技术讲课讲稿
比例-数字冗余式水轮机调速器简介
讲课人：孙作芳
发电部
2006年2月
水轮机调速器简介
一．水轮机调节的基本任务
水轮发电机组把水能转变为电能供给用户。用户对供电安全可靠、电网电能质量都有严格的要求。而电力系统负荷的不断变化，导致了系统频率的波动。因此，不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定转速（频率）的规定范围内，就是水轮机调节的基本任务。
水轮发电机组转动部分的运动方程为：
Jdω/dt=Mt-Mg
式中：
J—机组转动部分的惯性矩（kg·㎡）；
ω＝πn/30—机组转动角速度（rad/s）；
n—机组转动速度（r/min）；
Mt—水轮机转矩（N·m）；
Mg—发电机负荷阻力矩（负载转矩）（N·m）。
上式表明，保持机组转速（频率）为恒值的条件是dω/dt＝0，即要求Mt＝Mg，否则就会导致机组转速（频率）偏离额定值，从而出现转速（频率）偏差。
水轮机转矩Mt＝ρQHηt /ω
式中：
Q—通过水轮机的流量（m3/s）;
H—水轮机净水头（m）；
ηt—水轮机效率；
ρ—水的密度（kg/m3）
因为发电机负荷阻力矩随负荷的变化而变化，几乎不可控，因此，只有不断地调节流量Q和效率ηt，才能调节水轮机转矩Mt，达到Mt＝Mg的目的。从最终效果来看，水轮机调节的任务是维持水轮发电机组转速（频率）在额定值附近的允许范围内。然而，从实质上讲，只有当水轮机调节器相应地调节水轮机导水机构开度（从而调节水轮机流量Q）和水轮机轮叶的角度（从而调节水轮机效率ηt），使Mt＝Mg，才能使机组在一个允许的规定转速（频率）下运行。
因此，水轮机调节的实质：根据偏离额定值的转速（频率）偏差信号，不断地调节水轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机组功率与负荷功率的平衡。
二．水轮机调节系统的结构
水轮机调节系统是由水轮机控制设（系统）和被控制系统组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统的被控制系统；用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与
给定量的偏差，并将其按一定的特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合成为水轮机控制设备（系统）。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的电气控制装置和机械执行机构组成。
水轮机调节系统的工作过程为：测量元件把机组转速n（频率f）、功率Pg、水头H 、流量Q等反映机组运行工况的参数测量出来作为水轮机调速器的反馈信号，与给定信号闭环综合后，经放大校正元件控制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构
三．水轮机调节系统的特点
水轮机调节系统是一个自动调节系统，它具有一般闭环控制系统的共性，但是水轮机调节系统是一个复杂的非线性控制系统。
水轮机发电机组由多种工作状态：机组开机、机组停机、同期并网前和从电网解列后的空载、孤立电网运行、以转速控制和功率控制并列于大电网运行、水位和流量控制等。
水轮机控制设备是通过很大的动力来调节水轮机导水机构和桨叶机构来调节水轮机流量及其流态的，因此，调速器也大多要采用机械液压执行机构，且常常采用有一级或二级液压放大的液压执行机构。
水轮机过水管道存在着水流惯性，通常用水流惯性常数Tw来表述：
Tw＝(Qr/gHr)ΣL/A=ΣLv/gH
式中：
每段过水管道的截面积（㎡）；
L—相应每段过水管道的长度（m）
比例-数字冗余式水轮机调速器
