水轮机调节的基本原理课件.pptVIP

第一章水轮机调节的基本原理第一节水轮机调节的基本概念

一.水轮机调节的任务1.水力发电生产过程：由水轮机将水能转变为机械能，再有发电机将机械能转变为电能，送入电力系统供给用户使用。电能是一种特殊商品。电力系统中，发电、供电、用电是同时完成，系统负荷是随即变化的，变化周期几十秒到几十分钟不等，变化幅值可达系统总容量的2%~3%。系统负荷变化导致频率变化。用户要求：供电安全、可靠、经济，电能频率、电压保持在额定值附近某一范围内。频率、电压波动太大，可造成机加工工件精度不达标，发电机组和电力系统自身工作稳定也会受到影响。我国电力系统规定：电力系统频率应保持50Hz。容量小于3000MW的地方电网，偏差不超过±0.5Hz。水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一范围内而进行的调节。

水力发电生产过程：

频率与机组转速的关系（电机学而知）：f——发电机输出交流电频率，Hz；p——发电机的磁极对数；n——发电机的转速，r/min。p对于加工好的机组是一个常数（定值），因此f只与n有关（正比）。水轮机调节的基本任务：要保证频率在规定的范围内，就要根据电力系统负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率的输出，并维持机组转速在规定的范围内。二.水轮机调节的途径和方法若我们把机组转动部分认为是一个绕定轴转动的刚体，由理论力学可知：J-机组转动部分的转动惯量，kg?m2；—机组角加速度

M—作用于机组转动部分的和外力矩。合外力矩包括：1.水流推动水轮机的主动力矩，；2.发电机阻力矩。发电机阻力矩随着用电负荷变化而变。当和不相等时，将失去平衡，机组的转速也将发生变化。（1），0，负荷减少，转速上升，频率升高，应减小机组动力矩，使两个力矩相等，频率恢复正常范围。（2）=，机组转速不变。(3)，0，负荷增加，转速下降，频率下降，应增加机组动力矩，使频率恢复正常范围。与工作水头、水轮机导叶开度（即流量）和角速度有关，因此因此，改变动力矩可通过改变Q、H和η来实现。

水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程。具体做法：利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差，调整水轮机导叶或喷针开度，使水轮机动力矩和发电机阻力矩及时恢复平衡，从而使转速和频率保持在规定的范围内。三、水轮机调节的特点▲机组以水为工作介质，谁能开发受到自然条件限制，且单位工作介质小，发出同样的电能需要通过较大的流量，配备的导水机构也较大，需要配置较大液压操作机构，但液压元件非线性和时间滞后性会影响水轮机调节系统的动态品质；?因开发方式不同，一些水轮机需要采用双重调节；?受自然条件限制，有些水电站具有较长的引水管道。管道长，水流惯性大，水轮机突然开启或关闭导叶时会在压力管道中产生水击。若延长关机时间，会使机组转速过高。这些都会对水轮机调节系统动态品质产生不利影响。

随着电力系统容量扩大、自动化水平提高，对水轮机调速器稳定性、速动性、准确性提出了越来越高的要求，调速器的操作功能、自动控制不断完善，已成为水电站综合自动化必不可少的自动装置。四、调速器的发展最早调速器是蒸汽机调速器。20世纪30年代出现了完善的机械液压调速器。20世纪40年代中期出现了电气液压型调速器。20世纪80年代初，出现在了常规油压和高油压微机调速器。

第一章水轮机调节的基本原理第二节水轮机调速系统基本元件

单调节水轮机调速系统组成：控制对象、测量元件、液压放大元件、反馈元件等组成。调节过程：当用户负荷变化时，引起被控对象水轮发电机组转速改变，测量元件—离心摆检测到转速的变化后发出信号，使机组转速恢复稳定。

一、转速测量元件及工作原理调速系统中测量元件是离心摆。组成：上支持块1、下支持块7、菱形钢带2、2个重块4、弹簧6等。转速不变转速上升转速下降1：上支持块；2：钢带；3：限位块；4：重块；5：限位螺杆；6：弹簧；7：下支持块；8：转动套

在忽略惯性力、液摩阻力时，离心摆的输入信号与输出信号之间成正比关系：式中上式表明：若把下支持块位移量△L看成离心摆的输出量，把转速变化量的相对值x看成输入量，则离心摆的输出量与输入量成正比。二、液压放大元件及工作原理(一)引导阀：液压放大装置元件之一。组成：阀体、转动套、针塞。转动套与离心摆下支持块连成整体，位置高低反映了转速和大小。转动套上3排孔，上孔与压力油相通，中孔通过油管与辅助接力器相连，下孔与排油相连。

1)上下两盘处于中间位置时，上下排油孔被法盘堵，B腔没有油通过；2)转速上升，、，上孔封闭，下排孔打开，B腔油与排油相通；3)转速下降，、，上孔打开，下排孔封闭，B腔油接通压力油。通过引导阀的油流量与针塞阀盘和转动套相对位移量关系：式中v：转动套窗口油流速度；△S：引导阀窗口开度；b：转动套