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《水 电 站》

《水 电 站》. 2009 年 3 月. 第四章 水轮机的调速设备. 一、水轮调节的任务. 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作 → 发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。. 系统负荷变化. 系统负荷变化→系统电流的频率 f 发生变化，由于 f 是磁极对数 p 和转速 n 的函数 → 发电机调速器动作 → 发电机的转速恢复并保持在许可范围内。. 水轮机调节的任务： 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。 保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过 ±0.5Hz ，大电力系统不超过 ±0.2Hz 。

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  1. 《水 电 站》 2009年3月

  2. 第四章 水轮机的调速设备 一、水轮调节的任务 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。 系统负荷变化 系统负荷变化→系统电流的频率f发生变化，由于f是磁极对数p和转速n的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  3. 水轮机调节的任务： • 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。 • 保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz。 • 启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  4. 二、水轮机调节原理 • 水轮发电机组的运动方程式为： 式中：Mt——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功) Mg——发电机的阻力矩 J ——机组惯性矩； ——角加速度； 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  5. 所以当负荷变化时，应调节Mt，使Mt=Mg，n=ne 又： 要使 ，一般不能改变H和效率η，而是通过 改变Q而达到改变主动力矩Mt的目的。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  6. 调节流量的途径： 反击式：通过改变导叶开度a0，ZZ：同时改变叶片转角。 冲击式：通过改变喷嘴开度。 • 水轮机调节的定义： 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。 调节实质：调节转速 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  7. 三、水轮机调节系统的组成 • 水轮机自动调节系统: 调速柜+油压设备+接力器。其中中小型水轮机调速器将这三部分组合成一个整体，称为组合式，运行方便。 • 调速柜的作用： 以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，已达到改变出力恢复转速的目的。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  8. 调速系统 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  9. 油压装置 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  10. 调速柜主要有以下几个部分组成： • 测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变为位移信号，然后输出。 • 放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力器，二级放大)：位移变化→油压变化。 • 执行机构：主接力器，控制导叶开度，改变流量 • 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使=时，反馈信号使调节停止。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  11. 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。 • 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油压，为2.5MPa；有的电站采用高油压，为4.0MPa。 • 调速器工作时的高油压来自油罐，低压侧的油通过回油管路进入回油箱。 • 当油压降低到正常工作油压下限(2.3~2.7MPa)时，油泵自动启动，将回油箱内的油泵入压力油罐，油压达到正常工作油压上限时，油泵停止工作。 • 接力器是调速器的执行元件，大型电站设两个或两个以上接力器。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  12. 四、调速器的类型与系列 (一) 类型 1、按调速器元件结构分： • 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机械环节完成。现在很少使用。 • 电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 • 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器，赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  13. 数字式电液调速器监控系统主界面 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  14. 数字式电液调速器油压装置显示画面 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  15. 2、按调节机构数分 单调：一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组 双调：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角)， ZZ、CJ（针阀、折流板转动） 3、按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  16. (二) 调速器系列(反击式水轮机) 第一部分：基本特性和类型 大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T 机械液压：无代号； 电动调节：D 单调：无代号； 双调：S 调速器：T 第二部分：工作容量 中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm) 第三部分：额定油压 2.5MPa 不加注释 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  17. 例： YT—300 中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工作容量300×9.81Nm DST—100A—40 大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径100mm，额定油压40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后产品 A、B、C为改型次数，系列型谱见表5—1。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  18. 五、水轮机调速设备的选择 • 包括：调速柜、接力器、油压装置 • 中小型调速器是将上面的三部分结合在一起，成为一个整体设备，以主接力器的工作容量(也称为调速功)为表征组成标准系列。用调速功来进行选择。 • 对大型调速器，三者是分开的，并且互不配套，需要分别进行选择。大型调速器的表征值是主配压阀直径，因此需要先求出主接力器容积，再计算主配压阀直径。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  19. 1、中小型调速器的选择 • 调速功：接力器活塞上的油压力与其行程的乘积。 • 反击式水轮机的调速功：A=(200~250)Q(HmaxD1)1/2Q为最大水头下额定出力时的流量。 • 冲击式水轮机的调速功：A=9.81Z0(d0+d03Hmax/6000) Z0为喷嘴数目d0为额定流量时的射流直径。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  20. 2、大型调速器的选择 (1) 接力器的选择 • 导叶接力器的选择 • 通常采用两个接力器操作导水机构 • 当额定油压为2.5MPa时，接力器直径ds为：λ为计算系数，查表。b0为导叶高度。 • 当额定油压为4.0MPa时，接力器直径ds为： • 由计算的接力器直径，查标准接力器系列表，选用相邻偏大的直径。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  21. 接力器最大行程Smax可由经验公式求出：Smax=(1.4~1.8)a0maxa0max为水轮机导叶的最大开度，由模型水轮机导叶最大开度a0Mmax换算得出：a0max= a0Mmax(D0Z0M/D0MZ0)其中，D0和Z0分别为水轮机导叶轴心园的直径和水轮机的导叶数目。 • 将Smax的单位转换为m，即可求出两个接力器的总容积： 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  22. 转浆式水轮机转轮叶片接力器的计算 • 转浆式水轮机除了选择导叶接力器以外，还要选择转轮叶片接力器(位于轮毂内部)。 • 其直径dc、最大行程Scmax、容积Vc可按经验公式估算。dc=(0.3~0.45)D1(2.5/P0)1/2Scmax=(0.036~0.072)D1Vc=0.25πdc2 Scmax 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  23. (2) 主配压阀直径的选择 • 通常主配压阀的直径与通向主接力器的油管直径相等。通过主配压阀油管的流量为：Q=Vs/TsTs为导叶的直线关闭时间。 则由管内油的流速(4~5m/s)确定油管直径d。 • 大型调速器以主配压阀的直径为表征而组成系列，计算出d以后，就可以查表选择调速器型号了。 • 对于双调节的转浆式水轮机，通常使转轮叶片的主配压阀直径与导水机构的主配压阀直径相等。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  24. （3） 油压装置的选择 • 油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，故首先应按经验公式求出压力油罐的总容积Vk：Vk=(18~20)Vs对于HL水轮机Vk=(18~20)Vs+(4~5)Vc 对于ZZ水轮机Vs和Vc分别为前面计算出的接力器容积。 • 若油压装置需要供给空放阀接力器用油，则Vk需要增加(9~10)Vt，Vt为空放阀接力器的容积。 • 若油压装置需要供给进水阀接力器用油，则Vk需要再增加3Vf，Vf为进水阀接力器的容积。 • 计算出压力油罐总容积后，可查表选择油压装置。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/

  25. 谢谢!

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