1、1水轮机调速器的自动化及其发展前景摘要：水轮机调速器作为水电站的基础设备，它的作用尤为突出，能够合理的选择适合的水轮机调速器很重要。在整个水轮机的系统中，调速器是维持发电机组频率稳定以及负载的重要环节，并且受自动化系统的控制，确保正常工作，配合水电站完成发电工作。 关键词：水轮机；调速器；自动化 中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号： 引言：水轮机调速器是水轮发电机组的一个重要辅助设备,其状态的好坏直接关系到发电机的供电质量并影响水轮发电组的安全稳定和经济运行,现在大中型水轮机调速器都是微机型的,是一种高度智能化的调节设备,其硬件结构又是千差万别,并趋向于集成化、模块化方向发展,外部
2、结构越来越紧凑,因此,在现场运行中我们必须充分清楚其工作特性和控制原理,并通过一系列试验来检验运行中水轮机调速器的状态性能,如静特性和开、停机,空载摆动,空载扰动,甩负荷等动态特性试验,为水电厂检修服务提供安全可靠的保证。 水电站自动化的内容 水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监2视、完成对辅助设备的自动控制、完成对主要电气设备的控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。 (一)
3、完成对水轮发电机组运行方式的自动控制 一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。 (二)完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视 如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统
4、工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时。迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。 (三)完成对辅助设备的自动控制 包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，发生事故时能自动地投入备用的辅助设备。 (四)完成对主要电气设备(如变压器、母线及输电线路等)的控制、监视和保护。 (五)完成对水工建筑物运行工况的控制和监视 如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水3位的测量监视，引水压力管的保护(指引水式电站)等。 二、不同水轮机调速器的分析 1、比例伺服阀类调速器 比例伺服阀是在电液伺服阀基础上发展起来的,它输出的流量或压力连续且与输入的电信号成比例。目前国外大多采用
5、该阀作为电液转换环节构成水轮机微机调速器,国内部分厂家如南瑞、东方电机也采用该阀作为电液转换环节。 比例伺服阀微机调速器采用的是微机调节器+电液随动系统型系统结构形式。其中比例驱动电路、电液比例伺服阀及阀芯反馈共同构成电液转换环节,辅助接力器与主配压阀共同构成液压放大环节。 在电液比例伺服阀调速器系统中,存在两种闭环的反馈控制 ,第一种是阀内的小闭环。阀内反馈是阀芯位置反馈。另一种是调速器系统输出量-接力器位置的实际值大闭环反馈。 比例伺服阀无控制油流输出;当一端比例电磁铁输入一定的电气信号时,阀芯在比例电磁铁的作用下作相应的移动,并输出一定的流量,输出流量的大小与控制信号成比例。 在正常稳定
6、运行状态下,电液比例阀和手动阀的输出流量为零,主配压阀活塞在压力差的作用下处于平衡位置,主接力器不动。当在比例伺服阀有流量输出时,或在手动工况下手动阀有输出流量时,由于比例伺服阀的负反馈的存在,这些输出流量均可以近似线性地转换成主配压阀活塞的位移,使主配压活塞偏离中位,控制主接力器动作。紧急停机时,紧停阀动作,切断比例伺服阀和手动阀的压力油路,使辅助接力器上腔接通回油,实现紧急停机。 2、电机类调速器 4步进电机按步序脉冲工作,是数控执行元件,可以接受由计算机、单片机发出的数字步序信号直接控制,而无须经 DA 转换环节,较伺服电机更具有先进性。电机输出是机械旋转角度信号,不能直接将它应用于调速
7、器的电液转换环节,须加一定的转换机构,将机械旋转角度信号变换为位移信号。将步进电机的机械旋转角度信号变换为位移信号主要有三种方式:(l)凸轮渐开线方式;(2) 滚珠丝杆方式;(3) 步进液压缸方式。其中凸轮渐开线方式和步进液压缸方式构成的电液转换环节,均无良好的“复中”特性，必须设置电液转换环节的小闭环反馈,系统构成较复杂。在此,以具有自动“复中”能力的滚珠丝杆方式说明步进电机类调速器。 步进电机微机调速器也采用的是微机调节器十电液随动系统型系统结构。步进电机驱动器与步进电机构成调速器电液随动系统的电液转换环节,由引导阀和主配压阀构成调速器电液随动系统的液压放大环节,微机调节器通常也以可编程控
8、制器(PLC) 或双路冗余的工控机（IPC）为核心构成。 电液转换环节的原理是,当调节器输出开方向信号时,步进电机带动滚珠丝杆转动,使丝杆轴承副向下运动,同时也压迫着连接体克服弹簧向上的压力带动上环垫随之向下运动;当调节器输出关开方向信号时,步进电机带动滚珠丝杆转动,使丝杆轴承副向上运动,同时也压迫着连接体克服弹簧向下的压力带动下环垫随之向上运动。当控制信号为零时,在弹簧的作用下,使丝杆轴承副回到中间位置。电液转换部件带动引导阀上下动作,通过引导阀带动主配压阀上下运动,控制接力器。 结束语： 5通过本文的探讨与分析，详细的分析了不同水轮机调速器特性，进一步比较两种不同调速器的工作效率，结合实际工作需要，明确顺利完成水电站工作，符合自动化控制技术的发展，选择电机类调速器作为水电厂的水轮机调速器，因为这类调速器明显有优越性。 参考文献： 1王柏林.水轮机最优 PID 调节器J.大电机技术,1987,(04)。 2沈宗树,钟承纲.混流式水轮机调节系统动态特性分析J.水利水电技术,1979,(06)。 3回士光.调速器的主要作用、类型及动态品质指标J.中国水能及电气化,2009,(Z1):91-92。
