調(diào)速器技術(shù)培訓(xùn)

1、技術(shù)培訓(xùn)教材(微機(jī)調(diào)速器)第一節(jié) 原理及作用1、 水輪機(jī)調(diào)速器的任務(wù)水輪發(fā)電機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械裝置，水輪機(jī)調(diào)速器是控制水輪發(fā)電機(jī)組在各種工況下，安全運(yùn)行的控制設(shè)備之一，它的任務(wù)是：控制水輪發(fā)電機(jī)組自動開機(jī)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)整、機(jī)組各種運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換、機(jī)組或電力系統(tǒng)故障時(shí)緊急停機(jī)。必要時(shí)還可以通過調(diào)速器的手動方式操作機(jī)組運(yùn)行。對轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)調(diào)速器，還有維持機(jī)組在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)的任務(wù)。調(diào)速器在作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和負(fù)荷調(diào)整時(shí)，其任務(wù)的實(shí)質(zhì)是維持進(jìn)入水輪機(jī)的能量和發(fā)電機(jī)組輸出的電能之間的平衡。2、調(diào)速器維持發(fā)電機(jī)組輸入和輸出能量平衡途徑 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速部份，是一個(gè)圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的剛體，機(jī)

2、組轉(zhuǎn)速的運(yùn)動規(guī)律可由下述方程描述： dJ=Mt-Mg dtJ機(jī)組的轉(zhuǎn)動部份轉(zhuǎn)動慣量機(jī)組的角速度， 機(jī)組的角速度，= 30Mt水輪發(fā)電機(jī)的動力矩Mg發(fā)電機(jī)組的阻力矩Mg發(fā)電機(jī)阻力矩包括電負(fù)荷產(chǎn)生阻力矩，與發(fā)電機(jī)輸出電流、電壓成比例，軸摩擦力、空氣阻力及機(jī)組損耗產(chǎn)生的阻力。Mt是水輪機(jī)的動力矩，由水流對水輪機(jī)葉片的作用力形成。水輪機(jī)出力的經(jīng)典計(jì)算公式：N=Mt9.81QH因此： N 9.81QH Mt= 式中：Q水輪機(jī)的流量m3/sH水頭m水輪機(jī)效率從式可知當(dāng)MgMt時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速就會發(fā)生改變。不是加速就是減速。只有MgMt時(shí)，機(jī)組才能維持勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。Mg是發(fā)電機(jī)阻力矩，主要來自系統(tǒng)的電力負(fù)荷，

3、它是一個(gè)隨時(shí)在改變的量，從（2）可知，水頭H，是不能隨便改變的，維持Mg=Mt的平衡，只有調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)的流量Q。因此在水輪機(jī)中，設(shè)置有便于控制的導(dǎo)水葉（或噴針機(jī)構(gòu)），調(diào)整導(dǎo)水時(shí)的開度，就改變進(jìn)入水輪機(jī)的流量，改變了動力矩，維持能量平衡，從而使機(jī)組持速保持在規(guī)定的范圍里。應(yīng)該指出，在轉(zhuǎn)漿式的貫流式水輪機(jī)中，漿葉（輪葉）角度變化不是用來調(diào)節(jié)流量，而是用來改變機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換效率的，適當(dāng)?shù)妮喨~角度能保證在相應(yīng)水頭和負(fù)荷時(shí)，機(jī)組由相對較高的效率。3、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成水輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)由被控系統(tǒng)和水輪機(jī)調(diào)速器兩大部分組成，如圖（1），被控系統(tǒng)由壓力過水系統(tǒng)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力負(fù)荷組成。調(diào)速器一般由轉(zhuǎn)

4、速（和頻率）測量機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成。 水輪發(fā)電機(jī)組壓力引水系統(tǒng)電力網(wǎng)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 頻率(轉(zhuǎn)速)測 量調(diào)節(jié)決策執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控系統(tǒng)調(diào)速器 水輪機(jī)調(diào)速器4、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)典型的自動控制系統(tǒng)，它除了一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的共性外，還有如下特點(diǎn)：其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制的是巨大的水流，所需的操作力十分巨大，而控制導(dǎo)水葉開啟和關(guān)閉的速度又相對快，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作功率較一般工業(yè)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率大。所以，一般采用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。只有在小型水輪機(jī)控制中，用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。上世紀(jì)八十年代，我們將300/600公斤一米的小型調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用作于冶金、化工自動控制系統(tǒng)中的大

5、型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。水輪機(jī)壓力過水系統(tǒng)存在著水流慣性，調(diào)節(jié)水體流量時(shí)會發(fā)生水錘和水壓變化，這種水壓變化對轉(zhuǎn)色的影響，正好與調(diào)節(jié)作用相反。對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來不利的影響。引水管道水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw由下式表達(dá) Q L LVTw= =GHr A gHA每段過水管道的匯積（m2）V相應(yīng)每段水管中的流速（m/s）L每段水管的長度（m）g重力加速的（m/s2）Tw水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw的物理概念是：在額定水頭Hr作用下，過水流量Q由O加大到額定值所需時(shí)間。Tw越大，對系統(tǒng)穩(wěn)定越不利，在典型值約1.02.2秒，范圍在0.55秒。水輪發(fā)電機(jī)組存在著機(jī)械慣性，可用機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta來表述：Jr GD2 .r2 Ta=

6、 Mr 3580 Pr式中：Jr額定轉(zhuǎn)色時(shí)機(jī)組的慣性矩Kg/m2）Mr機(jī)組額定轉(zhuǎn)矩（Nm）GD2機(jī)組水輪力矩(KNm2)r機(jī)組額定轉(zhuǎn)色（r/min）Pr機(jī)組額定功率（Kw）Ta機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)（s）導(dǎo)水葉關(guān)閉速度和規(guī)律有嚴(yán)格限制導(dǎo)水葉是控制進(jìn)入水輪機(jī)能量的機(jī)構(gòu)。水輪發(fā)電機(jī)組輸出的電能是隨機(jī)變化的，而且變化較快。為了維持輸入量能與輸出電能平衡，導(dǎo)葉開啟和關(guān)閉本應(yīng)該快速。但是，由于導(dǎo)葉快速關(guān)閉會產(chǎn)生過高的水壓上升，會導(dǎo)致壓力鋼管破裂，危機(jī)電站安全。過快開啟導(dǎo)水葉會在引水管的某些部分產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致引水管損壞，所以在調(diào)速器中必須設(shè)置導(dǎo)水葉關(guān)閉和開啟速度的調(diào)整機(jī)構(gòu)，而且，調(diào)速系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，首先要將導(dǎo)水

7、葉關(guān)閉速度按調(diào)節(jié)保證計(jì)算提供的數(shù)據(jù)調(diào)整好！導(dǎo)水葉關(guān)閉速度過慢時(shí)，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定不利。甩負(fù)荷時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)水葉關(guān)閉過慢，不能迅速減少進(jìn)入水輪機(jī)的能量，而使水輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高過快，轉(zhuǎn)速過高。通過調(diào)節(jié)保證計(jì)算，找個(gè)恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)水葉關(guān)閉時(shí)間（或速度），保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速上升和引水管的壓力上升值都在允許的范圍里。有時(shí)，還需要將導(dǎo)水葉關(guān)閉速度分成兩段，才能使轉(zhuǎn)速上升值和壓力上升值滿足要求。一般對導(dǎo)水葉開啟速度沒有提出明確的要求，但一般都遵循與導(dǎo)水葉關(guān)閉速度大致相等的原則。對轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)和貫流式水輪機(jī)，漿葉（和輪葉）的關(guān)閉速度，一般都調(diào)整為導(dǎo)水葉關(guān)閉速度的46倍，甚至更高。漿葉運(yùn)動速度慢，將對導(dǎo)葉調(diào)整干擾小，可以將導(dǎo)葉調(diào)節(jié)

8、系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)單調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)處理。1-2、水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從圖（1）可知，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由被調(diào)節(jié)系統(tǒng)和調(diào)速器構(gòu)成，它是一個(gè)典型的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為了保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定和有較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，調(diào)速器必須準(zhǔn)確地測量機(jī)組轉(zhuǎn)速（和機(jī)組頻率）偏差，并按偏差地大小和方向產(chǎn)生調(diào)節(jié)動作，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)區(qū)改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)地開始，調(diào)整進(jìn)入水輪機(jī)地流量，達(dá)到使轉(zhuǎn)速偏差迅速消除的目的。轉(zhuǎn)速偏差消除了，即系統(tǒng)的輸入和輸出能量達(dá)到了新的平衡。因此，水輪機(jī)調(diào)速的必須由三大部分構(gòu)成，即轉(zhuǎn)速測量部分，調(diào)節(jié)器部分（即產(chǎn)生調(diào)節(jié)動作的機(jī)構(gòu)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1、電氣液壓調(diào)速器原理及系統(tǒng)框圖在我國上世紀(jì)60-80年代，廣泛采用的電氣液

9、壓調(diào)速器，大多是在機(jī)械液壓調(diào)速器原理框圖的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。用電氣測速（或測頻）回路代替機(jī)械飛擺，用電氣微分回路代替緩沖裝置，用位移傳感器輸出信號作接力器位移反饋。測速電氣信號和反饋電氣信號由放大器比較再經(jīng)放大后，電氣信號經(jīng)電液轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，控制引導(dǎo)閥。主配壓閥和主接力器，原理框圖如圖所示引導(dǎo)閥主配壓閥電氣測頻回路放大器電液轉(zhuǎn)換器輔助接力器主接力器Kf111+TyS11+TyIS11+TSY Ubp位移傳感器Ks緩沖回路btTdS1+TdS這類電氣液壓調(diào)速器同屬緩沖式調(diào)速器，其工作原理類似。只是用電氣的方法測量機(jī)組轉(zhuǎn)速（或頻率），用微分電路作軟反饋，同樣是用反饋的辦法形成比例加積分調(diào)節(jié)規(guī)律。調(diào)速

10、器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是主配壓閥和主接力器。與機(jī)械液壓調(diào)速器一樣，調(diào)節(jié)規(guī)律不準(zhǔn)確，當(dāng)（1/Ty）較大和bt較強(qiáng)時(shí)，反饋環(huán)路會產(chǎn)生自激振蕩，只是電氣液壓調(diào)速器中的信號而不是機(jī)械位移，機(jī)構(gòu)向?qū)梢攒骰?，調(diào)整比較方便。2、微機(jī)電液調(diào)速器或數(shù)字式電液調(diào)速器原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代微機(jī)電液調(diào)速器與電氣液壓、調(diào)速器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別，微機(jī)電液調(diào)速器也有三部分，即頻率測量，調(diào)節(jié)規(guī)律形成和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般頻率測量和調(diào)節(jié)規(guī)律形成由微型計(jì)算機(jī)或可編程控制器完成。將這部稱電氣調(diào)節(jié)器或微機(jī)調(diào)節(jié)器。測量頻率和頻差一般用脈沖計(jì)數(shù)的方法，信號均為數(shù)字量，因此，形成比例加積分的調(diào)節(jié)規(guī)律，都是直接對頻差信號進(jìn)比例和積分運(yùn)算獲得。作為微機(jī)

11、調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都是電液隨動系統(tǒng)。目前我公司的微機(jī)調(diào)速器有一級電液隨動系統(tǒng)和二級隨動系統(tǒng)兩件：1）電子調(diào)節(jié)器電液隨動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)框圖如圖所示PID運(yùn)算測頻機(jī)頻機(jī)械液壓系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)換綜合放大器網(wǎng)頻PIDVy YU控制器 + -指令信號 Vs位移傳感器 電子調(diào)節(jié)器 電液隨動系統(tǒng)這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)速器由電子微機(jī)調(diào)節(jié)器和電液隨動系統(tǒng)兩大部分組成。其主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，轉(zhuǎn)速死區(qū)ix小，其計(jì)算公式為：ixbp*iabp為調(diào)速器的永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，檢驗(yàn)ix時(shí)一般bp6ix為電液隨動系統(tǒng)的不準(zhǔn)確度，一般容易做到0.30.5所以這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)速器正常情況下ix一般可以大0.020.03的水平。由于采用微機(jī)

12、進(jìn)行PID運(yùn)算，其調(diào)節(jié)規(guī)律十分準(zhǔn)確。加之電液隨動系統(tǒng)導(dǎo)葉位置反饋采用電氣反饋，可以不設(shè)置機(jī)械反饋，因此調(diào)速器在電站布置靈活、方便，尤其是大型機(jī)組的調(diào)速器和一些不便于安裝機(jī)械反饋的特殊調(diào)速器，適合采用這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。近期出現(xiàn)的“四無”型微機(jī)調(diào)速器就屬于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在這種調(diào)速器中，電液隨動系統(tǒng)，采用了滾珠螺旋絲桿自動復(fù)中裝置和工作在位控方式的交流伺服電機(jī)構(gòu)成的無油“電液轉(zhuǎn)換器”。其動態(tài)和靜態(tài)特性比環(huán)噴式電液轉(zhuǎn)換器更好。2）電子調(diào)節(jié)器電機(jī)伺服裝置機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)框圖如圖所示。傳動機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)驅(qū)動電路PID運(yùn)算測頻機(jī)頻機(jī)械液壓系統(tǒng)網(wǎng)頻Vy SY YUU控制器 + _ + _ 指令信號

13、 Vs位移傳感器電子調(diào)節(jié)器 電機(jī)伺服裝置 機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)速器一般由三大部分組成，即電子（微機(jī)）調(diào)節(jié)器、由電機(jī)組成位置伺服裝置和機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微機(jī)調(diào)速器多為用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)控制。最大特點(diǎn)是由電機(jī)組成的位置伺服裝置作為電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換部件，提高了調(diào)速器的可靠性，由于這類系統(tǒng)固有的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)無條件、無擾動的自動至手動運(yùn)行切換。調(diào)速器的機(jī)械液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)ix一般可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，其計(jì)算公式為：ixbp*（iaj+ iac）bp調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)檢驗(yàn)時(shí)bp6iaj為機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)的不準(zhǔn)確度，一般可做0.5%左右，但難達(dá)到電

14、液隨動系統(tǒng)的水平。iac為電機(jī)伺服裝置的死區(qū)或不準(zhǔn)確度。一般情況下iac iaj，可以忽略不計(jì)。由此可以看到這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)ix不可能做到很小，但都能滿足國家調(diào)速器標(biāo)準(zhǔn)的要求。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微機(jī)調(diào)速器，與具有中間接力器的調(diào)速器一樣，最大的弊病是機(jī)械隨動系統(tǒng)導(dǎo)葉位置必需采用機(jī)械反饋。當(dāng)反饋鏈長，傳遞路徑曲折時(shí)，不宜采用這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微機(jī)調(diào)速器。如果采用這類微機(jī)調(diào)速器，一般應(yīng)將其布置在水輪機(jī)層靠近接力器的地方，以縮短機(jī)械反饋鏈?！白秸{(diào)速器”都是布置在接力器附近，這種布置方式方便、合理，是一種值得推薦的方式，國外比較流星，國內(nèi)應(yīng)該提倡和推廣這種調(diào)速器的布置方式。應(yīng)該提出，隨著計(jì)數(shù)的進(jìn)

15、步，不論是微機(jī)調(diào)節(jié)器，還是電液隨動系統(tǒng)都有很多新的設(shè)計(jì)和新品種出現(xiàn)，我公司設(shè)計(jì)YWT-G系列高油壓可編程水輪機(jī)就是其中一種，其系列框圖如圖（）所示。其特點(diǎn)是采用了開關(guān)電磁閥作電氣/液壓轉(zhuǎn)換部件，和采用了較高控制油壓調(diào)速器的電液隨動系統(tǒng)，可以用液壓標(biāo)準(zhǔn)部件集成。使水輪機(jī)調(diào)速器產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化。提高了調(diào)速器可靠性并降低了生產(chǎn)成本。泵組皮囊式蓄能器 PID Y可編程PID調(diào)節(jié)器油 缸數(shù)字閥PWM機(jī)頻 U 網(wǎng)頻 + -警急停機(jī)電磁閥 YFB 操作指令A(yù)/D位移傳感器（電子調(diào)節(jié)器）可編程調(diào)節(jié)器電液隨動系統(tǒng)1- 3水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)參數(shù)1、經(jīng)典自動控制理論是研究用被控制量的反饋信息來源來修

16、正系統(tǒng)行為，使之穩(wěn)定地、快速地、準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。當(dāng)測量到反饋量與目標(biāo)值的偏差X以后，在經(jīng)典控制理論中調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)按偏差的比例（P），積（I）、微分（D）規(guī)律對被調(diào)量進(jìn)行控制，或者是這些規(guī)律的組合進(jìn)行控制。例如，比例加積分控制，即PI控制；比例加微分控制，即PD控制。PID控制器輸出的表達(dá)式為： XY=KPX+KIXdt+KD TY調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置，在水輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)中為導(dǎo)水葉開度X機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）與整定轉(zhuǎn)速的偏差相對值KP、KI、KD分別為比例項(xiàng)，積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的增益。圖（8）是PID調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。這種控制規(guī)律是在早期生產(chǎn)實(shí)際和理論研究中形成的，也是人工控制的經(jīng)念總結(jié)XTXX比例控制的作

17、用能快速消除偏差，使被調(diào)量盡快達(dá)到定值積分控制，它是一種隨著時(shí)間逐漸增大控制作用的控制方式，當(dāng)當(dāng)常數(shù)時(shí)，YI=KIt只要偏差存在控制值YI就不斷增大，直到偏差消除，它的作用是消除靜差作用比較緩慢能使調(diào)節(jié)平穩(wěn)微分控制是一種有見性的控制或提前作用的控制/T這項(xiàng)偏差變化的速度，偏差變化越快，這項(xiàng)的調(diào)節(jié)量作用變越強(qiáng)即使偏差很小，只要偏差變化快，微分控制作用也很強(qiáng)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有很強(qiáng)的抑制系統(tǒng)振蕩作用，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般干擾信號變化快，微分調(diào)節(jié)會增強(qiáng)干擾信號，所以當(dāng)機(jī)組并入電網(wǎng)后，都變切除微分項(xiàng)在經(jīng)典的控制中，調(diào)節(jié)參數(shù)，KP、KI、KD對調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)行為有很大的影響選擇和整定這些參數(shù)是水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)中

18、的重要一環(huán)尤其是當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，這些調(diào)節(jié)參數(shù)的整定值必須相應(yīng)調(diào)整由于微型計(jì)算機(jī)具有邏輯判斷能力，現(xiàn)代微機(jī)它能判斷機(jī)組運(yùn)行工況，調(diào)節(jié)器一般采用適應(yīng)式調(diào)節(jié)，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)微機(jī)調(diào)速器會自動改變（存儲在計(jì)算機(jī)中的）調(diào)節(jié)參數(shù)值和控制規(guī)律的組合（或） 目前水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都采用經(jīng)典的控制規(guī)律，在模擬式電液調(diào)速器中的調(diào)節(jié)器，一般用模擬運(yùn)算電路分別實(shí)現(xiàn)比例運(yùn)算（即放大器）積分運(yùn)算（積分電路）和微分運(yùn)算（即微分運(yùn)算）然后把三項(xiàng)并聯(lián)相加起來，這種調(diào)節(jié)器稱為并聯(lián) 在電動單元組合儀表的調(diào)節(jié)器中，用幾個(gè)運(yùn)算環(huán)節(jié)相串聯(lián)形成運(yùn)算，在水輪機(jī)調(diào)節(jié)中常稱為串聯(lián)在微機(jī)調(diào)速器中，計(jì)算機(jī)直接對離散信號進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)

19、算，調(diào)節(jié)規(guī)律是計(jì)算機(jī)的程序決定，當(dāng)然不再存在著串聯(lián)和并聯(lián)之分在現(xiàn)代水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器中，也不是任何進(jìn)修都采用比例加積分加微分（）調(diào)節(jié)規(guī)律一般情況下，在空載工況和帶孤立負(fù)荷運(yùn)行時(shí)多采用調(diào)節(jié)規(guī)律并入小電網(wǎng)在開度模式和功率模式下一般用調(diào)節(jié)規(guī)律采用調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)令微分項(xiàng)的系數(shù)KD=0或TN=0 KP比例運(yùn)算 KPXX KI KIXdt +積分運(yùn)算 U YPID X + KD KD +微分運(yùn)算 T水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)參數(shù)與現(xiàn)代微機(jī)調(diào)速器一般都采用經(jīng)典的調(diào)節(jié)規(guī)律，其調(diào)節(jié)參數(shù)主要有：KP比例增益，無量綱KI積分增益，量綱為KD微分增益，量綱為我國調(diào)速器標(biāo)準(zhǔn)中要求這三項(xiàng)調(diào)節(jié)參數(shù)的按下列范圍設(shè)置：KP: 0.520KI

20、: 0.05）KD: 而對緩沖式調(diào)速器規(guī)范中要求調(diào)節(jié)參數(shù)按下列范圍設(shè)置暫態(tài)轉(zhuǎn)差率bt緩沖時(shí)間常數(shù)Td加速時(shí)間常數(shù)T緩沖式調(diào)速器和電子調(diào)節(jié)器加電液隨動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)速器都可以是調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)速器，它們調(diào)節(jié)參數(shù)定義和物理意義不相同但是存在著如下關(guān)系： Td+T 1 TKP= ; KI= ; KD= btTd btTd bt水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律及永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組大部時(shí)間是并入電網(wǎng)運(yùn)行，向電網(wǎng)送出電能現(xiàn)在電網(wǎng)容量較一臺發(fā)電機(jī)組的容量大很多，并入電網(wǎng)以后，機(jī)組導(dǎo)葉開度的變化，只能改變自身的出力，對電網(wǎng)頻率的影響很小，此時(shí)，機(jī)組被電網(wǎng)拖入同步運(yùn)轉(zhuǎn)這時(shí)的調(diào)速器應(yīng)按什么調(diào)節(jié)規(guī)律控制

21、機(jī)組呢？并入電網(wǎng)以后調(diào)速器的不再需要按或規(guī)律調(diào)節(jié)機(jī)組并入電網(wǎng)以后，就成為了該電網(wǎng)中輸送電能的成員之一，它的任務(wù)是按電網(wǎng)頻率的變化增加或減少機(jī)組的出力電網(wǎng)要求并入電網(wǎng)的機(jī)組必須按所要求的永態(tài)轉(zhuǎn)差率運(yùn)行，這時(shí)，調(diào)速器是按有差規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)其靜態(tài)特性曲線如圖（）所示 X 0%1.0 5%0.950.94 6%50% 100% Y 并入電網(wǎng)后，調(diào)速器輸入輸出關(guān)系表述如下： 1Y=- bp調(diào)速器的接力器開度機(jī)組相對轉(zhuǎn)速bp永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)定義為：用相對量表示的調(diào)速器靜態(tài)特性曲線率的負(fù)數(shù) bp=- Y調(diào)速器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)應(yīng)能在自零至最大值范圍內(nèi)整定，最大值不小于，零刻度不能為負(fù)值只有按

22、有差調(diào)節(jié)的調(diào)速器，才能使并入電網(wǎng)的機(jī)組自動分配負(fù)荷，按無差調(diào)整定的調(diào)速器，當(dāng)機(jī)組并入電網(wǎng)以后，無法穩(wěn)定運(yùn)行值整定不同的調(diào)速器，使機(jī)組在電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)，所承擔(dān)負(fù)荷也不相同值小機(jī)組當(dāng)電網(wǎng)頻率下降時(shí)，所增加的負(fù)荷就大一般在電網(wǎng)中承擔(dān)有調(diào)頻任務(wù)的機(jī)組的調(diào)速器整定較小貫流式機(jī)組一般帶基荷運(yùn)行，它的調(diào)速器的值整定較大，例如或更大一般在系統(tǒng)中容量相對小的機(jī)組，值設(shè)置也比較大第二節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置電氣控制系統(tǒng) .1簡述 電氣部分采用高性能PLC可編程控制器作為硬件主體，裝置可靠性高，平均無故障時(shí)間 MTBF 18000 小時(shí)。以彩色觸摸式圖形操作終端為人機(jī)界面，人機(jī)交互友好；利用 PLC 的高速計(jì)數(shù)和中斷功

23、能由 PLC 實(shí)現(xiàn)測頻，外圍電路簡單，可靠性高；用 PWM 算法實(shí)現(xiàn)對機(jī)械液壓部分電磁閥的控制，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速器的全數(shù)字控制。322微機(jī)(1) 調(diào)速器應(yīng)采用高品質(zhì)可編程控制器PLC。調(diào)速器電氣裝置具有足夠的抗電磁干擾能力。調(diào)節(jié)器的測頻回路應(yīng)采用高速計(jì)數(shù)測量方式。(2) 調(diào)速器CPU字長32位。(3) 可編程控制器質(zhì)量可靠，可編程控制器及其接口平均無故障時(shí)間不小于50000h。(4) 具有足夠的模擬量輸入輸出接口通道數(shù)，以滿足采樣、控制、顯示的需要；(5) 有足夠的開關(guān)量輸人輸出接口通道數(shù)以滿足狀態(tài)監(jiān)視、控制、信號和報(bào)警的需要；(6) 調(diào)節(jié)器有通信接口以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；(7) 調(diào)速

24、器工作電源由廠用交流電源和廠內(nèi)直流電源供給，互為備用，裝置的電源電壓偏差范圍（AC220V士15%，DC220V -20%+10%）內(nèi)正常工作。主、備電源能自動切換，電源切換時(shí)電壓波動不影響可編程控制器正常運(yùn)行，并輸出切換信號，在電源消失后自動報(bào)警并自動保存存貯器內(nèi)的內(nèi)容。(8) 通信接口：調(diào)速器按電站監(jiān)控系統(tǒng)要求，設(shè)置I/O接口及RS232/RS485串行通信接口、CAN總線接口。調(diào)速器還帶有與打印機(jī)及便攜式計(jì)算機(jī)的接口設(shè)備。(9) 調(diào)速器設(shè)置英寸的彩色觸摸屏，具有在線參數(shù)顯示、設(shè)定及修改功能。(10) 帶有時(shí)鐘同步功能。33液壓伺服機(jī)構(gòu)(1) 電液轉(zhuǎn)換裝置采用標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件數(shù)字閥，該裝置有

25、很強(qiáng)的抗污能力，并在濾油精度為100m時(shí)，調(diào)速器仍能正常工作。電液轉(zhuǎn)換器直接驅(qū)動接力器。(2) 液壓伺服機(jī)構(gòu)各部件之間的機(jī)械為板式連接，整個(gè)電液系統(tǒng)直接安裝在接力器上,過濾器可靠，濾網(wǎng)能方便地更換、清掃。見下圖在電液調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)參數(shù)、指令信號及輸入信號不變的條件下，油壓在正常工作范圍內(nèi)變化時(shí)，所引起的主接力器位移不得大于全行程的0.5%。(3) 調(diào)速器采用刮片雙濾油器。(4) 緊急停機(jī)電磁閥采用抗油污能力強(qiáng)的球閥控制。34測速裝置調(diào)速器采用可編程測頻，主用殘壓測頻，轉(zhuǎn)速信號取自發(fā)電機(jī)端PT，其額定值為交流100V電壓信號。齒盤測速作備用，調(diào)速器采用雙探頭測速。其測頻模塊見下35回復(fù)機(jī)構(gòu)調(diào)速器

26、采用電氣回復(fù)機(jī)構(gòu)。36控制裝置的儀表隨調(diào)速器提供的控制裝置和儀表，安裝在相應(yīng)柜子儀表盤的上面或里面，安裝在柜面上的控制裝置和儀表便于觀測且對稱地排列。所有的儀表，控制裝置，其尺寸和外觀相互協(xié)調(diào)，完整地用導(dǎo)線與附近的端子接線板連接。a.柜上的控制裝置和儀表：(1) 調(diào)速器油壓表；(2) 導(dǎo)水葉開度限制和導(dǎo)水葉位置指示器；(3) 導(dǎo)水葉開度限位增減器（手動）；(4) 事故停機(jī)按鈕；(5) 接力器鎖定位置指示燈，接力器鎖定投、拔按鈕；(6) 轉(zhuǎn)速指示器，刻度0240額定轉(zhuǎn)速；(7) 電源電壓表；(8) 手動自動狀態(tài)指示燈；(9) 其它必要的表計(jì)。c.電氣柜上的控制裝置和儀表：見下圖(1) 轉(zhuǎn)速指示器

27、，刻度 0240 額定轉(zhuǎn)速；(2) 頻率表；(3) 導(dǎo)水葉位置、開度限制指示表，雙針指示型；(4) 調(diào)速系統(tǒng)故障指示燈；(5) 永態(tài)轉(zhuǎn)差率指示器；(6) 發(fā)電機(jī)有功功率表，刻度0150額定功率；(7) “自動手動”方式選擇開關(guān)，手動、自動狀態(tài)指示燈；(8) 電源電壓表，電源指示燈；(9) 其它必要的表計(jì)。37接線與端子371調(diào)速器電氣柜和機(jī)械柜原理接線及端子接線圖我公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，包括機(jī)械柜與電氣柜之間的電纜。兩個(gè)柜對外設(shè)備的聯(lián)接端子都標(biāo)明用途、走向、電壓等級等。電氣柜底部（外殼上）留有電纜入口，電纜安裝完畢后可封底。372調(diào)速設(shè)備元件在環(huán)境溫度040，相對濕度90的條件下能長期可靠運(yùn)行，空氣開

28、關(guān)及接觸器選用合資廠產(chǎn)品。373所有盤柜端子數(shù)量應(yīng)留有足夠的余量。374所有插入式電子元件和印刷電路板的結(jié)構(gòu)和尺寸符合國標(biāo)的規(guī)定。375管道及閥門a調(diào)速設(shè)備（包括機(jī)械液壓柜、油壓裝置、接力器、漏油箱）之間的管道、閥門、管件均由我公司供給。所有4.0MPa及以上閥門采用進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)閥門。b管道采用不銹鋼無縫管，管道與管件用法蘭連接，管道、管件、閥門的壓力滿足調(diào)速器工作要求。39、導(dǎo)葉位移傳感器: 導(dǎo)葉位移傳感器采用直線式滑動電位器,電位器接線圖如圖+15V15V-GND反饋信號baW1：與鋼卷尺連動的可變電位器，調(diào)整零點(diǎn)。W2：調(diào)整滿度用第三節(jié) 技術(shù)性能主要性能指標(biāo):電氣部分主要技術(shù)性能頻率(轉(zhuǎn)速)測量：機(jī)組頻率信號: 取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器信號電壓正常工作范圍:(0.3130)V正常測頻范圍:(5100)HZ測頻精度:0.002HZ電網(wǎng)頻率信號: 取自電網(wǎng)母線電壓互感器信號電壓正常工作范圍:(0.3130)V正常測頻范圍:(4555)HZ測頻精度:0.002HZ導(dǎo)葉位置反饋信號: 微機(jī)調(diào)節(jié)器提供電壓:+15V導(dǎo)葉位置反饋電壓: 導(dǎo)葉開度0100%對應(yīng)于(+0.510)V調(diào)節(jié)修定值: 頻率給定