调速器电气部分

1、调速器电气部分调速器电气部分1 .水轮机调节的任务、方法及作用1.1 水轮机调节的任务水轮机将水能变成机械能，发电机将机械能变成电能，两者通过不同的连结方法组合在一 起,就形成了水轮发电机。发电机在运转过程中, 将水能变成机械能再将机械能转变为电能，供用 户使用。用户不仅要求供电安全可靠，而且要求 保证电能的质量。电能的质量标准主要用频率和电压来衡量O要求频率和电压的变化在规定的允许范围内。我 国电力系统规定，频率保持在50Hz,其偏差不 得超过0.5%,对大容量的电力系统，频率偏差 不得超过0.2Hz。电压的偏差不得超过额定值的10%,如果超过额定值，就需要进行调节。电压 的调节将由发电机电

2、压调整系统来完成，而频率 调节是水轮机调节的主要任务。频率如果波动较大，将直接影响用户产品质 零件将报废等等。1=.1=匕如车床的转速忽高忽低，则生产出来的产品发电机的交流电频率取决于发电机的磁极对 数和发电机转速。即:f=pn/60f电流的频率;n一发电机的转速(r/min)；发电机的磁极对数。对某一水轮发电机，其磁极对数是固定不变 的，故频率仅与机组转速有关。因此，保持频率 不变，就必须保持水轮发电机组转速稳定不变。在水电站生产实践中，并不要求机组转速绝对不变，因为一方面在技术上难以达到；另一方 面用户要求供电频率保持在一定范围内即可。因 此，仅要求水轮发电机的转速变化不超过其额定 转速的

3、±0.1%±0.4%。保持机组转速变化不超过允许的范围，这就 是水轮机调节的基本任务。1. 2调节的途径水轮发电机运动方程J*dQ/dt=Mt-MgJ-机组转动部分的惯性矩3 - 机组的角速度，3二冗*n/30, n为机组 转速d3/dt-机组角速度；t-时间；Mt-一水轮机动力矩；Mg-发电机阻力矩；从以上可分析出要想使机组转速不变必须保 持动力矩与阻力矩相平衡。在机组运转过程中，可以有三种情况：a、Mt=Mg,即水轮机动力矩与发电机阻力矩相 平衡，此时机组角速度等于零，机组转速稳定 不变。b、毗Mg,即发电机阻力矩因外界负荷减小而 小于水轮机动力矩，此时机组角速度大于零

4、，机组将加速旋转，转速上升。c、Mt<Mg,即发电机阻力矩因外界负荷增加而大于水轮机动力矩，此时机组角速度小于零,机组将减速旋转，转速下降。调节方法:改变Mg值，很不经济。改变Mt值，如何改变水轮机动力矩使之经常 等于阻力矩，可以从水轮机动力机公式分析得出Mt=rQH n/QL一水的比重；Q-水轮机流量；H-水轮机工作水头;n 水轮机效率;3机组的角速度。从以上可以看出只有改变水轮机流二1=1mI改变水轮机动力矩。综上所述，可以得出这样的 结论：负荷的变化导致Mg的改变，破坏Mt二Mg 的平衡关系，相应的改变导叶的开度，使Mt和Mg重新达到平衡，从而保证机组的转速始终维持在某一预定值(额

5、定值)或按某一预定的规律 变化。1. 3调速器的作用(1)自动/手动调整机组的转速；(2)自动/手动启动、停止机组和事故停 机；(3)当机组并列运行时，自动地分配各机组 之间的负荷。2.调速器2.1概述挂治三台机组调速器由武汉事达电气有限公 司制造，调速器型号为：BWT-100-6. 3-STARS,调速系统调节器结构型式：适应式变结构变参数 并联PID双可编程冗余结构的微机调速器。油压 装置、不锈钢管路、漏油箱等是由武汉事达电气有限公司制造；机械液压系统、主配压阀是由事 达制造。挂治电厂调速器为并联PID全数字式微机 电液调速器，具有转速调节、功率调节、导叶开 度控制及限制、频率跟踪控制、适

6、应式控制，在 线自诊断及其处理，能实现现地及远方的手动、 自动进行、水轮机启动、停机及紧急停机。2. 2调速器的相关参数PFWST-100-6. 3STARS。调速系统调节器结构型式：适应式变结构变参 数并联PID双可编程冗余结构的微机调速器微机CPU位数软件编程使用语言 图，文本语言测速方式速、齿轮测速32位梯形残压测调速器参数：导叶接力器全关闭时间调整范围为530 s45-55导叶接力器全开启时间调整范围为5-30 s频率调整范围HZ永态转差系数bp调整范围比例增益Kp调整范围0-10%空载0. 5-5. 0；负载 5. 0-500积分增益KI调整范围空载0. 05-1. 01/s；负载

7、0. 2-10 01/s微分增益KD调整范目0-10S0-150%l-20s0-2s0.01%暂态转差系数范围 缓冲时间常数范E 加速时间常数范I 人工失灵区整定范0±0. 5Hz转速死区不超过水轮机甩100%负荷后：超过稳态转速3%nr 值以上的波峰：1次；从接力器第一次向开启方 向起到机组转速摆动值不超过±0. 5%止所经历 的时间不超过32So调速器能保证机组在各种运行方式下稳定运行。在空载工况自动运行时，永态转差率整定 在2%,由调速器引起的机组转速持续波动相对 值不大于±0.15%o2. 3调速器型式和和性能说明挂治电厂调速器为并联PID全数字式型微机电

8、液调速器，电液转换器采用德国博世公司的811404603型比例伺服阀。调速器系统采用双微 机冗余容错系统加独立电气手动操作系统。微机 系统中每一个通道相互跟踪，实现无扰动切换。 微机系统和独立电气手动操作系统从输入至输 出以及电源均相互独立，微机系统故障时可自动 无扰动切换至电气手动操作系统，运行过程中将 其中一个系统退出时不影响调速系统的正常工 作；退出的系统能进行停电检修。导叶位置传感 器采用德国 ASM WS10SG-750-420T-L10-M4 型传 感器，桨叶位置传感器采用德国ASMWS10SG-375-420T-L10-M4型传感器为冗余配置。电气手动操作系统具有远方操作接口。在

9、调速器 微机、电手操切换或内部故障时，不会造成水轮 机运行不稳定和出力波动，在外部系统事故时， 机组能够安全停机。调速器具有远方遥控和现地 手动控制功能，与计算机监控系统接口，接受监 控系统的控制命令。调速系统具有良好的可维修 性，方便维护、检查、检修与调试，可利用便携 式计算机对调速器的参数、控制逻辑进行在线监 视、修改。机组调速器机械液压部分和电气控制部分柜分开设置，机械液压部分布置在发电机层，电 气柜布置在发电机层每台机机旁小室。2. 4调速器具有的性能稳定性当水轮机的水力系统和引水管道稳定，机组 在额定转速空载运行和带孤立负荷时，调速系统 能够稳定地控制机组转速。当发电机在电厂和在 电

10、网中与其它发电机并联运行时，调速系统也能 稳定地在零到最大出力范围内控制机组出力。(1)发电机在空载额定转速下，或在额定 转速和孤立系统恒定负荷下运行，调速器能够稳 定运行。(2)电气装置工作和切换备用电源，或者 手动、自动切换以及并联微机相互切换时，水轮 机导水叶接力器的开度变化不超过其全行程的 ±l%o(3)调速器允许在运行过程中带电插入、拔出故障插件，而不会引起机组失控或停机。(4)机组在电网中，从零到额定负荷间的任何负荷运行时，永态转差率整定在2%或以上,调速器保证机组接力器行程波动值不大于±1%。 静态特性(1)静态特性曲线近似为一直线，其最大 非线性度不超过3%

11、o(2)转速死区：在任何导水叶开度和额定 转速下，测得接力器的转速死区不超过额定转速 的0. 01%,调速器能反映的转速变化的百分数最小值(转速不灵敏度)为所测转速死区的一半。动态特性(1)电子调节器调速器动态特性示波图上 求取的Kp、Ti、Ki值与理论值的偏差不超过 +2. 5%o(2)机组甩100%额定负荷后，在转速变化 过程中偏离额定转速3%以上的波峰不超过1次。(3)机组甩100%额定负荷后，从接力器第 一次向开启方向移动起，到机组转速波动值不超 过±0.5%为止所经历的时间，小于32s。(4)接力器不动时间：机组出力突变10% 额定负荷，从机组转速变化为0. 02%额定转速

12、开 始，到导水叶接力器开始动作的时间间隔，少于 0. Iso(5)机组开机时，调速器根据水头确定相 应的启动开度，使机组快速开机，使机组在60s 内从0转速上升到空载，能在1015s内从空载 加到满负载。双机切换控制切换电路由一套独立切换电路组成，通过主 备机的工作状态的实现对主备机的切换，并同步 完成对相应外部电路的逻辑切换，切换回路根据 主机的工作状态，控制切换电路的切换工作，将 备份机输出切换至对象，使其控制步进电机及各 指示仪表工作，并同时将主机的输出与对象脱 离。调速器A和B微机控制器工作可分为正常状 态、故障状态和事故状态三种。当A机和B机皆 事故时调速器切为手动状态，事故操作回路

13、保持 畅通，并对外报警；当A机事故时，调速器切为B机，事故操作回路保持畅通，并对外报警；当A机和B机都故障，调速器保持原状态，并对外报警；当A机故障时，当B正常时，切为B机工 作，并对外报警。现地/远方控制设有一个2个位置的并且是可保持的转换开关，安装在电气柜盘面上，远方控制方式时, 调速器能接受监控系统的控制，包括调速器开/停机、转速调整、功率调整、开度调整、紧急停 机等。在现地控制方式时，可通过下列开关或按 钮进行下列控制和调节:调速器开/停机；转速调整；功率调整；导叶开度限制调整;紧急停机。.1开机两段开机方式 调速器可现地开机或由监控系统远方控制机组开机，无论现地手动开机还是远方自动开

14、 机，调速器自动控制机组转速至额定值，在断路 器合闸前，机组能自动跟踪系统频率。同时，在现地手动控制方式下，调速器能在规定转速的转速调节范围内控制机组在设定转 速下稳定运行。调速器具有适应式两段开机功 能，可使调速器在接到开机令时能快速的将机组 转速调节到稳定值，同时在开机过程中又保证不 会造成机组过速。2并网运行调速器在断路器合闸后，控制机组进入并网运行控制方式，能单调及快速地调整机组出力的 大小，控制系统同时根据电网频率变化决定其控 制模式：（1）当电网频率正常时，调速器系统 处于开度或功率调节模式保持恒定出力。（2）当电网频率超差时，自动切换到 频率调节模式进入调频方式运行（频率超差范围

15、可修改）。.3停机调速器能接受现地手动或远方自动信号进 行正常停机。在关机过程中，设置了电气两段关 机功能，其拐点和斜率可调。保证甩负荷时水压 上升值和机组频率上升值以及浪涌高度满足要 求。调速系统可在下列情况下关机。正常停机：接到停机命令后，自动减负荷到零，断路器跳闸后，控制导叶全关。（2）事故停机：机组设备发生事故时，调速 器以允许的最大速率关闭导叶。（3）紧急停机：事故停机失败，或机械或电 气过速开关动作，或调速器油压装置油压低或低 油位，或手动操作紧急停机按钮时，调速器以允许的最快速度关闭导叶。（4）闭锁：在找到事故原因并加以消除以前,事故停机和紧急事故停机回路一直保持闭锁状 态，只有

16、通过手动操作复归按钮或通过计算机复 归程序才能复归。2. 6调速器控制流程停机等待：停机令5分钟或频率低于6 Hz后,频率输出为零，进入停机等待状态。开机过程：接收到开机命令，判断控制环退出状 态（和风闸退出状态因状态没有调好暂时没有加 风闸退出状态）保持2S后开启导叶到第一开机 度（工控机可以设置，各个水头不同），桨叶同 时关闭；频率上升到40Hz2秒或者30秒后直接 到第二开机，频率到48Hz2秒之后转空载。第二 开机过程中齿盘测频和残压测频都故障直接停 机。第二开机1分钟后频率不到45HZ直接停机。为防止第一开机过程中残压不稳定，第一开机过 程中频率用齿盘测频主用。空载：空载时为频率模式

17、，齿盘测频和残压测频 都故障时开度关到第二开机度的80%o断路器合 闸转到负载状态 负载：断路器合闸后转到功率脉冲调节模式，监控发功率给定调节命令切换到功率给定调节模 式。工控机上可实现频率模式、开度模式、功率 模式之间手动切换。监控一次调频投入时，机组 频率偏差大于一次调频频率死区（工控机上可修 改，现为0.05Hz）时一次调频动作。动作值为（频 率偏差一频率死区）*2.0/Bp开度模式下一次调 频限幅设定开度正负10%,功率模式下动作值为 （频率偏差一频率死区）*60.0/（50. 0*Bp）一次调频限幅设定功率正负5MWo齿盘和残压都故障时 机组频率设为50HZ,机组维持原状态。功率故

18、障时自动切到开度模式。主备机开度反馈都故 障，导叶和桨叶缓慢关闭同时发事故信号。水头 自动时每20分钟采集一次，水头故障时切换到 人工水头（工控机上可修改）停机过程：接受到停机命令时进入停机流程, 导叶、桨叶关闭，频率缓慢下降。导叶全关后转 道停机等待。桨叶开到启动开度位置（工控机可 以设置）。停机等待状态不报齿盘测频故障和残 压测频都故障。2. 7工控机操作控制参数设置可进行PID参数设置、启动开度设置、出力限制设置和桨叶协联设置。PID参数设置主要有：Bp静态转差系数、Bt动 态转差系数、Td加速时间、Tn缓冲时间的设置, 这些参数一般根据空载扰动、空载摆动和一次调 频实验确定。桨叶启动开

19、度的设定（停机等待过 程中桨叶开度）。启动开度设置可以设置十个不同水头的启动开 度，实际启动开度根据实际水头进行插值运算得 出的。出力限制设置可以设置十个不同水头的出力限 制开度，实际出力限制根据所设的基值和实际水 头运算得出的。桨叶协联设置要设置十个水头下十个导叶开度 下桨叶的协联开度，机组运行过程中桨叶的开度 就根据水头和导叶开度计算得出O 功率死区设定可以设定功率给定调节模式下的 功率死区。设备控制操作可以进行功率模式、开度模式和频率模式之间的切换（模式切换时注意5S之 内确认），自动水头和人工水头的切换，跟踪网 频和跟踪频率给定的切换。做空载状态下的扰动 实验时就可以切到跟踪频率给定方

20、式下，再改变 频率给定值。设备调整操作主要是进行导叶开度、桨叶开度、功率和水头的量程调整，主要是各模拟量的 零的和全行程值的调整。2. 8电气柜上的控制装置和仪表电气柜上配置平板工控机（14彩色液晶显示器），用于现地信号、数据显示，调速器操作 以及日常维护和管理。柜内设电源插座和温湿度 控制器和加热器，同时配置以下现地操作开关或 按钮:（1）转速调节控制，用于“转速一出力”整定。（2）导水叶限位控制，用于控制导水叶开度限位整定，范围是0100%接力器行程。（3）手动导水叶开度预调。（4） 1套红绿指示灯，“锁定投入一锁定释放” 显示导水叶锁定装置的状态。导水叶锁定装置有位置信号输出接点送计算机

21、监控系统。（5）事故停机按纽。（6） “自动一手动”方式选择开关。2. 9测速装置机组转速测量采用西安江河制造的测速装置测量ZKZ-4,该装置采用齿盘和残压测速两种方 式，齿盘安装在水轮机大轴上；残压测速信号取 自机端电压互感器，且以残压测速作为主用方 式。转速开关：(1)机械转速开关装置：每台机具有1套全备用的离心过速开关装置，带2对独立的、不接地 的常开电接点；每只接点动作范围在100%200%o额定转速之间调节，且可工作在最大飞逸 转速，动作值的误差不大于2%。所有的转速开 关接点可由常开改变为常闭。(2)电气转速开关：每台机组具有1套电气转 速装置，安装于调速器电气柜中，提供一路4 20mA模拟量输出和10个电气上独立的、不接地 的转换接点。调整精度不超过1%,每套开关的 调整范围如下: 100%200%额定转速 100%200%额定转速 100%200%额定转速 100%200%额定转速 0%100%额定转速 0%100%额定转速 0%100%额定转速 0%100%额定转速 零转速开关测速装置可提供一个零转速和一个大轴蠕动 信号，输出开关量信号，用于保护和报警。2 . 9,2过速限制器（事故配压阀）事故配压阀是由哈尔滨电机厂制造，机组甩 负荷时，具备了调速器主配压阀拒动和转速升高 到1