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水轮机调速器

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所属类别:水轮机

基本信息

中文名称:水轮机调速器
外文名称:

通过转速偏差的检测,以控制和调整水轮发电机组转速和出力的设备。其基本功能有:①自动或手动实现水轮机的主要运行操作,如开停机、并列、增减负荷、工况转换等。②保持机组转速变化不超出一定范围。③当机组发生事故时,依靠调速器中的事故电磁阀或事故配压阀紧急停机。

调速器类型

调速器有不同的分类方法。按调节规律分类,有比例-积分(PI)调速器和比例-积分-微分(PID)调速器。按执行机构的数目分类,有单调节和双重调节。单调节调速器适用于混流式和轴流定桨式水轮机;双重调节调速器适用于转桨式、冲击式和带有调节阀的混流式水轮机。按元件组成分类,有机械液压型和电气液压型。对不同的类型,有不同的技术条件规定,总的要求是:①在电力系统小波动条件下,应保证机组在各种运行工况下的稳定性。②机组空载运行时,调节过程应满足最大超调量、超调次数、动态过程调节时间等的要求。③机组甩负荷工况,应满足转速变化的波峰和调节时间等要求。④应满足调速器的不灵敏区和静态特性的非线性程度等要求。

(1)机械液压型调速器。作用原理是利用离心飞摆测量机组的转速,当转速发生偏差时,通过配压阀实现液压放大,控制调速器的执行机构——接力器,改变水轮机导叶的开度,达到调整机组转速及出力的目的。调速器设有永态调差机构、变速机构、缓冲机构、开度限制机构。永态调差机构用于实现并网机组间的负荷分配。变速机构用来改变单机运行时机组的转速,当机组并网运行时用来改变机组的出力。缓冲机构用来保证机组调节过程的稳定性。开度限制机构除限制运行开度外,还用来实现开停机操作。

(2)电气液压型调速器。它是将测频、永态调差、暂态调差等机构用电气回路实现,电子管或大功率晶体管实现电气信号的综合放大,电液转换器把电气信号变换成位移信号,再通过液压系统控制导叶接力器。随着电子技术的进步,电液调速器电器部分的集成度不断提高,并具有比例、积分、微分调节规律。以微型计算机为核心,由各种软件实现调速器的各种功能及PID调节规律的微型计算机电气液压调速器,已投入使用。电气液压型调速器灵敏度高,调节系统死区小,稳定性和速动性好,还可以接受多种电信号以适应各种需要,已逐渐被大型机组广泛采用。

基本技术参数

有工作容量、镇定环节参数和运行参数等。

(1)调速器工作容量。即接力器在全行程中所做的功,为接力器行程、活塞面积和压力油工作油压的乘积。它反映调速器操作水轮机导叶的工作能力。工作容量根据水轮机型式、尺寸、工作水头和调速器机构传动的特点而定。为适应各种容量水轮机调节的需要,中小型调速器的工作容量分别有:350、750、1 500、3 000、6 000、10 000、18 000 N·m等品种;大型调速器按主配压阀直径来度量,分别有80、100、150、200、250mm等品种。转桨式水轮机除导叶接力器外,还有桨叶接力器,常称双重调节,其控制桨叶接力器的配压阀直径一般与导叶配压阀直径相等。

(2)镇定环节参数。调速器加速环节时间常数,表征对机组加速度变化的敏感性及附加作用强度;该值越大,调速器按加速度附加作用的强度越大,通常在0~5 s内选择整定。缓冲时间常数,反映暂态调差机构作用的持续性,在0~20 s内选择整定。暂态调差系数,反映暂态调差机构作用的强度。通过试验选择上述3个参数的最优整定值。

(3)运动参数。由水电站设计及其在电力系统中的作用确定。永态调差值的范围为0~8%。当水电站容量占电力系统比重较大,担任调频作用时,整定值为3%~4%;当担任基荷时,整定值为5%~6%;当机组孤立运行时则取零值。导叶关闭时间根据水轮发电机组调节保证计算整定。

调速器油压装置

由压力油罐、回油箱、油泵组成。中小型调速器的油压装置与调速器柜、接力器等常集中布置,其压力油罐容积多小于1m3。大型调速器的油压装置形成一个独立部件,压力油罐容积为1~20m3,大型油压装置一般设有2台压力油泵,互为备用,并利用压力信号器实现自动控制。

发展简史和趋势

机械液压型调速器是20世纪初开始研制的,30年代性能已相当完善。电子管电气液压型调速器于1939年首先在瑞士使用,20世纪50年代后得到迅速发展,从电子管、晶体管发展到集成电路,80年代后微型计算机调速器已得到研究开发和应用,显示出良好的性能和前景。

调速器的发展趋势:①提高调速器工作油压,过去多采用2.5mPa,随着单机容量的提高,已采用4~6mPa,工作油压的提高可降低调速系统设备的尺寸及造价。②选用通用型的液压元件,如:电气液压调速器所用的电液转换器选用通用型电液伺服阀;在每个导叶上装设一个通用小型接力器代替大型双接力器的控制等。③采用计算机技术,能够同时实现同期、参数优化及工况记录等实时功能。

  
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