水轮机调节及水车自动控制义(修改).doc

水轮机调节及水车自动控制第一章 调速系统基础知识1.水轮机调节的根本任务水轮发电机组把水能转化为电能供用户使用。用户除要求供电安全可靠外，还要求电能 的频率和电压保持在额定值附近的某范围内。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。此外，还应保持电钟指示与标准时间的偏差在任何时候不大于1分钟；对于大容量系统，不得大于30秒。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的23%。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根本任务。2.实现水轮机调节的途径通过什么方法与途径完成“水轮机调节”的基本任务呢？为简明起见，仅对一台水轮发电机组带负荷的情况进行讨论。如图示是水轮发电机组示意图。水轮发电机组示意图水轮发电机转动部分是一个围绕固定轴线做旋转运动的刚体，它的运动可由下列方程描述：式中-机组惯性矩； -角速度，=n/30（n为机组转速）； -水轮机动力矩；-水轮机阻力矩。水轮机动力矩由水流对水轮机叶片的作用力形成，它推动机组转动，其大小决定于：水头H，导叶开度（流量Q），机组转速等。由上式可见，实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。3.水轮机调节的特点 水轮机调节具有以下特点： 决定机组出力最基本的因素是水头和流量； 具有两套调节机构的水轮机，在对它们进行调节时，为了达到某种预期的目的，在两套机构之间设有相应的协联机构。 当导叶启闭时由水流的惯性所产生的水击作用通常是与导水机构的调节作用是相反的。4. 水轮机调节常见的几个术语和概念为了便于理解，在这里我先给大家讲一下水轮机调节常见的几个术语和概念。4.1常见的几个术语 调节对象：被控制设备的统称，在水轮机自动调节中，它包括水轮发电机组、引水系统和电网。 调速器：用于调节和控制水轮发电机转速的设备。其中自动调节转速的部分称为“自动调速系统”，而在分析水轮机自动调节系统中，人们习惯称之为调速器。 水轮机自动调节系统：由调节对象和调速器的自动调速系统所构成的自动调节系统。 被调节参数：力图控制在指定范围的参数。对水轮机自动调节系统而言是机组转速n即角速度。 给定值：指定的某参数或其变化范围。 扰动：所有使被调节参数偏离给定值的因素均称为扰动。在研究水轮机自动调节的动态特性中，常采用阶跃扰动，即扰动一旦作用于该系统便保持为某一常量。 环节：构成系统的最基本单元。4.2水轮机自动调节系统的动特性水轮机自动调节系统受到一定的扰动后，在调节过程中，机组转速（频率）随时间的变化过程称为动特性。动特性包括以下两方面的内容。 稳定性：系统受阶跃扰动作用后，不论扰动是否撤消，经过调节后，只要机组转速的波动幅度进入所规定值，也不论最后的转速大小，均称之为“稳定”。 过渡过程品质：对水轮机自动调节除了应保证稳定性外，还要求有良好的过渡品质。过渡品质有以下三项指标。1 调节时间Tp由动（转速给定值突变）开始，到不超过机组转速摆动规定值为止的调节时间。2 超调量 式中： 为第一个转速波峰值与新给定转速之差；为转速给定变化幅值。 3 振荡次数Z通常称调节时间内出现的正、负波峰个数的一半为振荡次数。一个好的过渡品质总是表现出调节时间短、超调量小、振荡次数少的特征。4.3 水轮机调节系统的静特性水轮机自动调节系统的静特性通常是指在稳定平衡状态下，被调节参数机组转速与出力之间的关系，可表达为：N=f(N)式中：n为机组转速，N为机组出力。对转速不随机组出力而变的静特性称为无差静特性；对转速随机组出力而变的静特性称为有差静特性。在有差静特性中机组的转速随出力的增加而减小并与出力近似成线性关系。有差静特性无差静特性调节系统（机组）的调差率；式中：为水轮机调节系统（机组）的调差率；为机组额定转速； 机组出力为零时（空载开度）的转速；机组出力为额定值时的转速。调差率用百分数表达，并规定机组出力由小至大而机组转速由大到小时符号为正。机组调差率表达了机组出力由零增加到额定值时机组转速变化的相对值。永态转差系数式中：为飞摆的额定转速； 调速系统稳定在全关位置时所对应的飞摆转速；调速系统稳定在全开位置时所对应的飞摆转速。可见永态转差系数表达了调速系统在硬反馈的作用下，接力器稳定在全关和全开位置时飞摆的相对转速之差。4.4 转速死区接力器位移不变化而机组转速发生变化的这一范围称为调节系统的转速死区。转速的存在导致调节系统动作不灵敏，不仅会影响到调节系统的动态品质，还会加大机组之负荷分配误差。4.5 人工失灵区在微机调速器中，为了改善调速系统的稳定性，人为加入的频率变化而出力不变的区域称为人工失灵区。 5. 调速系统中的几个典型环节 比例环节（Proportional） 输出量每一瞬间都与输入量成正比的环节称为比例环节。其数学模型表达式如下：比例环节的阶跃响应 积分环节（Integral）输出量与输入量的积分成正比的环节称为积分环节。配压阀与接力器组成的液压放大元件是最常见的积分环节。其数学模型如下：积分环节的阶跃响应微分环节（Differential）输出量与输入量的变化率（随时间）成正比，这样的环节称为微分环节。自动调节系统常利用微分环节的特点，即微分环节的输出量可以反映输入量的变化速度来实现提前调节，而且选用不同的Td值，能够实现不同程度的提前调节作用，以克服调节对象在扰动后反应的迟延。其数学模型如下：微分环节的阶跃响应6 水轮机调速器的概念及分类6.1 水轮机调速器的概念水轮机调节是通过水轮机调节系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量来实现的。水轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象组成的闭环控制系统（如图1-1）。通常把调节控制器和液压随动系统统称为水轮机调速器，水轮机调速器作用是保证水轮发电机的频率稳定、维持电力系统负荷平衡，并根据操作控制命令完成各种自动化操作，是水电站的重要基础控制设备。自1901 年水轮机调速器问世以来，水轮机调速器先后经历了三代的发展： 水压放大、油压放大式的机械液压调速器（20 世纪初-20 世纪50 年代） 模拟电路加液压随动系统构成的电液调速器（20 世纪50 年代-20 世纪80 年代） 微机调节器配以相应的机械液压系统构成的微机调速器（20 世纪80 年代至今）。由于机械液压调速器、电液调速器存在调节精度低、故障率高等缺点，已经基本被市场所淘汰。随着微机应用技术的飞速发展，以微机构成的微机调速器具有调节精度高、可靠性高等优势，微机调速器已经成为当今水轮机调速器的主流。将微机技术应用于水轮机调速器构成微机调速器，先后采用单板机、单片机、工业控制机（IPC）和可编程控制器（PLC）作为硬件平台。可编程控制器（PLC）以其高可靠性、高抗干扰能力、比单板机单片机更好的性能和比工业控制机（IPC）更低的价格成为当前水轮机调速器主机硬件平台的首选。6.2 调速器分类水轮机调速器的分类方法较多，例如按调节规律可分为PI和PID调速器等。在满足使用要求的前提下，应尽量减少调速器品种规格，逐步标准化，便于制造，便于应用。我国水轮机调速器国家型谱按调速功的大小分为小型调速器、中型调速器、大型调速器等。思考题：1. 水轮机调节的根本任务是什么？2. 实现水轮机调节的途径是什么？3. 水轮机调节有什么特点？4.什么是调速器？5.什么是水轮机自动调节系统的动特性？6.衡量过渡品质的三个指标是什么？7.什么是水轮机自动调节系统的静特性？8.什么是机组调差率？9.什么是永态转差系数bp?10.什么是人工失灵区？第二章 BWST-100型调速器1 概述 能达公司提供的调速器已于1995年通过国家鉴定。调速器为并联PID型可编程步进式电液调速器。电气自动控制由奥地利贝加莱原装进口可编程计算机控制器PCC为核心，显示及操作由彩色104寸触摸屏，测频采用PCC直接测频。调速器机械部分采用无油步进式自复中型电位移转换器，刮片式滤油器，带记忆功能集成式应急球阀。采用阀芯和阀壳都为锻件，三阀盘等径结构，环形配油口的主配。机械部分采用直连型块式结构，积木式安装，无杠杆，内置式油管。调速器具备机械手动操作电手动操作和自动操作三种方式。调速器具有转速控制、开度控制、功率控制、电力系统频率自动跟踪、在线自诊断及其处理等功能。调速器能现地和远方进行机组的手自动开停机和紧急停机；与电站计算机监控系统有良好的接口，能接收电站计算机监控系统的控制信号，并向电站计算机监控系统上传调速系统有关信息。2 电气部分说明2.1 电源 调速器电源部分采用冗余结构，交流一一直流220V双路供电，交流优先，互为热备用。当交直流任一路故障时，能自动地无扰动切换至另一路电源供电。交流电源工作范围为85V265V 47Hz52Hz。直流电源工作范围为220V，-15+15；交流电源输入配有隔离变压器。内部工作电源采用DCDC模块，体积小、输出稳定、维护量少，采用双路并行。只要有一路电源模块工作正常，调速器就能正常工作。设计了电源监视回路，过压保护等。保证工作电源正常。电源模块切换时，调速器不会产生扰动。调速器电源故障或消失时，调速器保持原开度不变，并保证紧急停机和机械手动可操作停机。2.2 控制机 可编程控制器是为工业现场控制而设计的，具有极高的可靠性，极强的抗干扰能力，能适应电厂内各种电磁干扰环境，其设计平均无故障时间(MTBF)不小于30万小时。奥地利贝加莱公司制造的32位可编程计算机控制器PCC，是可编程计算机控制器的发展，它和传统PLC相比有以下特点：项目PLCPCCCPU位数一般为16位32位速度一般快内存容量几十K100KB-16MB，便于分析运算处理器单或双多操作系统单分时多任务数据和系统总线合一分开编程语言指令表、梯形图指令表、梯形图、汇编、高级语言系统模块化硬件硬件、软件I/o带电插拔可以可以I/o处理能力顺序处理模拟量、开关量各点可分开处理扩展及组网差好Ethernet、CAN、PROFIBUS、RS485开放型差好智能性差MP（多处理器），IP（智能模块）2.3 通讯接口及功能 调速器除了可以满足常规RS232、RS485等通信规约外，还可以用CAN总线、PROFIBUS、以太网等现场总线构成网络进行控制，使调速成为网络调速器，满足计算机监控系统远方控制的需要。调速器主要通讯的内容有：机组频率、电网频率、频率给定、导叶开度、开度给定、电气开限、轮叶开度、机组功率、功率给定、当前水头等模拟量；频率模式、开度模式、功率模式、导轮叶手动运行、导轮叶自动运行、机频故障、网频故障、齿盘故障、导轮叶位移传感器故障、功率变送器故障、水头传感器故障、AD模块故障、DA模块故障、导轮叶驱动器故障、DL位置状态、锁定状态、等开关量；以及用户提出的特殊要求。2.4 测频PCC可编程直接测频。利用PCC控制器内部的高速计数器直接测频，使测频精度达到10-5，设计三路测频，两路机频(PT、齿盘)互为备用，一路网频。避免了一般PLC因计数频率低而用测频模块向可编程传递数据，同时避免了传递数据的延时，使测频可靠性、实时性大大提高。用可编程直接测频，器件少、接线少、速度快、可靠性高、测频回路简洁，维护方便。正常运行时，残压测频与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器测频使用。当残压测频故障或比较结果超出范围时，用齿盘测频信号供调速器测频使用。调速器在并网以后，网频仍可作调速器的测频后备。2.5 导叶位置反馈装置 导叶位置反馈采用电气反馈。传感器采用意大利杰佛伦的直线位移传感器，位移传感器非线性度小于03，其安装在主接力器附近的位置，具有良好的防潮性，能在环境温度小于40，相对湿度小于95的环境条件下，长期、准确地工作。2.6 步进电机及驱动 步进电机采用日本三洋生产的步进电机。驱动器采用日本乐兹公司生产的步进电机驱动器。日本乐兹公司是一家专门从事驱动器生产的厂家，其生产的驱动器为集成一体化驱动器，采用高功率的MOSFET功率场效应管，厚膜电路及2MHz丌关斩波电路，使发热减至最小，并大大减小了体积，保护电路完善。与其配套的三洋步进电机，惯量小，输出力矩大，质量可靠。调速器可编程可直接输出正反向脉冲，控制步进电机正反转。脉冲频率快慢，控制步进电机的速度。可编程输出一开关量信号控制驱动器的自由端，使调速器非常方便的进行手自动切换。总之，三洋步进电机配乐兹驱动器非常适用于调速器的电位移转换控制，使调速器可靠性高，动静态特性好。步进电机采用闭环控制，解决了步进电机丢步、失步问题。2.7操作显示部分操作显示部分用彩色液晶触摸控制屏+按钮。调速器操作显示部分是运行人员和维护人员经常要使用的部分，为了使操作人员操作轻松，引入了操作平台的概念。按钮选用操作手感好的按钮，人机交互界面选用台湾罗森彩色汉化液晶触摸控制屏。全部信息用中文显示。主要显示内容有：各种故障显示，故障发生的时间，复位的时间；各种模拟量的显示，如导轮开度、机网频、功率、水头、开限等信息；各种开关量指示，如开停机令、断路器、锁锭、运行模式、调速器手自动等；各种事件记录，如各种操作发生的时间，复位的时间，是远方操作还是现地操作；趋势显示，可将调速器的导叶开度、频率、轮叶开度、断路器位置通过触摸屏显示出来并打印保存。主要操作有：各种模式切换、手自动切换、导轮叶增加减少、频率开度功率给定设置、故障复位等。为防止误操作，在触摸屏上可根据操作员级别，设置15个操作等级。不同级别的操作员，可按不同级别进行不同权限的操作，高一级的操作员可兼容低一级的操作。3 机械部分说明3.1刮片式滤油器由于电位移转换部分不用油，对调速器油质要求低。滤油精度在100u即可满足调速器要求。用刮片式滤油器，正常运行时，无需清扫滤芯。当发现前后压差过大时，只需旋转几圈滤芯，即可消除压差。停机小修时，可卸下滤油器底部堵头，放出杂质即可。3.2 集成式应急阀采用带记忆功能集成式应急阀。它由一个紧急停机电磁球阀、一个复位电磁球阀和一个执行阀组成。集成式应急阀抗油污能力特强。具备机械手动操作和电操作两种方式。执行阀带液压开关锁，执行阀动作时，必须先导阀开锁。在电控制时，只需要1S钟脉冲控制信号就能使应急阀动作，控制信号消失后，液压自保持。电磁阀线圈不用长期带电，大大提高了线圈的工作寿命。3.3主配压阀：主配压阀阀芯和阀壳都采用锻件结构，阀芯采用三阀盘等径结构，加工工艺好，动作导向好，主配压阀不容易发卡。配油口环形开槽，具有通油能力强等优点。其中主配阀芯和阀套选用同材质(20CrMO渗碳淬火)的材料，相同的热处理。加工采用专业厂家，保证主配压阀阀芯阀套高硬度、小间隙、高精度等要求。主配压阀上设置动作失灵接点，安装方便；增加紧急停机快速动作通道，保证调速器紧急停机功能的实现。开、关机时间调整螺母分离设计，使调整无需按顺序整，调整更方便。主配引导阀控制辅助接力器时，具有自动排气功能，消除振动；另外，配油口环形开槽，与引导阀芯引用裙边控制流量设计，保证了速动性和稳定性。3.4无油自复中电位移转换装置(1)集成式无油自复中电位移转换装置的主要部件如下： 1)步进电机。进口产品，将电信号转换为步进旋转位移，额定输出扭矩为22Kgcm。 2)滚珠丝杆。进口产品，将旋转位移转换为直线位移，并放大输入，同时具有高效转换的特点。滚珠丝杠与步进电机相配合，输出力可达290Kg。3)复中弹簧。用来储存一定的复中力，复中弹簧的复中位置由上、下限位套的几何位置而定，而与弹簧性能无关，具有双向高精度复中的特点。 4)局部传感器。进口产品，起记忆滚珠丝杠位置的作用。 (2)工作原理1)自动控制。以接力器由60向70开启为例：首先导叶位于60开度位置，当步进电机通电时，其转子产生静态力矩，此时滚珠丝杆静止，局部传感器记忆中间位置。当机组需要由60开到70时，可编程装置通过运算后向步进电机发出正向旋转指令，步进电机转动，带动滚珠丝杆移动，同时局部传感器向可编程反馈移动量，一旦滚珠丝杆的位移量满足要求后，步进电机停止转动。集成式电位移转换装置带动引导阀向开方向移动，主配压阀随动，主接力器开腔配油，主接力器向开启方向运动。主接力器上的主传感器向可编程反馈主接的位移量，当主接开度接近70开度时，可编程又向步进电机发出反向旋转指令，使步进电机反向转动，滚珠丝杆相应移动，局部传感器向可编程反馈其位移量，一旦达到中间位置时，步进电机停止转动，集成式电位移转换装置带动引导阀移动，主配回到中间位置，主接力器停止在70位置上。2)电手动控制。控制原理与自动控制一样，同样是利用主接传感器实现闭环控制，区别在于步进电机的控制命令来自于增减按钮。3)断电复中。在自动控制或电手动控制过程中，当滚珠丝杆偏移中间位置 时，步进电机突然断电，失去控制力矩。这时应用滚珠丝杆无自锁功能，在复中弹簧的复中作用下，集成式电位移转换装置快速回到中间位置，同时带动引导阀到中间位置，机组稳定在当时工况运行。4)手动控制。步进电机断电，失去控制力矩，集成式电位移转换装置在复中弹簧的作用下处于中间位置，当手动旋转手轮正向转动一定角度，引导阀向上移动，主接力器向开侧运动，实现积分式手动控制。当主接力器运动到指定位置时，手动停止操作，装置自动回到中间位置，主接力器停止运动，完成手动操作过程。综上所述，该装置结合步进电机与滚珠丝杆的优势，实现完全无油转换，并具有高精度复中功能，同时输出力大，使装置对引导阀的控制稳定可靠，确保机组安全运行。4 调速器的功能4.1 调速器运行方式 可进行频率、开度、功率等运行模式的切换； 可进行导，轮叶纯手动、电手动和自动运行方式切换； 可实现频率跟踪的投入切除； 人工频率死区的投入切除； 水头自动和手动切换4.2 调速器运行时参数修改 运行水头； 开度给定、频率给定、功率给定； 电气开限： PID参数：4.3 调速器触摸屏的显示及操作功能 触摸屏显示下列数据：机组频率、频率给定、电网频率、开度显示、给定开度、电气开限；机组功率、功率给定、当前水头。 触摸屏显示下列信号：频率模式、开度模式、功率模式、手动运行、自动运行、机频故障；网频故障、导叶位移传感器故障、轮叶位移传感器故障；功率传感器故障、水头传感器故障、导叶驱动器故障、轮叶驱动器故障；AD模块故障、DA模块故障、DL位置状态。 触摸屏可进行下列控制调速器运行模式切换(频率、开度、功率)；参数修改：频率开度，功率给定、水头值、开限值；信号复归。4.4 调速器的通讯 可上传以下量 机组频率、电网频率、开度、电气开限、机组功率、各种模式；手自动运行状态、各种故障。 可下传以下量 频率给定、开度给定、电气开限、功率给定、当前水头；各种模式切换。4.5 调速器的手自动切换 调速器的手自动切换设有跟踪回路，调速器在自动状态下可无条件切换至手动状态，如调速器无故障，也可切换至自动状态，调速器不会产生扰动。调速器有故障必须切手动时，调速器可自动切换到手动状态。调速器故障在未复归时不能切回自动运行。4.6 频率一相位跟踪 三路测频，两路机频(PT、齿盘)互为备用，一路网频。调速器在自动开机时，如网频无故障，调速器将自动跟踪网频。当网频有故障时，调速器切为跟踪频率给定。调速器内部设滑差调整值，调整值可在计算机上或触摸屏上进行整定。整定完成后，调速器可根据给定的滑差进行相位调整，使机组快速并网。4.7 功率调节+频率调节+开度调节调速器具有功率、频率、开度三种调节模式。正常工作时三种模式之间设置跟踪回路，可实现无扰切换。模式可自动和手动切换。机组在并网之前，调速器始终运行于频率模式，此时不管调速器切到什么模式。当机组并网后，直接进入功率模式运行，运行人员可通过增减按钮或通过触摸屏(包括通讯)设置机组的负荷，调速器根据功率给定与实际功率之差，自动调整机组负荷。如遇功率反馈故障，调速器自动切换至开度模式，运行人员可通过增减按钮或通过触摸屏(包括通讯)设置机组的开度，调速器根据开度给定与实际开度之差，自动调整机组开度来调整机组负荷。当电网频率超出某频率变化范围(由用户指定)时，调速器将自动切换为频率模式运行，即孤网或小网运行，机组参与调频。5 调速器的运行5.1自动运行：5.1.1在自动状态运行可编程控制器采样机频、网频信号以及其它各种反馈信号等进行运算处理后，PID运算值与主接位移相比较，有差值时，驱动步进电机旋转；步进电机带动位移转换装置上下移动。位移转换装置将电机的转动量变成引导阀芯的直线位移量，同时中位传感器将主配位置信号反馈到可编程控制器；当主配压阀位置与可编程控制器所要求的值相时，步进电机停止旋转；当主接位移值与PID运算值相等时，导叶步进电机反转使引导阀回中，电一位移伺服系统完成闭环调节。位置转换装置的位移信号经过拉杠带动引导阀上下移动，引导阀上下移动时，给主配压阀控制腔配油或排油，控制主配上下移动(引导阀与主配之间有1：1的内反馈)。电气控制量经主配压阀放大后，推动导叶主接力器移动，接力器推动调速环控制导水叶的进水量，从而调节机组频率；同时，导叶主接力器的移动经主接位移传感器传送给可编程控制器，调速器完成大闭环调节。轮叶的运行规律由可编程控制器软件中的协联关系曲线确定，其电一位移伺服系统调节方式与导叶完全一致；其机械与液压随动系统调节方式与导叶完全一致。5.1.2负载运行断路器合上后，机组运行在开度模式、功率模式或频率模式下，在调速器面板上或中控室，可以增减负荷(开度、功率给定)，调节机组出力。调速器在负载工况下，有三种运行方式，频率模式、开度模式、功率模式。调速器在频率模式运行时，切除频率死区设置，系统频率波动时，调速器会根据BP值、频差(系统频率一50HZ)做出相应值的调整。此时，调速器会随系统频率频繁调节。调速器在开度模式运行时，投入频率死区设置，系统频率在频率死区设置范围摆动时，调速器不参与调节，系统频率摆动值超过频率死区设罱时，调速器会根据BP值、频差(抵消频率死区值)做出相应值的调整。此时调速器根据导叶给定值调节主接力器位置。调速器在功率模式运行时，投入频率死区设置，调速器根据功率给定调节主接器位置，从而调节机组输出有功。5.1.3自动停机将负荷减到零，断路器分后，调速器接到“停机令”后，将步进电机向关闭方向旋转，带动导叶引导阀、主配，关闭导叶，使机组停机。轮叶根据协联曲线运行关闭至零开度，延时后回到起动开度。5.1.4甩负荷 自动状态下，调速器将快速关闭导叶，当频率回到50HZ，机组将自动跟踪网频，调节导叶开度。轮叶根据协联曲线运行。5.2手动开机： 将调速器导叶轮叶置手动状态，锁锭的拔出状态，紧急停机电磁阀在复归位置，机组具备开机条件。纯机械手动时，向开启方向旋转导叶步进电机上手轮(电手动时按导叶增加按钮)一角度，此时将开启导叶，控制旋转的角度可以控制导叶开启的速度，导叶打开后，机组频率上升，此时需要人为控制导叶，稳定机组转速。5.3手动停机：纯机械手动时，向关闭方向旋转导叶步进电机上手轮(电手动时按导叶减少按钮)一角度，接力器将关闭导叶，导叶主接力器全关后，机组停机。旋转手轮角度的大小可以控制关闭导叶的速度。5.4紧急停机：紧急停机电磁阀接受机组保护紧急停机信号(或者按紧急停机按钮)，切断导叶引导阀的油源，将主配控制腔接回油，实现紧急停机。注意：调速器在自动状态时，如手动投紧急停机电磁阀时，请将调速器切到手动状态！如水机保护动作，而调速器未接到停机令时（调速器给定开压不为零），请将调速器切手动状态！6 调速器的操作与维护6.1调速器运行的几个规定 机组的启停及调速器“手自动”切换等重要操作，按值长的命令执行。 机组在正常情况下，以“自动”方式作为开停机基本方式，在自动开机过程中，若自动装置动作不良，可手动帮助。 机组在运行中发生明显危机人身安全或重要设备损坏，而未停机时，应即按紧急停机按钮停机，按紧急停机按钮停机后必须复归。若不能自动停机，汇报值长，解列机组，进行手动停机。 PCC调速器系统正常，如无特殊要求不允许将PCC调速器切手动运行。当调速系统运行不稳定或调速系统管路严重漏油、PCC死机、反馈故障，而系统又不允许机组解列时，机组带固定负荷，PCC调速器切手动运行，此时应加强监视。 在运行中电气部分故障时，无油自复中位移转换装置失电，调速器发故障信号，机组保持固定负荷。调速器需人为切“手动”运行。 不准随意操作液晶触摸屏、面板上的按钮和调速线路内部的整定电位器，错误的整定将导致调速器不能正常工作。 非授权人员严禁操作液晶触摸屏，以免引起误操作。6.2调速器液晶触摸屏规定: 液晶触摸屏不得用尖、硬物体点击画面。 正常情况下，触摸屏的电源指示灯应在点亮状态，若灯灭，应检查电调电源系统及接线，故障不能排除时，通知检修处理。 正常情况下，触摸屏的通讯指示灯应快速闪烁，若慢闪或不闪应通知检修检查电调通讯回路。 机组在自动并网运行时，可在频率模式、开度模式、功率模式三种模式下运行，在触摸屏上可以进行切换。 触摸屏所显示轮叶、导叶、断路器和锁定状态应与实际相符，不符时应检查位置接点及接线。 当电调发生故障时，电调故障显示灯会变色报警，可进入故障报警画面检查故障原因，不能复归时，要做好措施通知检修处理。 在电调检修试验或做机组试验时，可进入“调速器常规试验”，按照画面提示进行操作，各参数的设定由检修人员负责输入调整。 触摸屏变暗或无图像时，调速器切手动运行，通知检修处理。6.3调速器的监视与检查 触摸屏电源灯正常点亮。 触摸屏通讯指示灯正常快速闪烁。 电调交直流保险入。 电调电源模块AC、DC1、DC2灯亮。 电源+5V、+12V、-12V、24V指示灯亮。 电调导叶、桨叶手自动指示灯与实际相符。 调出触摸屏画面，各状态显示应与实际相符。 引导阀及主配压阀无抽动现象。 各电气反馈装置无脱扣、断线、变形故障。 触摸屏电调故障显示无报警。 导叶开度表、浆叶开度表、转速表指示正确。 锁定“投”“退”指示与实际对位。 紧急停机按钮盖子盖好。 PPC调速器交直流电源开关合，电源RDx4投，无熔断。 步进电机工作正常，触摸步进电机无发热，手动手轮正常。 导叶分段关闭装置工作正常。 锁定电磁阀正常，事故电磁阀正常。 各机械连接部分连接良好，无松动，脱落或憋劲现象。 无过大漏油，油箱油面不应溢出。6.4调速器运行操作 调速器模式切换操作：调节模式有三种，频率调节、开度调节和功率调节。空载情况下，调速器自动处于频率调节。负载工况下，有开度调节和功率调节方式，在功率调节模式下，通过上位机功率给定调整负荷；上位机故障用DOP触摸屏“开度调节”下调整负荷。功率反馈故障或频率超差，自动切换为“开度调节”，开度调节时，通过上位机监控调整负荷，上位机故障调速器切手动。 跟踪切换操作：调速器上电自动跟踪网频；“网频跟踪”与“频给跟踪”点击可切换。空载工况下在“跟踪频给”时，可改变DOP上频率给定值调节。 调速器“手/自动”切换： 手动切自动：查电气开限与导叶实际开度相同。查触摸屏“电调正常”光字呈绿色。查触摸屏“故障显示”无报警。在触摸屏上操作“导叶自动”、“执行按钮”或在电柜上按“导叶自动”按钮。在触摸屏上操作“轮叶自动”、“执行按钮”或在电柜上按“轮叶自动”按钮。查触摸屏及电柜上导叶（桨叶）切至自动。查电气开限自动升至95。 由自动切至电手动（手动）操作程序：在触摸屏上操作“导叶手动”、“执行按钮”或在电柜上按“导叶手动”按钮。在触摸屏上操作“轮叶手动”、“执行按钮”或在电柜上按“轮叶手动”按钮。查触摸屏上和电柜上导叶（桨叶）切至手动。按照协联曲线在电柜上按导叶（桨叶）增加、减少按钮调整负荷，也可直接操作导叶、轮叶手轮进行调整（纯手动）。查电气开限位置与导叶实际开度值相同。 手动开停机操作： 微机步进式调速器故障，步进电机失磁，调速器在复中位固定负荷，此时必须切调速器为“手动”后，可用导叶手轮调节，控制负荷，每次调节手轮以不超过10为宜，导叶手轮自复位，由复中装置固定负荷。轮叶手动操作相同。手动开停机操作将在水轮机自动控制部分讲。 自动操作： 自动开机：当调速器处于自动运行状态且机组具备备用条件时，在中控室发出开机命令后，自动将机组开启到启动开度，并通过PID调节器使机组频率与电网频率保持一致，便于机组快速平滑地并网。 自动停机和事故停机：由中控室发生停机命令，调速器接收命令后，即自动将机组关至空载开度，待油开关跳开后再自动关至零开度，待停机令解除后即处于备用状态，可随时接收开机命令。事故停机与正常停机过程基本相同，只是事故停机电磁阀动作，以最快速度将机组关至零开度，事故停机后需手动复归事故电磁阀，方能处于备用状态。 增（减）负荷操作：机组并网后，可通过中控室功率给定控制增减，或者在PCC调速器开度调节下通过DOP控制增减。 水头设置操作：可通过DOP触摸屏进行水头“手动/自动切换”，自动时由通讯模拟给定。手动可在DOP触摸屏机上设定，只有在通讯状态故障时进行设定水头操作。7调速器故障与事故处理7.1当调速器出现下列故障时，PCC会自动控制将调速器切至手动，若自动未完成，应人为帮助切至手动。在以下故障原因未查清、障未排除以前，不准将调速器切自动运行。故障类型空载处理方式负载处理方式机频网频同时故障导叶切手动导叶切手动导叶反馈故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动轮叶反馈故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动导叶中位故障导叶切手动导叶切手动轮叶中位故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动导叶驱动器故障导叶切手动导叶切手动轮叶驱动器故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动A/D故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动+5V故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动12V故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动24V故障导叶/轮叶切手动导叶/轮叶切手动机频故障导叶切手动测网频7.2当出现下列故障时，PCC会自动进行处理，自动切换失灵时，应人为干预。当出现以下故障时，运行人员需及时通知检修工作人员进行处理故障类型空载处理方式负载处理方式网频故障退频率跟踪信号功率反馈故障切开度模式切开度模式水头反馈故障水头切手动水头切手动注：其中机频为PT、齿盘冗余，+5V、+12V、-12V、24V为双套冗余。双套冗余配置，在套故障，自动切换到套，两套都故障时，才做出相应反应。7.3机频、网频消失，禁止开机。7.4电源故障（AC、DC）：调速器手动运行，检查电源回路，并联系检修处理。7.5 调速器操作终端DOP故障或死机：调速器切手动运行，联系检修处理。7.6 调器常见故障及处理故障类型处理方式导叶反馈传感器位置改变重新整定其位置。功率反馈传感器位置改变重新整定其位置。水头反馈传感器位置改变重新整定其位置。触摸屏亮度变暗更换背光灯。触摸屏不显示或触摸屏按键不正常停电复电一次，如仍不正常则需更换触摸屏。PCC主机及输入输出模块运行不正常停电复电一次，如仍不正常则需更换主机及模块。PCC电源运行不正常停电复电一次，如仍不正常则需更换电源模块。通讯模块运行不正常停电复电一次，如仍不正常则需更换通讯模块。24V电源故障检查电源综合模块E中24V并连二极管是否损坏。检查电源模块 E3、E4与电源综合模块E之间的连线是否接触不良或折断。停电复电一次，如仍不正常则需更换24V电源故障。5V、12V电源故障检查电源综合模块E中5V、12V并连二极管是否损坏。检查电源模块E1、E2与电源综合模块E之间的连线是否接触不良或折断。停电复电一次，如仍不正常则需更换5V、12V电源故障。AC220V电源消失检查交流电源保险是否损坏，检查交流电源继电器是否损坏，检查交流隔离变是否正常，检查交流整流桥是否损坏，更换相应部件。DC220V电源消失检查直流电源保险是否损坏，检查直流电源继电器是否损坏，更换相应部件。导叶传感器故障检查传感器接线是否接触不良或折断，传感器电源是否消失，传感器输出电压是否正常，停电复电一次，如仍不正常则需更换传感器。轮叶传感器故障检查传感器接线是否接触不良或折断，传感器电源是否消失，传感器输出电压是否正常，停电复电一次，如仍不正常则需更换传感器。功率传感器故障检查传感器接线是否接触不良或折断，传感器电源是否消失，传感器输出电压是否正常，停电复电一次，如仍不正常则需更换传感器。水头传感器故障检查传感器接线是否接触不良或折断，传感器电源是否消失，传感器输出电压是否正常，停电复电一次，如仍不正常则需更换传感器。导叶驱动器故障检查驱动器接线是否接触不良，驱动器是否温度过高，驱动器是否电压过低，步进电机是否过流，停电复电一次，如仍不正常则需更换驱动器。轮叶驱动器故障检查驱动器接线是否接触不良，驱动器是否温度过高，驱动器是否电压过低，步进电机是否过流，停电复电一次，如仍不正常则需更换驱动器。机频故障检查机端PT电压是否正常，机端PT保险是否熔断，检查机频各部分接线是否接触不良或折断,检查隔离变T1是否损坏，检查测频板5V、12V电源是否正常，停电复电一次，如仍不正常则需更测频板。网频故障检查电网PT电压是否正常，电网PT保险是否熔断，检查网频各部分接线是否接触不良或折断,检查隔离变T2是否损坏，检查测频板5V、12V电源是否正常，停电复电一次，如仍不正常则需更测频板。导叶不能切自动导叶有下列故障之一不能切自动：机频故障，导叶返馈故障，导叶驱动器故障，5V、12V、24V电源故障；调速器不能自动开机调速器有下列故障之一不能自动开机：急停阀未复归，导叶在手动，锁定未拔出，未收到开机令，开机过程有故障导叶切手动，停机令未复归。调速器不能切功率模式调速器有功率反馈故障。调速器负荷自动降为空载断路器辅助接点接触不良。调速器自动时不能增加负荷或负荷不能加满调整导叶电气开限或水头值。调速器自动开机时频率不能至额定或频率上升慢调整水头值。思考题：1.调速器电源的供电方式？2.无油自复中电位移转换装置的主要部件有哪些？3.调速器在自动状态时，如手动投紧急停机电磁阀，为什么要将调速器切到手动状态？第三章 水轮机自动控制水电站自动化，就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人（或少人）直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。由于水电站的生产过程比较简单，这就为水电站实现自动化提供了方便的条件。另一方面，由于水电站在系统中担负的任务，要求水电机组就能迅速的开停机、转换运行工况和调节出力，这些要求，也只有在水电站实现自动化以后才能更好地完成。1 水电站自动化的目的水电站实现自动化的目的在于提高工作的可靠性和运行的经济性；保证电能质量（电压和频率符合要求）；提高劳动生产率，改善劳动条件和减少运行人员等。 提高工作的可靠性。大家知道，供电中断可能使生产停顿，生活混乱，甚至可能危及人身和设备的安全，造成十分严重的后果。因此，水电站的运行，首先要满足安全发电的要求。水电站实现自动化以后，通过各种自动装置能够已使中、准确和及时地进行检测、记录和报警。当出现不正常工作状态时，自动装置能发出相应的信号，以通知运行人员及时的加以处理或自动处理。发生事故 时，自动装置能自动紧急停机或断开发生事故的设备，并可自动 投入备用机组或设备。可见，实现自动化既可防止不正常工作状态发展成事故，又可使发生事故的设备免遭更严重的牛肉干，从而提高 了供电的可靠性。另一方面，用各种自动装置来完成水电站的各项操作和控制（如开停机操作和并列），可以大大减少运行人员误操作的可能，从而也减少了了生事故的机会。此外，采用自动装置进行操作或控制，还可以大大加快操作或控制的过程，这对于在发生事故的紧急情况下，保证系统的安全运行和对用户的供电，具有非常重要的意义。例如，水轮发电机组采用手动开机时，一般需要10-15MIN才能将机组并入系统；而采用自动装置开机时，通常只需要1MIN便可投入系统并带上负荷。随着水电站机组容量的不断增大、设备越来越复杂，对运行可靠性的要求越来越高，因而对水电站自动化也提出了更高的要求。 保证电能质量、电能质量用电压和频率两项基本指标衡量。良好的电能质量是指电压正常，偏移一般不超过额定值的5%；频率正常偏移不超过0. 20 5HZ。电压或频率偏离额定值过大，将引起生产大量减产或产品报废，甚至可能赞成大面积停电。众所周知，电力系统的电压，主要取决于系统中无功功率的平衡；而频率则主要取决于系统中有功功率的平衡。既然系统的负荷是随时在变化的，那么要维持电压和频率在规定的范围内，就必须迅速而又准确地调节有关发电机组了出的有功和无功功率。特别是在发生事故的情况下，快速的调节或控制对迅速恢复电能质量具有决定性的意义。这个任务的完成，靠运行员手动完成，无论在速度方面还是在准确度方面都是难以实现的。因此，只能领先自动装置来完成。一般说来，一个正常的电力系统，发生电能质量低劣的现象，往往是由于高度管理不当和运行调节不及时赞成的。可见，提高水电站的自动化水平，是保证电力系统电能质量的重要措施之一。 提高运行的经济性。所谓运行的经济性，就是要使水轮发电机组经常运行在最佳工况下（即高效率区）。对于多机组的电站而言，还要根据系统分配给电站的负荷和电站的具体条件，选择最佳的运行参数，以便用较少的水生产较多的电能。一般说来，好使是同类型同容量的机组，由于制造工艺的运行时间长短的不同，它们的效率也不是完全相同的。而效率上的很小差异，则可能引起经济效益的很大差别，这一点对于大型机组更是如此。例如，一台100MW的机组，效率提高1%，按年3000小时计算，每年就可多发300万度电。水轮发电机组在不同的水头下运行具有不同的效率，即使在同一水头下，不同的导叶具有不同的效率。因此，合理地进行调度，以保持高水头运行，并合理选择开机台数，使机组在高效率区运行，可获得很好的经济效益。对于梯级电站来说，如能 实现各电站合理最优调度。避免不必要的弃水，亦可使水力资源得到更加充分的利用。水电站通常是水力资源综合利用的一部分，要兼顾电力系统、航运、灌溉、防洪等多项要求，经济运行条件较复杂，很难用人工控制来实现。实现自动化以后，利用自动装置将有助于水电站经济运行任务的实现。例如，对于具有调节能力的水电站，应用电子计算机可大大提高运行的经济性，这里因为计算机不但可对水库来水进行预报计算，还可综合水位、流量、系统负荷和各机组参数等参量，按经济运行程序进行自动控制的缘故。 提高劳动生产率。自动化水电站的很多工作 ，都是由各种自动装置按一定的程序自动完成的，因此减少了运行人员直接参与操作、控制、监视、检查设备和记录等的工作量，改善了劳动强度，提高了运行管理水平。同时可减少运行人员，实现少人甚至无人值班，提高劳动生产率，降低运行费用和电能成本。此外，由于运行人员减少可减少生活设施，因而也将减少水电站的投资。我国首家无人值班（少人值班）大型水电站莲花水电站的1号机组开创了我国水电站自动化水平的先河。2 水电站自动化的内容水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性，水电站型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的说来，水电站自动化包括以下内容： 自动控制水电机组的运行方式，实现开停机、并列、工况转换等自动化。通常只要发出一个脉冲，上述各项操作便可自动完成。工作机组事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分负荷。 自动维持水电机组的经济运行。如根据系统要求自动调节机组的有功和无功功率，按系统要求和电站具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配等。 完成对水电机组及其辅助设备运行工况的监视和对辅助设备的自动控制。 完成对主要电气设备（如主变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。 完成对水工建筑物运行工况的控制和监视。如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游消停的测量监视、引水压力钢管的保护等。水电站自动化是通过各种自动装置来实现的，这些自动装置可分为基础自动装置和综合自动装置两类。凡每台机能均具有的自动装置属于基础自动化范围。这些自动装置，构成了水电站自动化的基础部分。例如机组的调速装置和励磁装置。属于全站性的自动装置，如频率和有功功率的成组调节装置，电压和无功