水轮发电机组调速器的应用与选型.docxVIP

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水轮发电机组调速器的应用与选型

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摘要：水轮机调节系统是由调速系统和调节对象组成的闭环系统，其中，调速系统包括调速器电气部分、电液随动系统以及油压装置，调节对象包括水轮机及其有压过水系统、发电机及电网。水轮机调速器是水电站进行机组出力调节的重要设备，也是水电站中自动化控制的关键设备之一，其基本任务是供水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化或其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范围，并能迅速地稳定在新的工况下运行。此外调速器还具有对机组进行正常的控制操作，保证机组安全、经济运行等功能。

关键词：水轮机；调速器；技术；选型

1水轮发电机组中调速器的作用

就我国的现有情况来说，从各种资源条件的对比中，大力建设水电站是最为明智的选择，可以说，水电站的建设在我国的经济发展中作出了非常重要的贡献。水电站的电能供应不仅能够保证人们的日常电量的供应，同时还是一种非常清洁的能源，这对于日益严重的环境污染的现状来说，无疑是一种明智之举。而水电站的要想实现自身的正常运转就不能离开水轮发电机，水轮发电机是水电站发电的核心部分，在水电站提供电量时，水轮发电机的运行对其电压和频率都有着非常重要的影响。

但是，在水轮发电机运行的时候也需要进行一定的有效控制，否则就有可能会出现由于水轮机转速过快而出现机组飞逸的情况，这种状况对于水电站来说无疑是重大的打击。而一些水电站为了能够有效的控制水轮发电机的转速，对水轮发电机安装了一定的保护系统，这个系统在水轮发电机转速过快的情况下对其实现停机保护操作。在这种情况之下，水轮发电机停止运行，水电站的电量供应就会出现供电的不稳定，这也会给水电站造成一定的负面的效应。同时水轮发电机在运行的过程中受到水流的速度和大小的影响，因此，水轮发电机的转速和水流的速度是有直接的关系的，当进水的速度出现了增快的情况之时，水轮发电机的转速也会相应的提高，如果转速过快就会导致保护系统的启动，这又需要一定的人员对进水闸来进行调整，水电站才能够重新投入使用，这种情况也是会影响水电站的电量供应的稳定性的。

2水轮机调速器技术现状

2.1控制器特点

基于单片机的微机调速器硬件多为自行设计制造，由于元件检测、筛选、老化处理、焊接及生产工艺等受到规模的限制，故障率较高，从而使调速器的可靠性降低。基于工控机的微机调速器，虽然其硬件标准化程度比较高，软件资源丰富，有实时操作系统的支持，但装置访问时间较长，体积大，且成本高。基于PLC的微机调速器，虽然PLC本身的可靠性很高，但它的计数频率低，测频单元一般由单片机来实现，然后再向PLC传递数据，这样就造成了由于测频装置的可靠性不高，使得调速器的可靠性仍旧不太高。

PCC集成了PLC和IPC的优势，既有PLC的高可靠性、易扩展性，又有IPC的分时多任务操作系统功能，具有运算能力强、实时性好、编程方便的特点;同时，PCC的CPU模块有独特的时间处理单元(TPU)，可以在不增加主CPU负荷的前提下很好地解决调速器的频率测量问题，把PCC作为调速器控制器的硬件，能保证调速器的高可靠性。

2.2电液随动系统特点

国内水轮机调速器的电液随动系统也有多种方式。电液随动系统中的电液转换器是油质清洁度的敏感元件，以前采用电液伺服阀，易出现阀芯卡涩和油路堵塞情况，且漏油量大，后来研制出了双锥式、环喷式电液转换器和伺服电机、步进电机等电液转换器，提高了抗油污、抗卡涩能力。最近，相关厂家研制出数字球阀和插装阀并联式电液随动系统，这种电液随动系统的原理是当主接力器位置偏差较大时，利用插装阀大流量输出进行系统粗调，当位置偏差调小到一定范围内时，关闭插装阀，转到数字球阀小流量精密调节，其特点是抗油污、抗卡涩能力强，可以提高系统的速度。但双锥式、环喷式、伺服电机、步进电机等电液转换器以及插装阀式电液随动系统的频率响应较低，接力器不动时间较大，最突出的表现是在空载频率跟踪、甩负荷指标等方面存在不足，这将制约其在大型、特别是巨型机组中的应用。

目前采用伺服比例阀的电液随动系统在大型、巨型调速器中广泛应用。伺服比例阀的阀芯装备了位置控制传感器反馈，可将反馈信号引入电路形成闭环控制，因此控制精度很高，阀的滞环和不重复性均很小，而且，伺服比例阀在断电或故障时具有“故障保险”位置，保证失电时阀芯回复到中位。伺服比例阀结合了伺服阀和比例阀的优点，既有伺服阀的高精度、高响应性，又有比例阀的出力大、耐污染能力及防卡能力强等特性，较好地解决了液压卡阻的问题。

2.3控制规律

在硬件进步的同时，国内水轮机调速器调节规律的研究也取得了很大进展。传统的模拟式调速器的调节规律是PI或PID调节，而且只有空载和负荷2组参数。近年来，随着计算机调速器硬件水平的提高和控制理论