1、第五章 水轮机的调速设备,水电站在向电力系统供电的过程中，除了保证供电的安全可靠而外还应保证电压和频率的稳定。由于用户负荷的变化使系统供电的电压和频率亦随之发生变化，此时发电机的电压调整系统便自动调节使其电压恢复到额定值或保持在许可范围以内，而频率的调节则由水轮机的调速器来完成。,第一节 水轮机调节的基本概念,一、水轮机调节的任务,我国规定电力系统的频率应保持为50HZ，其偏差值应不超过土o5Hz；对大电力系统，其偏差值则不应超过土02Hz。,发电机输出电流的频率是与其磁极对数p和转速n有关。对一定的发电机来说，其磁极对数是固定不变的，因此要求调节发电机电流频率就需要调节机组、也就是水轮机的转
2、速。,水轮机调节的任务是迅速改变机组出力使之适应于外界负荷的变化，以保证机组的转速即供电频率恢复或保持在允许范围以内，并在机组之间进行负荷分配达到经济合理的运行。,水轮机通过什么途径来完成上述调节任务呢?这就首先需要分析机组运动的情况。水轮发电机组的运动方程式为：,二、机组调节的途径,当电力系统负荷变化时，首先使发电机的阻抗力矩Me发生变化，这样便破坏了原有的平衡，出现了下列两种不平衡情况：,1 )机组减小负荷， 减小，使 ，则机组出现了剩余能量，使机组加速旋转，形成机组转速上升；,2 )机组增加负荷， 增大，使 ，则机组出现了不足能量，使机组减速旋转， ，形成机组转速下降。,水轮机主动力矩M
3、的关系式为：,改变M最好和最有效的办法是通过改变水轮机的过水流量 来实现。,第二节 调节系统的特性,调速系统的静特性是指导叶开度一定时，调速器在稳定状态下，机组转速与机组所带负荷之间的关系，这种关系可以用图线表示，如图51所示。,一、调速系统的静特性,机组转速随负荷增减而变化的程度称为有差调节的调差率，用ep表示， ep的表达式为：,在实际运行中，一般采用 =08，当 =0时，即为无差调节。,如图52所示，有两台机组( 机与 机)并列运行，它们有差调节的调差率都大于零而且是相同的，即 ，也就是说它们的静特性直线具有相同的斜率。,两机组以新的平衡转速 运行时负荷分别为 ，各增加了负荷 ，则此时
4、并满足,所以，当各机组以相同而且大于零的调差率并列运行时，就必须以等负荷分配方式工作，否则就不能满足以相同转速同步并列运行的条件。,若希望两台机组之间以不同负荷分配方式工作时，如希望1机承担的系统负荷变化量少一些， 机多一些，则可将 机的静特性调差率 调得大于 机的调差率 如图53所示。,调节系统的动特性主要是指在调节过程中机组转速随时间变化的关系，它常以 的动特性曲线来表示。,二、调节系统的动特性,在调节过程中，机组转速随时间变化的过渡过程可能出现各种情况，如图54所示。,调整后的转速过渡过程除了满足上述稳定的要求而外，还应满足对过渡过程的动态品质要求。过渡过程的动态品质常用一些指标来衡量，
5、如图5-5所示，,一、水轮机调节系统的组成,第三节 水轮机调速器的基本工作原理,调节系统就必须具有测量、放大、执行及反馈等组成的机构。,它们之间的关系可以方块图5-6表示。,二、水轮机调节系统的工作原理,1离心摆-是测量机组转速偏差并把偏差信号转变为位移信号的机构。,2引导阀-是把离心摆的位移变化转换为油压变化的机构。,3. 辅助接力器与主配压阀 辅助接力器的衬套中有一差动活塞7，它下面E 孔处接通排油，压力为零。上面作用有从引导阀引来的某一油压，因而有一个向下的作用力 。,主接力器(简称接力器)是由油缸和其中的活塞9与活塞杆(即推拉杆)组成。,4主接力器,5反馈机构,反馈机构有以杠杆系统组成
6、的局部反馈机构和以缓冲器为主的软反馈机构。,1)局部反馈机构：,2)软反馈机构：,6调差机构-是由杠杆系统T-J-Q-M-Z-R组成。,转速调整机构主要是调整滑块M 的位置使之上移或下移，如图58所示。,7转速调整机构,第四节 调速器的类型与系列,一、调速器的类型,调速器是水电站机组自动化的关键设备之一，按照调速器在结构及工作上的特点，可分为以下几类：,(1)按调速器元件结构的不同，可分为机械液压型调速器(简称机调)和电气液压型调速器(简称电调)。,(2)按调速器调节机构数目的不同，可分为单一调节调速器(简称单调)和双重调节调速器(简称双调)，如图510。,(3)按调速器工作容量的大小不同，又
7、可分为大、中、小型调速器。 主配压阀活塞直径在80mm以上的称为大型调速器；操作功在1000030000Nm之间的称为中型调速器；操作功在10000Nm以下的称为小型调速器，其中调速功在3000NM以下的又称为特小型调速器。,我国生产的调速器有各种型号，1978年第一机械工业部和水利电力部提出了反击式水轮机调速器的系列型谱，见表5-1。,二、调速器的系列,第五节 调速系统的油压装置,一、油压装置的组成及其工作原理,油压装置是由压力油罐、回油箱、油泵机组及其附件组成。,1 回油箱、油泵机组及其附件,2压力油罐及其附件,目前我国生产的油压装置因结构的型式不同而分为分离式和组合式两种。分离式是将压力
8、油罐和回油箱分开制造和布置，中间用油管连接，如图5-11所示；组合式是将两者组合为一整体，如图5-12所示。,二、油压装置的系列,油压装置工作容量的大小是以压力油罐的容积(m3)来表征的，并由此组成油压装置 的系列型谱，见表5-2。,第六节 水轮机调速设备的选择,中小型调速器的调速功是指接力器活塞上的油压作用力与其行程的乘积。对反击式水轮机一般采用以下经验公式进行计算：,一、中小型调速器的选择,对冲击式水轮机所需要的调速功A可按下式进行估算：,对大型调速器通常采用两个接力器来操作导水机构，当油压装置的额定油压为25MPa时，每个接力器的直径d，可按下列经验公式计算：,二、大型调速器的选择,(一
9、)接力器的选择,1导叶接力器的选择,2转桨式水轮机转轮叶片接力器的计算,通常主配压阀的直径与通向主接力器的油管直径是相等的。通过主配压阀油管的流量为：,(二)主配压阀直径的选择,则油管直径(即主配压阀直径)为：,大型调速器是以主配压阀的直径为表征而组成系列，因此在按(5-15)式计算出主配压阀直径d后，便可在表5-1中选择调速器型号。,(三)油压装置的选择,油压装置的工作容量是以压力油罐的总容积为表征的，选择时首先按下列经验公式计算出压力油罐的总容积 ：,对混流式水轮机,对转桨式水轮机,HL240型方案调速设备的选择,(一)调速功的计算,属大型调速器，则接力器、调速柜和油压装应分别进行计算和选择。,(二)接力器的选择,1接力器直径的计算,采用两个接力器来操作水轮机的导水机构，选用额定油压为2.5MPa，则每个接力器的直径dS可由(56)式求得：,已知导叶数目Z。：24，为标准正曲率导叶，由表53选取且003，又导叶的相对高度,谢谢！,
