DIN4321 水轮机调速器技术规程(译文).doc

DIN 4321-1987水轮机调速器技术规程 前言此标准由德国工程师协会/德国电工协会、控制工程和设备协会制订，并取代VDI/VDE-3510导则。 目此1. 适用范围和目的2 术语,定义,符号和单位 3 调速器系统基本结构4 调速器系统性能和环节5 如何应用本规程附录 A 控制工程, PID调速系统特性,理论关系和值的测量附录 B 水轮机调速器技术参数表1 适用范围和目的本标准包括了描述水轮机调速系统的设备和性能所需要的所有重要的技术信息，其目的是统一并简化投标文件和技术报价，它也用来作为建立技术保证的基础。本标准不局限于调速的特有功能,广义上，也包括了所有调速系统执行的所有功能,尤其是控制功能.因此调速系统应理解为: 包括双重调节机组在内的反击式和冲击式水轮机的转速,功率,水位和开度控制器； 驱动能量设备； 用于紧急停机、事故停机等的安全装置； 用于开机,停机等的其它设备。当涉及到控制工程部分,本标准只限于模拟和数字的PID调节器，微处理器技术促进使用更高级的控制算法，在这方面没有述及， 尽管如此,对调速器系统的要求基本上不受所用控制算法的影响，在这种情况下，标准能适用于改进的版本。本标准提供了大量适用于各种不同类型电站的信息，已通过实践验证。除此之外，还提供了各个特性值如何校验的信息。注:需要特别指出的是，对于规定特性的测试，当增加它的范围和精确度的时候，就要增加成本。因此，测试应该限于能够满足安全和可靠操作的必不可少的数量和精确度。如果调速器系统由几个的制造商提供，应该对通讯接口特别注意，通讯接口必须精确地估算大小并定义。在附录A中，解释了表征控制特性（例如，传递函数，阶跃响应等）的最主要方法。2 术语,定义,符号和单位下述术语适用于调速系统或系统中的部件。(附录A) 表1 术语和定义术语定义信号流程图方框图有别于机组的技术结构的相互关系。示例：图 1和图 2。特性曲线稳态条件。示例：图 11 和图 14。微分方程式描述动态特性的微分方程。示例：表2传递函数在对微分方程的拉普拉斯变换后在图象区域以表达式的形式描述对任何的激励下的动态特性。示例：附录 A 中的式（2）。阶跃响应暂态函数输入量阶跃变化后输出量的时间函数。示例：图 15 和图 16。频率响应方程式在稳态条件经周期激励下的动态响应，轨迹图或频率特性（波特图）。 轨迹图示例：图 A.5；频率特性曲线示例：图 A.6。PID调节系统（速度控制）的符号在表2中，根据DIN 19226 第一部分(目前在草案阶段)和VDI/VDE 2190表格1的符号系统来描述理想化调速系统的简化的微分方程。表2 微分方程带永态比例作用系数的理想PID调节系统或者带有积分作用系数或微分作用系数 当Kpb = 或者 其中: KP 比例系数；KPb 永态比例作用系数；KI 积分作用系数 ；KD 微分作用系数；Tn 恢复时间；Tv 微分作用时间；x 相对被控变量 ；y 接力器对稳定状态的相对偏差注：与本标准不同的是， VDI/VDE 3510 和IEC 308采用下列符号和名称： 暂态转差系数 永态转差系数 缓冲器时间常数 速动时间常数译注:微分作用时间Tv是IEC 308中串联PID的加速时间常数Tn。3 调速器系统基本结构系统组成： 调速器； 一个或多个电气或液压伺服定位器； 其它设备。3.1 水轮机控制主要功能水轮机控制有三个主要功能; 转速控制 功率控制 水位控制这些控制功能可以组合。3.1.1 转速控制转速控制适用于: 在孤网运行中,调节转速,使频率与规定值一致； 并网运行中的频率调节； 在空载运行时(同期前或机组从电网解列后)调节转速。3.1.2 功率控制 在并网运行中,功率控制是不考虑水头变化或其它影响，按照功率整定值来控制机组的功率输出，频率变化另外通过永态转差系数来影响输出功率。3.1.3 水位控制水位控制的用来保持水位(主要指上游水位)不变,或者使其跟踪于规定值。水位控制器可以是连续的控制器,也可以是3个位置的控制器. 3.2 联合控制系统的结构在联合系统中,可规定独立的控制器具有每种控制主要功能.而这些控制器又都作用到同一伺服定位器上。因此,要注意各控制方式间的平稳切换(见48)，在独立控制器情况下,参数应按各自闭环控制回路进行整定(见4.1)。出于安全可靠的原因,转速控制器始终，例如与电网解列时，是准备起作用的。在3.2.13.4中是最常用的结构。应用了下述符号：x 被控变量 w 指令变量,期望值 y 校正变量 s 控制器输出变量 sv 先导控制器输出值 主伺服定位器输入值下标n 转速； p 功率； h 水头。3.2.1 并联结构 两个调节器以并联方式作用于一个伺服定位器,或通过选择器作用于几个伺服定位器。 图1 转速和功率控制器并联的控制系统，此结构常用于峰荷电站 图2 转速和水位控制器并联的控制系统3.2.2 串联结构 功率控制器或水位控制器置于转速调节器之前.它们作用于转速控制器的转速整定点调整装置(图3)或导叶开度限制调整装置(图4). 图3 转速和功率控制器串联的控制系统，功率控制器作用于转速控制器的转速整定点调整装置，此结构常用于基荷电站 图4 水位控制器和转速控制器的串联控制系统， 水位控制器作用于转速控制器的开度限制调整装置图3和图4的结构都是典型的示例.然而,也有功率控制器作用于转速控制器的开度限制调整装置的结构.或者水位控制器作用于转速整定点调整装置的结构形式.在功率控制和水位控制时,转速控制器基本上起定位器的作用。3.2.3 其他结构3.2.3.1 藉助于设有功率反馈的转速控制器的功率控制结构 图5 通过转速控制器的功率控制系统从转速控制切换功率控制是采用从实际转速信号切换至实际功率信号的方法。3.2.3.2 没有转速控制器的水位控制器 图6 没有转速控制器的水位控制器在简单情况下(例如感应发电机组的情况),它的水位控制器直接作用于伺服定位器。3.3 伺服定位器的结构3.3.1 没有随动控制的调速系统 在伺服定位器中,导叶接力器的偏移信号作为反馈量直接传递给控制器. 图7 没有顺序控制的调速系统3.3.2 带有顺序控制的调速系统 在这种伺服定位器中,主接力器的校正偏移信号由前级伺服定位器的校正偏移来引导,中间接力器的校正偏移信号再反馈给控制器。在高驱动能量情况下,可能还会需要另外的伺服定位器级。 图8 带有顺序控制的调速系统3.4 多个校正部件的控制在多个校正部件 (例如,具有可控制导叶和桨叶的水轮机双重控制)情况下的控制方式： 并联 串联通过规定函数的插值可提供校正部件间的非线性关系,通常在一个校正部件的放大器上还要迭加一个附加参数(例如在轴流转桨式水轮机中,水头可改变导叶 - 桨叶的关系).在多于两个校正部件的情况下(例如,单个接力器控制)仅采用并联控制。 应用下述符号：s 控制器输出信号y1 校正变量 1 y2 校正变量 2wa 迭加到校正变量2上的信号3.4.1 并联结构 图9 具有规定协联关系并迭加附加信号的并联结构3.4.2 串联结构 图10 具有规定函数关系并迭加附加信号的串联结构4 调速器系统性能和环节 (关于控制工程的特性值,以下仅局限于PID控制器。对于特殊情况,整定范围可能需要扩大.)4.1 控制器的特征参数4.1.1 永态比例作用系数Kpb永态比例作用系数表征在稳定状态下下述两个量之间的定义关系： 转速控制:在频率和校正位置之间 水位控制:在水位和校正位置之间 功率控制:在频率和功率之间 (见图11)对于转速控制,推荐的整定值：Kpb=10，相对于1/Kpb=0.10= 100。线性度(Kpb=10，规定点 x(y)值的最大允许局部偏差)，对转速和功率控制如要求，1 。例：对给定的y值，对线性值的偏差是0.0005，线性度：0.0005/0.1=0.005=0.5 。图11 静态特性 输入量的相对偏差(转速和功率控制的频率,水位控制的水位);对永态比例作用系数是决定性的；对于转速和水位控制,被控量等于输入量；X 偏差；XN 额定值；P/PN 相对功率值 ； P 功率； PN 额定功率； Y/YN 随动位置；Y 接力器活塞位置； YN 接力器行程；Kpb 永态比例作用系数。测试(见附录A)：图11的特性至少选取4个待测点,且每次测试都要设置3个永态比例作用系数(模拟输入量)。 4.1.2 比例作用系数Kp,恢复时间Tn,微分作用时间Tv 调速器的时间特性由特性值Kp,Tn,Ty决定,且可由以下方式得到: 并联结构 (见图12)； 带软反馈结构 (见图13) 。42比例环节积分环节微分环节 图12 并联结构PID控制器 图13 带软反馈的PI调节器(直接高倍放大)参数值的合适调整依赖于控制系统, 选择这些参数应该使扰动后的过程阻尼系数D=0.81.1之间(参见4.2.3.6) 。不同的运行工况下,要求的设置值是不同的.如:在转速控制时： 空载运行; 孤网运行 (仅可能在部分负荷); 并网运行(在整个功率范围);在成组功率与转速控制时(见图3串联结构)： 转速控制时(不投入功率控制); 调速器用作为定位器时(如功率控制投入)。 通常, 空载和孤网运行时选择相同的参数，这些参数可能与并网运行最适宜的整定值大不相同。如果需要,应提供参数整定的自动切换(例如,通过发电机断路器位置,或借助于较大的频率变动或功率跃变)。4.1.2.1 比例作用系数Kp 比例作用系数用于比例环节，见图12，它是在KPb=和Tn=时由特性曲线x (Y/YN)或者x(P/PN)的残余偏差决定的.(图14)推荐的调整范围: 对于转速控制,在0.6和10之间; 对于功率控制,在0.2和10之间. 图14 在稳态下Kpb=和Tn=的特性曲线x(Y/YN)和x(P/PN)4.1.2.2 恢复时间Tn 恢复时间是积分项和软反馈的时间常数,分别见图15和图16。 在转速和功率控制,推荐的整定范围是:0.120S之间。 注:在水位调节情况下,应当适当选取较大值. 图15 并联结构调速器的积分环节阶跃响应 图16 软反馈型调速器反馈的阶跃响应4.1.2.3 上升时间至 t 0.95升时间是在一个控制脉冲后,接力器达到校正位移的95时间,扣除控制脉冲的时间区间。推荐整定范围:在并网运行中, 飞升时间目标是 15 s(如果在并网运行时，恢复时间可以切换至20注:由于最大行程不同,其值与设计有关,如果不灵敏度(ix/2)要求不高或控制阀最大行程很小,要求k p值较大(k p100).测试: 记录特性曲线(图22) 图22 带有单通道或双通道控制阀的压力特性曲线译注：图22单控制腔阀(右图)中有误，应是。4.2.3.4 在随动结构中伺服定位器的不灵敏度is/2伺服定位器的不灵敏度是死区宽度的一半。 注:它对死区ix有很大影响,并应选择相当小值。Sv 伺服定位器的输入信号(见图8)Y/YN 主接力器位置相对位移图23 伺服定位器死区测试:记录从两个方向进入的接力器位置。4.2.3.5 控制系统不动时间Tq控制系统的不动时间是由于控制阀的搭叠量或由于几个放大器的串联布置引起的，但是不对应于DIN 19226 第二部分(目前仍是草案)在控制工程里定义的不动时间Tt.接力器不动时间是转速或转速整定点按规定变化起至首次察觉到接力器移动的时间间隔(图24)。 y 校正变量x 转速设定值的相对变化译注：左图中(0.010,02)应是(0.010,02)。图24 控制系统不动时间TqTq的推荐极限值:0.2s 。测试:记录转速跃变后接力器位移的时间函数,转速跃变量应使接力器至少位移最大行程的10，时间测量始起点,是用转速变化为额定转速的0.010.02决定的。(图24)4.2.3.6 伺服定位器的动态响应动态响应基本上由伺服定位器的时间常数决定的，在具有特定瞬态响应的多级伺服定位器的情况下(电子定位回路), 瞬态过程按阻尼比D(D在0.8和1.1之间)来调整(图25)。测试: 参照图25记录阶跃响应曲线D1 非周期情况 图25 输入信号Sv阶跃变化后伺服定位器输出Y/Ymax的瞬态过程4.3 伺服定位器之间的功能关系4.3.1 具有可控制的导叶和桨叶角度的水轮机双重调节可在如下情况操作： 并联控制(如图9) 随动控制(如图10)可用水头来附加地影响函数关系，在随动控制中,导叶或桨叶都可以是主动的。4.3.1.1 实现方式 利用按额定水头设计的凸轮,以机械方式实现(在水头变化不大,或要求不高的情况下); 用型面凸轮以机械方式实现,此凸轮随水头变化以自动、电气或手动方式移动； 通过具有和/或没有水头影响的函数发生器,以电气方式实现。4.3.1.2 调整 导叶和桨叶角度之间的确定关系通常是根据专门的一系列模型试验的结果得来的.这种关系可以在现场通过相对效率测量,或者效率测量进行验证或修正。4.3.2 具有喷针和折向器的水轮机双重控制折向器的用途是在甩负荷时限制转速上升,其控制可用下述方法实现: 喷针和折向器的并联控制 喷针的主要控制 折向器的主要控制 然后可进行其他的随动控制: 在正向通道中用凸轮以机械方式控制 在反馈通道中用凸轮以机械方式控制 利用函数发生器的电气方式控制4.3.3 多量控制 它用在单个导叶和单个喷针控制的情况下,单个接力器常常以并联方式控制。4.3.4 其他关系 下面是与4.14.1至4.14.3相应的示例: 为限制甩负荷后浪涌和尾水波动，转轮叶片和导叶的位置及尾水管闸门接力器的位置关系。 为限制甩负荷后动态压力变化和转速上升，导叶和旁通阀的位置关系,. 在电站与灌溉系统联合运行情况下,正常运行和甩负荷后导叶和旁通阀的位置关系.4.4 实际信号的测量和传递 对于各种控制功能,基本上测量下列变量: 转速 出力 水头 行程4.4.1 转速4.4.1.1 对于机械液压调节器可使用下列驱动方法: 用皮带驱动的飞摆,推荐采用附加的检测措施以防范皮带的断裂或者滑动 用电动机驱动的飞摆,其电源来自：a)连接于水轮机轴上的永磁发电机b)主发电机的一个附加绕组，或c)主发电机的绕组经过一变换器(调速器飞摆的驱动仅在励磁投入时才起作用)4.4.1.2 对于电子调节器,基本上使用下列三种测量转速的方法 测速发电机,特别是可利用自由轴端时; 霍尔发生器或带脉冲或数模转换器的齿盘(如不能利用自由的轴端)推荐用于监测的信号。 在发电机端通过变换器的频率测量 (利用残余剩磁)4.4.2 功率 功率是通过变换器和转换器进行测量,控制器的输入信号应充分地滤波。4.4.3 水位 水位一般通过机械方式(例如通过浮筒或气动变送器)或电气方式(例如通过电极)进行测量,通常以电气信号传输到水位控制器.控制器的输入信号应充分地滤波。4.4.4 校正位移校正位移(例如供反馈用的信号)的转换: 机械方式(通过连杆,绳，带) 电气方式(通过旋转的或直线的传送器)在用连杆的情况下,应避免死行程和不适当的作用力(例如在过行程的情况).在用绳和带的情况下,足够的预拉紧是必须保证的。用电气的传送器时,下列项目是必须保证的: 排除机械构件中的死行程 外部环境防护(见4.15) 良好的可调性4.4.5借助于电子部件的实际数值的传送 对于4.4.1至4.4.4所述的实际数值,通常用0mA-20mA或有监测信号的4mA-20mA来传送从传送器至控制器的信号，信号20mA用于监测,对于信号传送,需要用屏蔽和适当大小的电缆。4.5 扰动因数和辅助变量叠加 特殊情况下,有下述方式: 为减少扰动之后被控变量的突然变化而叠加的扰动因数(如,在频率控制输出时的叠加). 为了改善控制品质,如稳定性的改进,而叠加的辅助变量(如,在频率或功率控制时压力变量的叠加)4.6 手动控制在调速器故障时，手动控制可以用可调的导叶和喷针开度保持水轮机继续运行。在电子调速器的情况下，用机械的比例定位方式进行手动控制仅在与接力器的机械反馈连同一起才可能提供，因此造价昂贵，当要求平滑切换时,必须装设调速器手动控制设定值的平衡装置。4.6.1 没有随动控制的调速系统跨越调节器和转换器,手动装置直接作用于控制阀(如图26)。 在电子反馈装置的情况下,机械反馈并联装设。图26 手动控制调节系统不带随动结构4.6.2 带有随动控制的调速系统 手动控制系统直接作用于中间接力器。 图27 手动控制调节系统带有随动结构4.6.3 没有反馈的手动控制调速系统 (脉冲控制)图28 没有反馈的手动控制(脉冲控制)4.6.4 电子比例定位方式进行手动控制 跨越调节器控制回路,手动控制直接作用于前级放大器.为提高系统安全,应提供独立的电源供应.4.7 线性化在某些情况下,被控变量线性地跟踪输入信号是可取的，例如功率跟踪负荷，在输入信号与校正部件之间的关系是非线性的。线性化实现手段为: 机械方式是通过凸轮; 电气方式是通过函数发生器.4.8 跟踪设备为了从一种运行方式到另一种运行方式的无扰切换, 期待运行方式的调速系统部件整定值必须跟踪各自的实际值。示例: 在转速控制方式中,功率控制整定点跟踪实际的功率; 在功率控制方式中,转速器整定点跟踪开度; 在启动中,转速器的转速整定点跟踪实际频率.4.9 优化控制 优化控制用合适的分步的运行来优化电厂的效率，平稳运行或其他指标。 在冲击式水轮机中用多喷嘴; 在双击式水轮机中用多单元控制; 多台水轮机 (详见4.14.4)4.10 操作的同步监视 当用单个接力器控制导叶或喷嘴的的情况下,推荐同步操作监视。为此,检测出每一单个导叶或喷针接力器的位置或变换器的输入信号，与总的平均值存在偏差或在稳定状态输入信号有永久性偏差的情况下,触发报警或停机.4.11 驱动能量的设施提供所需能量最有效的方式是利用油压系统.要求的最低设计压力PA是根据要求的调节容量Eert和接力器的容积VS来得出:PA =Eert/VS 这存在着带蓄能器和不带蓄能器的系统的区别.比较起来更倾向选择带蓄能器的系统,这种系统能快速释放所需要的大驱动能量(例如在功率频率控制的情况或者对频率稳定有严格要求的情况).4.11.1 带蓄能器的系统4.11.1.1 压力罐(空气蓄能器)压力罐广泛地应用于大调节容量的系统.在德国,额定压力PN =64 bar是允许的.对于计算,相关标准(如校验单,ASME规程等)是适用的.图29 压力罐容量和压力范围 表3 图29的说明术语2)数值范围额定压力PNPN操作压力PB操作压力范围PBmax PBminPBmax (0.931.0) PN3)PBmin(0.830.9) PN跳闸压力(紧急停机情况下的最小压力)PAusl (PBminPAusl PA)4)设计压力PA =(0.620.75) PN有效容积 (在未达到PBmin的情况下仍可利用的油体积)单调节双调节VNutzVNutz =(45)VSLeVNutz =(35) VSLe + (1.52.5)VSLa其中:VSLe =导叶(喷嘴)接力器的容积VSLa =转轮(所有折向器)接力器的容积剩余容积(出于安全考虑不能再被利用的油体积,如空气进入液压系统的危险的缘故)VRest2) 所有压力是表计压力。3) 当建立最大操作压力PBmax时,应注意与安全阀的响应压力和全排压力有关的对应调整。4)紧急停机压力PAusl选择应使事故停机后的压力达到PA 。图29是在PBmax时的油气体积比Voil/VLuft为0.5的条件下的的特性在组合系统中(见4.11.1.3),容积可相应的减小，例如在紧急停机情况下,下式可用于单调节:VNutz =(22.5)VS 在压力油罐系统中,应特别注意油泵在空载或停泵的时间与打油时间的比率，通常情况下,机组在开度限制运行或停机状态下,比率在10/1和40/1之间是允许的。4.11.1.2 气囊式和活塞式蓄能器 有效容积可比压力罐的小，不必提供剩余油容积和自动补气的设施。由于在较小工作容量的情况下蓄能器的容积有限,可利用油和惰性气体间(主要为氮)有密封隔离的气囊式和活塞式蓄能器。选用压力值可超过 64 bar(见4.11.1.1)。 计算基于AD规范，应提供压力容器测试证明。蓄能器容量和压力范围: VNutz 3 VS PA (0.50.75) PN PBmax (0.851.0) PN 3)PBmin (0.750.90) PN4.11.1.3 其他蓄能系统为了关机的安全,重块或弹簧蓄能器(低水头水轮机)和从进水管直接引取水压(高水头水轮机)亦被使用来部分地协同油压系统(组合系统)。按照在任何情况下能使控制部件安全关闭的方法来确定蓄能系统的大小,即在组合系统中当压力油源消失的情况下,也能安全关机，其开启在大部分情况下是用油压实现。4.11.1.4 用于蓄能系统的泵 推荐：两台由感应电动机驱动的泵,每台泵应能在一分钟之内提供所有接力器的油量。 在特殊情况下(例如没有外部电源) 第二台泵可以用直流电动机或(高水头电厂)冲击式水轮机驱动。 4.11.1.5 回油箱推荐的设计布局通常,回油箱的油容积应设计成压力容器容积的两倍。在任何时候，回油箱应能允许整个液压系统的油排入箱中。它还应设计成允许为了维修的目的全部排空并除掉结露的水分,例如提供一个倾斜的底板来实现。4.11.1.6 辅助设备 冷却和加热:通常来讲,油系统冷却需要在以下情况: 机组在热带地区 通过主轴轴承供油的轴流转桨式水轮机为保持油粘度在规定的恰当范围，也可能需要冷却/加热。油雾的排出设有油分离器的排气系统可用来避免油雾从油箱排出，油箱至少应配备通气过滤器。4.11.1.7 压气系统 对于压力罐，通常由压缩机提供压力空气源,它们的设计压力应选择超过液压系统的设计压力PN，压缩机的容量的选择必须遵守在考虑了压气系统的管道布置产生的阻力情况下的充气时间的要求。应采取适当的方法提供干燥的空气.自动补气需要如下附加的设备: 压力罐的浮子开关； 压力罐的压力开关； 压缩机控制组件。 对于气囊式和活塞式蓄能器,需要充气瓶和一个专门的加载装置.4.11.2 不带蓄能器的系统4.11.2.1 恒流量系统 这些系统(图30)以采用定量泵为特点,在稳定状态下,其过剩的流量是通过压力控制阀或旁通阀排掉.为了减少系统的能源损耗, 可采用几台并联的不同容量的泵供调节用，大容量泵仅在较高的控制速度情况下投入。这些液压泵应具有足够容量，使在考虑了漏油的时候能保证达到要求的水轮机加负荷和减负荷时间。在设有另加的蓄能器(组合系统)的情况下，仅由加负荷时间决定。泵组的功率损失应由冷却系统承担.图30 恒流量系统4.11.2.2 变流量系统开路系统 在这些系统中(图31)采用变量泵.在这种情况下用压力控制(零行程泵)的方法使泵的排量适应于瞬时的流量要求.泵的容量按照4.11.2.1来确定. 推荐设置一个小蓄能器以避免短时压力下降,用安全阀保护系统不过压。图31 开路系统4.11.2.3 闭路系统 这些系统(图32)实际上是以控制泵的流量及它的方向为特点.因此其泵兼有产生和分配液压的功能.按照4.11.2.1来设计。安全阀保护接至接力器的两个控制管道不过压,为达到此目的，排油进入对侧管道。为了弥补内部泄漏和/或补偿接力器面积差异, 两管道之间的相互吸入和/或排出应通过止回阀保证。另外,这些系统需要一个小恒量泵来承担先导油源的需求.图32 闭路系统4.11.3 液压介质选择的建议在水力发电厂的绝大多数情况下，都用同样的油供调速系统的功率传输和主要及辅助的机械轴承的润滑用.。选择油的粘度由水轮机的类型、结构和运行温度.在正常情况下,没有添加剂的油即可满足. 按照 DIN 51515第一部分，有添加剂的L-TD油的使用寿命较长.水轮机油系统没有现成的规范.表4 推荐的最低需求名称数值长度粘度密度老化性能5)油水分离能力空气释放性能对铜的腐蚀5)钢的防腐蚀特性5)凝点4668mm2/s0.9 g/ml1,000小时之后,中和值的增加 2.0 mgKOH/g 80130s在500时,26分钟腐蚀程度 01腐蚀程度 0A1005)有添加剂的油对密封材料的特性还有待于测试.其他各种情况,可以参考水电站电气第六版,第一章,17页.4.12 运行方式转换4.12.1 启动和同期在启动阶段中,转速对时间的曲线主要由设备的特性决定,例如水锤和主轴振动所允许的开启速度、机组惯性时间常数Ta等。到80额定转速后直到同期准备和同期,主要由转速调节决定其转速对时间的曲线。在下面的论述里,与瞬时转速对应的频率被采用为相对转速变化及瞬时频率fNetz 。当同期带内转速变化率dx/dt不超过的规定值时,便完成同期准备.(图33和图34)tO.8 是达到80额定转速的时间；tSB 同期准备完成的时间；ts 发电机并网合闸的时间。推荐值:同期带 (0.991.01)fnetz； 用于同期的转速变化率 dx/dt 0.003s-1；tSB/tO.8 = 1.5 5.06)；ts/tO.8 = 2.0 6.06)。6)峰荷电站在良好的运行状况下, 适用于较低的值； 基荷电站和较小电站适用于较高的值。测试:启动阶段的转速记录曲线， tSB和tS的确定.图33 启动到同期图34 三种类型的同期过程放大4.12.2 甩负荷 从暂态效应的开始，甩负荷产生的转速上升都取决于设备(例如水锤所允许的关闭速度和机组惯性时间常数Ta),从那时间起,调节器的性能便决定着转速对时间的曲线.调节时间tE 在此时间后与空载转速的转速偏差维持在1以下；最高转速nmax 甩负荷之后的最高转速(在tM时刻)；最低转速nmin 甩负荷之后的最低转速；推荐值: tE/tM=2.54(10)7)；nmax/nN 最高转速相对值； nmin/nN = 0.85至0.958)。 测试: 甩负荷的转速过程曲线。图35 甩负荷4.12.3 其他运行方式转换9) 除了水轮机运行方式外，还提供其它运行方式(调相运行,水泵运行)及运行方式的转换,其不同的转换时间应商定.4.13 安全装置4.13.1 快速停机 在机组故障的情况下,以最短的接力器关闭时间停机，这时，调节器仍在运行。 实现措施:把电气的、电气机械的或电气液压的装置设计成能毫不延迟地全程移动控制阀进入其关闭位置。 跳闸判断:机组的电气或机械系统故障；在机械故障的情况下,发电机断路器常常滞后跳闸,以避免转速上升。7)括号中的值适用于冲击式水轮机。8)适用于从电网解列后单独供电的机组。9)有关抽水蓄能电站中运行过程见电子经济1979/5,78。4.13.2 事故停机事故停机定义为，在机组故障情况下,跨越调节器而且也往往跨越调速系统的下一层元件关闭机组,这时,假设调节器或调速系统的其它部件是不再起作用的。 在轴流转桨式水轮机中,除了为减少流量的导叶事故停机装置外，还可能提供转轮事故停机装置,借助于转轮叶片维持完全或部分开启。实现措施:电-机或电-液装置跨越调节器且往往也跨越控制阀关闭控制部件的接力器,与此同时关闭主要的关闭部件(闸门、球形阀或蝴蝶阀等)。跳闸判据: 由于调节器或调节系统局部故障引起机组的过速. 压力下降至紧急停机压力PAusl4) 以下 在电站范围内的某些特殊的危险状况.能量通过下列措施供给: 在液压能源系统中附加油体积； 一个独立的压力油源； 关闭重锤(例如在灯炮式水轮机中) 水压接力器(例如,用于高水头电厂的折向器)。4.13.3 过速保护装置9)采用下列类型: 由带有电接点和/或直接动作的机械油压跳闸装置的机械安全摆； 独立于调节器之外的测量系统的电气转速接点； 由集成在具有监测功能的调节器内的测量系统的电气转速接点。4.13.4 锁锭装置 导叶的机械和/或液压锁锭,以防止在快速停机或事故停机后再开启； 在调节系统与主截止部件之间的电气和/或液压锁锭,用以避免错误的控制或有危险的状况； 供设有关闭重锤的灯炮式水轮机导叶检修用的导叶开位机械锁锭。4.14 辅助设备4.14.1 减少压力变化的措施这些措施之一是与水轮机并联的排水设施(第二个出口),它的开启时间是水轮机控制部件关闭通道的和关闭重锤的函数，而且是据此适当规定的。在特殊情况下,这种措施可以用来维持规定的流态 (例如,同步旁通跨过水电厂接到灌溉系统上).为防止这种辅助设备的故障,应采取附加的安全措施,例如,在导水机构与辅助设备之间的容积联接,或在故障的情况下,采用延长导水机构关闭时间的措施.应说明这些辅助设备的运行时间，在运行条件中应选定控制系统的设计和它的响应性。4.14.2 降低浪涌和尾水波动的设备和措施 在低水头迳流式水电厂采用轴流转桨式水轮机时最好提供此类控制设施，其目的是在与电网解列的情况下,确保规定的流量,桨叶开度停于规定的恰当开度，通常,在这种情况下,调速器仍对导叶起作用.下列因素应注意: 跳闸判据(由于电网故障引起的功率下降或频率变化)； 流量下限,高于此值设备启动； 设备响应的允许流量变化； 水头和流量的限制。设备响应后出现规定流量瞬间用nS和QS表示。4) 见表3。4.14.3 减低转速上升的设备和措施在不利的情况下,例如在小转动惯量或在设有长引水管道但只允许低压力上升的情况下,可能使用当电网或机组故障时降低转速上升的下述设备： 排水设备 (如4.14.1)； 轴流转桨式水轮机中,开启桨叶 (如4.14.2)； 用电阻吸收过剩电能。4.14.4 成组控制 在多机组电站,为在运行机组间进行规定功率和流量的分配,可提供成组控制，作用于各个调速器。4.14.5 流量控制，蓄水控制在流量控制的情况下，通过中枢控制站手动或自动设定信号，输入信号作用于调节器的导叶开度限制给定装置或感应发电机组的定位器,把导叶开度或在轴流转桨式水轮机与流量成比例的轮叶开度作为反馈信号。中枢流量控制是对沿着同一河流的若干梯级电站系统按一个给定的流量曲线进行控制。注意下列要求: 快速启动和同期; 适应变化的水头； 切换导叶开度限制给定装置定位时间。4.14.6 制动器 制动器用于停机过程以缩短机组停机过程的制动时间。 机械制动 通常适用于低于转速n=0.5nN0.3 nN，在大数情况下借助于压缩空气或弹簧。 电气制动为缩短大机组制动时间, 在较低的转速范围n0.5nN,借助于主发电机制动。 水力制动在轴流转桨式水轮机较高的转速范围，借助于开启桨叶；在冲击式水轮机中,通过附加的作用于水斗背面的制动喷嘴； 在混流式水轮机较高的转速范围,关闭停机装置、开启导叶。4.14.7 调相运行方式调相运行用于发出无功功率。发电机已同期并网,导叶正常关闭,而转轮在空气中转动,或使水轮机解耦。4.15 调节器组件的环境适应性4.15.1 抗振性安装在水轮机上的转换器常常经受相当大的振动,并应安全地经受住这种环境的状况.调速器电子元件应该抗振,或者安置在有阻尼衰减的地方。这些单元必须在相应的频率范围经受住振动载荷且并无共振,而且不损害其部件的功能。 传感器和变压器,最大的加速度20g(g=9.81 ms-2)，相应的双振幅： 在25Hz时为1.6mm； 在50Hz时为0.4mm； 在100Hz时为0.1mm。对于高水头电站,单元应经受住较大的加速度。控制柜里的电子元件 最大的加速度10g，相应的双振幅在25Hz时为0.8mm。测试:30分钟在最大频率下处于受力状态下的振动测试,或型式检验证书。4.15.2 耐热和防湿度的能力 电子元件应能经受住下列外界条件而不损害部件功能:温度范围:-10+50；相对湿度:在50时为70。 温度和相对湿度的实际范围应针对各自的情况说明,任何情况下都不能达到露点.如有需要,则应采取特殊的措施(加热/空调)。 应就为了证明耐受能力的温度和湿度测试达成协议。具体的气候和试验参见DIN IEC 68 2-30。5 如何应用本规程 编制技术资料时为了实际应用本