5水轮机调节系统2011

水轮机调节系统 一 水轮机调节的任务1 随外界负荷的变化 迅速改变机组的出力 2 保持机组转速和频率变化在规定范围内 3 启动 停机 增减负荷 对并入电网的机组进行成组调节 负荷分配 随着电力系统负荷变化 水轮机相应地改变导叶开度 使机组转速恢复并保持为额定转速的过程 称为水轮机调节 水力发电过程示意图 二 水轮机调节原理水轮发电机转子运动方程 水轮发电机组示意图 调节流量的途径 混流式水轮机 通过改变导叶开度轴流转浆式水轮机 改变导叶开度同时改变叶片转角调节流量的实质 调节转速水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器调速器与机组构成了水轮机调节系统 三 水轮机调节系统的组成调速器的作用 以转速信号为依据 迅速自动地调节导叶开度 以达到改变出力恢复转速的目的 调速器由自动调整机构 控制机构 油压装备 保护装备和监视仪表组成 其中 自动调整主要由测量元件 放大元件 校正元件等组成 调速器与机组构成水轮机调节系统 当系统频率出现偏差时 能自动改变导水机构的开度 使机组输出的有功功率满足电网负荷的需要 维持频率稳定 转速调整机构和开度限制机构通过自动调节机构起着控制作用 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位移或电压信号 然后与给定信号综合 确定频率偏差及偏差的方向 并根据偏差情况按一定的调节规律发出调节命令 调节命令被放大元件放大后 送到执行元件去推动导水机构 反馈元件又把导叶开度变化信息返回加法器 同时也形成必要的调节规律 自动调节方框图 四 水轮机调节系统的特性调节系统的工作归纳起来主要有两种工作状态 一种是调节前后的稳定状态 用静特性描述 另一种是从调节开始到结束的过渡过程 用动特性描述 1 调节系统的静特性 只有单机运行的机组才有可能采用无差调节的运行方式如图 a 所示 若对并列运行的机组采用无差调节 由于各机组调速器的灵敏度不可能都完全一样 当机组负荷变化时 会在机组间发生负荷窜动 致使导水机构不停地动作 机组无法稳定运行 水电站在向电网供电的过程中 只需保证供电的频率保持在规定范围内即可 因此可以允许机组转速在调节前后有微小的偏差 为解决负荷分配问题 可使调节系统的静特性线有一定的倾斜 如图 b 所示 使机组在不同负荷时对应有不同的转速 也就是说机组从一种稳定状态经过调节过渡到另一种新的稳定状态时 机组的转速是不同的 与原来的转速有差别 这种调节称为有差调节 按照有差静特性斜线进行调节 可使并列运行的机组保持同步转速运行 并可在机组间按照要求明确地进行负荷分配 两台调差率相同并列运行机组间的负荷分配 两台调差率不同并列运行机组间的负荷分配 2 调节系统的动特性调节系统的动特性主要是指在调节过程中机组转速随时间变化的关系 当电力系统负荷变化时 水轮机导水机构不可能立即动作来改变水轮机的主动力矩以适应新的发电机阻抗力矩 存在有一个滞后时间 而在此时间内机组转速已产生了较大变化 又在具有很长压力引水管道的水电站中 水流的惯性很大 导叶启 闭所引起的水击压力会抵消部分导水机构的调节作用 因而也会引起调节动作的滞后以及转速的较大变化 各种过渡过程曲线 过渡过程的品质指标 a 无差调节过渡过程 b 有差调节过渡过程 五 水轮机调节的特点为了适应不同的水力发电条件 水轮机具有不同的结构型式 与其他原动机调节相比较 水轮机调节有如下几个主要特点 1 通过水轮机的流量较大 导致水轮机及其导水机构的结构尺寸较大 这就要求推动导水机构的调速器应有足够大的操作能力 所以水轮机调速器均设有外加能源的多级液压放大系统 这将使执行元件的惯性增加 不利于调节 2 水电站一般都是有压过水系统 由水力学知道 当导叶开度变化较快时 管道内水流惯性会引起难以避免的水击 锤 效应 它与调节作用相反并恶化调节过程 3 水轮机调速器配备具有双重调节能力的执行机构 六 调速器的类型1 按调速器元件结构分为 机械液压 机调 和电气液压 电调 2 按调节规律可分为 PI和PID调速器3 按执行机构数目分 单调节和双调节调速器单调节 只有一个导叶启闭机构 如混流式和轴流定浆式水轮机 双调节 有两个调节机构 导叶开度 叶片转角 ZZ CJ 针阀 折流板转动 4 按反馈的位置分为 辅助接力器型 中间接力器型 电子调节器5 按调速器工作容量大小可分为 大型 活塞直径80mm以上中型 操作功10000 30000N m小型 操作功小于10000N m特小 小于3000N m 水电站引水发电系统 七 调节保证计算1 调节保证计算的任务根据水电站水轮机组和引水系统条件 针对甩荷过渡过程所进行的机组转速和引水系统压力上升的计算叫调节保证计算 2 调节保证计算的任务及目的 1 计算有压引水系统的最大和最小内水压力 最大内水压力作为设计或校核压力管道 蜗壳和水轮机强度的依据 最小内水压力作为压力管道线路布置 防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据 2 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率 并检验其是否在允许的范围内 3 选择调速器合理的调节时间和调节规律 保证压力和转速变化不超过规定的允许值 4 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施 3 调节保证计算标准所谓调节保证计算标准 是指水锤压力和转速变化在技术经济上合理的允许值 包括 速率上升值 水压上升值 尾水管真空值 4 计算工况选择a 额定水头甩全负荷 b 最大水头甩全负 5 调保计算步骤 1 准备基本数据 2 求出计算工况下 LV 3 给定导叶关闭时间TS计算 4 进行较核 调整6 改善甩负荷过渡过程的措施 1 设置阻水器 2 增加机组转动惯量 3 设置调压井或调压阀 4 改变导叶关闭规律 混流式水轮机甩负荷过渡过程 俄罗斯萨扬 舒申斯克水电站事故 萨彦 舒申斯克水电站建在俄罗斯西伯利亚叶尼塞河上游 重力拱坝 最大坝高245m 总装机640万kW 多年平均发电量235亿kW h 水库总库容313亿m3 有效库容147亿m3 为多年调节水库 工程具有发电 灌溉 航运和供水等综合经济效益 工程于1968年动工兴建 1975年10月11日截流 1978年第1台临时机组在60m水头下投入运行 1989年全部工程竣工 厂房内共布置有10台单机容量64万kW的立轴混流式水轮发电机组 水轮机为PO230 833 677型 转轮直径6 77m 转速142 8r min 额定水头194m 流量358m3 s 额定出力65万kW 最大水头212m 最大出力73 5万kW 转轮重156t 最高效率96 转轮采用耐空蚀不锈钢制造 发电机为伞式 额定电压15 75kV 额定容量为711MVA 最大容量736MVA 转子采用强制风冷 定子采用水内冷 发电机转子重935t 发电机总重1860t 2009年8月17日莫斯科时间4时13分 电站发生了严重灾难性事故 事故造成电站发电机层以下厂房淹没 至少74人死亡 1人失踪 电站2号 7号 9号机组完全损毁 主厂房部分机组的基础和风罩 桥机轨道大梁 厂房排柱 边墙 屋顶和地板等被摧毁 电站短期内难以恢复发电 停电损失难以估量 事故初步分析为 当变压器发生爆炸后 机组失去负荷 转速快速上升 为保护机组不至因为飞逸而破坏 水轮机调速器会自动关闭导叶 如导叶关闭太快 会使导叶前压力快速上升 根据电站基本参数估算 其压力钢管长度约为450m 压力波在水中传递速度约为900m s 压力波由机组传至水库需0 5s 当机组在满负荷运行时 导叶内流速在25m s左右 如导叶全关闭时间为5s 水击压力约为230m水头 如在额定水头194m工作 总压力超过400m水头 作用在导叶前圆环上的压力可能高达5000 8000吨 这种水压作用完全可能冲破水轮机顶盖 进而掀翻机组 当前 国际上报导