水轮机调速器培训课件.pptx
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,水轮机调速器简介,学习目的和要求:
掌握水轮机调节的任务,熟悉调速系统的组成和各部件的作用,熟悉调速器的作用、工作原理及一些常见故障的判别及处理方法。
目录1、水轮机调节的任务2、调速系统的组成及各元件的作用3、调速器的相关参数、类型、系列4、调速器的基本构成、作用、要求、工作原理5、微机调速器运行中可能出现的故障处理六、主配压阀常见故障及处理七、导叶不能开、关或开、关时阻力过大,一、水轮机调节的任务,水轮发电机组把水能转变为电能供用户使用。
用户除要求供电安全可靠外,还要求电能的频率及电压保持在额定值附近的某个范围内。
频率偏离额定值过大对用户不利,可能使用户的产品质量降低。
按规定,系统频率应保持在50Hz,其偏差不得超过0.5Hz;对于大容量系统,频率的偏差不得超过0.2Hz。
同时,电力系统的负荷是不断变化的,存在周期为几秒至几十分钟的负荷波动,这种不可预见的负荷波动幅值可达电力系统总容量地2%3%。
此外,一天之内系统负荷有早、晚两个高峰和中午、深夜两个低谷,这种负荷变化基本上是可预见的。
电力系统负荷的不断变化将导致系统频率的波动。
因此,必须根据负荷的变动不断地调节水轮发电机组的有功功率输出,并维持机组的转速(频率)在规定范围内,这就是水轮机调节的基本任务。
由分析可知,在水轮机导叶开度不变的情况下,负荷变动后将转移到新的工作点工作。
同时,机组转速将偏离额定值nn,但仍维持在某一数值上,水轮机负荷调整的这种能力称为自调节能力。
而仅仅依靠它来保持转速是不行的,怎样才能使机组转速在负荷变动后仍能维持在原来的额定值上呢?
可以通过改变导叶开度,即改变流量来调节水轮机。
由此,随着负荷的改变,相应改变导水机构的开度以使水轮发电机组的转速维持在某一预定值,或按一定的规律变化。
这一过程就是水轮发电机组转速调节,简称水轮机调节。
水轮机调节的任务是通过调速器来完成的。
调速器可分为手动调节和自动调节两种。
手动调节是通过运行人员手动方式进行调节,当发现机组转速有偏差时,操作机械传动机构改变导叶开度,使机组转速恢复到规定的数值,这种情况可由以下的方框图表示:
水轮机调节的任务,电能U、I、f,手动调节方块图,水能Q、H导水机构,机组,电力系统,频率表,运行人员,机械传动,水轮机调节的任务,实际上负荷是不断变化的,水轮机调节也要不断进行。
所以大多数电厂都装有能自动调节的调节器,自动调节方式如下图所示:
水能,电能f,自动调节方块图,导水机构,执行元件,反馈元件,放大元件,机组,转速给定,测量元件,电力系统,水轮机调节的任务,机组的转速信号(被调节参数)送至测量元件,该元件把频率信号转化成位移或电压信号,送至加法器上(),并与给定信号相比较,确定频率是否有偏差以及偏差的方向,并根据偏差情况发出调节命令。
加法器代替了人的眼睛和大脑,放大元件将调节命令放大,并经执行元件推动导水机构。
水轮机调节的任务,这两个元件相应于人的手和机械传动机构。
自动调节多了一个反馈元件,它把导叶开度变化这一信号传回加法器,以免导叶开(关)过头而来回重新调节,把后一级输出信号送到前一级输入端,这样的信号传送称为反馈。
水轮机调节的任务通常把测量、加法、放大执行机构和反馈等元件总称为自动调节器,机组被称为调节对象或被控对象。
导水机构通常放在机组之内,被调节对象加上自动调节器称为水轮机调节系统。
二、水轮机调速系统的组成及作用,一般由调速柜、接力器、油压装置三部分组成。
1、调速柜控制水轮机的主要设备,能感受指令并加以放大,操作执行机构,使转速保持在额定范围内。
调速柜还可进行水轮机开机、停机操作,并进行调速器参数的整定。
2、接力器调速器的执行机构,接力器控制水轮机调速环(控制环)调节导叶开度,以改变进入水轮机的流量。
3、油压装置由压力油罐,回油箱,油泵三部分组成。
中小型调速器的调速柜,接力器和油压装置组合在一起,称为组合式;大型调速器分开设置,称为分离式。
三、调速器的相关参数、类型、系列,1、调速器的类型
(1)根据测速元件的不同,调速器可分为机械液压型与电气液压型和微机液压型调速器三大类。
(2)按调节机构数目不同,分为单调节和双调节。
单调节:
接力器只调节导叶开度,如ZZ、XL,但当尾水管水击压力不足安放空放阀时,为双调节;双调节:
接力器调节导叶开度、叶片装置角,调节针阀行程、折流器,如CJ。
(3)按调速器容量大小不同,可分为大型与中小型调速器。
大型调速器的主配压阀直径大于80mm;中型调速器的调速功在10000-30000;小型调速器的调速功小于10000;特小型调速器的调速功小于3000。
2、调速器系列目前,我国反击式水轮机调速器系列型谱调速器分为大、中、小和特小四个系列。
调速器系列调速器的型号有三部分组成,中间用横线隔开,其形式为:
油压装置系列油压装置型号由三部分组成,中间用横线隔开,形式为:
油压装置系列例:
YZ-20A/2-40,表示为分离式油压装置,压力油箱总容量为20m3,两个油箱,额定油压40105Pa(4.0Mpa),第一次改型产品。
HYZ-4,表示组合式油压装置,压力油箱容积为4m3,一个油箱,额定油压为2.5MPa。
无第三部分表示压力油罐数为一个,额定油压小于2.5MPa,油压装置系列型谱见表。
四、调速器基本构成、作用、工作原理,调速器的基本构成:
测量单元,反馈单元,放大单元,执行单元,调速器的基本构成元件的作用1、测量元件。
在调速器中主要是测量机组转速,在机调中靠离心摆来完成,而在电调中由LC、RC或其他电路来完成,微机调速器中则以硬、软件结合进行数字测频。
2、综合元件。
将测频元件、反馈元件送来的信号加以综合,并将综合后的信号作为调节信号输送给放大元件。
机调靠赶杠杆的平衡点来完成,电调由电路来实现,微调则由软件来控制。
3、放大元件。
将综合元件送来的调节信号加以放大,以操作执行元件。
机调由杠杆和液压系统来完成,电调、微调由电路与液压部分联合完成。
4、执行元件。
根据放大后的调节信号,操作导水机构,改变导叶开度。
机调、电调、微调的执行元件均为水轮机接力器。
5、反馈元件。
用于调节的适度性及稳定性。
机调由钢丝绳、杠杆、缓冲器完成;,电调则采用钢丝绳、电路旋转变压器完成,也可采用位移传感器及电路来完成;而微调均采用位移传感器完成。
此外,电调和微调还多一个电液转换装置,以将电信号转换成机械信号。
调速器的作用1、自动或手动调整机组的转速;2、自动或手动启动、停机或事故停机;3、当机组并列运行时,自动地分配各机组之间的变动负荷。
对调速器的基本要求:
水轮机调速系统对调速器的要求首先是必须保证闭环调速系统的稳定性;其次是水轮机调速系统必须保证在各种不同工况下均可靠的运行。
水轮发电机组主要的运行工况有机组并入大电网运行、单机孤立带负荷运行、空载工况、与电网解列甩负荷工况等。
为了保证系统频率的质量,通常要求调速器具有较小的转速死区。
在大电网系统中,调速器不仅应具有按频率调节的高品质指标,而且还应该对上位机发出的各种指令信号具有很好的速动性。
此外,在机组与系统解列甩负荷时,调速器还应保证导水机构在关闭过程中,使得水轮发电机组的转速升高值、压力管道的水压上升值和尾水管道进口的真空值符合调保计算的要求。
水轮机自动调节系统以被调节参数(调频)的偏差作为调节导叶开度的依据。
所以在负荷变动时,总是先产生一定的转速偏差,然后在调节器的作用下,逐步消除这一偏差。
这一过程称为调节系统的过度过程(调节过程)。
显然在过度过程中调节系统的各种参数如转速、调节信号、导叶开度等都是随时间变化的。
调节系统各参数不随时间而变化的工作状态称为平衡状态(或稳定状态)。
调速器的工作原理水轮机调速器的工作原理简述如下:
调速器通过测频元件测量到水轮发电机组的转速信号,而后将测频元件和信号反馈元件送来的信号加以综合,并将此综合信号加以放大后传送到调速器的执行元件(液压系统),去调节和控制水轮机的导水机构的运动,从而完成水轮机的转速及输出功率的调控。
调速器的种类:
机械液压型、电气液压型、微机型调速器。
水轮机调速系统是一个非线性的时变系统,因而,对机械液压型和电气液压调速器来说,要保证调速系统在不同工况下都具有优良的动态品质是非常困难的。
然而,随着电子工业和计算机技术的发展,经典的、现代的控制理论和计算机相结合,出现了新型的计算机控制系统。
近十多年来,研究和开发了水轮发电机组的微机控制微机液压型调速器(简称微机调速器),它与模拟式电气液压型调速器相比,具有许多明显的优点:
1、调节规律用软件程序实现,不仅可以实现PI/PID调节规律,还可以实现其他更复杂的调节规律,如前馈控制、自适应调节等。
2、调节参数的整定和修改方便,运行状态的查询和转换灵活。
3、机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。
4、简化了操作回路。
5、便于直接与厂级或系统级上位机相连接,实现全厂的综合控制,提高了水电厂的自动化水平。
电液转换器能够将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能(流量与压力)或位移输出。
在电液伺服系统中,将电气部分与液压部分连接起来,实现电液信号的转换与放大。
电液转换器是电液伺服系统的核心部件,它的性能直接影响到系统的可靠性和使用寿命。
电液伺服阀的构成电液伺服阀的类型和结构形式很多,但都是电气机械转换器和液压放大器所构成。
如下图所示:
电气机械转换器一般为力矩马达(转换为转角)或力马达(转换成直线位移),它能将小功率的电信号转换为阀的运动,然后通过阀的运动又去控制液压流体动力(流量与压力)。
电气机械转换器的输出力或力矩,很小,在流量比较大的情况下,无法用它直接驱动功率阀,此时,需要增加液压前置放大级,将电气机械转换器的输出加以放大,再来控制功率阀,这就构成了多级电液伺服阀。
压力流量,位移力+,输入信号,电流,-,电气机械转换器,反馈机构,功率放大器,前置放大器,电液伺服的分类:
按液压放大级数分类可分为单级、二级、三级电液伺服阀。
微机调速器的机械液压伺服装置:
机械液压伺服装置位于调速柜的下部。
搁板上布置有电气伺服装置,手操及开限机构、回复机构、紧急停车电磁阀、滤油器。
搁板下布置有调节杠杆、主配压阀,其系统原理图如下图:
1、主配压阀:
它主要由主配压阀活塞,(16)、主配压阀衬套(15)、引导阀针塞(18)、主配压阀壳体(14)及开、关机时间调节螺母(19)等组成。
引导阀针塞为差压针塞,在弹簧和压力作用下,它始终给予调节杠杆一个向上的作用力,调速器处于稳定平衡状态时,引导阀针塞封住主配压阀上部的,窗口,主配活塞不动作。
主配活塞自中位上升时,接力器开机侧油腔与压力油接通,接力器活塞即向开机方向运动。
2、回复机构。
回复机构为一个精密油缸,它的下腔通以恒定压力油,因而在活塞下端产生一个恒定向上的作用力。
主要由回复活塞(26)、屈服缸活塞,(25)、回复连杆(24)等组成。
该机构通过回复连杆(24)、反馈钢带(28)与调节杠杆接力器向连接,其作用是把接力器的行程反馈到引导阀上,构成一个机械液压伺服系统,实现闭环控制。
当伺服装置输出杆(11)快速向关机侧运动,引导阀针塞达到极限位置,而接力器活塞尚未移动时,调节杠杆受向上托力增大,当传递到回复点的力超过屈服缸活塞向下的油压力时,屈服缸活塞则向上运动,起到缓冲作用,以避免杠杆的损坏。
调节杠杆(23)是电气伺服装置与引导阀之间的连接纽带,亦是机械液压系统的控制位移和反馈位移的叠加点。
该杠杆在引导阀上托力的作用下,始终随动于伺服装置或手操及开限机构。
3、紧急停机电磁阀:
它安装在滤油器侧面的阀座上,是一个两位四通电流电磁阀。
在调速器正常运行时,该阀使引导阀针塞上部的紧急停机腔与排油接通;当需要紧急停机时,停机侧电磁阀动作,引导阀针塞紧急停机腔接通压力油,针塞下移,主配活塞亦随之下移,使接力器关机侧排油,主接力器即向关机方向运动,实现紧急关机。
4、调速器:
采用双联可切换滤油器(22),其滤芯为金属网式。
滤油器前后均装有压力表以监视滤芯阻塞情况,推动切换阀芯即可切换工作滤芯,切换阀芯伸出端一侧的滤芯处于工作状态。
5、手轮及开限机构:
主要由齿轮副(34)、传动螺杆(31)、位置斜块(32)、限位螺栓(33)及手轮(35),等组成;其作用为:
一是实现手动操作;二是调速器自动运行时起机械开度限制作用。
手动开机或增负荷时,顺时针摇动手轮,带动传动螺杆上的位置斜块在导向杆的导向作用下水平移动,当位置斜块由中间位置向开机侧运动某一距离时,调节杠杆和主配压阀活塞将随之向上运动相应距离,接力器活塞向开机方向运动。
如逆时针摇动手轮即可实现手动关机和减负荷。
自动运行时,该机构位置斜块处在与某一限制开度相应的位置,接力器在伺服装置的作用下动作,当接力器达到限制开度时,位置斜块压住了调节杠杆,使伺服装置向开机侧的位移不能传递到主配压阀,只有在关机侧位移才能传递,这样就保证了导叶开、关不超过预定的限制开度。
6、电液伺服系统工作原理:
1)自动调节。
电气伺服装置将微机控制器输入的控制信号成比例地装换成机械位移。
此位移经调节杠杆传递到主配压阀,使之向接力器开启或关闭侧排油,接力器即向开启或关闭方向运动,在回复机构的反馈作用下接力器稳定在某一平衡位置。
接力器的运动总是实现伺服装置输出的运动规律。
2)电手动操作。
是机旁正常操作即微机故障后的一种操作方式。
当自动力矩电机综合放大输出断开时,电手动控制力矩电机传递运动。
从系统结构可知,在自动切手动的过程中,由于输出杆(11)的输出是连续的,故手、自动切换为无扰动切换。
调速器机盘上设有手、自动切换旋钮和功率增减按钮。
3)手动操作。
通常用于手动开机过程和机械液压系统的调整,亦是电气信号完全消失的一种后备操作方式。
手操与开限机构的位移经调节杠杆、主配压阀使接力器向开启或关闭方向运动,同时接力器的位移通过钢带反馈至手操及开限机构,形成闭环。
当采用手轮(35)进行手动操作时,必须将伺服装置置于全开位置,才能在整个接力器行程范围内实现机械手动操作。
五、微机调速器运行中可能出现的故障处理:
1、开机开不起来。
其原因有:
给开机令后,开限没有打开。
这种故障多半是二次接线和开关量板的问题,但也可能是CPU的问题。
D/A转换器损坏,出现输出电平接近零电平,对于某些微机调速器功放输入端是一阶惯性环节,当该惯性环节的电容损坏造成与地短接时,也会造成开机,开不起来。
3)给开机令后,开限已打开,机组转速达不到额定转速值。
这种故障有多种原因,除了原因2)之外,还可能是机组频率测量或电网频率测量有问题。
也可能是水头较低时,原整定的空载开度不能保证机组达到额定转速,此时可通过键盘增空载开度并打开开限即可。
2、机组空载运行过程中过速其原因有:
1)导叶反馈断线,此时导叶反馈无指示或则一直指示在某一值,但接力器一直开到全开,并会出现过速保护动作,紧急停机。
2)导叶实际开度大于导叶反馈指示,造成空载转速高于额定转速。
对此只要调整导叶反馈传感器,使实际开度与反馈指示值一致即可。
3)微机输出故障,如果此时微机数字显示正常,而输出模拟指示最大,可判断,是D/A转换器故障。
3、空载扰动不稳定原因除与微机控制器部分故障有关外,也可能与参数整定有关(即整定参数不能满足稳定要求)。
此外,还可能跟微机控制器内开限整定值与机械开限整定值不协调有关,如微机控制器内开限整定值与机械开限整定值较大,而机械开限整定值小于空载扰动所达到的数值,此时,在空扰时将出现不稳定。
4、溜负荷机组并网运行溜负荷,一种是机械液压故障,另一种是微机柜故障。
机械液压系统故障大多是电液转换元件卡在关机侧造成全溜负荷,导叶关至零。
微机柜故障,具体来说可能是:
1)D/A转换器故障,造成输出减小或为零,则机组溜部分或全部负荷;2)有干扰信号串入调相令节点,或者调相令节点与外壳短路,这时负荷全部溜,光,导叶关到零;3)CPU故障,造成中间计算结果数据错乱,导致整个计算结果错误,也可能引起溜部分负荷。
除此之外,还可能是机组运行于靠近。
发电机最大出力点处,且功角接近90,此时若频率下降,水轮机还要增大出力,但由于发电机功角不能突变,此时主动力矩的增加使机组加速,当发电机功角达到其极限功率点处,这时由,于机组惯性,而励磁系统强励特性又不好,这时反而导致发电机功率下降,而溜掉部分负荷,但若机组主动力矩增加过多(即超过发电机极限功率),从而使发电机失步而产生连锁反应,可能使全部负荷溜光。
5、油泵电机启动时造成微机调速器数字显示变动,同时引起接力器抽动,这种情况说明微机调速器电源有接地现象,或者是电液转换器线圈有接地。
可用万用表(不能用摇表)去逐个检查排除接地现象(对地电阻一般均在5M以上)。
六、主配压阀常见故障及处理1、开机时振动主要原因可能是辅助接力器上腔掺有空气,处理方法为:
1)改变接力器结构,油路的流通可自动排气;2)加装排气阀门。
2、大幅度跳动故障原因为永磁机角速度经常变化,处,理方法为调整永磁机中心和垂直度,减小摆角。
3、主配压阀卡死故障原因为油路内有水锈住,油内有脏东西卡住,辅助接力器装配不良,上下不同心。
处理方法为:
1)进行油的净化和过滤;2)重新装配,使主配压阀和辅助接力器相互同心。
七、导叶不能开、关或开、关时阻力过大,1)调速器的工作容量偏小,鉴别方法是重新核算调速器工作容量的选择。
处理方法是提高工作油压,必要时更换大容量的调速器;2)导叶和调速器装配质量不好,摩擦、卡阻现象太严重。
鉴别方法是检查动作的灵活性,低油压操作导叶动作不应超过允许值。
处理方法是重新装配有关部件,使之动作灵活;,3)导叶上、下端面,因河道水流中脏物锈蚀,或者导叶之间有草木等物堵塞。
鉴别方法是检查接力器两腔油压差。
处理方法常是停机或关闭进水闸门,清除锈蚀或杂物。
7、调速器在机组启动和运行中高频振荡或振动1)油管路或液压阀中窝存空气。
鉴别方法是观察油管路或液压有关部分有无油气泡。
多次移动配压阀和接力器活塞排除内部空气后,如无振荡或振动,则为,窝存空气。
处理方法是在开机前排净调速器系统内部的空气,改进窝存空气部位的结构。
2)主配压阀放大系数过大。
鉴别方法是核算放大系数;处理方法常是在结构上改善杠杆的传递比。
以上就是调速器的简单介绍,通过以上的讲解,希望能对大家在调速器认知方面有一个初步的感性认识和了解。
谢谢大家!
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