调速系统

调速系统

笫一节调速系统的任务和特点

水轮机调速系统的基本任务是：使水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化或其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范固，并能迅速地稳定予新的工况，从而保证发电机输出的交流电频率满足用电设备的要求。水轮机调节是通过调速系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量来实现的。 此外，调速系统还具有如下功能：

(1)进行机组的正常操作：机组的开停机、增减负荷，以及发电、调相等各种工况的相互切换。这些操作均应能自动或手动进行。 (2)保证机组的安全运行：在各种事故情况下，机组甩掉全部负荷后，调速系统应能保证机组迅速稳定在空载转速，或者根据指令信号，可靠地紧急停机。在甩负荷或紧急停机过程中，调速器应按整定的关机速度关闭导水叶，保证机组转速升高及输水系统压力升高不超过允许值。

(3)实现机组的经济运行：按要求自动分配机组闯的负荷，使机组运行于高效率区；根据需要按水头或按流量进行自动调节。 对于某一具体的调速系统，并不要求它具有上述全部功能。因为其中某些功能只有在一定条件下才是需要的。例如：只有水泵一水轮机组才有抽水工况，只有转桨式机组，才要求调速系统保证机组运行于高效率区等。

调速系统的主要设备有：调速器、油压装置和漏油装置。

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． 水轮机调速系统除了具有一般自动调节系统的特征之外，还具有如下特点：

(1)由于单位水体携带能量较少，‘水轮机运转时，必须通过较大的流量。为了改变水轮机的过流量，就要求水轮机调速器具有较大的输出功率，因而水轮机调速器均有多级液压放大装置和外加能源。

(2)由于水轮机引水管道内的水流惯性作用，调节过程中，水轮机流量的改变，将在水轮机输水系统中产生不同程度的水锤效应。这不仅限制了水轮机调节的速度，而且由于水锤效应与调节作用对增减水轮机动力矩的效果是相反的，因而恶化了调节过程，使水轮机调节的稳定问题较为突出，一般均须引入暂态反馈等镇定环节来保证调速系统的稳定。

(3)双调节水轮机具有两个按特定协联关系动作的调节机构。以提高机组效率，或适应机组的不同运行工况，或保证机组安全运行。这些水轮机要求调速器具有双重调节功能。

(4)随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速系统具有越来越多的自动操作和自动控制功能。这就使得水轮机调速器成为水电站中一个十分重要的综合自动装置：

水电站调速系统设计包括调速器的型式选择、工作容量和整定参数范围的选择计算，油压装置和漏油装置的选择计算以及调速系统设备布置。

第二节 调速器的结构、性能和特点

一、调速器分类

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1. 按调速器各部件的原理结构分

(1)机械液压调速器。其主要部件均为机械液压部件。 (2)电气液压调速器。电气液压调速器的测速环节，信号的综合、变换和放大，以及反馈环节等，均采用电气回路来实现，然后由电液转换部件将电气信号转换为机械液压信号，经过液压放大，推动执行机构。电气回路可由电子管、晶体管或集成电路等不同的元件所组成。

2．按调节规律分

(1)．比例一积分调速器(PI调节规律) 。

(2)比例一积分一微分调速器(PID调节规律) 比例调节的输出与输入偏差信号成正比；积分调节输出的变化速度与输入偏差信号成正比；微分调节的输出与输入偏差信号的变化速度成正比。单纯的比例调节器具有很大的静差，不能用于水轮机调节。积分作用可以消除静差，但会使过渡过程的超调量增大，调节时间加长，如果调节系统的滞后过大，还可能引起系统振荡。微分调节的输出较偏差信号超前出现，因而可减小过渡过程的超调量，并缩短调节时间。

3．按永态反馈和暂态反馈取出的位置分 (1)自主接力器取永态和暂态反馈的调节器。 (2)自中间接力器取永态和暂态反馈的调节器。 4．按调速器执行机构的数目分

(1)单调节调速器。调速器只有一个执行机构。如用于混流式和定桨式机组的调速器。

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(2)双调节调速器。调速器具有两个有一定协联关系的执行机构。如用于转桨式机组的调速器。

5．按调速器的工作容量分

(1)大型调速器。主配压阀活塞直径大于80毫米。大型调速器所用的油压装置和主接力器均单独设置，有些大型电液调逮器本身的电气柜也和机械柜分开设置。

(2)中型调速器。操作功在1800～3000公斤·米之间。中型调速器一般和油压装置、主接力器做成一个整体，有的油压装置也单独设置。

二、调速器的基本环节 (一)测速环节

测速环节的作用是不断地测量机组的实际转速与给定转速的偏差，并根据偏差的大小和方向，输出相应的信号作用于下一个环节。这个信号在机械液压调速器中是飞摆的机械位移；在电气液压调速器中，则是测速回路的输出电压(或电流)．

调速器的测速环节有以下四种主要型式：

(1)永磁机—离心飞摆。机械液压调速器一般采用这种测速方式。离心飞摆由感应式电动机拖动旋转，电动机的电源来自由机组带动的永磁机，所以飞摆的转速与机组的转速成正比。

(2)永磁机—LC测频回路。LC测频回路的电源来自永磁机，永磁机的频率反映了机组的频率。所以LC测频回路的输出电压与机组的频率成正比。

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LC测频回路有串联、并联、双串联、双并联和串并联几种，它们的工作原理基本相同，都是利用LC回路的复阻抗与频率有关这一特性。电气液压调速器中实际采用的各种．LC测频回路的典型线路、频率特性曲线和特点见表6-l。

这种测速方式，永磁机耗费贵重金属较多，加工制造较困难，且测频回路的输入信号为工频，测频环节时间常数较大。但永磁机可作为调速器的可靠电源，且其电压与转速成比例，用电压继电器作转速继电器比较方便，加之有较长H寸间的运行经验，所以目前在我国电液调速器中仍普遍采用永磁机作为一种测速方式。

(3)齿盘与磁头—脉冲频率测

量回路(简称齿盘测速)。齿盘和磁头的作用是产生频率与机组转速n成正比的电脉冲信号V，工作原理如图6一l所示。

齿盘与机组同轴转动，磁头的磁路不断地被齿盘上的齿闭合、断开。磁头上线圈中的磁通相应地发生变化，机组转速越高，单位时间内磁通变化次数就越多，线圈两端感应出的信号VF的脉冲频率就愈高。其值由下式决定：

式中 F——脉冲频率， Z——齿盘上的齿数； N——机组的转速。

脉冲频率测量电路由脉冲整形，功率放大，频率一电压变换和转速整定回路四部分组成。图6—2是该电路原理方框图。

磁头的脉冲信号电压经过整形、功率放大，同时送入频率电压变

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