調(diào)速器工作原理及試驗(yàn)方法

1、【發(fā)電公司第三期運(yùn)維培訓(xùn)（2014年度）】主講：楊 平u主要內(nèi)容主要內(nèi)容 水輪機(jī)調(diào)節(jié)概述 調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)的影響 調(diào)速器PID調(diào)節(jié)的基本原理 調(diào)速器的試驗(yàn) 趕場調(diào)速器實(shí)例講解 調(diào)速器的運(yùn)行維護(hù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)概述水輪機(jī)調(diào)節(jié)概述水庫引水管道導(dǎo)水機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)輪發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)調(diào)速器發(fā)電機(jī)供是頻率ffg+水力發(fā)電過程水力發(fā)電過程 水輪發(fā)電機(jī)組把水能變成電能供用戶使用，用戶除要求供電安全可靠外，還要求電能的頻率及電壓保持在額定值附近的某一范圍內(nèi)。因此，必須根據(jù)負(fù)荷的變化不斷調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的有功功率輸出，以維持機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)在規(guī)定的范圍內(nèi)。這一功能就要依靠水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成。 水輪機(jī)

2、調(diào)節(jié)的任務(wù)：水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)： 1、隨外界負(fù)荷的變化，迅速改變機(jī)組的出力 2、保持機(jī)組轉(zhuǎn)速和頻率變化在規(guī)定范圍內(nèi)。最大偏差不超0.5Hz，大電力系統(tǒng)不超過0.2Hz。 3、啟動(dòng)、停機(jī)、增減負(fù)荷，對(duì)并入電網(wǎng)的機(jī)組進(jìn)行成組調(diào)節(jié)(負(fù)荷分配)。以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行。水輪機(jī)調(diào)節(jié)原理水輪機(jī)調(diào)節(jié)原理 水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)連成的一個(gè)整體，稱之為水輪發(fā)電機(jī)組。我們可以把機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分看成一個(gè)圍繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體，根據(jù)理論力學(xué)可以得出機(jī)組運(yùn)動(dòng)方程式：機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程 由此方程可見：當(dāng)Mt- Mg0時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升； 當(dāng)Mt- Mg0時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降； 當(dāng)Mt- Mg=0時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速保持不變。 所以當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)Mt，使

3、Mt=Mg，n=ne QHPMt81. 9所以，要使=C，一般不能改變H和效率，而是通過改變Q而達(dá)到改變主動(dòng)力矩Mt的目的。 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量Q的途徑：的途徑： 反擊式：通過改變導(dǎo)葉開度a0，ZZ：同時(shí)改變槳葉片轉(zhuǎn)角。 沖擊式：通過改變噴嘴開度。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的定義：水輪機(jī)調(diào)節(jié)的定義： 隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷變化，水輪機(jī)相應(yīng)地改變導(dǎo)葉開度(或針閥行程)，使水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速維持在某一預(yù)定值，或按某一預(yù)定的規(guī)律變化，這一過程稱為水輪機(jī)調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 水輪機(jī)調(diào)節(jié)所用的調(diào)節(jié)裝置稱為水輪機(jī)調(diào)速器。 水輪機(jī)+導(dǎo)水機(jī)構(gòu)+調(diào)速器水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)速器主要有以下幾個(gè)部分組成：調(diào)速器主要有以下幾

4、個(gè)部分組成： 測量元件：測量機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差，并把偏差信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘?hào)，然后輸出。 綜合元件：將測頻、反饋來的信號(hào)綜合，輸送給放大元件 放大元件：(引導(dǎo)閥+輔助接力器、主配閥+主接力器，二級(jí)放大)：位移變化油壓變化。 執(zhí)行元件：主接力器，控制導(dǎo)葉開度，改變流量 反饋元件：緩沖器和杠桿機(jī)構(gòu)，用于保證調(diào)節(jié)的適度性和穩(wěn)定性。調(diào)速器手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種：調(diào)速器手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種： 手動(dòng)調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)機(jī)組電力系統(tǒng)頻率表運(yùn)行人員機(jī)械傳動(dòng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)機(jī)組電力系統(tǒng)測量元件放大元件執(zhí)行元件 自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定反饋元件水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由水輪機(jī)調(diào)速器和調(diào)節(jié)對(duì)象(

5、包括引水系統(tǒng)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及負(fù)載)共同組成。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)與其他原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比有以下特點(diǎn):水輪機(jī)調(diào)節(jié)裝置必須具備有足夠大的調(diào)節(jié)功;有些水輪機(jī)還具有雙重調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而增加了調(diào)速器的復(fù)雜性。調(diào)速器具有多種功能。水擊的反調(diào)效應(yīng)不僅不利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且嚴(yán)重惡化了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì) 。對(duì)調(diào)速器的基本要求對(duì)調(diào)速器的基本要求 為了保證水輪發(fā)電機(jī)組安全、可靠運(yùn)行，改善電能品質(zhì)，水輪機(jī)調(diào)速器還應(yīng)滿足以下基本要求： 在負(fù)載發(fā)生變化后，調(diào)速器應(yīng)能很快反應(yīng)，及時(shí)動(dòng)作，并在盡可能短的時(shí)間內(nèi)使機(jī)組重新穩(wěn)定。調(diào)節(jié)過程中機(jī)組轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)發(fā)生波動(dòng)是必然的，但是，波動(dòng)的次數(shù)要少，幅度要小。調(diào)速器對(duì)導(dǎo)葉開度的控制應(yīng)當(dāng)

6、準(zhǔn)確。要與負(fù)載變化的要求一致。調(diào)速器的分類調(diào)速器的分類 1、按調(diào)速器元件結(jié)構(gòu)分： 機(jī)械液壓(機(jī)調(diào))和電氣液壓(電調(diào)) 電調(diào)優(yōu)越性：調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，靈敏度和精確度高，成本低，便于安裝調(diào)整。 電氣液壓：用電氣回路代替機(jī)調(diào)中的機(jī)械元件。 2、按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)分：單調(diào)、雙調(diào)。 單調(diào)：一個(gè)導(dǎo)葉起閉機(jī)構(gòu)，如混流和軸流定漿機(jī)組 雙調(diào)：有兩個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(導(dǎo)葉開度，葉片轉(zhuǎn)置角)， ZZ、CJ（針閥、折流板轉(zhuǎn)動(dòng)） 3、按大?。ㄈ萘浚?大型：活塞直徑80mm以上 中型：操作功10000Nm30000Nm 小型：操作功小于10000nm，特?。盒∮?000Nm 調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)

7、態(tài)品質(zhì)的影響統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)的影響水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta負(fù)載慣性時(shí)間常數(shù)Tb機(jī)組綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)en暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bt緩沖時(shí)間常數(shù)Td加速時(shí)間常數(shù)Tn局部反饋強(qiáng)度b永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp接力器反映時(shí)間Ty典型PLC水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器結(jié)構(gòu) 圖中由左至右的控制信息的傳遞通道，是任何一種結(jié)構(gòu)的調(diào)速器必須具備的主通道，包括通道u/N、通道y1和通道Y。 通道u/N是微機(jī)(PLC)調(diào)節(jié)器的輸出通道，它的輸出可以是電氣量u，也可以是數(shù)字量N 。 u/N信號(hào)送到電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置作為其輸入信號(hào)。 通道y1是電機(jī)轉(zhuǎn)換裝置的前向輸出通道，它輸出的主要是機(jī)械位移，也可以是液壓信號(hào)，是機(jī)械液壓系統(tǒng)的輸入控制信號(hào)

8、。 通道Y是機(jī)械液壓系統(tǒng)的輸出通道，它輸出的是接力器的位移，也是調(diào)速器的輸出信號(hào)。 與前向通道信息傳遞方向相反的通道，反饋通道有2-1, 3-1. 2-2, 3-2和3-3。例如，反饋通道3-1是接力器位移Y經(jīng)過電肌轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為電氣量或數(shù)字量，再送給微機(jī)(PLC)調(diào)節(jié)器作為反饋信號(hào)的通道。 綜合比較點(diǎn)是系統(tǒng)中前向通道和反饋通道信息的匯合點(diǎn)。位于微機(jī)(PLC)調(diào)節(jié)器、電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置和機(jī)械液壓系統(tǒng)中的3。圖中繪出了分別個(gè)比較點(diǎn):Al ,A2, A3。在一般情況下，A1是數(shù)字量綜合比較點(diǎn)，AZ是電氣量綜合比較點(diǎn)，A3是機(jī)械量綜合比較點(diǎn)。PLC水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器結(jié)構(gòu)框圖水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器靜特性分析水輪機(jī)

9、微機(jī)調(diào)速器靜特性分析 對(duì)于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，最根本的要求是穩(wěn)定性。在系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，還對(duì)其動(dòng)態(tài)過渡過程品質(zhì)也有一定的要求。 我們通常通過調(diào)速器靜特性試驗(yàn)的方法來進(jìn)行分析，下面將以一組具體的數(shù)值來分析分析頻率給定fc和開度給定Yc對(duì)微機(jī)調(diào)速器的靜態(tài)特性的影響。 如圖所示為頻率給定分別等于50Hz和50.5Hz時(shí)的兩條微機(jī)調(diào)速器的靜特性。從圖中可以清楚地看出，兩條靜特性線是平行的直線，其間的縱坐標(biāo)距離為0.5Hz，故調(diào)整頻率給定，相當(dāng)于縱向平移靜特性。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組并入大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為電網(wǎng)頻率保持為50Hz。當(dāng)頻率給定fc由50Hz調(diào)整到50.5Hz時(shí)， 則由原來的0.5開啟到1.0。所以

10、，此時(shí)調(diào)整頻率給定fc，可以增/減機(jī)組所帶的負(fù)荷。但是，由于水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器都設(shè)有開度給定環(huán)節(jié)，因此，一般不采用調(diào)整頻率給定的方法來增減負(fù)荷，而采用調(diào)整開度給定(或功率給定)的方法。PIDy 如圖所示為開度給定Yc分別等于0.5和0.75時(shí)的兩條微機(jī)調(diào)速器的靜特性。從圖中可以看出，兩條靜特性線是平行線，故調(diào)整給定開度，相當(dāng)于橫向平移靜特性;其間的橫坐標(biāo)距離為0.25。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為電網(wǎng)頻率保持為50Hz，當(dāng)yc由0.5調(diào)整到0.75時(shí)，Yc則由原來的0.5開啟到0.75。顯然，調(diào)整開度給定y。來改變微機(jī)調(diào)速器接力器的開度是正確的方法。調(diào)速器調(diào)節(jié)的基本原理調(diào)速器調(diào)節(jié)的基本原

11、理PID調(diào)節(jié)的概念調(diào)節(jié)的概念 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié) PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的 PID控制器問世至今已有近70年歷史，它結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一，在水輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。 我司微機(jī)調(diào)速器大都采用PLC可編程控制器，利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID控制 何為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)？何為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)？ 1.開環(huán)控制系統(tǒng) 是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器的輸出沒有影響。 這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送

12、回來以形成任何閉環(huán)回路。 2.閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán) 閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋；若極性相同則稱為正反饋，一般信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋；若極性相同則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一

13、個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。 比例（比例（P）控制）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 穩(wěn)態(tài)誤差指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。 積分（積分（I）控制）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。 積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差

14、進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)的調(diào)速器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（微分（D）控制）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)）或有滯后(水流慣性時(shí)間常數(shù))組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測

15、誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 PID控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類： 一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的機(jī)組的特性參數(shù)，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 二是工程

16、整定方法二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。 PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下： (1) (1) 確定比例系數(shù)確定比例系數(shù)Kp 確定比例系數(shù)Kp時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，可以令Ki=0、Kd=0，使之成為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許輸出最

17、大值的6070，比例系數(shù)Kp由0開始逐漸增大，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時(shí)的比例系數(shù)Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的比例系數(shù)Kp，設(shè)定PID的比例系數(shù)Kp為當(dāng)前值的6070。 (2) (2) 確定積分時(shí)間常數(shù)確定積分時(shí)間常數(shù)KiKi 比例系數(shù)Kp確定之后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)Ki，然后逐漸減小Ki，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，然后再反過來，逐漸增大Ki，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ki，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ki為當(dāng)前值的150180。 (3) (3) 確定微分時(shí)間常數(shù)確定微分時(shí)間常數(shù)KdKd 微分時(shí)間常數(shù)Kd一般不用設(shè)定，為0即可，此時(shí)PID調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換為PI調(diào)節(jié)。如果需要設(shè)定，則

18、與確定Kp的方法相同，取不振蕩時(shí)其值的30。 (4) (4) 系統(tǒng)空載調(diào)系統(tǒng)空載調(diào)試試將機(jī)組開至空轉(zhuǎn)，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直到滿足性能要求PID參數(shù)調(diào)節(jié)的常用口訣參數(shù)調(diào)節(jié)的常用口訣: 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查， 先是比例后積分，最后再把微分加， 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大， 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳， 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間降下來， 曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長， 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來， 動(dòng)差大來波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長， 理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1。調(diào)速器參數(shù)的兩種表達(dá)方式調(diào)速器參數(shù)的兩種表達(dá)方式 第一種表達(dá)方式：第一種表達(dá)方式： 暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) bt 緩沖時(shí)

19、間常數(shù) Td 加速時(shí)間常數(shù)Tn 第二種表達(dá)方式：第二種表達(dá)方式： 比例增益 Kp 積分增益 Ki 微分增益 Kd兩種表達(dá)式之間的關(guān)系兩種表達(dá)式之間的關(guān)系btTdTnTdKpbtTdKi1btTnKd 調(diào)速器的調(diào)節(jié)模式調(diào)速器的調(diào)節(jié)模式 水輪機(jī)調(diào)速器主要有三種調(diào)節(jié)模式： 頻率調(diào)節(jié)模式、開度調(diào)節(jié)模式、功率調(diào)節(jié)模式 頻率調(diào)節(jié)模式（頻率調(diào)節(jié)模式（FM) 其特點(diǎn)如下： 1、用PID調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)，即Kd0 2、適用于機(jī)組空載運(yùn)行、機(jī)組并入小網(wǎng)或孤立電網(wǎng)運(yùn)行、機(jī)組在并入大電網(wǎng)以調(diào)頻方式運(yùn)行。 3、在頻率調(diào)節(jié)模式下，功率給定Pc實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)組實(shí)際功率Pg（不參與閉環(huán)調(diào)節(jié)），使當(dāng)由頻率調(diào)節(jié)切換至功率調(diào)節(jié)時(shí)實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)

20、切換。 開度調(diào)節(jié)模式（開度調(diào)節(jié)模式（YM) 其特點(diǎn)如下： 1、采用PI規(guī)律調(diào)節(jié)，即Kd0 2、適用于機(jī)組帶基本負(fù)荷運(yùn)行 3、在開度調(diào)節(jié)模式下，功率給定Pc實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)組實(shí)際功率Pg（不參與閉環(huán)調(diào)節(jié)），使當(dāng)由頻率調(diào)節(jié)切換至功率調(diào)節(jié)時(shí)實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。 功率調(diào)節(jié)模式（功率調(diào)節(jié)模式（PM)PM) 這是水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后采用的調(diào)節(jié)模式，其特點(diǎn)如下： 1、用PID調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)，即Kd02、在閉環(huán)調(diào)節(jié)中機(jī)組的功率Pg作為反饋值，并構(gòu)成調(diào)速器的功率調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)3、適用于機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行4、在功率調(diào)節(jié)模式下，開度給定Yc實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)組實(shí)際導(dǎo)葉接力器開度值Yg（不參與閉環(huán)調(diào)節(jié)），使當(dāng)由功率調(diào)節(jié)切換至頻率調(diào)節(jié)或開

21、度調(diào)節(jié)模式時(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。三種調(diào)節(jié)模式之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系三種調(diào)節(jié)模式之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 如下圖給出了三種調(diào)節(jié)模式之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，實(shí)際根據(jù)需要還可以增加一些其它切換條件。1、機(jī)組開機(jī)進(jìn)入“空載”工況運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器在“頻率調(diào)節(jié)”模式下運(yùn)行。2、機(jī)組斷路器投入，并入大電網(wǎng)工作時(shí)，調(diào)速器自動(dòng)進(jìn)入“功率調(diào)節(jié)”模式工作。3、機(jī)組在并網(wǎng)的工況下，可以選擇任一種調(diào)節(jié)模式。4、調(diào)速器工作于功率調(diào)節(jié)模式時(shí)，若檢測出機(jī)組功率傳感器有故障，則自動(dòng)切換至開度調(diào)節(jié)模式運(yùn)行。5、調(diào)速器運(yùn)行于功率調(diào)節(jié)模式或開度調(diào)節(jié)模式時(shí)，若電網(wǎng)頻差偏離額定值過大，持續(xù)一段時(shí)間，則自動(dòng)切換至頻率調(diào)節(jié)模式。頻率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)開度調(diào)節(jié)斷路器合開度調(diào)節(jié)機(jī)

22、組開機(jī)功率調(diào)節(jié)功率傳感器故障頻率超差頻率調(diào)節(jié)、斷路器合三種調(diào)模式三種調(diào)模式之間的轉(zhuǎn)換之間的轉(zhuǎn)換調(diào)速器的試驗(yàn)調(diào)速器的試驗(yàn)調(diào)速器調(diào)整試驗(yàn)的基本內(nèi)容調(diào)速器調(diào)整試驗(yàn)的基本內(nèi)容靜態(tài)試驗(yàn)(充水前試驗(yàn)) 當(dāng)調(diào)速器組裝完畢，通過充油及電氣部分的線路檢查無異常后，就可做調(diào)速器靜態(tài)特性試驗(yàn)。調(diào)速器的靜特性，是指在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下，調(diào)速器轉(zhuǎn)速n（或頻率f）和接力器行程y之間的關(guān)系，即y=f（n）。通過對(duì)調(diào)速器靜特性的測定，確定調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)ix，校驗(yàn)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp值，借以綜合鑒別調(diào)速器的制造、安裝或大修質(zhì)量。 試驗(yàn)條件：bp=6，開環(huán)增益為整定值，切除人工死區(qū)，微分系數(shù)Kd為最小值，積分系數(shù)為Ki為最大值，比例系

23、數(shù)Kp為中間值。頻率給定為額定值試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法: 用穩(wěn)定的頻率信號(hào)源輸入額定頻率信號(hào)，以開度給定將導(dǎo)葉接力器調(diào)整到50行程附近。然后升高或降低頻率使接力器全關(guān)或全開，調(diào)整頻率信號(hào)值，使之按1個(gè)方向逐次升高或降低，在導(dǎo)葉接力器每次變化穩(wěn)定后，記錄該次信號(hào)頻率值及相應(yīng)的接力器行程值，分別繪制頻率升高和降低的調(diào)速器靜態(tài)特性曲線。2條曲線間的最大區(qū)間即轉(zhuǎn)速死區(qū)ix，ix=f/fn。靜態(tài)特性曲線斜率的負(fù)數(shù)即永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp。 國標(biāo)（GB/T965221997)規(guī)定中型調(diào)速器ix0.08，小型調(diào)速器ix0.10動(dòng)態(tài)試驗(yàn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)(充水后試驗(yàn)充水后試驗(yàn)) 為了檢查調(diào)速器的質(zhì)量，保證機(jī)組在突變負(fù)荷時(shí)能滿足調(diào)節(jié)

24、保證計(jì)算的要求和所規(guī)定的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，掌握機(jī)組在過渡過程中的狀態(tài)和各調(diào)節(jié)參數(shù)變化的范圍以及參數(shù)變化時(shí)對(duì)機(jī)組過渡過程規(guī)律的影響，從而找出最佳參數(shù)，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，檢查機(jī)組設(shè)計(jì)及檢修質(zhì)量，保證機(jī)組安全運(yùn)行等。 1）單機(jī)空載穩(wěn)定性觀測（即空擺測定） 手動(dòng)空載擺動(dòng)值測試。 檢查機(jī)組各部分均已具備啟動(dòng)條件后，手動(dòng)操作調(diào)速器使導(dǎo)葉慢慢開啟至空載開度附近。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至80后，慢慢調(diào)整導(dǎo)葉開度使機(jī)組頻率穩(wěn)定在50Hz附近；停止操作導(dǎo)葉接力器，待穩(wěn)定一段時(shí)間后用頻率計(jì)測量機(jī)組頻率，并記錄連續(xù)3min機(jī)組頻率擺動(dòng)值的最大值fmax和最小值fmin； 則頻率擺動(dòng)范圍為f=fmax-fmin。如以相對(duì)量表

25、示，則為x=2（fmax-fmin）。此時(shí)的頻率波動(dòng)，一般均系水力不平衡或機(jī)組本身問題所致，與調(diào)速器無關(guān)。 自動(dòng)空載擺動(dòng)測試。將調(diào)速器切為自動(dòng)運(yùn)行，測量機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值。測試方法與手動(dòng)運(yùn)行時(shí)測試方法基本相同，只不過需進(jìn)行參數(shù)的選優(yōu)工作。最優(yōu)參數(shù)應(yīng)是空載擾動(dòng)試驗(yàn)的優(yōu)化參數(shù)。 國標(biāo)（GB/T9625.1-1997）中規(guī)定對(duì)于中小型調(diào)速器若水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)值不大于0.3，則自動(dòng)空載擺動(dòng)值不得大于0.25。否則只需小于手動(dòng)空載擺動(dòng)值就算達(dá)標(biāo)。2 2）空載擾動(dòng)試驗(yàn)）空載擾動(dòng)試驗(yàn) 機(jī)組需在各種工況下運(yùn)行，欲使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得良好的性能，必須合理選擇系統(tǒng)中的有關(guān)參數(shù)。 空載擾動(dòng)試驗(yàn)方法如下：通過突變頻率

26、給定值來進(jìn)行頻率擾動(dòng)試驗(yàn)。擾動(dòng)量一般為（8-10）fn，擾動(dòng)試驗(yàn)需記錄頻率擾動(dòng)的超調(diào)量和過渡過程時(shí)間、調(diào)節(jié)次數(shù)等有關(guān)數(shù)據(jù)。通過若干組有關(guān)數(shù)據(jù)的比較，就可確定系統(tǒng)的最佳參數(shù)。國標(biāo)對(duì)該試驗(yàn)無考核要求。3 3）甩負(fù)荷試驗(yàn)）甩負(fù)荷試驗(yàn) 通過甩負(fù)荷試驗(yàn)可進(jìn)一步考驗(yàn)機(jī)組在已選定的調(diào)速器空載參數(shù)下調(diào)節(jié)過程的速動(dòng)性和穩(wěn)定性，更主要是檢驗(yàn)調(diào)保計(jì)算參數(shù)，保證機(jī)組安全。 試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康?試驗(yàn)注意事項(xiàng)試驗(yàn)注意事項(xiàng) 甩負(fù)荷試驗(yàn)一般分4次：甩25、50、75、100額定負(fù)荷，由小到大順序進(jìn)行。甩25額定負(fù)荷，主要是檢查接力器的不動(dòng)時(shí)間是否符合要求，同時(shí)也檢查轉(zhuǎn)速上升率和蝸殼水壓上升率以及調(diào)節(jié)時(shí)間，分析下次所甩負(fù)荷增長后

27、可能的變化趨勢，從而進(jìn)一步驗(yàn)證所選定的調(diào)節(jié)參數(shù)是否為最佳。甩50和75額定負(fù)荷的目的主要是分析其變化趨勢。最后甩100額定負(fù)荷時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼水壓上升率、尾水管真空度、關(guān)機(jī)時(shí)間和過渡過程調(diào)節(jié)時(shí)間等均應(yīng)滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算值和國標(biāo)要求。趕場電廠調(diào)速器實(shí)例 調(diào)速器構(gòu)成 液壓系統(tǒng)原理圖講解 操作調(diào)試 維護(hù)及故障處理結(jié)構(gòu)組成和功能簡介 電氣部分 一、柜體前門各元件1、平衡表2、觸摸屏3、指示燈4、杠桿開關(guān)回油箱、電機(jī)及油泵、安全閥調(diào)速器電氣柜面板調(diào)速器電氣柜面板電氣柜內(nèi)各元件電氣柜內(nèi)各元件機(jī)械部分機(jī)械部分電液比例閥電液比例閥先導(dǎo)控制閥脈沖閥 座閥式電磁換向閥也稱為電磁換向球閥是一種二位三通型方向控

28、制閥，它在液壓系統(tǒng)中大多作為先導(dǎo)控制閥使用，是一種二位三通型方向控制閥，它在液壓系統(tǒng)中大多作為先導(dǎo)控制閥使用，換向速度也比一般電磁換向滑閥快。換向速度也比一般電磁換向滑閥快。 電液轉(zhuǎn)換器比例伺服閥 它是一種電氣控制的引導(dǎo)閥，比例伺服閥的功能是把微機(jī)調(diào)節(jié)器輸出的電氣控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為與其成比例的流量輸出信號(hào)，用于控制帶輔助接力器（液壓控制型）的主配壓閥。SVB APT比例伺服閥的表示符號(hào)比例伺服閥控制主配壓閥原理框圖比例伺服閥控制主配壓閥原理框圖手動(dòng)操作閥手動(dòng)操作閥手自動(dòng)切換閥及壓力繼電器手自動(dòng)切換閥及壓力繼電器緊急停機(jī)閥緊急停機(jī)閥雙液控單向閥、單向節(jié)流閥雙液控單向閥、單向節(jié)流閥支撐架及鎖定支撐架及

29、鎖定安全閥、儲(chǔ)能器壓力表系統(tǒng)工作原理 一、自動(dòng)調(diào)節(jié) 1、閉環(huán)開機(jī) 2、頻率調(diào)節(jié) 3、頻率跟蹤 4、功率調(diào)節(jié) 5、自動(dòng)停機(jī) 二、手動(dòng)操作 1、手動(dòng)操作 2、手動(dòng)自動(dòng)切換 三、緊急停機(jī)調(diào)速器的安裝、調(diào)整和試驗(yàn) 安裝 機(jī)械部分調(diào)整 電氣部分調(diào)整 試驗(yàn)調(diào)速器液壓系統(tǒng)原理圖講解 識(shí)圖 動(dòng)作原理講解調(diào)速器的常見故障和原因分析、判別調(diào)速器的常見故障和原因分析、判別調(diào)速器故障及分類調(diào)速器故障及分類 為了便于分析和處理，常將調(diào)速器系統(tǒng)的故障按引起原因歸為兩大類。一類是由調(diào)速器引起，也稱為內(nèi)因引起的故障；另一類是由被控制系統(tǒng)引起的，也稱為外因引起的故障。分析故障的基本方法分析故障的基本方法1、全面掌握故障現(xiàn)象 如

30、：接力器不穩(wěn)定。為了查出其主要原因并及時(shí)排除，首先要全面掌握故障的現(xiàn)象。如接力器是否呈周期性擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率如何？幅值多大？又如接力器的擺動(dòng)與機(jī)組轉(zhuǎn)速，出力等工作參數(shù)有無聯(lián)系？是怎樣的關(guān)系？擺動(dòng)的變化趨勢如何？等等。2 2、分析與調(diào)試相結(jié)合、分析與調(diào)試相結(jié)合 故障的分析處理不能孤立、靜止地進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)在調(diào)整、試驗(yàn)的過程中結(jié)合進(jìn)行，在試驗(yàn)當(dāng)中找出引起故障的主要問題。3 3、遵循合理的程序、遵循合理的程序 1 1）先外因，后內(nèi)因。）先外因，后內(nèi)因。 外部原因引起的故障往往伴隨一些其他現(xiàn)象，而且外因引起的故障單從調(diào)速器著手是很難解決的，因此首先分析和排除外因是很重要的。 2 2）先空載，后負(fù)載。）先空

31、載，后負(fù)載。 3 3）先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)）先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)。常見的外因及故障現(xiàn)象常見的外因及故障現(xiàn)象1 1、過水壓力系統(tǒng)水壓不穩(wěn)定、過水壓力系統(tǒng)水壓不穩(wěn)定 水輪機(jī)過水壓力系統(tǒng)包括壓力管道、蝸殼、尾水管等，一旦發(fā)生水壓波動(dòng)，勢必影響機(jī)組的運(yùn)行，表現(xiàn)為接力器開度及機(jī)組出力呈周期性擺動(dòng)。這樣的擺動(dòng)頻率較低，但幅值可能較大。發(fā)生擺動(dòng)時(shí)可觀察到蝸殼壓力及尾水管真空明顯的周期性擺動(dòng)。為了判明水壓波動(dòng)是否是引起不穩(wěn)定的主要原因，可將機(jī)組切換成手動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)狀態(tài)下仍發(fā)生擺動(dòng)，則是水壓波動(dòng)造成的不穩(wěn)定運(yùn)行的特征。2 2、水輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定、水輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定 例如，反擊型水輪機(jī)發(fā)生嚴(yán)重氣蝕時(shí)，轉(zhuǎn)輪四周水力不平衡；以及導(dǎo)葉或輪葉發(fā)生渦列時(shí)，水輪機(jī)自身工作不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)系統(tǒng)也就不可能穩(wěn)定運(yùn)行。但是水輪機(jī)原因引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象，往往隨機(jī)組的工作參數(shù)變化，如低水頭、低負(fù)荷時(shí)發(fā)生，或者在某個(gè)出力附近發(fā)生；水力不平衡引起的擺動(dòng)，則隨出力的增加而加劇。為此，可在不同工況下檢查接力器的擺動(dòng)情況來加以分析。 3 3、發(fā)電機(jī)運(yùn)行不正常、發(fā)電機(jī)運(yùn)行不正常 發(fā)電機(jī)若運(yùn)行不正常，如三相負(fù)載不平衡，勵(lì)磁裝置工作不穩(wěn)定，也會(huì)造成機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定現(xiàn)象常隨負(fù)載增加而加重。在開機(jī)過程中，如果達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，不勵(lì)磁時(shí)接力器能穩(wěn)定，一旦勵(lì)磁，升電壓就不穩(wěn)定，則明顯是發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁裝