【文章內容簡介】 向流經轉輪，葉片軸線與水輪機軸線有一夾角，稱為斜流式水輪機，如圖（c）所示。斜流式水輪機轉輪葉片裝置角可調整，高效率區(qū)較寬，其性能界于軸流式與混流式之間，適用水頭范圍在 20～150m，可作為水泵—水輪機（可逆式機組）用于抽水蓄能電站。沖擊式水輪機通過噴嘴將水流能量全部轉換成高速射流的動能，沖擊安裝在轉輪外圍輪盤上的部分勺斗使轉輪轉動，將水能轉換成機械能的水輪機稱為沖擊式水輪機。轉輪在大氣中工作，水流流經葉片（勺斗）時均為自由水面。. . . .. . 學習好幫手按射流是否在轉輪平面內分，可有以下三種不同形式。1） 切擊式（水斗式）水輪機射流在轉輪旋轉平面之內，如圖（a）所示。轉輪旋轉時，后續(xù)勺斗背面會對射流產生一定阻隔作用。2） 斜擊式水輪機射流與轉輪旋轉平面成一斜角 α，射流由勺斗一側進入，另一側流出，增加了水輪機的過流量，如圖（b）所示。由于射流避開了水斗背面的阻隔，提高了水能利用效率，但相應產生了軸向水推力。3） 雙擊式水輪機射流具有一個很寬的長方形截面，與主軸垂直。射流先從轉輪外周流向中心，穿過中心空腔后再從內向外流出，二次對葉片發(fā)生作用，故稱雙擊式，如圖（c）所示。 水電站關鍵設備介紹主機：包括水輪機、發(fā)電機。水能作用在水輪機的導葉和槳葉上，帶動轉輪轉動，從而帶動發(fā)電機旋轉產生電能。主機輔助系統(tǒng)：有一些必要的系統(tǒng)是水輪機組運行所必需的，以保證它安全可靠地運行，包括水、油、氣系統(tǒng)。水系統(tǒng)一般指冷卻水系統(tǒng)，它保證水輪機組的各個推力瓦以及水導瓦的溫度不超過規(guī)定的安全運行范圍；油系統(tǒng)來保證軸瓦之間的潤滑；氣系統(tǒng)一般用于剎車裝置，使機組盡可能在額定轉速下運轉，避免在關機過程中長時間的低速運轉。直流屏和 UPS：電站的后備電源。勵磁裝置：調節(jié)勵磁電流改變磁場，調整機端電壓、配合調速器改變發(fā)電機的輸出功率。水機保護和線路保護：水機保護主要監(jiān)視水輪機組運行中各輔助系統(tǒng)的狀況以及各輔助設備的工作狀態(tài)，當某環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時根據實際情況來進行相應的動作；線路. . . .. . 學習好幫手保護監(jiān)視電網的狀況以及監(jiān)測電網的各種參數(shù)，判斷是否正常工作狀態(tài)，發(fā)生狀況時及時把水輪機發(fā)電機的輸出端和電網斷開。調速器：調節(jié)水流量以調節(jié)空載機組的轉速和負載時機組的負荷。輔助設備包括油壓裝置和自動補氣裝置（常規(guī)油壓） 。監(jiān)控系統(tǒng)：整體統(tǒng)籌各個設備的運行，監(jiān)視各設備的運行情況和參數(shù)，根據各種需要對各個設備發(fā)送控制關命令。二 調速器概況 調速器在水電站的作用和地位電能是一種特殊的商品，電能是一種能量形式的轉換，它要求生產與消費同時完成，從這個特點出發(fā)，在運行時就要求經常保護電源和負荷之間的平衡。另外保證電能的良好質量也是電能生產過程中的重要任務。通常衡量電能質量的主要指標是電壓和頻率，其次是波形。頻率的偏差將嚴重影響電力用戶的正常工作。對電動機來說，頻率降低將使電動機的轉速下降，從而使生產率降低，并影響電動機的壽命；反之，頻率增高將使電動機的轉速上升，增加功率消耗，使經濟性降低。特別是某些對轉速要求較嚴格的工業(yè)部門（如紡織、造紙等） ，頻率的偏差將大大影響產品質量，甚至產生廢品。另外頻率偏差將對發(fā)電廠本身造成更為嚴重的影響。例如，在火電廠對鍋爐的給水泵和風機之類的離心式機械，當頻率降低時其出力將急劇下降，從而迫使鍋爐的出. . . .. . 學習好幫手力大大見小，甚至引起緊急停爐，這樣勢必進一步減少系統(tǒng)電源的出力，導致系統(tǒng)頻率進一步下降。另外，在頻率降低的情況下運行時，汽輪機葉片將因震動加大而產生裂紋，以至縮短汽輪機的壽命。因此，如果系統(tǒng)頻率急劇下降的趨勢不能及時制止，勢必造成惡性循環(huán)以致整個電力系統(tǒng)發(fā)生崩潰。按我國電力部門的規(guī)定，電網的額定頻率為 50Hz，大電網允許的頻率偏差為177。對我國的中小電網來說，系統(tǒng)負荷波動有時會達到其總容量的 5%～10%；而且即使是大的電力系統(tǒng)，其負荷波動也往往會達到其總容量的 2%～3%。電力系統(tǒng)負荷的不斷變化，導致了系統(tǒng)頻率的波動，因此不斷得調節(jié)水輪機發(fā)電機組的輸出功率，維持機組的轉速（頻率）在額定的規(guī)定范圍內，就是水輪機調節(jié)的基本任務。總之，水輪機調速器是水電站水輪發(fā)電機組的重要輔助設備，它與電站二次回路以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機組的開機、停機、增減負荷、緊急停機等任務。水輪機調速器還可以去其他裝置一起完成自動發(fā)電控制、成組控制、按水位調節(jié)等任務。另外在電網發(fā)生故障時，配合斷路器跳閘快速穩(wěn)定完成甩負荷過程，保護水輪機組使其盡快恢復額定轉速?？傊?，水輪機調速器的基本任務歸納如下：◆機組的正常操作◆保證機組的安全運行◆合理分配并聯(lián)機組的負荷 水輪機調速器的類型1） 從被控制對象的多少來分，可分為單調調速器和雙調調速器。一般單調調速器用于反擊式機組中各類型的定漿式機組。被控對象只有導葉，靠調節(jié)導葉的開度大小來控制經過水輪機葉片的水流量。雙調調速器用于各類反擊式轉漿機組類型。被控制對象為導葉和漿葉，依靠調節(jié)導葉的開度以及漿葉的角度來控制水流對水輪機的出力，一般來說，轉漿類機組存在導葉與漿葉的協(xié)聯(lián)控制。此外，沖擊式機組被控制對象比較多，我們歸其為另一類 n 噴 n 折或者 n 噴 1 折型調速器，專門用于沖擊式機組。根據沖擊式機組的噴針數(shù)量以及折向器的數(shù)量不同，調速器的控制對象也不同。2） 水輪機調速器從整體上講是一種機電一體化產品，機械執(zhí)行部分我們采用液. . . .. . 學習好幫手壓控制。根據電液轉換方式來劃分，可分為數(shù)字式（SLT） 、步進式（BWT） 、比例數(shù)字式（PSWT）調速器，一般數(shù)字式和比例式結合在一起使用。數(shù)字式調速器利用電磁閥用數(shù)字脈沖控制閥的開關，達到控制接力器開關的效果。而步進式調速器利用電流驅動步進電機正反轉，產生豎直方向位移，協(xié)同引導閥、主配壓閥控制接力器的開關。比例伺服閥通過比例控制器和主配壓閥完成電液轉換。3） 根據使用的油壓大小分為常規(guī)油壓和高油壓調速器。常規(guī)油壓有：，高油壓一般為 16MPa其中壓力油罐的容量根據接力器油腔的大小而定。4） 根據所控制機組容量的大小可分為大型調速器和中型、小型調速器。一般來說，小型調速器都采用數(shù)字式，三聯(lián)公司有以下型號產品：SLT—300，SLT—600，SLT—1000。中型調速器客戶要求以及實際情況有多種形式，如果用 X 代替形式，如數(shù)字式，步進式以及比例式或者各種形式的結合。有以下幾種型號：X—1800，X—3000，X—5000，X—7000。大型調速器有以下型號：X—80，X—100，X—150。5） 根據控制部分的可編程控制器 plc 模塊來區(qū)分，就目前我公司的使用情況來講，有三菱 FX2N 系列，一般用于中小型數(shù)字式調速器，也有部分使用 Siemens 系列模塊；有 Omron 系列模塊，一般用于中型步進式或者小型沖擊式調速器；另外有部分大型調速器，我們使用施耐德公司的 Modicon 系列或者 Quantum 系列模塊。 水輪機調速器的發(fā)展歷史機械液壓調速器最早的水輪機調速器都是機械液壓調速器，它是隨著水電建設發(fā)展在 20 世紀初發(fā)展起來的，它能滿足帶獨立負荷和中小型電網中運行的水輪發(fā)電機組調節(jié)的需要，有較好的靜態(tài)特性和動態(tài)品質，可靠性較高。但是，面臨大機組、大電網提出的高靈敏度、高性能和便于實現(xiàn)水電站自動化的要求，機械液壓調速器固有的采用機械液壓方法進行測量、信號綜合和穩(wěn)定調節(jié)的功能就露出明顯的缺陷?，F(xiàn)在，新建的大型水輪發(fā)電機組幾乎均步采用機械液壓調速器，只有中小型機組仍有相當一部分采用機械液壓調速器，而且大部分電廠已經改造為現(xiàn)代新型調速器。 電氣液壓調速器. . . .. . 學習好幫手測速穩(wěn)定及反饋信號用電氣方法產生，經電氣綜合、放大后通過電氣液壓放大部分驅動水輪機導葉控制接力器的調速器，稱為電氣液壓調速器。20 世紀 50 年代以后，電氣液壓調速器獲得了較為廣泛的應用。從采用的元件來看，它又經歷了電子管、磁放大器、集成電路等幾個發(fā)展階段。20 世紀 80 年代末期，出現(xiàn)了水輪機微機調速器并被廣泛采用。數(shù)字式電液調速器隨著 1971 年微處理機的問世，世界各國在 20 世紀 80 年代初都開始研制微機液壓調速器。華中科技大學（原華中工學院）在國內率先研制成功了適應式變參數(shù)微機調速器，于 1984 年 11 月在湖南歐陽海水電站進行了試驗并投入運行，其后又與有關單位合作，開發(fā)生產了雙微機單調節(jié)微機調速器和雙微機雙調節(jié)微機調速器，據不完全統(tǒng)計，已有 100 多臺產品在水電站運行。針對自行研制開發(fā)的微機系統(tǒng)存在著由非計算機專業(yè)人員設計和生產、批量過少而導致可靠性不高的問題，華中科技大學又與有關單位合作，1993 年率先提出并完成了可編程控制器調速器的開發(fā)和生產，至 2022 年底，據不完全統(tǒng)計已有近 600 臺可編程控制器調速器在國內外水電站運行。成為我國當前水輪機微機調速器的微機調節(jié)器主導產品。從 2022 年下半年開始，華中科技大學已開始研制新一代的水輪機調速器的微機調節(jié)器——基于現(xiàn)場總線的全數(shù)字微機調節(jié)器。顯然，隨著微機技術、網絡技術、總線技術的發(fā)展，水輪機微機調速器的微機調節(jié)器將會得到不斷的完善和發(fā)展。與微機調節(jié)器的發(fā)展同步，水輪機調速器的電液轉換裝置也由原來的單一的電液轉換器和電液伺服閥，發(fā)展成為由電磁閥、比例閥或者步進電機/伺服電機構成的電液轉換裝置。同時，還研制成功了三態(tài)/多態(tài)閥式的機械液壓系統(tǒng)。 新型調速器的標準和特性以下所述標準和性能指標以我公司的產品為參考。 水輪機調速系統(tǒng)的標準1． 《電氣與電氣工程師協(xié)會標準》IEEE/IEC603621998；2． 《水輪機電液調節(jié)系統(tǒng)及裝置技術規(guī)程》DL/5631995；. . . .. . 學習好幫手3． 《水輪機調速器與油壓裝置試驗驗收規(guī)程》GB/T －1997；4． 《水輪機調速器與油壓裝置技術條件》GB/T －1997；5． 《大中型水輪機組自動化元件及系統(tǒng)基本技術條件》GB/T 1180589；6．IEC308《水輪機調速系統(tǒng)試驗國際規(guī)程》 ；7．NEMA《美國電氣制造商協(xié)會標準》 。 調速器總體原則符合國家有關文件、標準的規(guī)定，充分體現(xiàn)先進性、合理性、完整性和高可靠性的原則。保證整個調速系統(tǒng)安全可靠地工作，并滿足如下要求：* 滿足有關文件的要求和有關國家標準。* 適應頻繁啟停，空載快捷平穩(wěn)，大網運行安全可靠，小網運行響應迅速。* 高性能和高安全可靠性。* 各種運行工況穩(wěn)定運行、相互跟蹤、切換無擾動。* 硬件配置合理，各種調節(jié)控制功能完備。* 全中文圖形、表格、數(shù)據的人機操作平臺。* 完善的試驗、錄波、事件記錄、自診斷、幫助等輔助功能。* 選用世界知名廠家的兼容性高的最新元器件。 性能指標* 導葉接力器全關閉時間調整范圍為：　 　3～100S* 導葉接力器全開啟時間調整范圍為： 　3～100S* 槳葉接力器全關閉時間調整范圍為：　 　10～120S* 槳葉接力器全開啟時間調整范圍為： 　10～120S* 頻率調整范圍： 45～55 Hz* 永態(tài)轉差 bp 調整范圍： 0～10%* 比例增益 Kp 調整范圍： ～20* 積分增益 KI 調整范圍： ～10 1/s* 微分增益 KD 調整范圍： ～10 s* 人工失靈區(qū)調節(jié)范圍： 0～177。1 .5%nr* 測至主接力器的轉速死區(qū)不超過： %* 水輪機甩 25%負荷后，接力器不動時間不超過： s* 靜特性曲線非線性度不超過： % . . . .. . 學習好幫手* 自動空載運行 3 分鐘，機組轉速相對擺動值不超過 177。% 。* 甩 100%額定負荷后轉速波動超過 3%的波動次數(shù)不超過 2 次，由調速器引起的機組轉速持續(xù)波動相對值不大于：177。％。從機組甩負荷時起，導機組轉速相對偏差小于177。1％為止的調節(jié)時間 tE與從甩負荷開始至轉速升至最高轉速所經歷的時間 tM的比值，對中、低水頭反擊式水輪機和沖擊式水輪機應不大于 15；對從電網解列后給電廠供電的機組，甩負荷后機組的最低相對