷或机组并入小电网运行、机组并入大电网作调频方式运行等情况。主要特征：1）人工频率死区、人工开度死区和人工功率死区等环节全部切除。2）采用PID调节规律，即微分参数不为零。3）调差反馈信号取自PID调节器的输出YPID，并构成调速器的静态特性。4）该模式下，功率给定Pc实时跟踪机组实际功率Pg，其本身不参加闭环自动调节。7/3/202433微机调速器的调节模式8/12/202333微机调速器的调节模式2、开度调节模式（YM）：是机组并入大网后采用的一种调节模式。主要用于机组带基荷运行工况，其特点是：1）人工频率死区、人工开度死区和人工功率死区等环节全部投入工作。2）采用PI调节规律，即微分参数为零。3）调差反馈信号取自PID调节器的输出YPI，并构成调速器的静态特性。4）微机调节器通过开度给定Yc变更机组负荷，而功率给定不参与闭环负荷调节，功率给定Pc实时跟踪机组实行功率，以保证由该调节模式切换至“功率调节”模式时无扰动转换。7/3/202434微机调速器的调节模式2、开度调节模式（YM）：是机组并入大网微机调速器的调节模式3、功率调节模式（YM）：是机组并入大网后带基荷运行工况优先采用的一种调节模式。其特点是：1）人工频率死区、人工开度死区和人工功率死区等环节全部投入工作。2）采用PI调节规律，即微分参数为零。3）调差反馈信号取自机组功率Pg，并构成调速器的静态特性。4）功率调节模式特别适合于水电站实施AGC工况。在该模式下，微机调节器通过功率给定（或者由上位机下达功率给定值）使机组变更负荷。而开度给定不参与闭环负荷调节，开度给定Yc实时跟踪机组导叶接力器开度值，以保证由该调节模式切换至“开度调节”模式时无扰动转换。7/3/202435微机调速器的调节模式3、功率调节模式（YM）：是机组并入大网微机调速器的调节模式4、调节模式之间的相互转换1）机组自动开机后进入“空载”工况，调速器处于“频率调节模式”；2）当发电机出口开关闭合时，机组并入电网工作，若机组带基荷运行机制，此时调速器自动选择“功率调节”模式工作。机组并网后，也可以人为地选择三种调节模式中任何一种调节模式工作；3）当调速器在“功率调节”模式工作时，若检测出机组功率反馈故障，则调速器自动切换至“开度调节”模式工作；4）调速器工作于“功率调节”或“开度调节”模式时，电网频率偏离额定值过大（超过人工频率死区整定值），且保持一段时间（若持续15S），则调速器自动切换至“频率调节”模式工作；5）当处于“功率调节”或“开度调节”模式下带负荷运行时，由于某种故障导致发电机出口开关跳闸，机组甩负荷，同时调速器也自动切换至“频率调节”模式，使机组运行于空载工况。7/3/202436微机调速器的调节模式4、调节模式之间的相互转换8/12/20微机调速器的伺服系统l微机调速器分两大部分，微机调节器和伺服系统。l常见5种：1、电液伺服阀驱动的电液随动系统；2、基于电流比例阀驱动的电液比例伺服系统；3、基于伺服电机驱动的电机伺服系统；4、基于步进电机伺服系统 5、基于电液数字阀驱动的数字阀伺服系统。前3种属于电液伺服系统（或称电液随动系统），后两种属于数液伺服系统。7/3/202437微机调速器的伺服系统微机调速器分两大部分，微机调节器和伺服系微机调速器的伺服系统l电液比例伺服系统7/3/202438微机调速器的伺服系统电液比例伺服系统8/12/202338微机调速器的伺服系统l步进电机伺服系统（结合CAD步进电机图）7/3/202439微机调速器的伺服系统步进电机伺服系统（结合CAD步进电机图）三、调速系统重要元件及作用l油压装置l两段关闭电磁阀l事故配压阀7/3/202440三、调速系统重要元件及作用8/12/202340油压装置供给调速器操作所需压力的储能设备。包括：压力油罐、回油箱、油泵、保护装置、控制装置、补气装置、安全装置。油罐油气比：四分之一到三分之一。自动补气：保持油气比例。事故低油压：保证机组停机的最低油压。7/3/202441油压装置供给调速器操作所需压力的储能设备。8/12/2023事故配压阀l事故配压阀是装在主配压阀与接力器操作管路中，处于优先状态，手动或电动操作事故电磁阀都能安全把机组停下来。事故配压阀动作判断：140%，主配拒动。7/3/202442事故配压阀事故配压阀是装在主配压阀与接力器操作管路中，处于优两段关闭阀l装在主配阀和接力器操作油管路中，当机组在紧急或事故停机时，手动或电动操作两段关闭阀，使机组的关机曲线形成拐点，保证机组安全紧急或事故停机。7/3/202443两段关闭阀装在主配阀和接力器操作油管路中，当机组在紧急或事故