【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，葉片軸線與水輪機(jī)軸線有一夾角，稱(chēng)為斜流式水輪機(jī)，如圖（c）所示。斜流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片裝置角可調(diào)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(jī)（可逆式機(jī)組）用于抽水蓄能電站。沖擊式水輪機(jī)通過(guò)噴嘴將水流能量全部轉(zhuǎn)換成高速射流的動(dòng)能，沖擊安裝在轉(zhuǎn)輪外圍輪盤(pán)上的部分勺斗使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的水輪機(jī)稱(chēng)為沖擊式水輪機(jī)。轉(zhuǎn)輪在大氣中工作，水流流經(jīng)葉片（勺斗）時(shí)均為自由水面。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手按射流是否在轉(zhuǎn)輪平面內(nèi)分，可有以下三種不同形式。1） 切擊式（水斗式）水輪機(jī)射流在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)平面之內(nèi)，如圖（a）所示。轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，后續(xù)勺斗背面會(huì)對(duì)射流產(chǎn)生一定阻隔作用。2） 斜擊式水輪機(jī)射流與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)平面成一斜角 α，射流由勺斗一側(cè)進(jìn)入，另一側(cè)流出，增加了水輪機(jī)的過(guò)流量，如圖（b）所示。由于射流避開(kāi)了水斗背面的阻隔，提高了水能利用效率，但相應(yīng)產(chǎn)生了軸向水推力。3） 雙擊式水輪機(jī)射流具有一個(gè)很寬的長(zhǎng)方形截面，與主軸垂直。射流先從轉(zhuǎn)輪外周流向中心，穿過(guò)中心空腔后再?gòu)膬?nèi)向外流出，二次對(duì)葉片發(fā)生作用，故稱(chēng)雙擊式，如圖（c）所示。 水電站關(guān)鍵設(shè)備介紹主機(jī)：包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。水能作用在水輪機(jī)的導(dǎo)葉和槳葉上，帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。主機(jī)輔助系統(tǒng)：有一些必要的系統(tǒng)是水輪機(jī)組運(yùn)行所必需的，以保證它安全可靠地運(yùn)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(jī)組的各個(gè)推力瓦以及水導(dǎo)瓦的溫度不超過(guò)規(guī)定的安全運(yùn)行范圍；油系統(tǒng)來(lái)保證軸瓦之間的潤(rùn)滑；氣系統(tǒng)一般用于剎車(chē)裝置，使機(jī)組盡可能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，避免在關(guān)機(jī)過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間的低速運(yùn)轉(zhuǎn)。直流屏和 UPS：電站的后備電源。勵(lì)磁裝置：調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流改變磁場(chǎng)，調(diào)整機(jī)端電壓、配合調(diào)速器改變發(fā)電機(jī)的輸出功率。水機(jī)保護(hù)和線路保護(hù)：水機(jī)保護(hù)主要監(jiān)視水輪機(jī)組運(yùn)行中各輔助系統(tǒng)的狀況以及各輔助設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)某環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作；線路. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手保護(hù)監(jiān)視電網(wǎng)的狀況以及監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的各種參數(shù)，判斷是否正常工作狀態(tài)，發(fā)生狀況時(shí)及時(shí)把水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的輸出端和電網(wǎng)斷開(kāi)。調(diào)速器：調(diào)節(jié)水流量以調(diào)節(jié)空載機(jī)組的轉(zhuǎn)速和負(fù)載時(shí)機(jī)組的負(fù)荷。輔助設(shè)備包括油壓裝置和自動(dòng)補(bǔ)氣裝置（常規(guī)油壓） 。監(jiān)控系統(tǒng)：整體統(tǒng)籌各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，監(jiān)視各設(shè)備的運(yùn)行情況和參數(shù)，根據(jù)各種需要對(duì)各個(gè)設(shè)備發(fā)送控制關(guān)命令。二 調(diào)速器概況 調(diào)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(zhuǎn)換，它要求生產(chǎn)與消費(fèi)同時(shí)完成，從這個(gè)特點(diǎn)出發(fā)，在運(yùn)行時(shí)就要求經(jīng)常保護(hù)電源和負(fù)荷之間的平衡。另外保證電能的良好質(zhì)量也是電能生產(chǎn)過(guò)程中的重要任務(wù)。通常衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)是電壓和頻率，其次是波形。頻率的偏差將嚴(yán)重影響電力用戶的正常工作。對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，從而使生產(chǎn)率降低，并影響電動(dòng)機(jī)的壽命；反之，頻率增高將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，增加功率消耗，使經(jīng)濟(jì)性降低。特別是某些對(duì)轉(zhuǎn)速要求較嚴(yán)格的工業(yè)部門(mén)（如紡織、造紙等） ，頻率的偏差將大大影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至產(chǎn)生廢品。另外頻率偏差將對(duì)發(fā)電廠本身造成更為嚴(yán)重的影響。例如，在火電廠對(duì)鍋爐的給水泵和風(fēng)機(jī)之類(lèi)的離心式機(jī)械，當(dāng)頻率降低時(shí)其出力將急劇下降，從而迫使鍋爐的出. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手力大大見(jiàn)小，甚至引起緊急停爐，這樣勢(shì)必進(jìn)一步減少系統(tǒng)電源的出力，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率進(jìn)一步下降。另外，在頻率降低的情況下運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)葉片將因震動(dòng)加大而產(chǎn)生裂紋，以至縮短汽輪機(jī)的壽命。因此，如果系統(tǒng)頻率急劇下降的趨勢(shì)不能及時(shí)制止，勢(shì)必造成惡性循環(huán)以致整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)生崩潰。按我國(guó)電力部門(mén)的規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為 50Hz，大電網(wǎng)允許的頻率偏差為177。對(duì)我國(guó)的中小電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)有時(shí)會(huì)達(dá)到其總?cè)萘康?5%～10%；而且即使是大的電力系統(tǒng)，其負(fù)荷波動(dòng)也往往會(huì)達(dá)到其總?cè)萘康?2%～3%。電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷變化，導(dǎo)致了系統(tǒng)頻率的波動(dòng)，因此不斷得調(diào)節(jié)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的輸出功率，維持機(jī)組的轉(zhuǎn)速（頻率）在額定的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)?？傊啓C(jī)調(diào)速器是水電站水輪發(fā)電機(jī)組的重要輔助設(shè)備，它與電站二次回路以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、增減負(fù)荷、緊急停機(jī)等任務(wù)。水輪機(jī)調(diào)速器還可以去其他裝置一起完成自動(dòng)發(fā)電控制、成組控制、按水位調(diào)節(jié)等任務(wù)。另外在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，配合斷路器跳閘快速穩(wěn)定完成甩負(fù)荷過(guò)程，保護(hù)水輪機(jī)組使其盡快恢復(fù)額定轉(zhuǎn)速?？傊啓C(jī)調(diào)速器的基本任務(wù)歸納如下：◆機(jī)組的正常操作◆保證機(jī)組的安全運(yùn)行◆合理分配并聯(lián)機(jī)組的負(fù)荷 水輪機(jī)調(diào)速器的類(lèi)型1） 從被控制對(duì)象的多少來(lái)分，可分為單調(diào)調(diào)速器和雙調(diào)調(diào)速器。一般單調(diào)調(diào)速器用于反擊式機(jī)組中各類(lèi)型的定漿式機(jī)組。被控對(duì)象只有導(dǎo)葉，靠調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開(kāi)度大小來(lái)控制經(jīng)過(guò)水輪機(jī)葉片的水流量。雙調(diào)調(diào)速器用于各類(lèi)反擊式轉(zhuǎn)漿機(jī)組類(lèi)型。被控制對(duì)象為導(dǎo)葉和漿葉，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開(kāi)度以及漿葉的角度來(lái)控制水流對(duì)水輪機(jī)的出力，一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)漿類(lèi)機(jī)組存在導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)控制。此外，沖擊式機(jī)組被控制對(duì)象比較多，我們歸其為另一類(lèi) n 噴 n 折或者 n 噴 1 折型調(diào)速器，專(zhuān)門(mén)用于沖擊式機(jī)組。根據(jù)沖擊式機(jī)組的噴針數(shù)量以及折向器的數(shù)量不同，調(diào)速器的控制對(duì)象也不同。2） 水輪機(jī)調(diào)速器從整體上講是一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，機(jī)械執(zhí)行部分我們采用液. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手壓控制。根據(jù)電液轉(zhuǎn)換方式來(lái)劃分，可分為數(shù)字式（SLT） 、步進(jìn)式（BWT） 、比例數(shù)字式（PSWT）調(diào)速器，一般數(shù)字式和比例式結(jié)合在一起使用。數(shù)字式調(diào)速器利用電磁閥用數(shù)字脈沖控制閥的開(kāi)關(guān)，達(dá)到控制接力器開(kāi)關(guān)的效果。而步進(jìn)式調(diào)速器利用電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生豎直方向位移，協(xié)同引導(dǎo)閥、主配壓閥控制接力器的開(kāi)關(guān)。比例伺服閥通過(guò)比例控制器和主配壓閥完成電液轉(zhuǎn)換。3） 根據(jù)使用的油壓大小分為常規(guī)油壓和高油壓調(diào)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(jù)接力器油腔的大小而定。4） 根據(jù)所控制機(jī)組容量的大小可分為大型調(diào)速器和中型、小型調(diào)速器。一般來(lái)說(shuō)，小型調(diào)速器都采用數(shù)字式，三聯(lián)公司有以下型號(hào)產(chǎn)品：SLT—300，SLT—600，SLT—1000。中型調(diào)速器客戶要求以及實(shí)際情況有多種形式，如果用 X 代替形式，如數(shù)字式，步進(jìn)式以及比例式或者各種形式的結(jié)合。有以下幾種型號(hào)：X—1800，X—3000，X—5000，X—7000。大型調(diào)速器有以下型號(hào)：X—80，X—100，X—150。5） 根據(jù)控制部分的可編程控制器 plc 模塊來(lái)區(qū)分，就目前我公司的使用情況來(lái)講，有三菱 FX2N 系列，一般用于中小型數(shù)字式調(diào)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(jìn)式或者小型沖擊式調(diào)速器；另外有部分大型調(diào)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(jī)調(diào)速器的發(fā)展歷史機(jī)械液壓調(diào)速器最早的水輪機(jī)調(diào)速器都是機(jī)械液壓調(diào)速器，它是隨著水電建設(shè)發(fā)展在 20 世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的，它能滿足帶獨(dú)立負(fù)荷和中小型電網(wǎng)中運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)的需要，有較好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，可靠性較高。但是，面臨大機(jī)組、大電網(wǎng)提出的高靈敏度、高性能和便于實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化的要求，機(jī)械液壓調(diào)速器固有的采用機(jī)械液壓方法進(jìn)行測(cè)量、信號(hào)綜合和穩(wěn)定調(diào)節(jié)的功能就露出明顯的缺陷。現(xiàn)在，新建的大型水輪發(fā)電機(jī)組幾乎均步采用機(jī)械液壓調(diào)速器，只有中小型機(jī)組仍有相當(dāng)一部分采用機(jī)械液壓調(diào)速器，而且大部分電廠已經(jīng)改造為現(xiàn)代新型調(diào)速器。 電氣液壓調(diào)速器. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手測(cè)速穩(wěn)定及反饋信號(hào)用電氣方法產(chǎn)生，經(jīng)電氣綜合、放大后通過(guò)電氣液壓放大部分驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制接力器的調(diào)速器，稱(chēng)為電氣液壓調(diào)速器。20 世紀(jì) 50 年代以后，電氣液壓調(diào)速器獲得了較為廣泛的應(yīng)用。從采用的元件來(lái)看，它又經(jīng)歷了電子管、磁放大器、集成電路等幾個(gè)發(fā)展階段。20 世紀(jì) 80 年代末期，出現(xiàn)了水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器并被廣泛采用。數(shù)字式電液調(diào)速器隨著 1971 年微處理機(jī)的問(wèn)世，世界各國(guó)在 20 世紀(jì) 80 年代初都開(kāi)始研制微機(jī)液壓調(diào)速器。華中科技大學(xué)（原華中工學(xué)院）在國(guó)內(nèi)率先研制成功了適應(yīng)式變參數(shù)微機(jī)調(diào)速器，于 1984 年 11 月在湖南歐陽(yáng)海水電站進(jìn)行了試驗(yàn)并投入運(yùn)行，其后又與有關(guān)單位合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了雙微機(jī)單調(diào)節(jié)微機(jī)調(diào)速器和雙微機(jī)雙調(diào)節(jié)微機(jī)調(diào)速器，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有 100 多臺(tái)產(chǎn)品在水電站運(yùn)行。針對(duì)自行研制開(kāi)發(fā)的微機(jī)系統(tǒng)存在著由非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、批量過(guò)少而導(dǎo)致可靠性不高的問(wèn)題，華中科技大學(xué)又與有關(guān)單位合作，1993 年率先提出并完成了可編程控制器調(diào)速器的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，至 2022 年底，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有近 600 臺(tái)可編程控制器調(diào)速器在國(guó)內(nèi)外水電站運(yùn)行。成為我國(guó)當(dāng)前水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器主導(dǎo)產(chǎn)品。從 2022 年下半年開(kāi)始，華中科技大學(xué)已開(kāi)始研制新一代的水輪機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器——基于現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字微機(jī)調(diào)節(jié)器。顯然，隨著微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)的發(fā)展，水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器將會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展。與微機(jī)調(diào)節(jié)器的發(fā)展同步，水輪機(jī)調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換裝置也由原來(lái)的單一的電液轉(zhuǎn)換器和電液伺服閥，發(fā)展成為由電磁閥、比例閥或者步進(jìn)電機(jī)/伺服電機(jī)構(gòu)成的電液轉(zhuǎn)換裝置。同時(shí)，還研制成功了三態(tài)/多態(tài)閥式的機(jī)械液壓系統(tǒng)。 新型調(diào)速器的標(biāo)準(zhǔn)和特性以下所述標(biāo)準(zhǔn)和性能指標(biāo)以我公司的產(chǎn)品為參考。 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)1． 《電氣與電氣工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)》IEEE/IEC603621998；2． 《水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置技術(shù)規(guī)程》DL/5631995；. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手3． 《水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程》GB/T －1997；4． 《水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件》GB/T －1997；5． 《大中型水輪機(jī)組自動(dòng)化元件及系統(tǒng)基本技術(shù)條件》GB/T 1180589；6．IEC308《水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)試驗(yàn)國(guó)際規(guī)程》 ；7．NEMA《美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)》 。 調(diào)速器總體原則符合國(guó)家有關(guān)文件、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，充分體現(xiàn)先進(jìn)性、合理性、完整性和高可靠性的原則。保證整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)安全可靠地工作，并滿足如下要求：* 滿足有關(guān)文件的要求和有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。* 適應(yīng)頻繁啟停，空載快捷平穩(wěn)，大網(wǎng)運(yùn)行安全可靠，小網(wǎng)運(yùn)行響應(yīng)迅速。* 高性能和高安全可靠性。* 各種運(yùn)行工況穩(wěn)定運(yùn)行、相互跟蹤、切換無(wú)擾動(dòng)。* 硬件配置合理，各種調(diào)節(jié)控制功能完備。* 全中文圖形、表格、數(shù)據(jù)的人機(jī)操作平臺(tái)。* 完善的試驗(yàn)、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(biāo)* 導(dǎo)葉接力器全關(guān)閉時(shí)間調(diào)整范圍為：　 　3～100S* 導(dǎo)葉接力器全開(kāi)啟時(shí)間調(diào)整范圍為： 　3～100S* 槳葉接力器全關(guān)閉時(shí)間調(diào)整范圍為：　 　10～120S* 槳葉接力器全開(kāi)啟時(shí)間調(diào)整范圍為： 　10～120S* 頻率調(diào)整范圍： 45～55 Hz* 永態(tài)轉(zhuǎn)差 bp 調(diào)整范圍： 0～10%* 比例增益 Kp 調(diào)整范圍： ～20* 積分增益 KI 調(diào)整范圍： ～10 1/s* 微分增益 KD 調(diào)整范圍： ～10 s* 人工失靈區(qū)調(diào)節(jié)范圍： 0～177。1 .5%nr* 測(cè)至主接力器的轉(zhuǎn)速死區(qū)不超過(guò)： %* 水輪機(jī)甩 25%負(fù)荷后，接力器不動(dòng)時(shí)間不超過(guò)： s* 靜特性曲線非線性度不超過(guò)： % . . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手* 自動(dòng)空載運(yùn)行 3 分鐘，機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)擺動(dòng)值不超過(guò) 177。% 。* 甩 100%額定負(fù)荷后轉(zhuǎn)速波動(dòng)超過(guò) 3%的波動(dòng)次數(shù)不超過(guò) 2 次，由調(diào)速器引起的機(jī)組轉(zhuǎn)速持續(xù)波動(dòng)相對(duì)值不大于：177。％。從機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)起，導(dǎo)機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)偏差小于177。1％為止的調(diào)節(jié)時(shí)間 tE與從甩負(fù)荷開(kāi)始至轉(zhuǎn)速升至最高轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷的時(shí)間 tM的比值，對(duì)中、低水頭反擊式水輪機(jī)和沖擊式水輪機(jī)應(yīng)不大于 15；對(duì)從電網(wǎng)解列后給電廠供電的機(jī)組，甩負(fù)荷后機(jī)組的最低相對(duì)