水电站轴流转浆调速器学习材料课件

1、第一篇 调速器一 水轮机调速系统简介1、水轮机调节的目的系统的总负荷是随电网用户的需要实时增减的，在电网负荷变化瞬间，系统内所有机组原有的输出功率与电网负荷的平衡关系被破坏。此时，如果所有发电机原动机的输出负荷不及时地相应变化，势必引起机组转速升高或降低，由于发电频率和机组转速存在如式1的关系，所以转速变化势必造成输出的电流频率及整个系统频率的变化。因此，电力系统要求各种发电机组都必须具有优良的调节性能，即能根据负荷的变化，及时地相应改变各自有功功率输出，保证电能质量（频率、电压）符合标准规定。交流发电机所产生交流电的频率与该发电机转速有如下关系： f=pn60 （1-1）式中：n机组转速，r

2、/min；f发电机输出交流电频率，Hz；P发电机的磁极对数；如龙口1-4#水轮机额定转速n为93.75 r/min，因此1-4#发电机极对数P为32。我国供用电标准规定，交流电的额定频率为50Hz，容量在3000MW以上的大容量电网允许频率偏差为±0.2Hz。由式（1-1）频率和转速的对应关系可知，运行中的水轮发电机组，要保证其电流频率不超出允许偏差范围，就必须保持机组转速在允许范围内。2、水轮机调节的途径水轮发电机组的转动部分是一个围绕固定轴线作旋转运动的刚体（如图1），它的运动可由式1-2来描述：图1 水轮发电机组示意图 Jddt=Mt-Mg （1-2）式中：J惯性矩，kg

3、83;m2；角速度，rad/s；Mt动力矩，N·m；Mg阻力矩，N·m；机组转动部分的惯性矩J由转子的质量、形状、尺寸确定，惯性矩足够大可以减少角加速度值。机组角速度=n30 ，其中n为机组转速。水轮机动力矩Mt是水轮机输出转矩，与水头、流量成正比，在一定水头下它由水轮机流量确定并受流态影响，可由水力机组的主要参数求取。根据水轮机原理，可求出水轮机总的输出机械功率Nt，Nt=QHt=Mt水的密度，kg/m3；Q水轮机的流量，m3/s；H水轮机的工作水头，m；t水轮机效率；所以，水轮机动力矩Mt可以表示为：Mt=QHt阻力矩Mg是对机组旋转运动产生阻碍作用的转矩，方向与机组转

4、动方向相反。其中，发电机阻力矩是阻力矩的主要部分，指的是由发电机负载用电量及负载性质形成的电磁阻力矩（负载转矩），阻力矩也包括机械摩擦力矩。由式1-2可知，要想保持发电机组的运动平衡状态，应随着Mg的变化不断调节Mt，使Mt=Mg，维持机组转速不变。而在保证转速不变的前提下对动力矩Mt的快速调整无法通过改变手头H和机组效率t实现(做不到或不经济)，而应通过改变流量Q达到改变动力矩Mt的目的。水轮机组过水流量Q由导叶的开闭直接控制，因此实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。3、调速器基本原理水轮机调速器根据电网负荷变化所引起的水轮发电机组转速的偏差，相应的调整水轮机导水机构的开度，以改变

5、进入水轮机中的流量，使水轮发电机组输出的功率和电流的频率满足电网的要求。如图2所示，当电网负荷增加时，机组的转速（或频率）势必要下降，测速单元测得的转速（或频率）与给定参数差值势必增大，调节器经运算后就发开方向相应操作命令给执行机构，执行机构向开方向相应地调节导水机构，导叶开度相应增大，进入水轮机转轮的水流量相应增加，机组输入与输出能量恢复平衡，机组再次进入新的平衡状态。这样，无论电网负荷如何变化，水轮机调速器都通过水轮机导水机构对导水叶开度进行流量调节，使机组的转速（或频率）保持在规定范围内。图2 水轮机调速器调节系统示意图4、调速器基本调节规律自动调节系统根据调节原理，分为闭环调节系统和开

6、环调节系统。开环调节系统的输出信号没有反馈至输入端，系统的输出量的变化对调节作用没有直接影响。在开环控制系统中，系统输出由于只受输入给定的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。水轮机调速器采用闭环反馈控制，即将系统的输出量反送回调节装置的输入端，调节器根据反馈量和输入量(给定值)的综合结果进行调节控制，系统的输出量对系统的调节作用有直接影响的。如图3所示，在水轮机转速调节中，被调量是水轮机的转速，调节的目标是转速给定值。现代水轮机调速器大都采用工业微机控制器作智能调节器单元，一般将转速及转速偏差测量、调节规律形成、开停机操作等功能都交由工业微机控制器实现。调节器的输出控制信号控制执行机构，即

7、电液随动系统动作以实现调速器全部功能。这类系统结构也被称为电子调节器加电液随动系统结构。图3 水轮机调速器工作基本原理图调速器能使水轮机的转速保持在额定值，是因为调速系统将水轮机转速反馈到转速测量机构，实时地测量机组转速与给定转速的偏差，并根据该偏差的大小和方向，按照预定的调节规律产生调节指令。该指令通过执行机构（电液随动系统）开启或关闭导水叶，调节进入水轮机的水量，改变水轮机的转速。由于系统是接成负反馈，转差所产生的调节作用总是使这个转差减小，直至偏差为零，保证了机组实际转速与给定值相等。从水轮机调速器工作基本原理图中可以看出，水轮机调速器一般由转速偏差测量机构、调节器和电液随动系统或执行机

8、构三大部分组成。从上述的介绍可以看出，水轮机调速器工作过程中，电液随动系统起着执行机构的作用，通过其中的综合放大环节，机械液压随动系统通过控制接力器位移复现调节器输出，进而驱动导叶的开启和关闭。调节器输出值是PID计算结果，只与转速差（频差）、人工死区、永态转差系数、功率给定（并网时）、有效开限等因素有关。它可以从D/A输出中测量，为0（对应接力器0%全关）至10V（对应接力器全开100%）的模拟量。调速器电液随动装置由滤油器、紧急停机电磁阀、电液比例阀、A/B双通道系统切换阀、手/自动切换阀、手动操作阀、主接力器电气反馈装置等部件构成。在调速器工作过程中，电液随动系统起着执行机构的作用，它接

9、受调节器的控制指令，驱动导水机构开启或关闭。电液随动系统是一个闭环控制系统，由运算放大电路对输入信号和反馈信号进行比较，并对其差值进行放大。5、水轮机调速器动态特性水轮机自动调节系统以被调节参数(频率)的偏差作为调节导叶开度的依据。在负荷变动时，总是先产生一定的转速偏差，然后在调速器作用下逐步消除这一偏差，这个过程称为调节系统的过渡过程(调节过程)。在调节过程中，机组转速（频率）随时间的变化过程称为动态特性，如图所示是单机带孤立负荷运行的机组，外部负荷减少，转速升高，调节器朝导叶关闭方向自动调节变化的过程。图 水轮发电机组调节系统动态特性曲线经过调节后，只要机组转速的波动幅度进入规定值，均称之

10、为“稳定”。机组稳定了，进一步讨论过渡过程才有意义。过渡过程品质有以下三项指标：（1）调节时间Tp由转速随负荷相应变化时刻开始，到转速不再超过机组转速摆动规定值为止的调节时间。（2）超调量=n1nmax×100%式中： nmax为最大转速偏差，即第一个转速波峰值与给定转速之差。（3）振荡次数Z通常称在调节时间Tp内出现的正、负波峰个数的一半为振荡次数，示例中调节次数Z=1.5。带负荷运行的机组，由于不能人为的变化负荷，因此全面检验过渡过程品质各项指标受到限制。检验水轮机调节系统动态特性的方法常用空载扰动试验法，即由转速给定装置发出阶跃扰动信号，造成空载自动运行的机组转速产生相应波动并

11、记录其过渡过程波形。此种方式下，超调量的计算方式为：=nmaxn0×100%式中： nmax为第一个转速波峰值与新给定转速之差； n0为转速给定的变化幅值。甩负荷试验是对水轮机调节系统过渡过程稳定性最严格的检验。一个好的过渡品质表现是最大转速偏差小、调节时间短、超调量小、振荡次数少的特征。6、水轮机调速器静特性水轮机自动调节系统的静特性指调节系统在平衡状态时，机组出力与机组转速之间的关系，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变化的静特性称为无差静特性；对转速随机组出力变化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

12、近似成线性关系。图1 有差静特性图1 无差静特性3.1 调节系统（机组）的调差率；eP=nmax-nminnr×100%式中：eP为水轮机调节系统（机组）的调差率；nr为机组额定转速；nmax机组出力为零时（空载开度）的转速；nmin机组出力为额定值时的转速。调差率eP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ep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bP=nmax-nminnr×100%式中：nr为飞摆的额定转速；nmax为调速系统稳定在全关位置时所对应的飞摆转速；nmin为调速系统稳定在全开位置时所对应的飞摆

13、转速。可见永态转差系数bp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。调速器静特性以接力器的行程为横坐标，以转速为纵坐标表示。永差系数bp并不是根据调节性能来调整，而是根据机组在系统中的地位，承担负荷的性质以及机组间负荷的分配由调度机构给定。有一些机组承担基荷，不承担调频任务，机组的永差系数bp整定的较大。另一些机组因承担调频任务，机组的永差系数bp整定的较小。系统负荷突然变化后造成频率变化时，调频机组调整出力，保持调频稳定。7、调速器基本功能（1）频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制；（2）频率跟踪：当跟踪功能投入时，机组频率

14、自动跟踪电网频率，可实现快速自动同期并网；（3）识别工作状态，自动改变工作模式，并调节相应参数；（4）实现自动工况至手动工况的无条件无扰动切换功能；（5）自动调整与分配负荷:机组并入电网，调速器将根据其整定的bp值和电网频差，自动调整机组的出力；（6）负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能（A.G.C）；开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作；（7）手动操作：具有电手动和机械手动操作功能，并可无条件、无扰动实现自动运行与手动操作的相互切换；（8）友善的人机界面，能采集并显示调速系统的主要参数及相关信息，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出、整定参数和故障等；（

15、9）可实现轮叶转角与水头及导叶开度之间的协联关系；（10）有完善的通讯功能，为电站监控系统设置了标准、可靠的接口，能方便地实现与上位机的通讯；（11）具有频率计的相关试验功能；（12）辅助实验功能：通过操作面板上的功能键和显示屏，可以完成空载扰动和静态特性测试实验。二 PCC调节器1、PCC控制器简介贝加莱公司提供多系列的PCC（可编程计算机控制器）供用户选型使用，其中有小型的B&R2003系列，中型的B&R 2005系列以及大型的B&R 2010系列。龙口调速器采用2003系列可编程计算机控制器作为控制核心。PCC是可编程计算机控制器（programmable com

16、puter controller）的简称，PCC从PLC发展而来，但拥有其不可比拟的优势。如更加强大的内存空间、更灵活的编制手段、更优越的控制方式等。PCC中采用了分时多任务操作系统，这样编程者可以十分灵活地利用操作系统调度管理整个系统，摆脱了PLC中单个程序对硬件的依赖，这对整个系统的运行，维护都有重要的意义。我们知道，常规的PLC采用单任务的时钟扫描循环周期进行统一的I/O通道的状态采集、执行程序逻辑和数值运算以及外部输出信息的刷新。但事实上在一个控制系统中，虽然往往有一些数据量是实时性要求很高的，但也有很多大惯性的模拟量是没有太高实时要求的，如果采用同样的刷新速度其实是对资源的浪费，而且

17、循环顺序扫描的运行机制也直接导致了系统的控制速度严重赖于应用程序的大小，应用程序一旦复杂庞大，控制速度就必然降低。贝加莱PCC系统的设计方案解决了这一问题，和常规PLC相比较，PCC最大的特点就在于其引入了类大型计算机的分时多任务操作系统理念，使得应用任务的循环周期与程序长短无关，而是由设计人员根据工艺需要自由设定，从而将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，进一步满足了实时控制的要求。图PLC常规工作方式图1表示常规PLC的运行模式，在该图上部的任务组合方式中，整个任务（A+B+C+D）被包含在一个扫描时间为10 ms的循环周期内，在该图下部的任务组合方式中，整个任务（A+B+C）

18、被包含在一个扫描时间为8 ms的循环周期内。可以看出，总的应用程序处理周期为各任务的程序扫描时间的和，程序周而复始地循环执行。图PCC分时多任务工作方式图2表示PCC-定性分时多任务操作系统的运行模式，按照逻辑控制和压力控制任务分类组合（即图3中的系统模块）控制。在该图上部的逻辑控制任务组合中，逻辑控制任务C、D被有机地分布在间隔为5 ms的5个时间段中按优先级顺序先后执行，逻辑控制任务C、D执行时恰好压力控制任务A、B不执行，逻辑任务的处理周期为20 ms；在该图下部的压力控制任务组合中，压力控制任务A、B在每一个5 ms的时间间隔中均按顺序先后执行，压力控制任务A、B执行时恰好逻辑控制任务

19、C、D不执行，压力任务的处理周期为5 ms。可以看出，各个任务是按照分时的运行模式执行的，各分类任务组合则按照自己的处理周期（如逻辑任务的20 ms和压力任务的5 ms）周而复始地循环执行，但压力任务的优先级明显高于逻辑任务的。PCC模式比IPC模式同样具有优势，虽然IPC功能强大，界面友好，但IPC模式开发周期长、现场布线不够灵活、安装体积大和扩展性差，而且IPC模式主要是通过接口板转换各种信号，干扰也是一个很大的问题。2、PCC调节器构成PCC系列调速器的可编程计算机调节器，是以奥地利贝加莱公司可编程计算机控制器、操作显示面板以及各功能模块为核心硬件，辅以接口功能板，以及电源变压器、开关电

20、源和模拟指示表计等组合而成。核心硬件包括控制器CPU模块CP476、混合模块CM211、数字量混合模块DM465、模拟量输入模块AI354。此外，CP476本体提供一个对CPU编程使用的RS232接口和一个现场总线CAN接口。另外，根据控制对象的具体情况，可以有选择地添加相应功能模块。CPU模块由两部分组成，左边是适配器，有4个槽位，可以接入4个旋入式模块，其中，AI354模块旋接于此；右边是 CPU的本体，包括电源端子（DC24V）、 CAN总线接口和RS232编程接口。其中RS232接口可以作为通讯口与触摸屏或上位机通讯。 CM211模块的面板上有相应的指示灯，可以观察到8路开入和8路开出

21、的状态，同时还有两路模拟量输入（导叶反馈1、桨叶反馈）和两路采用0-10V电压输出方式的模拟量输出（调节输出、协联输出）。 DM465模块的面板上有相应的指示灯，可以观察到16路开入和16路开出的状态。 AI354模块为4路模拟量输入，采用0-10V的电压输入方式，分别接有导叶反馈2、水头、有功和备用通道。3、调速器的调节规律和调节参数水轮机调速器必须有相适应的调节规律和适当的调节参数才能保证该调节系统的稳定性和较好的调节品质。调节器输出与转速偏差成比例加积分关系（P-I）和调节器输出与转速偏差成比例加积分加微分的调节规律（P-I-D）都能满足水轮机调速系统稳定性的要求。适当调整比例、积分和微

22、分整定参数，能使调速系统得到较好的调节品质。至今为止，水轮机调速器仍然采用经典的比例加积分（PI）和比例加积分加微分（PID）调节规律。经典自动控制理论是研究用被控制量的反馈信息来修正系统的行为，使之稳定、快速、准确地达到预定目标。PID控制器输出表达式为Y=KPx+KIxdt+KDdxdt其中，Y调节机构的位置，在水轮机调节系统中为导叶开度；x被测量与整定值的偏差相对值；KP、KI、KD比例项、积分项和微分项增益。比例控制的作用能快速消除偏差，使被调量尽快达到预定值。积分控制是一种随着时间增加逐渐增大控制作用的控制方式。当x为常数时，YI=KIxt，即只要偏差存在积分项输出就会随时间不断增大

23、，直到偏差消除，因此积分控制的作用是消除偏差，但作用比较缓慢，能使调节平稳。微分控制是一种有预见性的控制，可以提前作用，dxdt项为偏差变化速度，偏差变化越快，调节作用越强。即使系统偏差很小，只要它变化快，微分控制作用也会很强，从而有力的抑制系统震荡，提高系统稳定性。我国调速器标准中要求PID调节器三项调节参数按下列范围设置：Kp：0.520KI：（0.0510）1/sKD：05 s微型计算机具有判断机组运行工况的能力，从而随着工况的改变（水头、负荷）能自动改变控制规律（PI或PID调节）和调节参数，使机组始终处于最优状态。4、 PCC调速器特点（1）采用PCC控制器本体测频，增强调速器的可靠

24、性和运行的稳定性。PCC调速器的残压测频硬件接口回路中，只有正弦波的隔离和方波整形环节，不需要分频，因为PCC测频环节测量的是方波的上升沿和上升沿之间的时间，不存在传统的计算机测频采用测量脉冲宽度的方法，因此，PCC测频比传统的计算机测频实时性提高了一倍。（2）具有连续时变PID控制功能，可根据机组特征与工况，连续实时改变PID算法结构及调节参数，无须人工干预，大大提高了对机组和系统运行的稳定性。（3）调节器冗余配置A/B机冗余、A/B阀冗余、导叶传感器1/2冗余，交直流电源双路供电，残压齿盘测速冗余等。（4）良好的可扩展性：除系统硬件可以以模块的方式加以扩展外，在CPU多任务分时操作系统的支

25、持下，系统软件也可以以模块的方式加以扩展，这极大地增加了PCC系统的扩展能力。四 调速器电气部分WDST系列水轮机调速器是通过PCC控制器控制电液比例阀，进而带动液压随动系统，实现对水轮机的控制。调速器为机电分柜，电柜中主要布置设备有：PCC控制系统、触摸屏、电源系统、测频接口功能板、电柜操作按钮及仪表。机柜中主要布置设备有：电液比例阀、比例阀驱动板、导叶双通道切换阀、隔离阀、导叶和桨叶手动操作阀、双联滤油器、紧急停机阀、主配压阀以及机柜操作按钮及指示部件。柜外主要布置设备：主接力器位移传感器、齿盘接近开关。1、电柜、机柜界面介绍学习（1）电柜：指针式交流电压表V1：信号取自电柜自用端子X15

26、，V1-1接X15:3（L），V1-2接X15:11（N）。指针式直流电压表V2：信号取自电柜自用端子X15，V2-1接X15:19（DC220V+），V2-2接X15:24（DC220V-）。有功功率表P：功率变送器BSQP1输出一路至AAI354-7和AAI354-7，一路至指针式功率表P-1，P-2接模拟地。触摸屏PC：DC24V供电，电源取自操作回路电源端子X01，COM口通过RS232串行通信方式分别与A机、B机的COM口通信。增给定按钮（ZGD）、减给定按钮（JGD）：此手动增减给定指令同监控给出的增减给定指令并联输入DM465的ADIX1:6和ADIX1:7数字量输入通道。（2）

27、机柜：l 开度表Va：信号取自相应比例阀驱动板调整输出的导叶、桨叶开度反馈值（BJ1:3）；其中导叶开度指示信号随切换阀QSF状态不同选择导叶反馈1信号或导叶反馈2信号。l 平衡表：轮叶平衡表(DU)和轮叶平衡表(LU)，指针偏转表示调节器需要调整的方向，即调节输出减去开度反馈，信号取自相应比例阀驱动板平衡输出(BJ1:1)。导叶平衡指示信号随切换阀QSF状态不同选择不通比例阀驱动板的平衡输出。l 转速表：信号取自3BV机频信号（X09:1和X09:4），相当于并联接口板机频输入信号；l 电源指示灯：交流指示XD1与交流电压表同步指示、直流指示XD2与直流电压表同步指示；l 电气故障指示灯XD

28、4：A机或B机CM211模块DO1本机故障输出有效时，励磁中间继电器GZA和GZB，表示A机正常和B机正常信息。其中的常开接点闭合引DC24V+励磁故障中间继电器GZ，所以故障中间继电器GZ励磁状态表示调速器无故障信号。故障时，GZ继电器常闭接点闭合，DC24V+作故障指示信号至机柜故障指示灯。调速器自动方式下发生电气故障时，驱动装置的控制信号将自动被切断，调速器由自动转为手动；l A/B阀切换按钮：A/B电液比例阀切换； l A阀在线和B阀在线信号：A阀在线指示即A机在线指示，B阀在线指示即B机在线指示，根据QSF继电器状态而定，QSF继电器状态由切换阀状态辅助触点决定。同时，紧停阀也有一辅

29、助触点。l 手自动切换按钮：导叶、桨叶电手动和自动模式的相互切换，可做到无条件、无扰动地进行；l 紧急停机、紧停复归按钮： l 锁定投入、锁定拔出按钮：投锁定与拔锁定按钮信号内接至X22:7与X22:8，经X08:5与X08:6接至锁定电磁阀。同时，来自监控LCU2的投锁定(XDO2:62)与拔锁定(XDO2:64)信号也作用于此。投锁定与拔锁定指示信号来自监控LCU2的XDO2:54与XDO2:56。调速器盘锁定投入与拔出信号（X21:20、X21:21）最终经过X06:16与X06:17去向监控的XDI6:10和XDI6:11。2、电源系统调速器电源取自交直流负荷盘，采用冗余结构，即交流-

30、直流220V双路供电，交流电源输入配有隔离变压器，任一路电源消失，不会影响调速器的自动正常运行。调速器电源故障或消失时，调速器保持原开度不变，自动切换为手动状态，并保证紧急停机和机械手动可操作性。另外，直流电源还直接给紧急停机电磁阀供电。电源相关模块功能大致如下：模块简称模块名称功能描述DZM电源转换板将两路电源转换成一路交流电源WY1开关电源1经由空开KGA提供A机DC24V电源WY2开关电源2经由空开KGB提供B机DC24V电源WY5开关电源5为功率变送器（BSQP1）、水头变送器(BSQH)及桨叶变送器(BSQJY)提供DC24V电源WY3开关电源3为转速表、驱动板及传感器提供DC12V

31、、DC5V电源WY4开关电源4为导叶比例阀提供DC24V电源WY6开关电源6为桨叶比例阀提供DC12V电源调速器电源电压值应符合下列要求：厂用AV220V电源：电压偏差不超过额定值的-15%至+15%；厂用DV220V电源：电压偏差不超过额定值的-15%至+15%；DC24V：参考范围为20.4V-26.4V；DC±12V：参考范围为10.5V-14.5V；DC±5V：参考范围为4.85V-5.25V。3、人机交互界面人机交互界面可将调速器和机组运行参数和运行状态显示出来，并可接受运行人员操作指示。运行参数如：机组转速、导叶开度、机组出力等主要参数；工作状态如：并网、解列、

32、手动运行、自动运行和故障等状态信息。人机交互界面显示内容十分丰富，除几个重要参数还保留用电磁仪表显示外，大量的工作参数和状态信息都用数字和图形显示在触摸操作屏上，操作者可以进行增减负荷、手自动切换、AB机切换、参数调整等操作。主画面：数据列表：水头信号设置：功率信号设置：调节参数设置项：静特性实验：空载摆动实验：长按右下角“SYS”键，可出现系统配置界面如下，可以进行系统时间设定、屏幕校准、通讯端口设置、背光调整、系统参数配置、运行及文件管理相应配置和操作。4、开度限制机械开限优先，电气开限从属于机械开限。调速器一般设有三个电气开限：启动（开机）开限、空载开限、发电开限。自动开机前期，调节器受

33、控于启动开限，一般启动开限较大，让机组快速开启，当机组频率接近50HZ（如48HZ）时，空载开限投入（此值较接近于空载开度），让机组快速平稳地稳定于空载开度上，且超调量小。当机组处于发电状态（油开关合上）时，发电开限投入，为便于电站运行人员控制机组不会超负荷运行，特别是电站AGC投入的状况，根据电站水头的大小，设定发电开限，从而保护机组不至于受超负荷运行的损害。值得提出的是：（1）、根据机组的运行状态和工况，有且只有一个电气开限起作用；（2）、在没有水头信号引入调速器进行采样的情况下，一般是根据当前水头的实际值人为地在人机界面上经验地给入三个电气开限值，如果水头信号引入了调速器进行采样，并且能

34、够提供出水头与空载开度的协联关系、水头与额定负荷时接力器开度的协联关系，那么三个电气开限可由调节器的计算机自动求出。龙口1-4#机组三个电气开限采用手动设置投入，5、自动开、停机调速器无故障时，在机械柜操作面板将导叶、轮叶置自动状态，水头按当前实际水头设定手动投入或自动投入水头变送器测得的水头值，锁锭在拔出状态，紧急停机电磁阀在复归位置，轮叶在起动开度位置（23%），机组具备开机条件，由中控室或机旁发开机令给调速器，调速器接收到开机令后，自动开机过程如下：调速器接到来自监控的开机令后，闭环调节投入，将机组频率与频率给定值或电网频率相比较，进行PID运算和调节。同时设置两个开限，即启动开限和空载

35、开限。这两个开限可由软件通过水头值和机组特性查表确定，也可由用户在操作显示面板上直接给定。导叶则根据PID运算的输出值控制流量使机组直至额定转速。对于双调节型调速器，轮叶控制系统同样始终处于闭环调节状态。开机前，导叶开度及机组转速均为零时，轮叶开至启动角。自动开机后，当机组转速上升到80%左右，根据协联关系，轮叶将自动关闭到零。正常停机靠二次回路减负荷，之后再发停机令。调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与闭环开机的过程类似，机频与频给的差值通过PID运算后，其输出信号经驱动装置控制导叶使机组关机，直至机频为零。20%转速时风闸制动盘自动投风闸。调节器在手动状态下不进行计算，但是为了保证手动

36、切换回自动时系统无扰动，在手动状态下调节器采集反馈信号将其赋调节输出及开度给定。6、分段关闭在甩负荷时，导叶迅速关闭，水轮机的流量急剧变化，在水轮机压力过水系统内会产生水击，此时产生的最大压力上升和最大压力下降对压力过水系统的强度是有较大影响。分段关闭电气控制是在当接力器反馈至设定拐点时，由控制器通过继电器开出投入和复归分段信号，驱动分段关闭电磁阀动作或复归。投入和复归分段关闭继电器的励磁时间不宜过长，因为分段关闭电磁阀的线圈不能长时间得电，否则会烧坏。1-4#机投入分段关闭和复归分段关闭信号取自CM211的DO4和DO5，分别作用于TFD和FFD中间继电器的线圈，通过其常开接点，将DC220

37、V+信号经X08:7，X08:8接至分段关闭电磁阀。下图为电站机组分段关闭曲线，其关闭时间的要求是：第一段导叶开度从100%45%时间为3.3S，第二段导叶开度从45%0时间为9S，龙口1-4#机组标准分段关闭时间为8S+16S。机组分段关闭曲线另外，分段关闭电磁阀工作线圈的工作电压为DC220V，要在线圈插头上安装续流二极管。否则，直流线圈断电时产生反电动势，会在继电器的常开接点触头上拉弧，形成电磁干扰，将导致PCC出现测频错误，造成严重后果。所以直流继电器和直流阀（如紧急停机阀，分段关闭阀）都必须加装续流装置。7、频率调节和跟踪当自动或手动开机将机组开起来后，机组将运行于空转或空载状态，空

38、载（空转）对调速器来说有两种调节方式：即频率给定调节方式和跟踪网频调节方式。它们二者的差异就是频率调节目标值不同，前者的目标值为人为给定值，后者的目标值则是不能修改的网频实测值。当跟踪网频功能起作用时，自动准同期装置的频率控制开关不起作用。当网频测量故障时，计算机自动切入频给调节方式。因此，网频故障不影响调速器正常运行。空转和空载的调节对调速器来说是一样的，只是机组PT的电压不同而已。空转是励磁未投入的状态，PT电压较低，信号源不算太好；空载指励磁投入，有理想的信号源，PT电压在100V左右。因此，空载时的信号源对调节会更好一些。空载和空转的开度限制值都是空载开限值，如果将启动开限和空载开限设

39、为零或小于空载开度的值，机组要么开不起来，要么开不到额定转速而长时间低速运转。8、手动设置水头当有水头信号参与调节计算时，电调柜中的水头变送器通过采集来自监控LCU3的4-20mA水头信号，将其转换为0-10V的电压信号，再经过A/B机AI354模块的A/D采样计算，得到实时水头信号（即自动水头信号）。调速器允许在操作显示面板上手动设置水头值，当水头信号回路出现故障时，调节器能够自动识别，并且由程序将水头手动自动投入，水头手动设定值作为手头有效值参与计算。同时也可以在操作显示面板上手动设置水头功能的投入与退出，如当前1#和4#机组调速器均采取水头手动投入，水头设置值为30m。9、协联控制轴流转

40、桨式水轮机有两个调节机构，即导叶调节机构和轮叶调节机构，这种调速器称为双调整调速器。导叶调节机构根据水头和负荷控制导叶开度，调节水轮机流量，保证机组高效率运行。轮叶调节机构根据水头和导叶开度控制轮叶旋转角度，改变机组运行工况和效率。不同水头下，轮叶转角和导叶接力器开度的协联关系是不同的，在微机调速器中是将不同水头下=f（Y）的数据制成表，存入计算机的ROM中。HH0，0f0(Y)HH1，1f1(Y)HHm，mfm(Y)水轮机导叶桨叶协联关系曲线这样，在任意水头下，计算机按采集的水头H及导叶接力器开度Y，进行线性插值计算，得到此水头下接力器开度所对应的轮叶转角数值。再将该数值经过D/A转换成电压

41、信号，控制桨叶的电液随动系统，驱动轮叶转到协联函数确定的角度，双调机组便进入协联运行。协联计算必须注意以下几个问题：A 14号水轮机最低水头为23.6m，最高水头为36.1m，用户必须提供最低水头、最高水头及这两个水头下的协联曲线；B 14号水轮机导叶开度范围0°-47°，桨叶转角范围10°-35°，桨叶的启动开度大约为20%；桨叶的度数范围和桨叶的启动开度必须提供；C 每条协联曲线数据需要的是水头、导叶开度（导叶接力器）百分比与桨叶度数的关系，关键拐点千万不要丢；D 当导叶开度1%或者转速小于52%时，调节器的协联输出为桨叶启动转角，桨叶处于启动状态。

42、10、调节模式机组自动运行时有四种模式：机组并网前有一种，即频率调节模式；并网后有三种，即地区负荷小网允许频率调节模式、开度调节模式和功率调节模式，每种调节模式都有相应的处理子程序和调节信号输出。频率调节模式适用于机组空载运行、机组并入小电网或孤立电网运行、机组在并入大电网以调频方式运行；开度调节模式适用于机组并网运行、带基本负荷的工况；功率调节模式适用于机组并网运行、受水电站AGC系统控制的工况。并网时，当机组频率偏离50Hz过大，或机组频率变化率过大时被认为进入小网工况。对于绝大多数大中型机组来说，机组在小（孤立）电网工作是一种事故性的和暂时的工况。当被控机组与大电网事故解列时，调速器会根

43、据电网频差超差自动转换为频率调节模式。由于被控机组容量占小电网总容量的比例太小，小电网负荷的突变和小电网负荷特性等使得调速器的工作条件十分复杂，只能尽量将电网频率维持在一定范围内，如果突变负荷超过小电网总容量的20%，则大的动态频率上升和下降是不可避免的。各种调节模式对应的运行工况、调节功能、调节规律和参数设定的特定如下：（1） 并网运行前频率调节模式空载工况下，水轮机偏离最优工况运行，转轮中水流流态比较紊乱，机组综合自调节系数较小，调节系统需要运行稳定的调节参数。在机组起动直至达到空载额定转速这一过程中，微机调速器采用PID调节规律，并运行于频率调节模式。在空载运行时，调速器根据工况判断，自

44、动将调节参数设置为空载参数，保证并网前机组的稳定运行。此阶段永态转差系数bp=0，人工死区E=0，机频与频给的差值通过PID运算后将调节器输出的调节信号经比例阀驱动板放大处理后驱动比例阀，比例阀将调电气控制信号成比例地转换成流量控制信号，通过主配最终控制接力器向开、关方向运动，直至机频等于频给。在机组开机过程中，频给等于50Hz。（2）地区负荷小网运行频率调节模式调速器在频率模式运行时，系统频率波动时，小网运行标志为频率小于49Hz，大于51Hz，此时机组频率波动较大，将调速器切换至该调节模式运行，调节规律及参数设置包括以下内容：采用PID调节规律，永态转差系数bp不等于0，切除频率死区设置，

45、PID各项系数设置以提高调速系统稳定为原则调速器会根据BP值、频差（系统频率50HZ）做出相应值的调整。此时，调速器会随系统频率频繁调节。KP，KI值较一般开度模式和功率模式时小。（3）开度调节模式当发电机出口断路器合闸后，其辅助接点返回一对常开接点给调速器，则调速器判断机组处于并网状态。并网后机组带基荷运行，频给自动整定为50Hz，bp置整定值，切除微分并投入人工死区。当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置时，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。当监控系统或电气柜上的增、减给定按钮发出

46、增、减负荷命令时，功率给定值相应改变，功给信号一方面通过前馈回路直接叠加于积分输出值，另一方面与调节器输出相比较，其差值通过bp回路调整调节器输出。调速器接受功率给定指令，按设置的永态转差系数bp和频差自动调节导叶开度到给定值。开度模式调节下调速器采用PI调节规律，永态转差系数bp不等于0，调节参数KP，KI设置为较大值。人工频率死区Ef不等于0；（4）功率调节模式机组安装有频率变送器，以机组功率Pg作为反馈，当上位机或机旁的增、减功率按钮发出增、减负荷命令时，功率给定软件就相应改变功率给定值，调速。按照设置的永态转差系数bp和频差，自动调节机组功率至设定值。功给信号一方面通过前馈回路直接叠加

47、于积分输出值，一方面与积分输出值相比较，其差值通过bp回路调整功率。由于前馈信号的作用，负荷增减较快。调速器在功率调节模式下接受功率给定指令（以功率值），调节规律及参数设置包括以下内容。采用PI调节规律，永态转差系数bp不等于0，调节参数KP，KI设置为较大值。人工频率死区Ef不等于0，人工功率死区Ep不等于0。各种机组工况会要求调速器从一种调节模式转换到另一种调节模式，入机组开机完成后自动进入频率调节模式；并网后自动转入开度调节模式（大闭环）；在功率或开度调节模式运行，机组从电网及解列，调速器将自动转入频率调节模式；在功率调节模式运行（小闭环），当功率变送器故障调速器自动转换到开度调节模式下

48、运行。调节模式间的转换由微机调节器完成。三种调节模式的转换关系如下：(1)、机组开机进入空载工况运行时，调速器在频率调节模式下工作；(2)、机组油开关合，并入电网工作时，调速器自动进入开度调节模式工作；(3)、机组在并入电网工作的工况下，可以人为地使调速器工作于3种调节模式中的任一种模式；(4)、调速器工作于功率调节模式时，若检测出机组功率传感器有故障，则自动切换至开度调节模式下工作；(5)、调速器工作于开度调节或功率调节模式时，若电网频差偏离50Hz过大（小网工况），则调速器自动切换至频率调节模式工作。11、测频环节测量机组转速是大多数水轮机调速器控制系统中最基本的输入量，因此，对于水轮机测

49、速装置，要求有较小的死区和很高的灵敏度。转速测量采用两种方式，一种是齿盘测速，一种是发电机残压测速。测频环节完成机组PT（或齿盘信号）、电网PT等信号源的机、网频测量，在程序中对三路频率进行冗余处理，残压测频JF1为主用机频信号。并网前，残压测频故障时选择齿盘测速值为机频，两者均故障时，选择残压测频值为机频；并网后，残压测频故障时选择齿盘测速值为机频，两者均故障时，选择网频值为机频。测频的最终目的是产生频差信号ff给（或网频）f机。（1）残压测速水轮发电机组的转速与其机端电压频率成正比。机组电压频率信号源为机端电压互感器3BV A相电压。机组一般是以PT信号为主，以齿盘信号为备用。当机组转速大

50、于80%Nr时，调速器自动选择发电机残压测频通道来测量机组的频率。（2）齿盘测速机组电压频率信号源为安装于水轮发电机大轴上的齿盘和齿头产生的脉冲信号源。齿盘测速装置一般由齿盘和感应头两大部分组成。齿盘安装在发电机大轴上，通过接近开关感应头获取齿盘的速度信号，原理如图P90。齿盘速度信号不受发电机残压的限制，也不受非周期杂波的干扰，比PT信号具有更高的可靠性。 当感应头与齿盘的齿靠近时，接近开关输出高电平，知道齿盘转到齿隙时接近开关输出的高电平才跳转到低电平。当下一个齿到达接近开关时，感应头又输出高电平，齿宽是固定不变的，当机组转速增高时，感应头高电平持续时间缩短，微机测速回路脉冲计数值随着减少

51、；反之，脉冲计数值增加。在机组起动直至励磁投入之前，采用齿盘感应头的信号，其信号电平较高，频率与机组转速成比例。当机组升压以后，机组PT至测频回路信号大于10V时，调速器控制回路自动将齿盘感应的信号切除，而采用机组PT信号作为测频信号，保证了调速系统频率测量的准确性与稳定性。另外需要根据接近开关的安装距离参数，将其严格控制在有效距离内，否则会导致接近开关无输出。齿盘及接近开关的示意图脉冲传感器要求与齿盘垂直安装，其与齿盘的垂直间距大于1mm，小于4mm。安装示意图如上：传感器输出三根线，其中棕线为+24V，黑线为信号线，蓝线为公共端。（3）接口功能板四路高精度可编程测频系统：两路探头齿盘测频，

52、互为备用，一路取自机端电压互感器3BV的机组PT测频（经电柜X09发电机功率采集端子转接至X05频率采集端子），与齿盘测频互为备用；一路电网PT测频（经X05端子接至主变低压侧电压互感器4BV）。利用PCC控制器内部TPU模块的4MHz高速计数直接测频，使测频精度达到0.001Hz以上。信号源电压频率分辨率机频PT0.1100V5100 HZ0.001HZ网频PT0.1100V5100 HZ0.001HZ齿盘15V30V5100 HZ0.005HZACJ1为A机接口功能板，其中机频输出，网频输出和齿盘信号输出至A机混合模块CM211的DI数据通道，ADC+和ADC-为220VDC电源输入。正常

53、运行时，残压测频经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。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。程序内部设定当测得的机频频率低于16Hz时触摸屏频率显示值为零，网频也是如此。12、电液转换部件电液比例阀是由两个比例电磁铁推动的3位4通液压换向阀，其输出流量的大小，与输入比例电磁铁的电气控制信号成比例。与一般电液伺服阀相比，该阀具有体积小、电磁力大、可靠性高、抗油污能力强等优点，如图8-2所示。图8-2 电液比例阀结构示意图进油口为P，出油口为AB，回油口为T。电磁铁不通电，阀芯由复位弹簧保持在中位，当向电磁铁A输

54、入一个电信号，电磁铁A就会产生一定的电磁推力，推动阀芯克服弹簧力向右移动一段距离，阀芯上的V形槽相对于阀体的控制台阶错开一定的开口量，P腔到B腔，A腔到T腔流过一定流量。若输入连续的电信号，则开口量就会随之呈线性变化，使通过阀的流量成比例的变化。同理，电磁铁B输入电信号，也会使液流改变方向并调节流量。当调节器输出为0，则没有相应电信号给A或B电磁铁输入，阀芯由复位弹簧恢复中位，接力器开度保持不变。13、比例阀驱动板调节器采样机频、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，对比例阀开机或关机侧线圈励磁，通过控制主配压阀使主接力器向开机方向或关机方向运动

55、；当主接位移与调节器控制输出值相同时，驱动板停止输出。线性放大器控制信号连续线性变化时，末级的功率管损耗很大，会发热甚至烧毁，故调速器的功率放大器不采用线性放大器而用断续工作的放大电路，使末级功率管处于断续工作的开关状态，这样就减小了功耗。（1）比例阀驱动板输入输出端子信号分析表格以ABJ为例：ABJ1端子接线图J1-1J1-2J1-3J1-4J1-5J1-6J1-7J1-8J1-9J1-10J1-11CHURUAGNDAGND12V-12V+AGND平衡输出调节输出导叶反馈输出备用通道备用通道导叶反馈输入调速器模拟地调速器模拟地接线接线接线ABJ1端子接线图J2-1J2-2J2-3J2-4J

56、2-5J2-6J2-7J2-8插装阀关插装阀开比例阀开24V-24V+24V+24V+比例阀关接线接线（2）比例阀驱动板调零调幅接力器反馈值通过调零调幅电路来保证为0V时（0%）对应接力器全关，10V（100%）时对应接力器全开，调零调幅的实际调节过程记录： 前面板紧急停机按钮按下，桨叶手动指示灯亮，桨叶隔离阀切换为手动。操作手阀将桨叶关死后用万用表测量桨叶比例阀驱动板端子电压（J1-3和J1-11）不是0.05V则调节板上W3电位器（顺小逆大）使其为0.05V。然后手阀开桨叶至全开（开度仪表显示为100%）测量上述引脚电压为9.95V，否则，调节W4电位器使其为9.95V。调好后继续手阀关桨叶至全关，测量上述引脚。因两次极值调节相互影响，调节一端的同时另一端会有少量偏移，继续两到三次上述过程，最后全开全关未调节下确认全开为9.95V，全关为0.052V。导叶部分调整时通过机械柜操作面板A、B阀切换按钮（A阀在线和B阀在线）同时进行两块驱动板的调节，测量点和调节位置同桨叶比例阀驱动板。在导叶（桨叶）传动机构位移传感器比例阀驱动板，这一线路中的任何一个环节进行了更换、处理之后，都可能影响到输出电压，所以都必须对相应的比例驱动板重新调零调幅。14、导叶位移传感器接力器位移传感器选用novotechnik LWH550型直线位移传感器，该传感器通过导电塑料