水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理1．

1、第五章 水輪機的調(diào)速設(shè)備,水電站在向電力系統(tǒng)供電的過程中，除了保證供電的安全可靠而外還應(yīng)保證電壓和頻率的穩(wěn)定。由于用戶負(fù)荷的變化使系統(tǒng)供電的電壓和頻率亦隨之發(fā)生變化，此時發(fā)電機的電壓調(diào)整系統(tǒng)便自動調(diào)節(jié)使其電壓恢復(fù)到額定值或保持在許可范圍以內(nèi)，而頻率的調(diào)節(jié)則由水輪機的調(diào)速器來完成。,第一節(jié) 水輪機調(diào)節(jié)的基本概念,一、水輪機調(diào)節(jié)的任務(wù),我國規(guī)定電力系統(tǒng)的頻率應(yīng)保持為50HZ，其偏差值應(yīng)不超過土o．5Hz；對大電力系統(tǒng)，其偏差值則不應(yīng)超過

2、土0．2Hz。,發(fā)電機輸出電流的頻率是與其磁極對數(shù)p和轉(zhuǎn)速n有關(guān)。對一定的發(fā)電機來說，其磁極對數(shù)是固定不變的，因此要求調(diào)節(jié)發(fā)電機電流頻率就需要調(diào)節(jié)機組、也就是水輪機的轉(zhuǎn)速。,水輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)是迅速改變機組出力使之適應(yīng)于外界負(fù)荷的變化，以保證機組的轉(zhuǎn)速即供電頻率恢復(fù)或保持在允許范圍以內(nèi)，并在機組之間進行負(fù)荷分配達到經(jīng)濟合理的運行。,水輪機通過什么途徑來完成上述調(diào)節(jié)任務(wù)呢?這就首先需要分析機組運動的情況。水輪發(fā)電機組的運動方程式為：,二、機

3、組調(diào)節(jié)的途徑,當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化時，首先使發(fā)電機的阻抗力矩Me發(fā)生變化，這樣便破壞了原有的平衡，出現(xiàn)了下列兩種不平衡情況：,1 )機組減小負(fù)荷， 減小，使 ，則機組出現(xiàn)了剩余能量，使機組加速旋轉(zhuǎn)，，形成機組轉(zhuǎn)速上升；,2 )機組增加負(fù)荷， 增大，使 ，則機組出現(xiàn)了不足能量，使機組減速旋轉(zhuǎn)， ，形成機組轉(zhuǎn)速下降。,水輪機主動力矩M的關(guān)系式為：,改變M最好和

4、最有效的辦法是通過改變水輪機的過水流量 來實現(xiàn)。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性,調(diào)速系統(tǒng)的靜特性是指導(dǎo)葉開度一定時，調(diào)速器在穩(wěn)定狀態(tài)下，機組轉(zhuǎn)速與機組所帶負(fù)荷之間的關(guān)系，這種關(guān)系可以用圖線表示，如圖5—1所示。,一、調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,機組轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷增減而變化的程度稱為有差調(diào)節(jié)的調(diào)差率，用ep表示， ep的表達式為：,在實際運行中，一般采用 =0～8％，當(dāng) =0時，即為無差調(diào)節(jié)。,如圖5—2所示，有兩臺機組( 機與

5、 機)并列運行，它們有差調(diào)節(jié)的調(diào)差率都大于零而且是相同的，即 ，也就是說它們的靜特性直線具有相同的斜率。,兩機組以新的平衡轉(zhuǎn)速 運行時負(fù)荷分別為 ，各增加了負(fù)荷 ，則此時 并滿足,所以，當(dāng)各機組以相同而且大于零的調(diào)差率并列運行時，就必須以等負(fù)荷分配方式工作，否則就不能滿

6、足以相同轉(zhuǎn)速同步并列運行的條件。,若希望兩臺機組之間以不同負(fù)荷分配方式工作時，如希望1’機承擔(dān)的系統(tǒng)負(fù)荷變化量少一些， 機多一些，則可將 機的靜特性調(diào)差率 調(diào)得大于 機的調(diào)差率 如圖5—3所示。,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動特性主要是指在調(diào)節(jié)過程中機組轉(zhuǎn)速隨時間變化的關(guān)系，它常以 的動特性曲線來表示。,二、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動特性,在調(diào)節(jié)過程中，機組轉(zhuǎn)速隨時間變化的

7、過渡過程可能出現(xiàn)各種情況，如圖5—4所示。,調(diào)整后的轉(zhuǎn)速過渡過程除了滿足上述穩(wěn)定的要求而外，還應(yīng)滿足對過渡過程的動態(tài)品質(zhì)要求。過渡過程的動態(tài)品質(zhì)常用一些指標(biāo)來衡量，如圖5-5所示，,一、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成,第三節(jié) 水輪機調(diào)速器的基本工作原理,調(diào)節(jié)系統(tǒng)就必須具有測量、放大、執(zhí)行及反饋等組成的機構(gòu)。,它們之間的關(guān)系可以方塊圖5-6表示。,二、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理,1．離心擺---是測量機組轉(zhuǎn)速偏差并把偏差信號轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘柕臋C構(gòu)。

8、,2．引導(dǎo)閥---是把離心擺的位移變化轉(zhuǎn)換為油壓變化的機構(gòu)。,3. 輔助接力器與主配壓閥 輔助接力器的襯套中有一差動活塞7，它下面E 孔處接通排油，壓力為零。上面作用有從引導(dǎo)閥引來的某一油壓，因而有一個向下的作用力 。,主接力器(簡稱接力器)是由油缸和其中的活塞9與活塞桿(即推拉桿)組成。,4．主接力器,5．反饋機構(gòu),反饋機構(gòu)有以杠桿系統(tǒng)組成的局部反饋機構(gòu)和以緩沖器為主的軟反饋機構(gòu)。,1)局部反饋機構(gòu)：,2)軟

9、反饋機構(gòu)：,6．調(diào)差機構(gòu)---是由杠桿系統(tǒng)T-J-Q-M-Z-R組成。,轉(zhuǎn)速調(diào)整機構(gòu)主要是調(diào)整滑塊M 的位置使之上移或下移，如圖5—8所示。,7．轉(zhuǎn)速調(diào)整機構(gòu),第四節(jié) 調(diào)速器的類型與系列,一、調(diào)速器的類型,調(diào)速器是水電站機組自動化的關(guān)鍵設(shè)備之一，按照調(diào)速器在結(jié)構(gòu)及工作上的特點，可分為以下幾類：,(1)按調(diào)速器元件結(jié)構(gòu)的不同，可分為機械液壓型調(diào)速器(簡稱機調(diào))和電氣液壓型調(diào)速器(簡稱電調(diào))。,(2)按調(diào)速器調(diào)節(jié)機構(gòu)數(shù)目的不同，可分為單一

10、調(diào)節(jié)調(diào)速器(簡稱單調(diào))和雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器(簡稱雙調(diào))，如圖5—10。,(3)按調(diào)速器工作容量的大小不同，又可分為大、中、小型調(diào)速器。 主配壓閥活塞直徑在80mm以上的稱為大型調(diào)速器；操作功在10000～30000N·m之間的稱為中型調(diào)速器；操作功在10000N·m以下的稱為小型調(diào)速器，其中調(diào)速功在3000N·M以下的又稱為特小型調(diào)速器。,我國生產(chǎn)的調(diào)速器有各種型號，1978年第一機械工業(yè)部和水利

11、電力部提出了反擊式水輪機調(diào)速器的系列型譜，見表5-1。,二、調(diào)速器的系列,第五節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)的油壓裝置,一、油壓裝置的組成及其工作原理,油壓裝置是由壓力油罐、回油箱、油泵機組及其附件組成。,1． 回油箱、油泵機組及其附件,2．壓力油罐及其附件,目前我國生產(chǎn)的油壓裝置因結(jié)構(gòu)的型式不同而分為分離式和組合式兩種。分離式是將壓力油罐和回油箱分開制造和布置，中間用油管連接，如圖5-11所示；組合式是將兩者組合為一整體，如圖5-12所

12、示。,二、油壓裝置的系列,油壓裝置工作容量的大小是以壓力油罐的容積(m3)來表征的，并由此組成油壓裝置 的系列型譜，見表5-2。,第六節(jié) 水輪機調(diào)速設(shè)備的選擇,中小型調(diào)速器的調(diào)速功是指接力器活塞上的油壓作用力與其行程的乘積。對反擊式水輪機一般采用以下經(jīng)驗公式進行計算：,一、中小型調(diào)速器的選擇,對沖擊式水輪機所需要的調(diào)速功A可按下式進行估算：,對大型調(diào)速器通常采用兩個接力器來操作導(dǎo)水機構(gòu)，當(dāng)油壓裝置的額定油壓為2．5MPa時，每個

13、接力器的直徑d，可按下列經(jīng)驗公式計算：,二、大型調(diào)速器的選擇,(一)接力器的選擇,1．導(dǎo)葉接力器的選擇,2．轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片接力器的計算,通常主配壓閥的直徑與通向主接力器的油管直徑是相等的。通過主配壓閥油管的流量為：,(二)主配壓閥直徑的選擇,則油管直徑(即主配壓閥直徑)為：,大型調(diào)速器是以主配壓閥的直徑為表征而組成系列，因此在按(5-15)式計算出主配壓閥直徑d后，便可在表5-1中選擇調(diào)速器型號。,(三)油壓裝置的選擇,油壓裝置的

14、工作容量是以壓力油罐的總?cè)莘e為表征的，選擇時首先按下列經(jīng)驗公式計算出壓力油罐的總?cè)莘e ：,對混流式水輪機,對轉(zhuǎn)槳式水輪機,HL240型方案調(diào)速設(shè)備的選擇,(一)調(diào)速功的計算,屬大型調(diào)速器，則接力器、調(diào)速柜和油壓裝應(yīng)分別進行計算和選擇。,(二)接力器的選擇,1．接力器直徑的計算,采用兩個接力器來操作水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)，選用額定油壓為2.5MPa，則每個接力器的直徑dS可由(5—6)式求得：,已知導(dǎo)葉數(shù)目Z。：24，為標(biāo)準(zhǔn)正曲率導(dǎo)