水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)-第1章-水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念課件

使用教材水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)程遠(yuǎn)楚張江濱主編中國水利水電出版社課程名稱：水輪機(jī)調(diào)節(jié)授課教師：程遠(yuǎn)楚武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院使用教材課程名稱：水輪機(jī)調(diào)節(jié)授課教師：程遠(yuǎn)楚1理論學(xué)習(xí)41學(xué)時(shí)講授內(nèi)容:1,2章3,4章5章6.3.3,6.3.47章9.3,9.4實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)課程設(shè)計(jì)1周

學(xué)習(xí)

安排學(xué)習(xí)安排

理論學(xué)習(xí)41學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)

安排學(xué)習(xí)安排2復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績＝考試成績＋實(shí)驗(yàn)成績＋平時(shí)成績學(xué)習(xí)

方法學(xué)習(xí)要求

復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)

方法學(xué)習(xí)要求3第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)、途徑與方法水輪機(jī)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念水輪機(jī)調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第1章學(xué)習(xí)重點(diǎn)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)、途徑與方法第14第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念水力發(fā)電廠是利用水能生產(chǎn)電能的工廠，它是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。電力系統(tǒng)是由若干個(gè)發(fā)電廠、變電所、輸配電線路以及用戶在電氣上相互連接的一個(gè)整體。由若干個(gè)發(fā)電廠聯(lián)合向用戶供電，可以大大提高供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量。1.1水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)一電力生產(chǎn)過程與特點(diǎn)1、電力生產(chǎn)的特點(diǎn)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念水力發(fā)電廠是利用水能生產(chǎn)電能的工5第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1、電力生產(chǎn)的特點(diǎn)發(fā)供電同時(shí)完成，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，需確保電力系統(tǒng)的有功功率平衡和無功功率平衡，即發(fā)電廠的發(fā)電量必須根據(jù)用戶用電量進(jìn)行調(diào)整．電力系統(tǒng)頻率主要決定于系統(tǒng)內(nèi)有功功率的平衡。系統(tǒng)內(nèi)各類發(fā)電廠原動(dòng)機(jī)輸出的有功功率的總和，在任何時(shí)刻都必須同系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷(包括各種用電設(shè)備所帶的有功功率和網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗)相平衡，否則頻率就會(huì)出現(xiàn)偏移。然而，任何電力系統(tǒng)的負(fù)荷都在不停地波動(dòng)，由于電能不能大量儲(chǔ)存，負(fù)荷功率的變化立即引起頻率的相應(yīng)變化，這種變化是瞬時(shí)出現(xiàn)的，原動(dòng)機(jī)輸出功率由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相應(yīng)遲緩，無法適應(yīng)發(fā)電機(jī)電磁功率的瞬時(shí)變化，因此嚴(yán)格地維持頻率不變是不可能的，但必須把頻率對(duì)于其額定值的偏移限制在一個(gè)相當(dāng)小的范圍內(nèi)。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1、電力生產(chǎn)的特點(diǎn)62、水電站生產(chǎn)過程第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念2、水電站生產(chǎn)過程第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念73、電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化電力系統(tǒng)用電單位的用電就稱為負(fù)荷。負(fù)荷在每晝夜、每周、每月、每年都是在變化著的。在發(fā)電廠里通常把每晝夜的負(fù)荷變化用日負(fù)荷變化曲線表示，同樣的可以有周負(fù)荷、月負(fù)荷和年負(fù)荷變化曲線。但發(fā)電廠感興趣的、乃是日負(fù)荷交化曲線．第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念3、電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化電力系統(tǒng)用電單位的用電就稱為負(fù)荷。負(fù)荷83、電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化可預(yù)見性的變化高峰與低谷，總體趨勢可預(yù)見，但其變化速度及準(zhǔn)確變化時(shí)刻不可預(yù)見．隨機(jī)變化變化周期可能為幾秒－幾十秒，幅值相對(duì)較小(2%-3%)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念3、電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化可預(yù)見性的變化第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本9二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求可靠性

要保證所有發(fā)電設(shè)備運(yùn)行可靠，并持續(xù)不斷地向各類用戶供電，一方面要求所有發(fā)電設(shè)備應(yīng)安全可靠，不會(huì)因故障而退出運(yùn)行，避免因停電引起生產(chǎn)的停頓，造成人民生活秩序的破壞，甚至影響人身安全，如手術(shù)臺(tái)上的病人或電梯上的人員。另一方面，當(dāng)用戶用電量瞬間出現(xiàn)大量增減時(shí)，供電系統(tǒng)應(yīng)能迅速增加或減少相應(yīng)的出力，以適應(yīng)用戶需要，即采用積極的辦法來保持供電系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，保持供電系統(tǒng)能量平衡，保持發(fā)電設(shè)備運(yùn)行工況的穩(wěn)定，維持水電站生產(chǎn)過程系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的正常。盡可能避免消極的運(yùn)行方式，如當(dāng)供電系統(tǒng)供不應(yīng)求時(shí)，采取切除某些次要用戶用電的線路，以減少電力供應(yīng)的方式，這是一種消極的保持系統(tǒng)能量平衡的運(yùn)行方式。須知對(duì)次要用戶停電所造成的損失也是難以估計(jì)的。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求可靠性第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念10二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求

要求電能的頻率在額定值附近某一范圍內(nèi)。供電頻率為交流5０Ｈz;供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在3000MW及以上者，為±0.2Hz；電網(wǎng)容量在3000MW以下者，為±0.5Hz.第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念頻率變化對(duì)用戶的不利影響(1)引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，使其拖動(dòng)的工作機(jī)械轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，從而使機(jī)床加工件表面不光潔，使紡織機(jī)上的線條與布表面不均勻，嚴(yán)重時(shí)造成次品和廢品，甚至?xí)股a(chǎn)無法進(jìn)行．(2)頻率下降，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，拖動(dòng)機(jī)械的出力下降．(3)測量、控制等電子設(shè)備因頻率波動(dòng)導(dǎo)致準(zhǔn)確性和工作性能下降，當(dāng)頻率下降過多時(shí)可能導(dǎo)致電子設(shè)備無法工作．(4)頻率下降可能使汽輪機(jī)進(jìn)入共振區(qū)，可能導(dǎo)致輔助機(jī)械停止工作，也可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰．二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求要求電能的頻率在額定值附近某一范11二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求

要求電能的電壓在額定值附近某一范圍內(nèi)。供電電壓變動(dòng)幅度，不超過下列范圍:35kV及以上供電和對(duì)電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的±5%,10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的±7%,低壓照明用戶為額定電壓的+5%,-10%.波形應(yīng)為正弦波，畸變小第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念二電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求要求電能的電壓在額定值附近某一范12三水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)１．水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)負(fù)荷的變化導(dǎo)致頻率的變化，要維持頻率在一定范圍內(nèi)，必須對(duì)機(jī)組進(jìn)行調(diào)整．水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)是：根據(jù)負(fù)荷的變化不斷地調(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)定范圍內(nèi)，或按某一預(yù)定的規(guī)律變化．第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念三水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)負(fù)荷的變化導(dǎo)致頻率的變化，要維持頻率在一13三水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)２．水輪機(jī)調(diào)速器的作用調(diào)速器的基本作用是調(diào)整轉(zhuǎn)速、調(diào)整功率。具體主要有以下作用:(1)能自動(dòng)調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使其保持在額定轉(zhuǎn)速允許的偏差內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足電網(wǎng)對(duì)頻率質(zhì)量的要求。(2)能使水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)或手動(dòng)快速起動(dòng)、同期及并網(wǎng)，增減負(fù)荷，正常停機(jī)，緊急停機(jī)。(3)當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)并列運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器能自動(dòng)承擔(dān)預(yù)定的負(fù)荷分配，使各機(jī)組能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。(4)能滿足轉(zhuǎn)槳式、沖擊式水輪機(jī)雙重協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的需要。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念三水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)調(diào)速器的基本作用是調(diào)整轉(zhuǎn)速、調(diào)整功率。具14三水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)因此，水輪機(jī)調(diào)節(jié)除承擔(dān)基本任務(wù)外，還擔(dān)負(fù)如下任務(wù):(1)進(jìn)行機(jī)組的正常操作。機(jī)組的開停機(jī)，增減負(fù)荷，以及發(fā)電、調(diào)相等各種工況的相互切換。(2)保證機(jī)組的安全運(yùn)行。在各種事故情況下，機(jī)組甩掉全部負(fù)荷后，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能保證機(jī)組迅速穩(wěn)定在空載或者根據(jù)指令信號(hào)可靠地緊急停機(jī)。(3)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。按要求自動(dòng)分配機(jī)組間的負(fù)荷。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念三水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)因此，水輪機(jī)調(diào)節(jié)除承擔(dān)基本任務(wù)15四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的剛體，它的運(yùn)動(dòng)可由如下方程來描述

Ｊ機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分慣性力矩

GD2機(jī)組飛輪力矩，g重力加速度

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)圍16四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的剛體，它的運(yùn)動(dòng)可由如下方程來描述

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念水輪機(jī)主動(dòng)力矩Ｍt由水流對(duì)水輪機(jī)葉片的作用力形成，它推動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)，其大小決定于水頭H和流量Q。由圖可見，導(dǎo)葉開度一定時(shí)，力矩隨轉(zhuǎn)速增加而減小;當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，力矩隨導(dǎo)葉開度增加而增加。

四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)圍17四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)圍繞固定軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的剛體，它的運(yùn)動(dòng)可由如下方程來描述

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念Mg是發(fā)電機(jī)定子對(duì)轉(zhuǎn)子的作用力矩，它的方向與轉(zhuǎn)向相反，是阻力矩。由發(fā)電機(jī)原理可知，Mg代表發(fā)電機(jī)有功功率輸出，即與用戶耗電功率的大小有關(guān)，與用戶的性質(zhì)有關(guān)。綜合用戶后的Mg一般是隨轉(zhuǎn)速增加而增加的，當(dāng)用電設(shè)備為某一組合時(shí)，Mg=f(n)可用一條曲線表示。

四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)圍18四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機(jī)調(diào)節(jié)示意圖⑴Mt、Mg與n的關(guān)系

①M(fèi)t：Mt是機(jī)組動(dòng)力矩a)當(dāng)水頭一定，開度一定（如a=a3）時(shí)，n↑↓→Mt↓↑。

b)當(dāng)水頭一定，轉(zhuǎn)速n相同時(shí)，a↑↓→Mt↑↓(如下,a、b、c三點(diǎn))。

②Mg：Mg是負(fù)荷力矩，與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，它代表不同用戶設(shè)備組合后的總負(fù)荷力矩。a)對(duì)同一負(fù)荷特性曲線，n↑↓→Mg↑↓（見圖1-2中紅線）；b)在n一定時(shí)，對(duì)不同的負(fù)荷特性曲線→Mg不同（見圖1-2中a、b、c三點(diǎn)）。

四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念19四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機(jī)調(diào)節(jié)示意圖（2）改變負(fù)荷，開度a不變（a=a3)在a3下

顯然，如果負(fù)荷變化后，不調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，機(jī)組轉(zhuǎn)速仍可穩(wěn)定在某一數(shù)值上，水輪機(jī)及負(fù)荷的這種能力稱為自平衡能力。但這樣穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速偏離額定值較遠(yuǎn)。若出力由額定值降到0，轉(zhuǎn)速升高值可達(dá)（1.8-2.4）。不能滿足系統(tǒng)對(duì)頻率的要求。

四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念20四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機(jī)調(diào)節(jié)示意圖調(diào)整方法：調(diào)整Ｈ不容易實(shí)現(xiàn)，不經(jīng)濟(jì)，調(diào)節(jié)范圍有限調(diào)整n與調(diào)節(jié)目標(biāo)相矛盾調(diào)整效率不經(jīng)濟(jì)，不現(xiàn)實(shí)調(diào)整Ｑ

四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念21四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念α,Q圖1-2水輪機(jī)調(diào)節(jié)示意圖

顯然要調(diào)節(jié)水輪機(jī)輸出的主動(dòng)力矩，就是要調(diào)節(jié)水輪機(jī)輸出功率，其中最有效的方法和途徑是通過調(diào)節(jié)（控制）水輪機(jī)的流量。而流量的調(diào)節(jié)（控制）是通過改變導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（即水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉）的開度來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，還通過協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)輪葉轉(zhuǎn)角來共同實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的調(diào)節(jié)。而實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)（控制）的控制裝置就是水輪機(jī)調(diào)速器（或稱水輪機(jī)控制器）。

四水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)途徑與方法第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念221.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程一轉(zhuǎn)速的手動(dòng)調(diào)節(jié)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念231.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程一轉(zhuǎn)速的手動(dòng)調(diào)節(jié)用轉(zhuǎn)速表測量機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)，運(yùn)行人員密切監(jiān)察轉(zhuǎn)速表，監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速有偏差時(shí)，就手搖調(diào)速手柄，操縱導(dǎo)水葉改變開度，控制進(jìn)入水輪機(jī)的水量，使機(jī)組轉(zhuǎn)速回復(fù)到額定值。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程用轉(zhuǎn)速表測量機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)，運(yùn)行24水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)-第1章-水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念ppt課件251.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程二轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)

離心飛擺有兩個(gè)重錘(1)，通過鋼帶(2)懸掛在上支持塊(3)上。并與下支持塊(4)相連。在上、下支持塊軸心間裝有彈簧(5)。上支持塊的上端與飛擺轉(zhuǎn)軸(6)相連，下支持塊的下端與轉(zhuǎn)動(dòng)套(7)相連接。飛擺轉(zhuǎn)抽和水輪機(jī)主軸(10)，用皮帶輪(8)和皮帶(9)聯(lián)系起來，使飛擺轉(zhuǎn)軸直接跟隨水輪機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，而不停地“監(jiān)視”水輪機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程離心飛擺有兩個(gè)重錘(1)，通過鋼261.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程二轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)若不考慮鋼帶的拉伸作用，重錘在旋轉(zhuǎn)時(shí)，受到向外甩的離心力和彈簧形變所產(chǎn)生的推力的共同作用。轉(zhuǎn)速高則重錘的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑就大;反之則小，并通過鋼帶佼轉(zhuǎn)動(dòng)套升降。重錘位置與轉(zhuǎn)速是一一對(duì)應(yīng)的，額定轉(zhuǎn)速時(shí)，彈簧力等于離心力，使重錘和轉(zhuǎn)動(dòng)套處于相應(yīng)的“中間位置”。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)套通過杠桿(13)，使閥門(14}保持應(yīng)有的開度，水輪機(jī)出力與負(fù)荷相等，水輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行．第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程若不考慮鋼帶的拉伸作用，重錘在271.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程二轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，轉(zhuǎn)速上升而離心力增大，重錘將轉(zhuǎn)動(dòng)套向上提升，并通過杠桿關(guān)小閥門減小流量，水輪機(jī)出力因而減小，直到與負(fù)荷相等。水輪機(jī)在新的穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行．當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，離心力減小，彈簧因而推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套下降，并通過杠桿開大閥門增加流量，使水輪機(jī)出力增加，直到與負(fù)荷平衡，水輪機(jī)又在新的穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行。第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念

因此，離心飛擺能夠不斷“監(jiān)視”轉(zhuǎn)速，并不斷與額定轉(zhuǎn)速比較，根據(jù)轉(zhuǎn)速升降的高低程度來控制閥門。1.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，轉(zhuǎn)速上升而離心力增大281.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成一調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念１．量測元件用來測量水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)任一瞬間的轉(zhuǎn)速變化，將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移或電壓信號(hào)，。然后與給定信號(hào)進(jìn)行比較（綜合），確定頻率（轉(zhuǎn)速）偏差的大小和方向。2．計(jì)算決策元件根據(jù)將被調(diào)節(jié)參數(shù)任一瞬間值與“參考輸入值”進(jìn)行比較的結(jié)果，即計(jì)算出的偏差的方向和大小，作出操作決策，發(fā)布操作命令。3．執(zhí)行元件閥門14就是所謂的執(zhí)行元件，它按照計(jì)算決策元件的命令動(dòng)作，對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象進(jìn)行控制，執(zhí)行開大或關(guān)小導(dǎo)葉開度命令。1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念１．量291.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成一調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念４．放大元件上述簡易調(diào)速器的飛擺力太小，無法適應(yīng)稍大的水輪機(jī)，必須將“離心飛擺”的推動(dòng)力量加以“放大”。放大元件通常使用液壓放大器，它由配壓閥（引導(dǎo)閥）和接力器構(gòu)成。1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念４．放301.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成一調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念調(diào)節(jié)規(guī)律在計(jì)算決策元件中形成，即在前向通道中形成控制規(guī)律．調(diào)節(jié)規(guī)律也可在反饋通道中形成．５．反饋元件反饋元件又把導(dǎo)葉開度變化的估息返回綜合環(huán)節(jié)（加法器），同時(shí)也形成必要的調(diào)節(jié)規(guī)律。1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念調(diào)節(jié)規(guī)311.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成二水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念１．混流式水輪機(jī)采用多導(dǎo)葉式的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，即靠導(dǎo)水機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的流量1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念１．混321.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成二水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念2．轉(zhuǎn)漿式或斜流式水輪機(jī)除有調(diào)節(jié)流量的多導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)外，還設(shè)有按導(dǎo)葉開度和水頭變化而改變轉(zhuǎn)輪葉片轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。這種調(diào)節(jié)流量的方式?？墒顾啓C(jī)按最優(yōu)效率運(yùn)行。1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念2．轉(zhuǎn)331.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成二水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念3．沖擊式水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不是采用導(dǎo)葉式，而是利用裝設(shè)在引水管道末端且靠近轉(zhuǎn)輪水斗的噴嘴和噴針相對(duì)位置的改變，以調(diào)節(jié)沖向水輪機(jī)射流的大小。為了防止高水頭，長管道在調(diào)節(jié)時(shí)引起的管道水錘，噴針的關(guān)閉速度絕不能太快。為此，在噴嘴出口處裝有可快速改變射流方向的折向器1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念3．沖341.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成三水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的幾個(gè)基本概念第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念１．調(diào)速器（Governor）由實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制的機(jī)構(gòu)和指示儀表等組成的一個(gè)或幾個(gè)裝置的總稱．調(diào)速器通常由測量、綜合、放大、執(zhí)行和反饋等元件組成。２．油壓裝置(OilPressuresupplyunit)提供液壓能的裝置３．水輪機(jī)控制系統(tǒng)(Controlsystemforhydraulicturbines)用來檢測被控參量（轉(zhuǎn)速、功率、水位、流量等）與給定參量的偏差，并將它們按一定特性轉(zhuǎn)換成主接力器行程偏差的一些設(shè)備所組成的系統(tǒng)．一般指由水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置所構(gòu)成的系統(tǒng)．1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念１．調(diào)351.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成三水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的幾個(gè)基本概念第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念４．被控制系統(tǒng)（Controlledsystem）由水輪機(jī)控制系統(tǒng)控制的系統(tǒng)，又稱被控對(duì)象，它包括水輪機(jī)、引水和泄水系統(tǒng)，裝有電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)及其所并入的系統(tǒng)．５．水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Regulatingsystemforhydraulicturbines)由水輪機(jī)控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)．由水輪機(jī)調(diào)速器和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)．6．配壓閥(DistributingValve)輸出油流方向和流量隨活塞移動(dòng)的方向和位移大小而改變的閥．7．接力器(Servomotor)供給某一操作機(jī)械液壓操作力的裝置．1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念４．被361.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成四水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1．水輪機(jī)調(diào)器必須具備有足夠大的調(diào)節(jié)功

水輪發(fā)電機(jī)組是把水能變成電能的機(jī)械。而水能要受自然條件的限制，單位水體中所帶有的能量較小，與其他原動(dòng)機(jī)相比，要發(fā)出相同的電功率就需要通過較大的流量,因而水輪機(jī)及其導(dǎo)水機(jī)構(gòu)也相應(yīng)較大。這就要求調(diào)速器設(shè)置多級(jí)液壓放大元件。2．液壓元件的調(diào)節(jié)滯后易產(chǎn)生過調(diào)節(jié)，不利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定

放大元件的非線性及時(shí)間滯后有可能使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化。3．水擊的反調(diào)效應(yīng)惡化調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì),限制了接力器的開關(guān)操作速度水電站受自然條件的限制，常有較長的壓力引水管道。管道長，水流慣性大，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開關(guān)時(shí)會(huì)在壓力管道內(nèi)引起水擊作用。而水擊作用通常是與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用相反。例如，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉使機(jī)組輸入能量與輸出功率減小，但此時(shí)產(chǎn)生的水擊會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)使機(jī)組功率增加并部分抵消導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用，這種反調(diào)節(jié)作用將嚴(yán)重地影響水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。另外，為了限制壓力引水管道中水壓最大變化值，必須限制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，這對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性也將產(chǎn)生不利影響。4．有些水輪機(jī)調(diào)速器還具有雙重調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而增加了調(diào)速器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性如轉(zhuǎn)槳式和斜流式水輪機(jī)有導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和活動(dòng)槳葉;水斗式水輪機(jī)有噴嘴和折向器;某些混流式水輪機(jī)裝有控制水擊作用的調(diào)壓閥。于是調(diào)速器中需要增加一套調(diào)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而增加廠調(diào)速器的復(fù)雜性。另外轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉調(diào)節(jié)比導(dǎo)葉慢，這又增加了水輪機(jī)出力的滯后，對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)不利。5．具有越來越多的自動(dòng)動(dòng)操作和自動(dòng)控制功能隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高‘要求水輪機(jī)調(diào)速器具有越來越多的自動(dòng)操作和自動(dòng)控制功能，如快速自動(dòng)準(zhǔn)同期、功率反饋等。這就使得水輪機(jī)調(diào)速器成為水電站中一個(gè)十分重要的綜合自動(dòng)裝置。1.３水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1．水371.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國外發(fā)展歷程19世紀(jì)的末葉，世界上第一臺(tái)機(jī)械液壓型水輪機(jī)調(diào)速器誕生；1920-1930年代完善，廣泛采用PI控制規(guī)律．1944年，ASEA制造出世界上第一臺(tái)電氣液壓型調(diào)速器，并在瑞典的Rydboholm水電站投入運(yùn)行；電調(diào)經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路三個(gè)階段，在晶體管和集成電路電調(diào)中開始采用PID控制規(guī)律．第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國外發(fā)展歷程第一章水輪381.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展1975年，英國格勒斯哥大學(xué)和蘇格蘭水電局開始合作研究微處理機(jī)為基礎(chǔ)的自適應(yīng)式水輪機(jī)調(diào)速器，并在蘇格蘭的斯勞伊(SLOY)水電站的32.5MW水輪發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)．1978年瑞典ASEA研制出適用于卡普蘭式機(jī)組的數(shù)字協(xié)聯(lián)裝置.1984年，法國的NEYRPIC公司推出了以6809CPU為基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)速器DIGPID．1980年代初，日立公司研制的微機(jī)調(diào)速器應(yīng)用于抽水蓄能機(jī)組。

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類1975年，英國格勒斯哥大391.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國外主要研究與制造單位ABB德國的西門子（SIEMENS）奧地利的伏依特(VOITH)瑞士的埃舍爾維斯（ESCHERWYSS）和蘇爾壽(SULZER)比利時(shí)的ACEC挪威的卡瓦那美國的伍德華德（WOODWARD）->GE第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國外主要研究與制造單位第一401.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國內(nèi)發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代和60年代，生產(chǎn)制造了一大批機(jī)械液壓型調(diào)速器（仿制前蘇聯(lián)）1958年天津電氣傳動(dòng)研究所研制了我國第一臺(tái)晶體管電液調(diào)速器（BDT—100型）1960年哈爾濱大電機(jī)研究所研制了我國第一臺(tái)電子管電液調(diào)速器（DT—100型）20世紀(jì)70年代，長江水利委員會(huì)和武漢熱工儀表廠合作開發(fā)了我國第一臺(tái)大型集成電路電液調(diào)速器（即JST-100）20世紀(jì)70年代和80年代，集成電路電液調(diào)速器在中國得到了廣泛應(yīng)用。

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國內(nèi)發(fā)展歷程第一章水輪411.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國內(nèi)發(fā)展歷程20世紀(jì)80年代初，中國一些高校和科研院所開始研制微機(jī)調(diào)速器1984年原華中理工大學(xué)葉魯卿教授領(lǐng)導(dǎo)的科研組研制了中國第一臺(tái)微機(jī)調(diào)速器，并在湖南歐陽海水電站投入運(yùn)行1985年，南京自動(dòng)化研究所研制的第一臺(tái)微機(jī)雙調(diào)在浙江富春江投入運(yùn)行．第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國內(nèi)發(fā)展歷程第一章水輪421.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類一水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展國內(nèi)主要研制單位中國國電南京自動(dòng)化研究院、中國水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化所、長江水利委員會(huì)長江控制設(shè)備研究所、天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所、武漢水電控制設(shè)備公司、武漢事達(dá)公司、宜昌能達(dá)公司、武漢四創(chuàng)公司、武漢大學(xué)（原武漢水利電力大學(xué)）、河海大學(xué)、西安理工大學(xué)、東方電機(jī)廠、哈爾濱電機(jī)廠

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類國內(nèi)主要研制單位第一章431.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類

水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念1.按工作容量分

水輪機(jī)調(diào)速（控制）器工作容量，是指執(zhí)行元件接力器對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的操作能力，并以力矩計(jì)算。由于受控水輪機(jī)出力一般從幾百KW到幾十萬KW，故調(diào)速器分為：特小型調(diào)速器：工作容量小于3KN.m；小型調(diào)速器：工作容量3-15KN.m；中型調(diào)速器：工作容量15-50KN.m；大、巨型調(diào)速器：工作容量50KN.m以上，并按放大執(zhí)行元件主配壓閥直徑（80、100、150、200、250mm）來計(jì)算。1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，441.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類

水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念2.按按供油方式分

由于水輪機(jī)調(diào)速器的壓力油供給方式有直接和間接兩種，故調(diào)速器又可分為通流式和壓力油罐式。1）通流式調(diào)速器。油泵連續(xù)運(yùn)行，直接供給調(diào)速器的調(diào)節(jié)過程用油，非調(diào)節(jié)過程時(shí)，由限壓溢流閥將油泵輸出的油全部排回到集油箱。工作中油流反復(fù)循環(huán)不息，易惡化油質(zhì)。但設(shè)備簡單、造價(jià)低。主要用于小型和特小型調(diào)速器。2）壓力油罐式調(diào)速器。有專門的油壓設(shè)備，其中油泵斷續(xù)運(yùn)行，維持壓力油罐的壓力和油位，再由壓力油罐隨時(shí)提供給調(diào)速器調(diào)節(jié)過程用油，因而設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)高。主要用于中、大型調(diào)速器。壓力油罐式調(diào)速器又分為組合式和分離式。整臺(tái)調(diào)速器（包括執(zhí)行元件接力器）和油壓設(shè)備組合成一體的，稱為組合式調(diào)速器，主要用于中、小型調(diào)速設(shè)備；調(diào)速器的主接力器和油壓設(shè)備均分別獨(dú)立設(shè)置的，稱為分離式調(diào)速器，主要用于大、巨型調(diào)速設(shè)備。1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，451.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類

水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念3.按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)目分按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)目可分為單調(diào)節(jié)調(diào)速器和雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器兩種。雙重調(diào)節(jié)是指流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，如轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)調(diào)速器、貫流式水輪機(jī)調(diào)速器和沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器都是雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器。1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，461.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念雙重調(diào)速器的協(xié)聯(lián)形式(a)串行協(xié)聯(lián)(b)并行協(xié)聯(lián)1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概471.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念雙重調(diào)速器的協(xié)聯(lián)實(shí)現(xiàn)方式1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概481.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類

水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，型式多樣，根據(jù)不同的分類方法，可分為不同型式的調(diào)速器。

第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念4.按元件結(jié)構(gòu)不同分按元件結(jié)構(gòu)不同，調(diào)速器又可分為機(jī)械液壓型和電氣液壓型兩大類。而電氣液壓型又分為模擬型電氣液壓調(diào)速器和微機(jī)型電氣液壓調(diào)速器。1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類水輪機(jī)調(diào)速器品種繁多，491.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展與分類二水輪機(jī)調(diào)速器分類第一章水輪機(jī)調(diào)節(jié)基本概念4.按元件結(jié)構(gòu)不同分按元件結(jié)構(gòu)不同，調(diào)速器又可分為機(jī)械液壓型和電氣液壓型兩大類。而電氣液壓型又分為模擬型電氣液壓調(diào)速器和微機(jī)型電氣液壓調(diào)速器。(1).機(jī)械液壓型調(diào)速器機(jī)械液壓型調(diào)速器中轉(zhuǎn)速測量元件采用離心擺。信號(hào)的綜合元件采用引導(dǎo)閥及杠桿。放大執(zhí)行元件是液壓放大器，通常有兩級(jí)液壓放大：第一級(jí)由引導(dǎo)閥和輔助接力器組成；第二級(jí)由主配壓閥和主接力器組成。反饋元件采用緩沖器和硬反饋調(diào)差機(jī)構(gòu)，它們也是機(jī)械液壓元件。1.４水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)