1、水轮机自动调节复习资料1频率波动过大有什么后果？电力系统对频率指标有哪些规定？频率偏差过大：将会导致以电动机为动力的机床、纺织机械等运转不稳定，造成次品或废品发生。更重要的是频率偏差过大也会影响发电机组及电网自身的稳定运行，甚至造成电网解列或崩溃。电力系统规定：我国电力系统标称频率50HZ，正常频率偏差允许，当系统容量较小时，偏差值可放宽至。2什么是调节系统和随动系统？调节系统：由调节对象和调节器两部分组成，是一种闭环或反馈控制系统，按照给定值与被调节量信号偏差工作的，其给定值或者保持常量，或者随时间缓慢变化。随动系统：（伺服系统）是另一类闭环或反馈系统，其负荷变化往往不是主要输入量（扰动）。
2、与调节系统不同，随动系统的给定值带有随机性，经常处于变化过程中，系统的输出量以一定精度跟随给定值变化。3试画出自动调节方框图，说明水轮机调节系统的工作过程。机组的转速信号（被调节参数）送至测量元件，测量元件把频率信号转换为唯一的电压信号后与给定信号比较，确定频率偏差及偏差的方向，根据偏差情况按一定调节规律发出调节命令。命令被放大并送至执行元件去推动导水机构，反馈元件又把导叶开度变化的信息返回加法器，同时也形成一定的调节规律。调节规律可以再前向通道中形成，也可以再反馈通道中形成。4与其它调节系统相比，水轮机调节系统的有哪些特点？单位水体包含做功能量较小，引用流量很大，笨重的导水机构，在调速器中需
3、设多级液压放大元件水流惯性产生的水击作用，调速器中要设置较强作用的反馈元件，以延缓导叶动作速度，保证系统稳定性双重调节机构增加了调速器结构的复杂性在系统中担任调峰调频和事故备用任务，调速器应具有较高的控制性能和自动化水平。5水轮机调速器按元件结构及系统结构是如何分类的？按元件结构分：a机械液压型调速器（元件均是机械的）b电气液压型调速器（元件均是模拟电气的）c微机液压型调速器（元件均是数字的）按系统结构分：a辅助接力器型调速器（跨越反馈）b中间接力器型调速器（逐级反馈）c调节器型调速器（随动系统）6什么是配压阀工作中间位置和死区？画出接力器速度特性曲线，接力器反应时间是如何定义的？并写出表达式
4、。几何中间位置：配压阀阀盘与阀套孔口正好处于对称位置时，称此为配压阀的几何中间位置工作中间位置：配压阀阀芯在S1位置时满足接力器平衡方程（(p-p)A=R），称此时S1为配压阀的工作中间位置（能够保证接力器静止不动的主配压阀阀芯位置）配压阀死区：配压阀阀芯在S11=到=之间变化时接力器静止不动， 这一变化范围S11-就称为配压阀死区。接力器反应时间Ty： Ty=接力器反应时间为接力器速度特性曲线某点斜率的倒数。7调速器中为什么要采用软反馈（暂态反馈）？其工作参数Td、bt的物理含义是什么？采用软反馈：调速器即可以保证调节系统动态过程稳定，又可以获得无差静态特性，实现恒指调节的目的，满足水轮机转
5、速自动调节系统的基本任务和要求。缓冲时间常数Td：缓冲活塞从阶跃输入撤出到恢复至36.8%初始偏移量为止所经历的时间；暂态转差系数（缓冲强度）bt：缓冲节流阀孔口全关（Td=）情况下，接力器走完全行程所引起的反馈量，相当于转速变化的百分数。8.为什么并列运行机组不能采用无差静特性，设置调差机构的目的是什么？原因：采用无差静特性时，系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，增减任意一台机组的负荷会导致机组间负荷出现“拉锯现象”。目的：调差机构的作用是获得调节系统有差静特性，满足机组并列运行的要求9.用转速调整机构平移调节系统静态特性，其作用是什么？单机运行时 改变机组的转速或频率 并网运行时
6、 改变机组开度或出力10.什么是电力系统的一次调频和二次调频？ 调速器有何作用？一次调频：电网中各机组调速器根据频率变化自动调整机组的有功功率输出并维持电网的有功功率平衡，使电力系统的频率保持基本稳定。二次调频：在一次调频基础上重新分配各机组承担的负荷，使电网频率保持在规定范围内。调速器的作用：通过一次调频和二次调频来调节水轮机组有功功率输出，维持机组转速基本 恒定，或转速波动保持在规定范围内。11.画图说明水轮机调节系统的动态指标（调节时间） 、静态指标（转速死区）定义。人工死区，空载开度。动态特性定义：调节系统受到扰动后，平衡状态被打破，系统中各变量随时间的变化规律。静态特性定义：调节系统
7、处于稳定平衡状态时，机组转速与出力之间的变化关系。动态指标：调节时间TP：指从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进入新的平衡状态为止所经历的时间最大偏差：第一个波峰值与理论稳态值之差超调量：对于负荷扰动情况，用第一个波谷值与第一个波峰值之比百分数震荡次数X：用调节时间范围内出现的波峰与波谷次数的一半表示。静态指标：转速死区ix：调速器整机静态特性曲线理论上为一条曲线，由于误差实际上导致静态特性是一条区域（带子），带子（区域）宽度定义为转速死区。人工（频率）死区：随实际工况变动的可调节参数。机组并入大电网后，在死区范围内调速器接受人为给定开度值控制机组开度。机组不参与频率调节，以保证负荷不发生变化。
8、空载开度：维持机组在不带负荷下以额定转速运转的导叶开度。12试叙述做调速器整机静态特性试验的过程。（略）保证调速器压油罐压力和油位在正常高位，油压装置控制柜在手动打油位置；调速器上电后工作在停机状态，检查调速器各部分工作情况，确保各部分正常工作。设置试验参数：永态转差系数bp6%，切除人工转速死区（fx=0.00 Hz）， KD为最小值（KD=0），KI 为最大值（KI=10），KP为中间值（KP=10）。频率给定为额定值（FG=50.00 Hz ），开度给定为（YG=50.0%），主接力器行程应为50.0%附近。升高信号频率使接力器全关，选取合适的接力器位置参考点，用钢板尺测量接力器位置，并
9、记录接力器处于全关时的位置Ymin；降低信号频率使接力器全开，接力器位置参考点不变，用钢板尺测量接力器位置，并记录接力器处于全开时的位置Ymax；则接力器全行程YM=|Ymax-Ymin|。取频率增减步长为0.10Hz，连续按3下，相当于每次频率变化为0.30Hz。依次升高信号频率，接力器向关闭方向运动，待接力器稳定后（等待至少约20秒），测量并记录对应于该信号频率的接力器位置。当接力器到达全关位置后，依次降低信号频率，直到接力器处于全开位置。将记录的数据表格进行整理后，绘制调速器整机静特性曲线，求出调速器的永态转差系数bp和死区ix，并与规定值比较分析。13电气调速器测频回路，有哪几种测频方
10、式？（1）永磁机-LC测频回路（LC测频） （2）发电机残压-脉冲频率测量回路（残压测频）（3）齿盘磁头-脉冲频率测量回路（齿盘测频）（4）发电机残压-数字测频回路（主要方式）14为什么要增加测频微分回路？在电液调速器中增加测频微分回路，微分信号有超前作用，使调速器动作超前。可以提高速动性，减小超调量，改善调节品质。15电液转换器的作用是什么？普遍存在的哪些问题？目前有哪些较好的解决措施？电液转换器将电气部分输出的综合电气信号转换成具有一定机械功率的位移信号，或具有一定流体功率的流量信号，是电气部分到机械液压部分唯一正向信号执行元件。问题：电气位移转换部分的机械系统发卡 液压放大部分的节流孔口
11、堵塞解决：加大电磁力 加大节流孔16什么是微机调速器？其优点有哪些？微机调速器：以微型计算机为核心的电气液压型调速器。优点：采用先进的控制策略 软件灵活性强 参数调节方便 稳定性好，可靠性高 可以实现全厂的综合控制，提高水电厂自动化水平。17工业控制计算机有哪些特点？可靠性的定义是什么？常用什么指标来衡量可靠性？试述一般双微机调速器工作过程。特点：可靠性高实时性好过程输入输出通道完善环境适应性好软件较完善可靠性：系统在规定条件，规定时间内，完成规定功能的能力。可靠性指标：A 平均故障间隔时间MTBF B平均修复时间MTTR双微机调速器工作过程：两套微机调速器内容完全相同，结构完全独立，运行是在
12、管理部件的调度下：一套系统处于正常运行状态，另一套为备用状态。当运行系统出现故障时，通过切换控制器无扰动地切换到备用系统，即所谓互为备用的冗余系统。18试述微机调速器中频率测量的基本原理，PLC调速器是如何测频的？频率测量可分为频率变送器法和数字测频法两类。频率变送器法：（模拟量测频法）。取自频率信号源的电压信号经隔离后，再经低通滤波，然后整形为方波，送入频率/电压转换电路，变为对应的电压信号，送至微机系统的A/D模块进行采样，经换算，即可得到机组频率值。数字测频方法：1.计数法（测频法）：在设定时间内测量被测信号的脉冲个数。 2.计时法（测周法）：通过对基准时钟信号进行计数，测出两个相邻被测
13、信号脉冲的时间间隔，即被测信号的周期进行间接测频。 3.计时计数法：当被测信号周期较短时，采用计时法误差大。可采用多周期 测量方法以提高测量精度。PLC测频：测周法 低档的PLC采用单片机测量，高档PLC直接测量。19试由连续PID公式推导微机调节器增量型PID 控制算法公式。PID控制器根据给定值c(t)与被控参量x(t)（反馈量）构成控制偏差e(t)=c(t)-x(t)，通过比例、积分、微分线性组合构成控制量u(t)，；对上式进行离散化处理，取采样周期为，以一系列的采样时刻点代表连续时间，采用矩形积分，以和式代替积分，以差分代替微分，式可变为： ；由式得，时刻的控制器输出： ；得：20试分
14、析微机调速器三种典型结构框图的特点，重点对机液随动系统加以说明。数字量综合一级随动系统：导叶位置反馈信号y经A/D采样变为数字信号。在微机内与控制量进行综合。电气量综合一级随动系统：位置反馈信号为接力器位移y,经位移传感器转换为电信号再与D/A送来的控制量进行电气量综合。机械量综合二级随动系统：两个信号综合点：一级电液随动系统，机械液压随动系统。机械液压随动系统：接力器的位置反馈信号y（机械位移信号），与电液或电机转换的输入信号y1进行机械量综合，其差值驱动接力器关小或开大，构成的随动系统。21试述调速器的三种闭环调节模式及其转换过程。频率调节模式（转速调节模式）FM：机组空载自动运行，单机带
15、孤立负荷或机组并入小电网运行，机组并入大电网作调节方式运行；开度调节模式YM：机组并入大电网时采用；功率调节模式PM：机组并入大电网带基荷运行时采用。转换过程：机组开机后进入空载运行，调速器处于“FM”工作；.当发电机出口开关闭合时，机组并入电网工作，此时调速器可在任意一种模式下工作；当调速器在“PM”下工作时，若检测出机组功率反馈故障或是人工切换命令，切换至“YM”工作；当调速器处于“PM”或“YM”时，若电网偏离额定频率过大，且保持一定时间，自动切换至“FM”工作； 当调速器处于“PM”或“YM”下带负荷运行时，由于某种故障导致发电机出口开关跳闸，甩负荷，自动切换至“FM”工作，使机组运行
16、于空载工况。22什么是开环开机和闭环开机？各有什么特点？开环开机：调速器接到开机命令后将导叶开度以一定速度开至启动开度yst，保持这一开度不变，待频率升至某设定值f1（45Hz）时，导叶接力器回关至空载开度y0，转入PID调节控制，调速器进入空载运行状态，称此种方式为开环开机。特点：. yst大，转速上升快；yst小，开机速度慢。 .设定切换点频率过小，延长开机时间；反之，机组转速过分上升。 .水头高,空载开度小；水头低，空载开度大。为保证合理开机，yst和y0应能根据水头自行修正。闭环开机：设置开机转速上升期望值作为频率给定，调速系统自始至终处于闭环调节状态，实际频率依靠调速器闭环调节能力，
17、使机组实际转速上升跟踪期望特性，此种方式称为闭环开机。特点：适应不同机组特性，快速而不过速24目前调速器液压放大系统中常采用哪些电液转换装置？电液转换器伺服系统（电液随动系统） 电液比例伺服系统 电机式伺服系统 电磁换向阀伺服系统（数字式伺服系统）24已知调速器框图求传递函数，画出阶跃响应曲线，注明调节参数和该曲线的关系。 我放弃了25已知水轮机的力矩方程、流量方程和引水系统方程，试画出方框图，并推导简化条件下的水轮机传递函数。机组运动方程： ；取拉式变换整理后得： ；水轮机力矩方程 流量方程进行拉式变换，可得： ； ；再由引水系统传递函数式： ；画出各部分方块图组合得水轮机整体方块图：水轮机
18、传递函数： （） ；引水系统为刚性水击时，传递函数变为： ；额定工况时，有ey=1.0,eh=1.5,eqy=1.0,eqh=0.5，传递函数为： 26试分析调速器参数、调节对象参数及运行工况对水轮机调节系统稳定性的影响。参数：缓冲时间常数Td和暂态转差系数bt取值越大，系数稳定。Td较大，bt可较小，反之亦然；水流惯性时间常数Tw越大，所需bt和Td亦越大。水流惯性是恶化水轮机调节系统稳定性的主要因素；机械惯性时间常数Ta越大，利于系统稳定，可取较小bt；自调整系数en对调节系统稳定有利，bten越大，稳定域向左下角扩展；水轮机传递系数（特别是e）对调节系统稳定域有显著影响；工况：小负荷或空
19、载工况时，水轮机本身有水流不稳定现象，从而可引起调节系统摆动。机组并联在大电网时，即使切除本机调速器的校正装置，或者参数Td和bt整定的很小，调节系统仍然可能是稳定的。27在调节系统参数整定时，极点配置法和开环频率特性法采用的最佳准则是什么？极点配置法：由PI型调速器的水轮机调节系统开环传函知，相应闭环系统有四个极点。一般情况下，有一个极点远离虚轴，对过渡过程形态影响很小。一对共轭负数极点和一个实数极点-p3。为使水轮机调节系统具有较好的阶跃响应过渡过程和设计的简化，可取：p3=；=1.73。开环频率法：为获得满意的系统动态性能，应是系统的相位裕量Gm在3070之间，增益裕量Pm大于6dB。水
20、轮机调速器的Gm在3045，Pm在68dB时，选择合理Gm值，使水轮机调节系统阶跃响应振荡次数小于1，调节时间最短的过程可看作最佳过程。28水轮机调节系统有哪些运行工况？分析它对调节系统参数整定的影响。单机带负荷工况：此工况下水轮机调节系统的稳定性较差。为保证稳定，需要整定较大的校正环节参数，对于长压力引水管道或低水头电站，Tw值相当大，稳定性更差。单机空载工况：水轮机传递系数小，引水系统水流惯性小，但有效负荷为零，机械惯性时间和自调整系数完全取决于机组自身。单机空载被视为对稳定最不利的工况；并列带负荷工况：当电力系统很大时，一台机组出力变动，系统的频率几乎不变，转速反馈几乎不起作用，调节系统
21、处于开环运行。即使把校正装置参数整定的很低，甚至切除，也不会发生不稳定现象。29什么是甩负荷？调节保证计算的任务是什么？甩负荷：由于各种事故，机组突然与系统解列，把负荷甩掉的情况。任务：选择合适的关闭时间，保证压力和转速上升值都小于允许值。30什么是刚性水击与弹性水击、直接水击与间接水击？刚性水击：假设水和管壁都是刚性的。弹性水击：假设水和管壁均具有弹性。直接水击：阀门(导叶)关闭（开启）时间小于一相长（Tr=2L/a）而受直接水击波影响，称此种水击为直接水击。间接水击：阀门(导叶)关闭（开启）时间大于一相长（Tr=2L/a）而受直接水击波和反射波迭加共同影响，称此种水击为间接水击。31什么是
22、升速时间？什么是力矩线性假设和出力线性假设？升速时间Tn：机组甩负荷后自导叶接力器动作到机组转速达最大值所经历的时间。力矩线性假设：假定甩负荷后，导叶开始动作到最大转速时刻之间的水轮机力矩随时间呈直线递减至零。该假定条件下的基本公式： ； ；出力线性假设：假定甩负荷后，自导叶开始动作至最大转速之间，水轮机出力随时间呈直线关系减至零。该假定条件下的基本公式：32改善大波动过渡过程的措施有哪些？各有什么特点？.增加机组的GD2：转速较低的水轮发电机的GD2足够，转速较高的小型水轮发电机的GD2小，需增加补充GD2的飞轮。（为转动惯量）.设置调压室：缩短管路长度L或增大管径来减少Tw, Tw3s时可
23、不设。.装设调压阀：Tw12s的中小型电站可以考虑用调压室代替调压阀。设置调压室能减少压力上升值，但它会影响到调节系统小波动的稳定性。.改变导叶关闭规律：也可达到降低水击压力和机组转速升高的目的。常在低水头电站用导叶的二段关闭来降低最大水击压力的上升值，或用采用二段关闭规律来作为轴流式水轮机防抬机的措施之一。.装设爆破膜：爆破膜作为调压室的机械代替设备，在小型电站得到应用。爆破膜结构简单，投资少，设置爆破膜能减小压力上升值，但它也会影响到调节系统小波动的稳定性。33如何来选取中小型调速器、大型调速器和油压装置的工作容量？说明调速器及油压装置型号中个符号的含义。工作容量：中小型调速器：根据水轮机
24、有关参数确定所需接力器容量来选择调速器。大型调速器 ：以主配压阀直径为依据来选择。油压装置：保证系统在正常工作和事故关闭时有足够的压油源： =(1820)Vsg+(4:5)Vsr+(910)Vst+3VsV （Vsg:导叶接力器容积Vsr:桨叶接力器容积Vst:调压阀接力器容积VsV:主阀接力器容积）调速器型号：我国调速器产品型号有四部分代号组成调速器基本特征和类型、容量、额定油压、制造厂及产品特征。排列形式为/。 不带有接力器和压力罐（无），带有接力器及压力罐（Y），通流式（T），电动式（D）； 机械液压型（无），微机电液型（W）； 用于单调整水轮机（无代号），用于冲击式水轮机（C），用于转
25、桨式水轮机（Z）； 调速器基本代号（T），操作器（C），负荷调节器（F）； 电气柜（D），机械柜（J）； 调速器容量。带有接力器和压力罐的数字表示接力器容量，NM；不带接力器和压力罐的数字表示导叶主配压阀直径，mm； 额定油压，Pa； 由各制造厂自行规定，如产品按统一设计图样生产，可省略。油压装置型号： 第一部分由字母组成：YZ为分离式，HYZ为组合式； 第二部分由数字分式和字母组成：分式分子表压力油罐总容积，分母表示两个以上压力管数目，无分母表只有一个压力罐。字母表改型次序； 第三部分阿拉伯数字表油压装置的额定油压，无数字者表额定压力为2.5MPa1、YT型调速器主配压阀单边遮程为0.2mm
26、，正常工作油压下限22kg/cm2，接力器活塞直径170mm，活塞杆直径50mm，导水机构的干摩擦力为1000kg，辅助接力器至引导阀的局部反馈杠杆尺寸如图所示，试求主配压阀所造成的转速死区为多少（以转速变化的相对值表示。）？已知飞摆的放大系数K=0.3mm/%，即ZM*=30mm 。解：Po=22Kg/=2.2MPa A=829.38 所以 配压阀死区为 令=1 则=所以配压阀死区对应转动套死区 转速死区：2、YT-600型调速器的软反馈机构信号传递系统尺寸如下图所示，试求可调支点在b=15mm时的暂态转差系数bt。已知飞摆的放大系数K=0.3mm/%，即ZM*=30mm。解解：主接力器到缓
27、冲杯之间的杠杆传递系数 由图中知 ：缓冲杯活塞到引导阀针塞之间的杠杆传递系数 缓冲杯之间的传递系数： =30mm 3、电力系统中现有4台机组并列运行。1号机额定出力Pr1=10000kW、调差率ep1=3.8%； 2号机额定出力Pr2=10000kW、调差率ep2=4.0%； 3号机额定出力Pr3=25000kW、调差率ep3=2.2%； 4号机额定出力Pr4=10000kW、调差率ep4=3.6%。 初始稳定工况系统频率f0=50Hz，各机组承担的负荷为P10=8000kW、 P20=8000kW、 P30=15000kW、 P40=10000kW。若系统负荷增加P=10000kW，此时各台机组所带的负荷为多少？系统周波为多少？ 若利用3号机调频使系统周波恢复至50Hz，那么3号机的速调机构改变量为多少（以转速变化的相对值表示）？解：单机负荷变化规律： （= =10000KW)各机组负荷变化： 知 各机组所带负荷： 系统周波所以3号机组调速机构该变量：
