水轮机调节考试要点.docx

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水轮机调节考试要点

第一章

衡量电能质量优劣主要有频率偏差和电压偏差。

水力发电过程控制分：

设备层级控制、电站层级、电网层级。

调速器按元件结构分：

机械液压型和电气液压型。

电气液压型分模拟电气液压型和数字电气液压型

按系统结构分：

辅助接力器型、中间接力器型和调节器型。

按控制策略的不同分：

PI调节型、PID调节型和智能控制型。

按执行机构数目分：

单/双调节调速器

按工作容量分：

大型、中型、小型、特小型

大型主要用配压阀的直径表示工作容量，其它以调速工表示。

发展：

机调——电调——微机调速器

调速系统包括调速器和调节对象；调节对象包括水轮机及引水系统，发电机及其负荷。

第二章

离心摆是测量元件作用是将转速信号转换为相应的机械位移信号。

主要参数是离心摆不均衡度，它指离心摆的测速范围。

放大元件作用是把测量元件输出的机械位移量进行功率放大。

分第一级和第二级液压放大。

配压阀分为通流式和断流式。

配压阀阀盘与阀套孔口正好处于对称位置时，称几何中间位置。

配压阀阀芯在某位置满足接力器平衡方程，称此位置为工作中间位置。

减小配压阀死区的措施：

在配压阀结构上采取减少局部搭叠量的方法；减小导水机构的干摩擦力。

调节系统工作特性无反馈作用：

缓冲器节流孔全开；硬反馈作用：

缓冲器节流孔全关；软反馈作用：

缓冲器节流孔处于某一合适开度。

单机运行不允许切除缓冲器。

无反馈作用时调节静特性是一条水平线，称为无差静特性，表示无论机组带多少负荷，稳定下来后的机组转速相同。

1，软反馈作用：

缓冲器节流孔处于某一合适开度。

单机运行不允许切除缓冲器。

采用硬反馈时，调节系统会有很大的稳态误差，而软反馈调节过程结束后反馈量消失，不会造成静态偏差，从而能实现恒值调节和无差调节，因此系统需要软反馈，维持系统稳定。

2，采用软反馈的调速器既可以保证调节系统动态过程稳定，又可获得无差静态特性。

§3

1，为什么需要有差静特性：

并列机组间使负荷分配明确，若均为误差调节，会形成负荷摆动。

2，调差机构作用：

获得调节系统有差静特性。

调差机构也称作永态转差机构，调差机构是指从接力器到引导阀针塞之间的杠杆机构，在调速器中起到硬反馈作用。

调节系统的有差静特性用调差率ep表示：

出力与转速n之间的关系；调节器的有差静特性用永态转差系数表示：

导叶开度与转速n之间的关系。

一般调差率在0~8%（无差静特性时为0）

调差机构杠杆传递系数bp物理意义:

接力器走完全行程，通过调差机构引起的针塞位移量折算为转速变化的百分数。

调差机构的传递函数为比例环节。

3，并列运行的机组所承担的变动负荷与其额定容量成正比，与调差系数成反比。

在受到负荷冲击时，大容量，小调差率的电网频率基本保持不变，各台机组的出力也基本保持不变。

4，转速调整机构（转速给定值输入机构称为转速调整机构）

1）原理：

（假设负荷不变，转速和开度无关）详见p39

2）转速调整机构作用：

单机时，可以改变机组转速；并网时，可以改变机组所带负荷。

5，国产机械调速器转速调整机构行程（调差率）为-15%~10%。

电器型调速器和微机型调速器频率给定范围为45~55/HZ（-10%~10%）。

§4

1，静态性能指标，调差率ep，永态转差系数bp,：

太大：

稳态误差↑，太小：

及组件负荷分配不明确，死区↓

调速器的负荷分配误差与ep有关。

2，调差率ep不仅与永态转差系数bp有关，还与机组运行工况和特性有关。

3，调速器的死区可理解为，当转速在n1~n2之间变化时，主接力器开度保持不变（Y=Y‘）

4，负荷分配误差与转速死区成正比，与调差率成反比。

5，由于搭载量的存在，使调速器存在转速死区，它使调速器不灵敏，影响机组负荷分配。

§5

1，电调中的测频回路相当于机调中的离心摆。

2，电液转换器（亦称电液伺机阀）是将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定机械功率的位移信号，或具有一定流体功率的流量信号。

电气液压型调速器绝大多数故障来源于电液转换器动作失灵，表现在电液转换器电气位移转换部分的机械系统发卡和液压放大部分节流孔堵塞。

第三章

§1

计算机控制系统典型结构：

操作指导控制系统；直接数字控制系统（调速器）；监督计算机控制系统；分布式控制系统。

调速器属于直接数字控制系统。

§2

1，频率测量回路。

2，电源回路提供了整个装置所需要的稳压电源，保证整个装置的可靠供电。

在水轮机微机调速器中，一般设数字电源（微机工作电源），模拟电源（模拟信号调整电源），操作电源（为开关量输入回路和开关量输出回路提供电源）

§3

一：

频率测量可分为频率变送器法和直接数字测量两类，数字测频分为1计数法（适用于较高频率信号的测量）2计时法（适用于对低频信号的测量）3计时计数法（在相同频率下增加了测量的周期，即增大了测量的计数值N，使测量精度得到了提高，比起那两种均好。

二：

在水轮机微机调速器中，采用的测频方法主要有两种：

一种是采用专用计数器芯片进行频率测量，另一种是利用微机计算器内部的计数器进行频率测量。

三，基准频率信号为1MHZ计数器为16位，最大计数值为65535，则信号的最低频率为fmin=1000000/65535=15.26HZ，由图3.28画出3.29

§4

一：

微机调速器的控制算法1位置型离散PID控制算法（缺点1某一时刻的输出与过去状态有关，计算工作量大2积分环节易饱和引起超调，随差超调量的增加运算速度变慢3因调机器输出的是执行机构应达到的位置，计算机电源消失时会使执行机构误动作，这是最大的缺点）2增量型离散PID控制算法（优点;增量型算法控制器只与过去两个时刻的偏差有关，计算工作量小，另外数字控制器只输出增量，计算机误动作时造成的影响较小，工作模式切换视角冲击也较小，易于加以手动控制，缺点是积分截断误差大，由静态误差溢出的影响大）

二：

PID算法的改进1积分分离PID控制算法2遇限消弱积分PID控制算法3不完全微分PID控制算法4微分先行PID控制算法5带死区的PID控制算法

三：

微机调速器常用的PID控制系统结构有;并联PID型。

和串联PID型。

并联分三种模型。

1，比例环节，即使成比例地反映控制系统的偏差信号e（t）偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。

比例增益越小，调节速度越慢，比例增益越大，控制量越大，调节过程加快，但过大的K|p会产生超调，甚至引起系统振荡

2，积分环节，主要用于消除静态误差，提高系统的调节精度，Ki越大积分作用越强，消除静态的速度加快；反之，Ki越小，积分作用越弱，静态消除的速度越慢。

但过大的Ki可能引起过调导致系统在平衡点附近反复振荡。

3，微分环节，调节量与微分的偏差成正比，能反映偏差信号的变化趋势，并在偏差信号值变的太大之前引入一个早期修正信号，从而可加快系统的响应速度，减小调节时间。

KD越大，抑制超调的能力越强，但过大的KD可能使系统产生自己震动

§5

一：

水轮机微机调速器的工作状态有停机状态、空载状态、发电状态、调相状态（停机状态，机组转速为0，导叶开度0，开度给定0.空载状态，发电机出口断路器断开，开度限制为空载开度限制值，导叶开度为空载开度，功率给定0，频率给定50Hz。

发电状态，开度限制为最大值，频率给定50Hz。

调相状态，发电机出口断路器合上，导叶关至0，发电机变为电动机运行，对于双调，桨叶处于最小角度。

二：

微机调速器调节模式，三种，频率调节（改变开度给定Cy），开度调节（改变开度给定Cy），功率调节（改变功率给定Cp）。

调速器的开机控制，开环和闭环）。

各个模式主要特点和调节过程框图46.67.48.。

三：

微机调速器的开度控制可分为开环控制、闭环控制。

两种控制的开机过程示意图。

四：

并网时要避免出现同频不同相的问题，采取的措施有1在投入频率跟踪功能的同时投入相角控制功能2在进行频率跟踪时，始终保持机组频率比电网频率高一个⊿f（0.1HZ左右）

第四章

§1

一：

轮机微机调节器与电气模拟液压调速器均采用了调节器+电液随动系统的结构模式

二：

水轮机调速器伺服系统的关键部件为点电/液（机）转换元件和液压放大元件

三：

液压放大装置起到放大信号幅值和功率的作用，它的输入信号是配压阀体的位移，输出信号是接力器活塞的位移。

§2

一：

电液转换器是调速器中联接电气部分和机械液压部分的关键环节，它的作用是将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定操作力和位移信号的机械位移信号或转换成具有一定压力的流量信号。

它存在的主要问题是什么？

（据说前面已经总结过）

§3

1，比例伺服阀是一种高精度三位四通电液比例阀。

三位指中间位置，向左偏离中间位置和向右偏离中间位置。

四通指A、B、P、T四个油路。

P通压力油，T通回油。

A、B为至主配压阀的控制油路。

工作原理：

当无控制信号输入时，阀芯在弹簧作用下处于中间位置，比例阀没有控制油流输出。

当左端比例电磁铁内有控制信号输入时，阀芯向右移动，阀芯右移时压缩右侧弹簧，直到电磁力与弹簧力相平衡为止，此时B接通压力油，A接通回油，从而推动接力器移动。

阀芯的位移量与输入比例电磁铁的电信号成比例。

从而改变输出流量的大小。

作用：

在电液比例伺服系统中，比例伺服阀是电液转换装置，是一种电气控制的引导阀，其功能是把微机调节器输出的电气控制信号转换为与其成比例的流量输出信号，用于控制带辅助接力器（液压控制型）的主配压阀。

§4

1.电机式伺服系统是指由直流伺服电机或交流伺服电机构成的电机伺服装置，实现将电气信号成比例地转换成机械位移信号，然后控制机械液压随动系统。

2.电机式伺服系统由于采用了电机伺服装置作为电气——位移转换元件，从而使系统结构简单，不耗油，其本身对油质没有要求，同时电机伺服装置，具有良好的累加功能，即使系统万一失电，仍能保持原工况运行，并可直接手动控制，从而大大提高了系统工作的可靠性。

3.根据伺服电机的类型不同可分为步进电机、直流电机和交流电机三大类。

4.步进电机液压伺服装置工作原理：

步进电机角位移——控制螺杆的上下位移——A腔油压变化——主配压阀油压变化

§5

2，1.座阀式电磁换向阀是一种二位三通型方向控制阀。

二位：

没有中间位置。

只有出去到头、进去到头两个位置。

三通：

APT换向阀只输出一个控制油压A。

图4.29记住，线圈不通电，A接压力油；线圈通电，A接回油。

&6

1.导叶分段关闭装置由导叶分段关闭阀和接力器拐点（）制机构组成。

、

2.根据图4.32说明原理。

图示为机械式接力器导叶分段关闭系统，接力器在运动过程中带动凸轮机构，到达切换拐点时，使控制阀换位，改变其控制油口A和B的状态组合，通过分段关闭法改变主配压阀送到接力器的流量，使接力器具有不同的关闭速度。

3.导叶分段关闭阀。

拐点之前，控制阀阀芯在上面位置——A通压力油B通回油——活塞向左移——分段关闭阀阀芯在最左侧——关机液流开度最大——第一段关机速率；拐点之后，控制阀阀芯在下面位置——A通回油B通压力油——活塞向右移——关机液流开度最小——第二段关机速率

&7.

1.事故配压阀在什么情况下起作用以及什么作用？

当正在运行的机组由于事故的原因，转速上升于额定转速某规定值（一般整定为115%的机组额定转速）时，又恰遇到调速系统发生故障，此时事故配压阀接收过度保护信号并动作，其阀芯在差压作用下换向，将调速器主配压阀切除，油系统中的压力油直接操作导水机构的接力器，紧急关闭倒水机构，防止机组过速，为水轮发电机组正常运行提供安全可靠的保护。

2.原理：

不起作用：

A，B接压力油——主配压阀关闭腔接通接力器关闭腔，主配压阀开启腔接通接力器开启腔——事故配压阀相当于油路；起作用：

控制阀动作——B通排油——事故配压阀阀芯移动到最左侧——切除主配压阀——事故配压阀起作用——关闭导叶。

限位螺钉作用：

调节导叶关闭速率。

&8.

1.油压装置的作用：

是供给调速器压力油源的设备。

2.油压装置是由压力油罐，回油箱，油泵机组及其附件组成。

3.油压装置有（组合式）和（分离式）两种方式

第六章

水轮机调节系统反调节现象是由水击作用引起的。

开度指令信号的实现时间TL=3btTd/bp；缩短TL的措施：

1在机组并网后适当减小bp和Td值,2对于功率指令信号而言，可以改变信号加入点位置。

正零点使过渡过程初期有反调现象，并使震荡加剧。

Tw越大，其不利的影响就越大。

由于Tw是引水管道水击特性的具体体现，其影响是不可能完全消除的，只能靠合理地配置调速器参数尽量减小。

水轮机调速系统分析：

1缓冲时间常数Td和暂态转差系数bt取较大值时，水轮机调节系统能够稳定。

且在Td取较大值时，bt可取较小值；2水流惯性时间常数Tw值越大，需选取的bt和Td值亦越大。

水流惯性是恶化水轮机调节系统稳定性的主要因素；3机械惯性时间常数Ta值大，有利于调节系统稳定性，此时可取较小的bt值；4自调节系数en对调节系统稳定是有利的，bten增大，稳定域向左下角扩展；5水轮机传递系数对调节系统稳定域有明显影响，e值影响最大。

Tw较大情形发生在两种水电站上：

低水头和具有长引水管道的水电站。

水流惯性时间常数Tw是恶化调节系统动态特性的主要因素，Tw过大时，调节系统难以稳定，动态品质也会很差。

所以，在设计阶段就应考虑正确设计有压引水系统，采取必要措施，使Tw不致过大。

机械惯性时间常数Ta大一些，对调节系统稳定性改善是有利的，但如果过大，过渡过程会变慢1。

Ta值取决于发电机的惯量，在发电机结构不能保证足够的Ta时，可以在机组上加飞轮。

目前国内生产的微机调速器一般有两组整定值。

大多数电站上一组参数按单机空载工况整定，另一组按与大电网并列运行工况整定。

故前一组参数较大，以保证稳定性，后一组参数较小，以保证速动性。

两组参数可以自动切换，一般用发电机断路器的辅助接点控制。

第七章

调保计算的任务：

选择合适的导叶关闭时间，使机组的压力变化值和转速变化值均在允许范围内。

甩负荷过程中机组最大转速上升相对值β=（nmax—n0）/n0╳100%

调保计算只对两个工况进行，即计算设计水头和最大水头甩全负荷时的压力上升和速率上升，并取其大者。

调保计算的标准：

1当机组容量占电力系统工作容量的比重较大且担负调频任务时，甩全负荷的最大转速上升宜小于45%；当机组容量占电力系统工作容量的比重不大或担任基荷时，宜小于55%;2甩全负荷时；3尾水管内的最大真空度不宜大于8m水柱；4压力输水管不应出现负压脱流现象，至少保证2m水柱的正压裕度。

甩负荷过渡过程中影响转速升高的因素很多，主要有导叶的关闭规律、关闭时间、机组惯性时间常数Ta，水流惯性时间常数Tw，水轮机的特性和液流的惯性等。

获得转速上升近似计算公式的假定条件：

1假定甩负荷后，导叶开始动作到最大转速时刻之间的水轮机力矩随时间呈直线减至零；2假定甩负荷后，自导叶开始动作至最大转速之间，水轮机出力随时间呈直线关系减至零。

改善大波动过程的措施：

1增加机组的GD2;2设置调压室；3装设调压阀；4改变导叶关闭规律；5装设爆破膜。

导叶采用两段关闭，多用于低水头电站，先快后慢。

调节设备一般包含调速柜、接力器和油压装置三部分。

我国调速器产品型号由四部分组成，用—分开。

第一部分为调速器的基本特征和类型，第二部分为调速器容量，第三部分为调速器使用额定油压，第四部分为制造厂及产品特征。