調(diào)速器培訓(xùn)課件

水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器

培訓(xùn)課件一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念

1.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。其工作過(guò)程為：測(cè)量元件把機(jī)組轉(zhuǎn)速n（頻率f）、功率Pg、水頭H、流量Q等參量測(cè)量出來(lái)，與給定信號(hào)和反饋信號(hào)綜合后，經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和槳葉機(jī)構(gòu)，同時(shí)經(jīng)反饋元件送回反饋信號(hào)至信號(hào)綜合點(diǎn)。

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念圖1：水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖水輪機(jī)控制系統(tǒng)

hydraulicturbinecontrolsystems:用來(lái)檢測(cè)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)。被控制系統(tǒng)

controlledsystem:由水輪機(jī)控制系統(tǒng)控制的系統(tǒng)，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)及其所并入的電網(wǎng)。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

hydraulicturbineregulatingsystem:由水輪機(jī)控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。隨動(dòng)系統(tǒng)

servo-system:自動(dòng)跟蹤控制裝置輸出，并轉(zhuǎn)換、放大的位置反饋控制系統(tǒng)。

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)方程為：

式中：J——機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性矩（kg·m2）；——機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)角速度（rad/s）；n——機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)速度r/min）；Mt——水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩（N·m）；Mg——發(fā)電機(jī)負(fù)荷阻力矩（負(fù)載轉(zhuǎn)矩）（N·m）。上式清楚地表明，水輪發(fā)電機(jī)組是轉(zhuǎn)速對(duì)力矩的積分環(huán)節(jié)，機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)保持恒值的條件是，即要求，否則就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)相對(duì)于額定值持續(xù)升高或降低，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速(頻率)偏差；在以后的分析中可以看到，由于水輪發(fā)電機(jī)組具有水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)(())和發(fā)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的傳遞系數(shù)的特性，使得水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速對(duì)力矩是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩

式中：Q——通過(guò)水輪機(jī)的流量（m3/s）；H——水輪機(jī)凈水頭（m）；η——水輪機(jī)效率；

——水的密度g/m3）。所以，在一定的機(jī)組工況下，只有調(diào)節(jié)流量Q和效率，才能調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩，達(dá)到的目的。從最終效果來(lái)看，水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）在額定值附近的允許范圍內(nèi)。然而，從實(shí)質(zhì)上講，只有當(dāng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)器相應(yīng)地調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開(kāi)度（從而調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量Q）和水輪機(jī)輪葉的角度（從而調(diào)節(jié)水輪機(jī)效率），使，才能使機(jī)組在一個(gè)允許的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（頻率）下運(yùn)行。從這個(gè)意義上講，水輪機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是：根據(jù)偏離額定值的轉(zhuǎn)速（頻率）差信號(hào)，調(diào)節(jié)水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和輪葉機(jī)構(gòu)，維持水輪發(fā)電機(jī)組功率與負(fù)荷功率的平衡。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng):眾所周知，如果系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的輸入(控制)作用沒(méi)有影響，則這個(gè)系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)(Openloopsystem)。因此，對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸入(控制)量，便有一個(gè)相應(yīng)固定的輸出量與之對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)參數(shù)的校準(zhǔn)；但是，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，原來(lái)相應(yīng)固定的輸出量就會(huì)變化了；所以，采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是不可能構(gòu)成精的。閉環(huán)系統(tǒng):從圖1可以看出，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出(機(jī)組(電網(wǎng))頻率、機(jī)組功率等)對(duì)系統(tǒng)的控制作用(轉(zhuǎn)速(頻率)給定、機(jī)組功率給定、接力器開(kāi)度給定等)有著直接的影響，一般稱(chēng)其為系統(tǒng)(調(diào)速在控制器的輸入可以減少系統(tǒng)的誤差，并使系統(tǒng)的輸出量趨于給定值。所以，閉環(huán)系統(tǒng)就是利用反饋來(lái)減小系統(tǒng)的誤差。當(dāng)然，對(duì)于一個(gè)閉環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性(Stability)始終是一個(gè)重要問(wèn)題。除去穩(wěn)定問(wèn)題之外，閉環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程及動(dòng)態(tài)品質(zhì)(性能)也是比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜的多；因?yàn)椋]環(huán)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定時(shí)，還可能出現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程中超調(diào)或衰減振蕩(Damplyoscillation)現(xiàn)象。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水輪機(jī)控制系統(tǒng)在工作過(guò)程中，有兩種工作狀態(tài)：靜態(tài)（穩(wěn)定狀態(tài)）和動(dòng)態(tài)（瞬變狀態(tài)）。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)又稱(chēng)為穩(wěn)定狀態(tài):穩(wěn)定狀態(tài)(steadystate)是指機(jī)組在恒定的負(fù)荷、給定信號(hào)和水頭下運(yùn)行，水輪機(jī)控制系統(tǒng)和水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的所有變量都處于平衡狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)又稱(chēng)為瞬態(tài):當(dāng)系統(tǒng)受到負(fù)荷、水頭等擾動(dòng)作用，或給定信號(hào)變化時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在新的條件下進(jìn)入了新的穩(wěn)定狀態(tài)。從原穩(wěn)定狀態(tài)到新穩(wěn)定狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,就稱(chēng)為水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水輪機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定時(shí)，則出現(xiàn)等幅振蕩或發(fā)散振蕩，系統(tǒng)不能正常工作、沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)；所以，一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，是對(duì)閉環(huán)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的最基本要求。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性在擾動(dòng)作用下會(huì)偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)(靜態(tài))而產(chǎn)生偏差，進(jìn)入動(dòng)態(tài)，所謂動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指當(dāng)上述擾動(dòng)消失后或者擾動(dòng)保持為常量時(shí)，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)(靜態(tài))的性能。如果系統(tǒng)能夠恢復(fù)到平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；若系統(tǒng)偏差不能消除且愈來(lái)愈大、不能恢復(fù)到到平衡狀態(tài)，則稱(chēng)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。顯然，穩(wěn)定性是一個(gè)閉環(huán)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)能夠正常工作的最基本要求。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由水輪機(jī)控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成，它除了具有一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的共性外，還有一些值得注意的特點(diǎn).

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念2.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)

在水輪機(jī)數(shù)字式(微機(jī))電液調(diào)速器出現(xiàn)以前，水輪機(jī)調(diào)速器的主要作用是根據(jù)偏離機(jī)組頻率(轉(zhuǎn)速)額定值的偏差，調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉和輪葉機(jī)構(gòu)，維持機(jī)組水力功率與電力功率平衡，使機(jī)組頻率(轉(zhuǎn)速)保持在額定頻率(轉(zhuǎn)速)附近的允許范圍之內(nèi)。這時(shí)的水輪機(jī)調(diào)速器主要是一個(gè)機(jī)組頻率(轉(zhuǎn)速)調(diào)節(jié)器。

現(xiàn)代水電廠和電力系統(tǒng)，對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器的性能及功能提出了新的和更嚴(yán)格的要求。

在數(shù)字式微機(jī)電液調(diào)速器發(fā)展、完善和廣泛應(yīng)用的同時(shí)，水電廠自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)也日趨成熟并進(jìn)入實(shí)用化的階段；現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，區(qū)域電網(wǎng)容量迅速加大，區(qū)域電網(wǎng)間聯(lián)網(wǎng)并要求進(jìn)行交換功率控制；大中型和多數(shù)小型水輪發(fā)電機(jī)組均并入大的區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行。在這種運(yùn)行方式下，電網(wǎng)的負(fù)荷頻率控制(LFC)是通過(guò)電網(wǎng)AGC系統(tǒng)和電廠AGC系統(tǒng)來(lái)控制水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速器及火電組的調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)機(jī)組并入大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速器主要作為電網(wǎng)一次調(diào)頻/負(fù)荷控制器、電網(wǎng)二次調(diào)頻和電網(wǎng)負(fù)荷頻率控制的功率控制器使用。

因而，現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)速器承擔(dān)的任務(wù)已不能僅僅用“水輪機(jī)調(diào)節(jié)”來(lái)描述了，它除了具有調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組頻率(轉(zhuǎn)速)的功能之外，還可以具有功率控制、水位控制、流量控制、電網(wǎng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和區(qū)域電網(wǎng)間交換功率控制(TBC)等附加的控制功能。IEC關(guān)于水輪機(jī)調(diào)速器的技術(shù)規(guī)范導(dǎo)則(IEC61362(1998))和試驗(yàn)(IEC60308(2005))中對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器都是用“水輪機(jī)控制系統(tǒng)”來(lái)命名的；我國(guó)的水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(技術(shù)條件和試驗(yàn))已經(jīng)修訂，也將主題詞“水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置”改為“水輪機(jī)控制系統(tǒng)”。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念1).水輪機(jī)調(diào)速器作為被控制的水輪發(fā)電機(jī)組或其并入電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)器：

(1).在被控制的水輪發(fā)電機(jī)組空載工作狀態(tài)時(shí)作為機(jī)組頻率調(diào)節(jié)器在被控制的水輪發(fā)電機(jī)組空載工作狀態(tài)時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速器起作機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)器的作用，調(diào)節(jié)并維持機(jī)組頻率在額定頻率附近，跟蹤電網(wǎng)頻率，使被控機(jī)組能盡快同期、并入電網(wǎng)運(yùn)行；(2).在被控制的水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，作為電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)器：

①.被控制的水輪發(fā)電機(jī)組并入大電網(wǎng)運(yùn)行，水輪機(jī)調(diào)速器根據(jù)電網(wǎng)規(guī)定完成電網(wǎng)一次調(diào)頻的任務(wù)；②.被控制的水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)帶負(fù)荷或在小電網(wǎng)中運(yùn)行，水輪機(jī)調(diào)速器的任務(wù)是調(diào)節(jié)控機(jī)組或小電網(wǎng)的頻率在額定頻率附近，盡量減小負(fù)荷突變時(shí)的動(dòng)態(tài)頻率升高或降低，并加快不正常頻率向額定頻率恢復(fù)的速度；③.被控制的水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)被控制機(jī)組到空載狀態(tài)運(yùn)行；

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念2).在被控制的水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速器作為被控機(jī)組的功率調(diào)節(jié)器：在被控制的水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速器接收并完成完成電網(wǎng)調(diào)度下達(dá)的機(jī)組給定功率的指令，調(diào)節(jié)水輪機(jī)組有功功率，滿(mǎn)足電網(wǎng)二次調(diào)頻的要求；3).水輪機(jī)調(diào)速器作為被控制機(jī)組的工況控制器在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等的統(tǒng)一控制下，協(xié)調(diào)完成被控制機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、增加或減小負(fù)荷、甩負(fù)荷，調(diào)相和緊急停機(jī)等工作狀態(tài)及過(guò)程的控制任務(wù)。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念3.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)1).水流慣性：水輪機(jī)過(guò)水管道存在著水流慣性，通常用水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw來(lái)表述：水流慣性時(shí)間常數(shù)(Waterinertiatimeconstant)是在額定工況下的表征過(guò)水管道中水流慣性的特征時(shí)間。(1).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(guò)水管道內(nèi)的流量Q由0加大至額定流量Qr所需要的時(shí)間。(2).從自動(dòng)控制理論的觀點(diǎn)來(lái)看，過(guò)水管道水流慣性使得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為一個(gè)非最小相位系統(tǒng)；(3).在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，當(dāng)水輪機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)，調(diào)節(jié)目標(biāo)是減小水輪機(jī)力矩，但是由于引水系統(tǒng)水流減速、水流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能、水輪機(jī)工作壓力短時(shí)上升，而導(dǎo)致水輪機(jī)力矩有短時(shí)段的增大；反之，當(dāng)水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)啟時(shí)，調(diào)節(jié)目標(biāo)是增大水輪機(jī)力矩，但是由于引水系統(tǒng)水流加速而導(dǎo)致水輪機(jī)壓力有短時(shí)段的降低，導(dǎo)致水輪機(jī)力矩有短時(shí)段的減小。所以，當(dāng)水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生與控制目標(biāo)相反的逆向調(diào)節(jié)。隨著水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)啟或關(guān)閉速度的增大，動(dòng)態(tài)過(guò)程中的逆向調(diào)節(jié)增強(qiáng)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和響應(yīng)特性會(huì)帶來(lái)十分不的影響。通常所說(shuō)的水錘效應(yīng)（或水擊效應(yīng)）就是對(duì)這種水流慣性的一種形象的表述。

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw表達(dá)式為： 式中：A——每段過(guò)水管道的截面積（m2）；L——相應(yīng)每段過(guò)水管道的長(zhǎng)度（m）；v——相應(yīng)每段過(guò)水管道內(nèi)的流速（m/s）；g——重力加速度（m/s2）；Tw——水流慣性時(shí)間常數(shù)（s）。

從自動(dòng)控制理論的觀點(diǎn)來(lái)看，過(guò)水管道水流慣性使得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為一個(gè)非最小相位系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和響應(yīng)特性會(huì)帶來(lái)十分不利的影響。通常所說(shuō)的水錘效應(yīng)（或水擊效應(yīng)）就是對(duì)這種水流慣性的一種形象的表述。

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(guò)水管道內(nèi)的流量Q由0加大至額定流量Qr所需要的時(shí)間。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念2).機(jī)械慣性：

機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)

(Unitinertiatimeconstant,unitaccelerationconstant)是機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)量矩與額定轉(zhuǎn)矩之比。式中：—額定轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)組的慣性矩（kg·m2）；Mr—機(jī)組額定轉(zhuǎn)矩（N·m）；GD2—機(jī)組飛輪力矩（kN·m2）；nr—機(jī)組額定轉(zhuǎn)速（r/min）；Pr—機(jī)組額定功率（kW）；Ta—機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)（s）。(1).機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機(jī)組轉(zhuǎn)速n由0上升額定轉(zhuǎn)速nr所需要的時(shí)間；這使得對(duì)于一個(gè)階躍輸入信號(hào)，機(jī)組轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)過(guò)程有明顯的慣性特性，其轉(zhuǎn)速呈指數(shù)曲線(xiàn)規(guī)律變化；從手動(dòng)快速開(kāi)啟或關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)一個(gè)開(kāi)度開(kāi)始，至機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)變化差值95%的時(shí)間為3Ta，至機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)變化差值98%的時(shí)間為4Ta；例如，Ta=10s，則轉(zhuǎn)速到達(dá)變化差值95%的時(shí)間t0.95≈30s，到達(dá)變化差值98%的時(shí)間t0.98≈40s。(2).水輪發(fā)電機(jī)組的這種慣性特性，一方面使得動(dòng)態(tài)過(guò)程緩慢，另一方面又使得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩和超調(diào)。(3).機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta也可以用下式表示：

式中：GD2——機(jī)組飛輪力矩T·m2；其余參數(shù)單位同上。(4).機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)負(fù)載也有慣性特性：負(fù)載慣性時(shí)間常數(shù)(Loadinertiatimeconstant)-由電網(wǎng)引起的動(dòng)量矩與額定轉(zhuǎn)矩之比。Tb，[s]。機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta表達(dá)式為：

式中：——額定轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)組的慣性矩（kg·m2）；Mr——機(jī)組額定轉(zhuǎn)矩（N·m）；GD2——機(jī)組飛輪力矩kN·m2）；nr——機(jī)組額定轉(zhuǎn)速（r/min）；Pr——機(jī)組額定功率（kW）；Ta——機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)（s）。

機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機(jī)組轉(zhuǎn)速n由0上升至額定轉(zhuǎn)速nr所需要的時(shí)間。也可以用下式表示:

式中：GD2——機(jī)組飛輪力矩T·m2）；其余參數(shù)單位同上.一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念3).系統(tǒng)具有復(fù)雜的、非線(xiàn)性特性：水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、非線(xiàn)性控制系統(tǒng):

(1).水輪機(jī)型式多種多樣：混流式、軸流定槳式、軸流轉(zhuǎn)槳式、貫流式、沖擊式、水泵/水輪機(jī)式等，因而不同被控制系統(tǒng)之間的特性和控制功能要求是有很大差異的；

(2).對(duì)于同一個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，在不同運(yùn)行水頭和不同的水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度時(shí)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性也是不同的，體現(xiàn)出水輪機(jī)特性具有非線(xiàn)性的特征；(3).水輪發(fā)電機(jī)組有多種工作狀態(tài)：機(jī)組開(kāi)機(jī)、機(jī)組停機(jī)、同期并網(wǎng)前和從電網(wǎng)解列后的空載、孤立電網(wǎng)運(yùn)行、以轉(zhuǎn)速控制和功率控制并列于大電網(wǎng)運(yùn)行、水位和/或流量控制等，在不同的工況下，對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器的要求也是相差很大的。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念4).要求水輪機(jī)調(diào)速器具有高可靠性和大的接力器操作力：

為了水輪發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的安全運(yùn)行，要求水輪機(jī)調(diào)速器具有高可靠性，因此水輪機(jī)調(diào)速器必需在其工作電源消失，仍然能靠?jī)?chǔ)存的能源可靠地關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu),以保證機(jī)組安全；此外，水輪機(jī)控制設(shè)備是通過(guò)接力器來(lái)操作水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和輪葉機(jī)構(gòu)的，這種調(diào)節(jié)需要很大的動(dòng)力，因此，絕大多數(shù)水輪機(jī)調(diào)速器必需采用機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并且采用能儲(chǔ)存能源的壓力罐提供工作油源。手動(dòng)水輪機(jī)調(diào)節(jié) 在水輪機(jī)調(diào)節(jié)的初期，水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制是由操作人員手動(dòng)控制完成的。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)被控制系統(tǒng)特性的認(rèn)識(shí)和手動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，隨著機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)、電氣技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等的出現(xiàn)及應(yīng)用，才逐步使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為當(dāng)今的水輪機(jī)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；即使在現(xiàn)在，手動(dòng)控制仍然是水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一種必備的操作方式。所以了解水電站值班人員手動(dòng)控制水輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速的基本方法，有利于形象地了解水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本工作原理的，也有利于形象地了解比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的作用。手動(dòng)控制的基本原則是：進(jìn)行手動(dòng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)，最基本的參數(shù)是水輪發(fā)電機(jī)組的頻率(或轉(zhuǎn)速)，運(yùn)行人員必須監(jiān)視被控制的水輪發(fā)電機(jī)組的頻率或電網(wǎng)的頻率。當(dāng)頻率大于或小于50Hz時(shí)，則相應(yīng)地關(guān)閉或開(kāi)啟水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，使頻率回復(fù)到50Hz左右的一個(gè)允許的范圍內(nèi)。由于被控機(jī)組具有水輪機(jī)過(guò)水管道的水流慣性和水輪發(fā)電機(jī)組的機(jī)械慣性，因此在手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)行人員必須掌握下列操作原則：一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念比例操作—輸出與輸入成比例，及時(shí)反映偏差，與時(shí)間無(wú)關(guān)；操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幅度和速度應(yīng)近似比例于機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）對(duì)額定轉(zhuǎn)速（50Hz）的偏差。例如：機(jī)組頻率若為51Hz和54Hz，雖然它們均大于50Hz，但針對(duì)前者，關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幅度可小一點(diǎn)、速度可慢一點(diǎn)；而對(duì)后者，則幅度要大一點(diǎn)、速度要快一點(diǎn)。超前操作—輸出與輸入的變化速度成比例，反映偏差的變化率，與時(shí)間有關(guān)；操作中不僅要密切觀察機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）偏離額定值的情況，而且要注意機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）向額定值回復(fù)的速度。例如：當(dāng)機(jī)組頻率由54Hz以較快的速度下降到51Hz時(shí)，雖然它仍然大于50Hz，但此時(shí)不應(yīng)繼續(xù)關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，而應(yīng)使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)稍開(kāi)啟一點(diǎn)。只有這樣才有可能使機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）較快地回復(fù)到額定值附近。這種針對(duì)水流慣性和機(jī)組慣性而采取的超前操作原則被形象地稱(chēng)之為“提前剎車(chē)”。積分操作—輸出等于輸入的累加，與時(shí)間有關(guān)；只有輸入為零，輸出才保持常數(shù)；在手動(dòng)操作中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）已接近額定值的情況時(shí)，操作者就應(yīng)該密切觀察機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）與額定轉(zhuǎn)速的偏差，緩慢地、微量地開(kāi)啟或關(guān)閉，直到機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）到達(dá)額定轉(zhuǎn)速時(shí)為止，這就是微量、精確調(diào)節(jié)。

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念4.水輪機(jī)調(diào)速器(水輪機(jī)控制系統(tǒng))

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(chēng)。

機(jī)械液壓調(diào)速器

mechanicalhydraulicgovernor:

測(cè)速、穩(wěn)定及反饋信號(hào)用機(jī)械方法產(chǎn)生，經(jīng)機(jī)械綜合后通過(guò)液壓放大部分實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)接力器的調(diào)速器。

電(氣)液(壓)調(diào)速器

electric-hydraulicgovernor:檢測(cè)被控參量、穩(wěn)定及反饋信號(hào)用電氣方法產(chǎn)生，經(jīng)電氣綜合、放大后通過(guò)電氣轉(zhuǎn)換和液壓放大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)接力器的調(diào)速器。

微機(jī)調(diào)速器

micro-computerbasedgovernor:以工業(yè)級(jí)微機(jī)為核心進(jìn)行測(cè)量、變換與處理的電液調(diào)速器。

有差調(diào)節(jié)

differenceregulation,deviationregulation:水輪機(jī)控制系統(tǒng)處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)下，永態(tài)差值系數(shù)bp>0的調(diào)節(jié)方式。無(wú)差調(diào)節(jié)

no-differenceregulation,no-deviationregulation:水輪機(jī)控制系統(tǒng)處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)下，永態(tài)差值系數(shù)bp=0的調(diào)節(jié)方式。

隨動(dòng)系統(tǒng)

servo-system:自動(dòng)跟蹤控制裝置輸出，并轉(zhuǎn)換、放大的位置反饋控制系統(tǒng)。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念

雙調(diào)整調(diào)速器

doubleregulatinggovernor:實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)槳式[沖擊式]水輪機(jī)導(dǎo)葉[噴針]及轉(zhuǎn)輪葉片[折向器/偏流器]雙重調(diào)整的調(diào)速器。

通流式調(diào)速器

governorwithoutpressuretank,throughflowtypegovernor:由油泵直接向水輪機(jī)控制系統(tǒng)供油的調(diào)速器。

壓力罐式調(diào)速器

governorwithpressuretank:由壓力罐向水輪機(jī)控制系統(tǒng)供油的調(diào)速器。

操作器

positionoperator,gateoperator:不對(duì)機(jī)組施加自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)，并網(wǎng)后能使機(jī)組帶上預(yù)定負(fù)荷，以及接受事故信號(hào)后能使機(jī)組自動(dòng)停機(jī)的裝置。

電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器

electronicloadcontroller:利用電子電路組成的能耗式調(diào)速器。

電動(dòng)機(jī)調(diào)速器

governorwithmotordrivengateoperator:用電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置來(lái)控制水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的調(diào)速器。

油壓裝置

oilpressuresupplyunit:能提供液壓能的裝置。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念幾種常見(jiàn)的控制系統(tǒng)：雙比例伺服閥系統(tǒng)交流伺服電機(jī)自復(fù)中系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)伺服缸系統(tǒng)比例伺服閥＋自復(fù)中系統(tǒng)雙比例伺服閥(FC閥)＋機(jī)械手動(dòng)/自復(fù)中系統(tǒng)雙比例伺服閥＋機(jī)械手動(dòng)/自復(fù)中系統(tǒng)一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念5.水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)框圖

微機(jī)調(diào)節(jié)器

電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

機(jī)械液壓系統(tǒng)水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的總體框圖一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念水輪機(jī)單調(diào)整大型數(shù)字式電液調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)典型框圖

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念6.控制功能1).水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的工作狀態(tài)根據(jù)水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)與控制情況，可將水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的工作分成幾個(gè)狀態(tài)——停機(jī)等待（TJDD）、開(kāi)機(jī)（KJ）、空載（KZ）、負(fù)載（FZ）、調(diào)相（TX）、甩負(fù)荷（SFH）和停機(jī)（TJ）。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念1).水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的工作狀態(tài)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換：微機(jī)調(diào)速器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念

2).運(yùn)行方式：自動(dòng)/手動(dòng)(1).微機(jī)調(diào)速器的自動(dòng)運(yùn)行方式在自動(dòng)運(yùn)行方式下，水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)、被控機(jī)組負(fù)荷的增加/減少、調(diào)節(jié)模式的選擇及切換、運(yùn)行人員對(duì)調(diào)速器的監(jiān)視和操作等，都是由微機(jī)調(diào)節(jié)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)或完成的。在調(diào)速器總體結(jié)構(gòu)中，其機(jī)械液壓系統(tǒng)，不論是前面討論的“電液隨動(dòng)系統(tǒng)”，還是“電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)”，都是根據(jù)微機(jī)調(diào)節(jié)器程序運(yùn)算結(jié)果，通過(guò)電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，最終實(shí)現(xiàn)主接力器行程Yga對(duì)微機(jī)調(diào)節(jié)器中YPID的成比例跟隨的。在一般情況下，機(jī)械液壓開(kāi)度限制機(jī)構(gòu)（如果它有這個(gè)機(jī)構(gòu)的話(huà)）應(yīng)置于全開(kāi)或允許的最大開(kāi)度位置。由機(jī)械液壓開(kāi)度限制機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的機(jī)械液壓手動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)此時(shí)應(yīng)處于“浮空”和不起作用的狀態(tài)。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念

2).運(yùn)行方式：自動(dòng)/手動(dòng)(2).微機(jī)調(diào)速器的機(jī)械液壓手動(dòng)運(yùn)行方式在這種手動(dòng)運(yùn)行方式下，微機(jī)調(diào)節(jié)器已不再對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)起閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制作用了。調(diào)速器完全依靠機(jī)械液壓手動(dòng)機(jī)構(gòu)（一般是通過(guò)機(jī)械液壓開(kāi)度限制機(jī)構(gòu)）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的控制?，F(xiàn)在生產(chǎn)的PLC水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器大多具備微機(jī)調(diào)節(jié)器對(duì)調(diào)速器的手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤的能力。這個(gè)跟蹤功能的特點(diǎn)如下：①實(shí)時(shí)讀入導(dǎo)葉接力器實(shí)際行程所對(duì)應(yīng)的yf值，并使PID運(yùn)算中的開(kāi)度給定yc=yf，從而使結(jié)構(gòu)框圖的積分輸入項(xiàng)為零值。②根據(jù)yc=yf，對(duì)PID調(diào)節(jié)程序中的有關(guān)量賦以合適的值，此時(shí)YPID值與實(shí)際的yf值相當(dāng)。

一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念

2).運(yùn)行方式：自動(dòng)/手動(dòng)(2).微機(jī)調(diào)速器的機(jī)械液壓手動(dòng)運(yùn)行方式根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)微機(jī)調(diào)速器由手動(dòng)運(yùn)行方式切換至自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，微機(jī)調(diào)速器就可以可靠地實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)、平滑切換。當(dāng)然，在切至自動(dòng)運(yùn)行方式后，應(yīng)將機(jī)械液壓開(kāi)度限制機(jī)構(gòu)開(kāi)啟至最大開(kāi)度。有的微機(jī)調(diào)節(jié)器具備的上電跟蹤功能，也是基于上述原理設(shè)計(jì)的：當(dāng)重新接通微機(jī)調(diào)節(jié)器電源時(shí)，微機(jī)調(diào)節(jié)器在一段時(shí)間內(nèi)（例如，1s）不對(duì)電液隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；在這段時(shí)間內(nèi)，它讀入接力器實(shí)際行程值，并做上述手動(dòng)跟蹤時(shí)類(lèi)似的處理；到達(dá)所設(shè)置的時(shí)間后，微機(jī)調(diào)節(jié)器投入工作。一.水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念

3).故障診斷：

從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始，PLC水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器就具備下列故障診斷功能:①機(jī)組頻率、電網(wǎng)頻率的故障診斷和抗干擾措施；②導(dǎo)葉和槳葉主接力器反饋裝置故障（例如，反饋電位器斷線(xiàn)等）的檢測(cè)與處理；③機(jī)組功率變送器、電站水頭變送器故障診斷及處理。二.頻率測(cè)量1.頻率測(cè)量原理測(cè)周法的基本原理

圖中被測(cè)機(jī)組頻率信號(hào)為f1，經(jīng)過(guò)放大整形和二分頻（實(shí)際工程中，有時(shí)還采用四分頻、八分頻）得到圖示的f3方波信號(hào)：經(jīng)過(guò)分頻后，f3信號(hào)為1的半周時(shí)間和為0的半周時(shí)間是相等的。在實(shí)際應(yīng)用中可以采用硬件分頻的方法，也可以采用軟件分頻的方法；f3方波信號(hào)為1的半周期時(shí)間正好是被測(cè)信號(hào)f1的周期T。

2.水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器對(duì)頻率測(cè)量環(huán)節(jié)的要求

1).若采用機(jī)組機(jī)端電壓互感器電壓（俗稱(chēng)“殘壓”）作為測(cè)頻信號(hào)，則有以下要求：

正常測(cè)量有效值電壓范圍：0.3～160V。

可測(cè)出頻率范圍：5～90Hz。

2).若采用齒盤(pán)測(cè)速頭信號(hào)，則有以下要求：

正常測(cè)量電磁頭脈沖峰值：4.5～24V。

可測(cè)出頻率范圍：0.5～90Hz。

測(cè)量精度：≤0.005Hz。

測(cè)頻響應(yīng)周期：40～80ms。二.頻率測(cè)量二.頻率測(cè)量3.基于80C51FA單片機(jī)的頻率測(cè)量二.頻率測(cè)量3.基于80C51FA單片機(jī)的頻率測(cè)量

機(jī)組頻率信號(hào)經(jīng)放大整形后變成方波信號(hào)，再送到80C51FAp1.3引腳——PCA定時(shí)/計(jì)數(shù)模塊0；同時(shí)該方波信號(hào)經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為故障檢測(cè)信號(hào)，送到引腳p1.0。當(dāng)機(jī)組頻率信號(hào)的有效值大于0.2V時(shí)，圖3-5所示a點(diǎn)能得到與之對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，此時(shí)p1.0引腳信號(hào)為高電平；當(dāng)機(jī)組頻率信號(hào)不正常時(shí)，a點(diǎn)無(wú)方波信號(hào)，單穩(wěn)觸發(fā)器延時(shí)后，p1.0引腳成為低電平；因而，p1.0引腳上電平的高/低可作為機(jī)組頻率信號(hào)正常與不正常的判斷依據(jù)。

二.頻率測(cè)量3.基于80C51FA單片機(jī)的頻率測(cè)量

將a點(diǎn)和b點(diǎn)信號(hào)均設(shè)置成上升沿觸發(fā)中斷和捕陷，如圖所示。對(duì)于機(jī)組頻率信號(hào)，可得兩次上升沿對(duì)應(yīng)的N1和N3計(jì)數(shù)值；對(duì)于網(wǎng)頻信號(hào)，可得兩次上升沿對(duì)應(yīng)的N2和N4計(jì)數(shù)值。顯然，若記：二.頻率測(cè)量3.基于80C51FA單片機(jī)的頻率測(cè)量

若取圖示的CLOCK信號(hào)為Fosc/4=3×106Hz，則當(dāng)機(jī)組頻率fg=50Hz時(shí)，Tg=0.02s，

Ng=60000；若記測(cè)得的單片機(jī)內(nèi)的機(jī)組頻率為Fg、電網(wǎng)頻率為Fn，取第二章中頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)Kf=25000，則其計(jì)算公式如下：二.頻率測(cè)量3.基于80C51FA單片機(jī)的頻率測(cè)量

頻率測(cè)量異常（干擾）值濾波處理。鑒于水輪發(fā)電機(jī)組具有慣性，故在兩次采集和計(jì)算機(jī)組頻率Fg、電網(wǎng)頻率Fn和頻差

F

時(shí)，其差值不應(yīng)大于某一數(shù)值：測(cè)頻采樣周期為40ms（機(jī)組頻率為50Hz）時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)組頻率在40ms間隔內(nèi)，數(shù)值變化不可能大于0.3Hz（單片機(jī)內(nèi)的計(jì)算結(jié)果相對(duì)值為）；如果在測(cè)量中出現(xiàn)兩次相鄰測(cè)量值的差值超差，則可認(rèn)為此值是受干擾而引起的異常值。圖示的程序框圖是一種處理這一異常（干擾）值的方法。

三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

1、概述電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置是電－機(jī)轉(zhuǎn)換器和電－液轉(zhuǎn)換器的總稱(chēng)，前者將微機(jī)調(diào)節(jié)器送來(lái)的電氣信號(hào)，轉(zhuǎn)換、放大成具有一定驅(qū)動(dòng)力的機(jī)械位移輸出，后者則把微機(jī)調(diào)節(jié)器送來(lái)的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大為相應(yīng)的液壓流量控制信號(hào)輸出。電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置一般與主配壓閥相接口，電－機(jī)轉(zhuǎn)換器與帶引導(dǎo)閥的機(jī)械位移輸入型主配壓閥相配合，電－液轉(zhuǎn)換器則與帶輔助接力器的液壓控制型主配壓閥接口。三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

1、概述GB/T9652.1-2007對(duì)電－液和電－機(jī)轉(zhuǎn)換器的要求:1).在符合規(guī)定的使用條件下，應(yīng)能正確、可靠工作。2).電液轉(zhuǎn)換器的死區(qū)，油壓漂移和放大系數(shù)實(shí)測(cè)偏差及油耗量不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值。工作范圍不得小于設(shè)計(jì)規(guī)定值。在壓力油入口前，應(yīng)設(shè)在線(xiàn)濾油器。3).電－機(jī)轉(zhuǎn)換器的操作力和行程應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值。4).設(shè)置的轉(zhuǎn)換器在電源消失時(shí)應(yīng)有回中功能；如無(wú)此功能，應(yīng)采取措施，使接力器保持某一穩(wěn)定位置。在穩(wěn)定狀態(tài)，其電源消失時(shí)接力器行程變化不得超過(guò)全行程的±1％。三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

1、概述對(duì)電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置的主要技術(shù)要求在苻合規(guī)定的使用條件下，電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)能正確、可靠地工作；要求電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置死區(qū)小、截止頻率高、放大系數(shù)穩(wěn)定、油壓和溫度漂移??；在可能的條件下，應(yīng)加大其驅(qū)動(dòng)力，降低電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置對(duì)油質(zhì)的要求，最好具有方便的手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。當(dāng)電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置電源消失時(shí)，對(duì)于電－機(jī)轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，最好應(yīng)具有使電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置恢復(fù)至中間平衡位置的功能，而電－液轉(zhuǎn)換器則最好應(yīng)與相應(yīng)主配壓閥活塞機(jī)械反饋一起使被控制的主配壓閥復(fù)中，從而實(shí)現(xiàn)電源消失時(shí)接力器基本保持在掉電前的位置。這既提高了調(diào)速器的可靠性，也符合我國(guó)的運(yùn)行習(xí)慣和要求。三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

2、比例伺服閥

比例伺服閥是電－液轉(zhuǎn)換器，它是一種電氣控制的引導(dǎo)閥，在大型和特大型數(shù)字式調(diào)速器中得到廣泛的應(yīng)用，由比例伺服閥作為電－液轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字式電液調(diào)速器在電站的試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有優(yōu)秀的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。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。三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

3、自復(fù)中伺服電機(jī)

交流伺服電機(jī)自復(fù)中裝置是電－機(jī)轉(zhuǎn)換器，它是一種新型的把交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械直線(xiàn)位移的轉(zhuǎn)換器，用于控制帶引導(dǎo)閥（位移控制型）的主配壓閥。

交流伺服電機(jī)自復(fù)中機(jī)構(gòu)三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

4、步進(jìn)電機(jī)液壓伺服裝置

步進(jìn)電機(jī)液壓伺服裝置是一種電－機(jī)轉(zhuǎn)換器，它適合與機(jī)械位移型主配壓閥接口。它是一種新型的步進(jìn)式、螺紋伺服、液壓放大式的電－機(jī)轉(zhuǎn)換器

步進(jìn)電機(jī)液壓伺服裝置結(jié)構(gòu)圖三.電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

5、脈沖閥

座閥式電磁換向閥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。座閥式電磁換向閥采用鋼球與閥座的接觸密封，所以也稱(chēng)為電磁換向球閥，避免了滑閥式換向閥的內(nèi)部泄漏。座閥式電磁換向閥在工作過(guò)程中受液流作用力影響小，不易產(chǎn)生徑向卡緊。故動(dòng)作可靠，且在高油壓下也可正常使用；換向速度也比一般電磁換向滑閥快。四.主配壓閥

主配壓閥是調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的功率級(jí)液壓放大器，它將電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置機(jī)械位移或液壓控制信號(hào)放大成相應(yīng)方向的、其成比例的、滿(mǎn)足接力器流量要求的液壓信號(hào)，控制接力器的開(kāi)啟或關(guān)閉。主配壓閥的主要結(jié)構(gòu)有兩種：帶引導(dǎo)閥的機(jī)械位移控制型和帶輔助接力器的機(jī)械液壓控制型。對(duì)于帶輔助接力器液壓輸入的主配壓閥，必需設(shè)置主配壓閥活塞至電/機(jī)轉(zhuǎn)換裝置的電氣或機(jī)械反饋。

在主配壓閥上整定接力器的最短關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)間的原理有兩種：基于限制主配壓閥活塞最大行程的方式和基于在主配壓閥關(guān)閉和開(kāi)啟排油腔進(jìn)行節(jié)流的方式。大型調(diào)速器一般采用限制主配壓閥最大行程的原理來(lái)整定接力器的最短關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)間。對(duì)于要求有兩段關(guān)機(jī)特性的，在主配壓閥上整定的是快速區(qū)間的關(guān)機(jī)速率，慢速區(qū)間的關(guān)機(jī)速率設(shè)置，在分段關(guān)閉裝置上實(shí)現(xiàn)。五.兩段關(guān)閉裝置及事故配壓閥在水電站的工程實(shí)際中，由于其水工結(jié)構(gòu)、引水管道、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素的影響，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，要求調(diào)速器的接力器在緊急關(guān)閉時(shí)有導(dǎo)葉分段（一般為兩段）關(guān)閉特性。即在導(dǎo)葉緊急關(guān)閉過(guò)程中，要求按拐點(diǎn)區(qū)分成關(guān)閉速度不同的兩段（或多段）關(guān)閉特性，導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置就是實(shí)現(xiàn)這種特性的。導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置由導(dǎo)葉分段關(guān)閉閥和接力器拐點(diǎn)開(kāi)度控制機(jī)構(gòu)組，后者包括拐點(diǎn)檢測(cè)及整定機(jī)構(gòu)和控制閥。拐點(diǎn)開(kāi)度控制機(jī)構(gòu)可以是基于純機(jī)械液壓的工作原理，也可以是由電氣與液壓相結(jié)合的工作原理，前者可稱(chēng)為“機(jī)械式”導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置，后者則是“電氣式”導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置。對(duì)于要求具有導(dǎo)葉分段關(guān)閉特性的調(diào)速器，必需引入接力器位移的機(jī)械或電氣信號(hào)。五.兩段關(guān)閉裝置及事故配壓閥當(dāng)采用純機(jī)械液壓式拐點(diǎn)檢測(cè)及調(diào)整機(jī)構(gòu)和控制油路來(lái)控制分段關(guān)閉閥（即“機(jī)械式”導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置），系統(tǒng)動(dòng)作與調(diào)速器工作電源無(wú)關(guān)，可靠性高；但是，由于必需利用凸輪使接力器運(yùn)動(dòng)時(shí)控制切換閥換位，機(jī)械系統(tǒng)復(fù)雜，有的電站在布置上也有一定的困難。采用“電氣式”導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置的優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置在布置上四分方便。但是，必需四分重視其控制電源及控制回路的可靠性，一般應(yīng)采用兩段廠用直流電源對(duì)切換電磁閥回路供電，在電站已出現(xiàn)過(guò)由于控制電源消失或電氣控制故障，而導(dǎo)致分段關(guān)閉裝置無(wú)法正常工作的事故。如果系統(tǒng)有事故配壓閥，則導(dǎo)葉分段關(guān)閉閥應(yīng)設(shè)置在事故配壓閥與接力器之間的油路中。兩端關(guān)閉閥五.兩段關(guān)閉裝置及事故配壓閥六.水輪機(jī)控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

--GB/T9652.1--2007《水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件》1、靜態(tài)特性

1.1靜態(tài)特性曲線(xiàn)應(yīng)近似為直線(xiàn)。

1.2測(cè)至主接力器的轉(zhuǎn)速死區(qū)和在水輪機(jī)靜止及輸入轉(zhuǎn)速信號(hào)恒定的條件下接力器擺動(dòng)值不超過(guò)下表規(guī)定值。調(diào)速器類(lèi)型項(xiàng)目大型中型小型特小型電調(diào)電調(diào)電調(diào)機(jī)調(diào)轉(zhuǎn)速死區(qū)ix%0.02