水电站轴流转浆调速器学习材料分析.docx

调速器 一 水轮机调速系统简介 1、水轮机调节的目的 系统的总负荷是随电网用户的需要实时增减的，在电网负荷变化瞬间，系统内所有机组原有的输出功率与电网负荷的平衡关系被破坏。此时，如果所有发电机原动机的输出负荷不及时地相应变化，势必引起机组转速升高或降低，由于发电频率和机组转速存在如式1的关系，所以转速变化势必造成输出的电流频率及整个系统频率的变化。因此，电力系统要求各种发电机组都必须具有优良的调节性能，即能根据负荷的变化，及时地相应改变各自有功功率输出，保证电能质量（频率、电压）符合标准规定。 交流发电机所产生交流电的频率与该发电机转速有如下关系： f=pn60 （1-1） 式中： n——机组转速，r/min； f——发电机输出交流电频率，Hz； P——发电机的磁极对数； 如龙口1-4#水轮机额定转速n为93.75 r/min，因此1-4#发电机极对数P为32。 我国供用电标准规定，交流电的额定频率为50Hz，容量在3000MW以上的大容量电网允许频率偏差为±0.2Hz。由式（1-1）频率和转速的对应关系可知，运行中的水轮发电机组，要保证其电流频率不超出允许偏差范围，就必须保持机组转速在允许范围内。 2、水轮机调节的途径 水轮发电机组的转动部分是一个围绕固定轴线作旋转运动的刚体（如图1），它的运动可由式1-2来描述： 图1 水轮发电机组示意图 Jdωdt=Mt-Mg （1-2） 式中： J——惯性矩，kg·m2； ω——角速度，rad/s； Mt——动力矩，N·m； Mg——阻力矩，N·m； 机组转动部分的惯性矩J由转子的质量、形状、尺寸确定，惯性矩足够大可以减少角加速度值。 机组角速度ω=πn30 ，其中n为机组转速。 水轮机动力矩Mt是水轮机输出转矩，与水头、流量成正比，在一定水头下它由水轮机流量确定并受流态影响，可由水力机组的主要参数求取。根据水轮机原理，可求出水轮机总的输出机械功率Nt， Nt=ρQHηt=Mtω ρ——水的密度，kg/m3； Q——水轮机的流量，m3/s； H——水轮机的工作水头，m； ηt——水轮机效率； 所以，水轮机动力矩Mt可以表示为： Mt=ρQHηtω 阻力矩Mg是对机组旋转运动产生阻碍作用的转矩，方向与机组转动方向相反。其中，发电机阻力矩是阻力矩的主要部分，指的是由发电机负载用电量及负载性质形成的电磁阻力矩（负载转矩），阻力矩也包括机械摩擦力矩。 由式1-2可知，要想保持发电机组的运动平衡状态，应随着Mg的变化不断调节Mt，使Mt=Mg，维持机组转速不变。而在保证转速不变的前提下对动力矩Mt的快速调整无法通过改变手头H和机组效率ηt实现(做不到或不经济)，而应通过改变流量Q达到改变动力矩Mt的目的。水轮机组过水流量Q由导叶的开闭直接控制，因此实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。 3、调速器基本原理 水轮机调速器根据电网负荷变化所引起的水轮发电机组转速的偏差，相应的调整水轮机导水机构的开度，以改变进入水轮机中的流量，使水轮发电机组输出的功率和电流的频率满足电网的要求。如图2所示，当电网负荷增加时，机组的转速（或频率）势必要下降，测速单元测得的转速（或频率）与给定参数差值势必增大，调节器经运算后就发开方向相应操作命令给执行机构，执行机构向开方向相应地调节导水机构，导叶开度相应增大，进入水轮机转轮的水流量相应增加，机组输入与输出能量恢复平衡，机组再次进入新的平衡状态。这样，无论电网负荷如何变化，水轮机调速器都通过水轮机导水机构对导水叶开度进行流量调节，使机组的转速（或频率）保持在规定范围内。 图2 水轮机调速器调节系统示意图 4、调速器基本调节规律 自动调节系统根据调节原理，分为闭环调节系统和开环调节系统。开环调节系统的输出信号没有反馈至输入端，系统的输出量的变化对调节作用没有直接影响。在开环控制系统中，系统输出由于只受输入给定的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。 水轮机调速器采用闭环反馈控制，即将系统的输出量反送回调节装置的输入端，调节器根据反馈量和输入量(给定值)的综合结果进行调节控制，系统的输出量对系统的调节作用有直接影响的。如图3所示，在水轮机转速调节中，被调量是水轮机的转速，调节的目标是转速给定值。现代水轮机调速器大都采用工业微机控制器作智能调节器单元，一般将转速及转速偏差测量、调节规律形成、开停机操作等功能都交由工业微机控制器实现。调节器的输出控制信号控制执行机构，即电液随动系统动作以实现调速器全部功能。这类系统结构也被称为电子调节器加电液随动系统结构。 图3 水轮机调速器工作基本原理图