水輪機調(diào)速器的工作方式與選型的探討

吳星 吳倩 蘭熙

摘要：本文主要介紹水輪機調(diào)速器的作用，對水輪機調(diào)速器的工作方式及選型的探究等。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器;工作方式;選型

Discussion on working mode and type selection of hydraulic turbine governor

WU XING?WU QIAN?LAN XI

（LUSHUI AUTO CONTROL TECHNIQUE CO.LTD. 437300 HRUBEI）

【Abstract】This paper mainly introduces the role of hydraulic turbine governor，the working mode of the turbine governor and the selection of the type of inquiry，etc..

【Key Words】Governor?Working Mode?Selection

1.引言

近些年來，水輪機被廣泛的應(yīng)用到水力發(fā)電站中，其中水輪機調(diào)速器的多調(diào)節(jié)模式、控制技術(shù)等更是為水電站的發(fā)展帶來極大的推動作用，本文主要介紹了水輪機調(diào)速器的作用，工作方式與選型進行研究。

2.水輪機調(diào)速器的技術(shù)研究

2.1 多調(diào)節(jié)模式

多調(diào)節(jié)模式是水輪機調(diào)速器的重要技術(shù)之一，尤其是在當(dāng)前水電站結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的過程中，整機組的負荷也會發(fā)生改變，在這個過程中多調(diào)節(jié)模式將會發(fā)揮出巨大的作用。從實際中分析，多調(diào)節(jié)模式的運行并不是針對頻率的調(diào)節(jié)，主要是針對整機組負荷的調(diào)節(jié)，在調(diào)速器增加負荷方面做出正確的調(diào)節(jié)。水輪機調(diào)速器在正常運行的情況下，主要分為手動和自動兩種控制方式，手動控制方式主要是在系統(tǒng)故障的情況下而使用的，一般情況下都會采用自動的運行方式，而在自動運行方式之下為了滿足不同的運行要求，也分為開度模式、頻率模式、功率模式等三種模式，開度模式，主要是水輪機組按照給定的開度運行，而且，開度模式下一般沒有人工死區(qū)，這樣主要是為了機組在很小的頻率范圍內(nèi)波動，這樣才能確保機組的穩(wěn)定運行;頻率模式，水路級輪機組主要是按照給定的頻率運行，而且在該模式下也無人工死區(qū)，同時在水輪機組并網(wǎng)前，調(diào)速器應(yīng)以頻率模式運行;功率模式，主要以給定的功率運行，而在該運行模式下，是有人工死區(qū)的。以上所提到的三種模式是水輪機調(diào)速器技術(shù)的重要組成部分，具體的應(yīng)用要結(jié)合實際情況來定，這樣才能充分體現(xiàn)出各個運行模式的優(yōu)勢。

2.2微機調(diào)速器的調(diào)節(jié)模式

對于機械液壓型調(diào)速器和電液調(diào)速器來說，其運行調(diào)節(jié)模式通常采用頻率調(diào)節(jié)模式，即調(diào)速器是根據(jù)頻差（即轉(zhuǎn)速偏差）進行調(diào)節(jié)的，故又稱轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模式。微機調(diào)速器一般具有三種主要調(diào)節(jié)模式：頻率調(diào)節(jié)模式，開度調(diào)節(jié)模式和功率調(diào)節(jié)模式。三種調(diào)節(jié)模式應(yīng)用于不同工況，其各自的調(diào)節(jié)功能及相互間的轉(zhuǎn)換都由微機調(diào)速器來完成。

1.頻率調(diào)節(jié)模式（FM）

頻率調(diào)節(jié)模式適用于機組空載自動運行，單機帶孤立負荷或機組并入小電網(wǎng)運行，機組并入大電網(wǎng)作調(diào)頻方式運行等情況。

頻率調(diào)節(jié)模式有下列主要特征：

（1）人工頻率死區(qū)，人工開度死區(qū)和人工功率死區(qū)等環(huán)節(jié)全部切除;

（2）采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律，即微分環(huán)節(jié)投入;

（3）調(diào)差反饋信號取自PID調(diào)節(jié)器的輸出值，并構(gòu)成調(diào)速器的靜特性;

（4）微機調(diào)速器的功率給定實時跟蹤機組實時功率P，其本身不參與閉環(huán)調(diào)節(jié) 。

（5）在空載運行時，可選擇系統(tǒng)頻率跟蹤方式，bp值取較小值或為0。

2.3開度調(diào)節(jié)模式（YM）

開度調(diào)節(jié)模式是機組并入大電網(wǎng)運行時采用的一種調(diào)節(jié)模式。主要用于機組帶基荷動運行工況。

開度調(diào)節(jié)模式有下列主要特征：

（1）人工頻率死區(qū)，人工開度死區(qū)和人工功率死區(qū)等環(huán)節(jié)均投入運行;

（2）采用PI控制規(guī)律，即微分環(huán)節(jié)節(jié)除;

（3）調(diào)差反饋信號取自PID調(diào)節(jié)器的輸出Y，并構(gòu)成調(diào)速器的靜特性;

（4）微機調(diào)節(jié)器通過開度給定Yg變更機組負荷，而功率給定不參與閉環(huán)負荷調(diào)節(jié)，功率給定Pg實時跟蹤機組實際功率，以保證由該調(diào)節(jié)模式切換至功率調(diào)節(jié)模式時實現(xiàn)無擾動切換。

2.4功率調(diào)節(jié)模式（PM）

功率調(diào)節(jié)模式是機組并入大電網(wǎng)后帶基荷運行時應(yīng)優(yōu)先采用的一種調(diào)節(jié)模式。

功率調(diào)節(jié)模式有下列主要特征：

（1）人工頻率死區(qū)，人工開度死區(qū)和人工功率死區(qū)等環(huán)節(jié)均投入運行;

（2）采用PI控制規(guī)律，即微分環(huán)節(jié)節(jié)除;

（3）調(diào)差反饋信號取自機組功率P，并構(gòu)成調(diào)速器的靜特性;

（4）微機調(diào)節(jié)器通過功率給定Pg變更機組負荷，故特別適合水電站實施AGC功能。而開度給定不參與閉環(huán)負荷調(diào)節(jié)，開度給定Yg實時跟蹤導(dǎo)葉開度值，以保證由該調(diào)節(jié)模式切換至開度調(diào)節(jié)模式或頻率調(diào)節(jié)模式時實現(xiàn)無擾動切換。

2.5調(diào)節(jié)模式間的相互轉(zhuǎn)換

三種調(diào)節(jié)模式間的相互轉(zhuǎn)換過程：

（1）機組自動開機后進入空載運行，調(diào)速器處于“頻率調(diào)節(jié)模式”工作。

（2）當(dāng)發(fā)電機出口開關(guān)閉合時，機組并入電網(wǎng)工作，此時調(diào)速器可在三種模式下的任何一種調(diào)節(jié)模式工作。若事先設(shè)定為頻率調(diào)節(jié)模式，機組并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)模式不變;若事先設(shè)定為功率調(diào)節(jié)模式，則轉(zhuǎn)為功率調(diào)節(jié)模式;若事先設(shè)定為開度調(diào)節(jié)模式，則轉(zhuǎn)為開度調(diào)節(jié)模式。

（3）當(dāng)調(diào)速器在功率調(diào)節(jié)模式下工作時，若檢測出機組功率反饋故障，或有人工切換命令時，則調(diào)速器自動切換至“開度調(diào)節(jié)”模式工作。

（4）調(diào)速器工作于“功率調(diào)節(jié)”或“開度調(diào)節(jié)”模式時，若電網(wǎng)頻率偏離額定值過大（超過人工頻率死區(qū)整定值），且保持一段時間（如持續(xù)15s），調(diào)速器自動切換至“頻率調(diào)節(jié)”模式工作。

（5）當(dāng)調(diào)速器處于“功率調(diào)節(jié)”或“開度調(diào)節(jié)”模式下帶負荷運行時，由于某種故障導(dǎo)致發(fā)電機出口開關(guān)跳閘，機組甩掉負荷，同時調(diào)速器也自動切換至“頻率調(diào)節(jié)”模式，使機組運行于空載工況。

3.水輪機調(diào)速器選型的研究

3.1水輪機組特點決定調(diào)速器型號

水斗式：由于其自身結(jié)構(gòu)特點，在控制順序和流程上要求比較嚴(yán)格，因此要求選取針對性較強的沖擊式專用調(diào)速器，一般型號為CJ-2/2-4.0等理解為沖擊式兩噴嘴兩折向器壓力等級為4.0MPa的調(diào)速器。

斜擊式：可根據(jù)操作功選取高油壓調(diào)速器（GYT）、常規(guī)油壓調(diào)速器（YT）、全數(shù)字式（SLT）、步進式（BWT）等可供選擇。

混流式：目前常用步進式調(diào)速器（BWT）、電動閥式調(diào)速器（DFT）等型號調(diào)速器選擇。

軸流式：軸流式控制精度要求較高可選擇步進式調(diào)速器（BW（S）T）、比例伺服調(diào)速器（PW（S）T）、電動閥調(diào)速器（DKT）等型號的調(diào)速器。

燈泡貫流式：燈泡貫流式機組由于水頭低、流量大的特點對調(diào)速器的調(diào)節(jié)精度提出更高要求。可選取專門針對此機組設(shè)計的調(diào)速器或控制精度高的調(diào)速器如GLT/PWST等系列。

3.2操作功決定調(diào)速器型號

調(diào)速器額定操作功與水輪發(fā)電機組功率匹配是選型的關(guān)鍵，主配壓閥活塞直徑在80mm以上的稱為大型調(diào)速器;操作功在10 000N·m～30 000N·m之間的稱為中型調(diào)速器;操作功在10000N·m以下的稱為小型調(diào)速器，其中調(diào)速功在3 000N·M以下的又稱為特小型調(diào)速器。

如：GYT-6000型理解為高油壓（一般為16MPa）操作功為6000N·m的機組。

4.總結(jié)

本文主要從多調(diào)節(jié)模式和控制技術(shù)，選型進行分析，希望能夠提高水輪機調(diào)速器選型的優(yōu)化，確保運行效率，在水輪機調(diào)速器使用的過程中，需要結(jié)合實際的使用要求來選取適宜的型號，同時在科技不斷發(fā)展的過程中，應(yīng)對水輪機調(diào)速器技術(shù)展開更深層次的研究和開發(fā)，這樣才能推動水輪機調(diào)速器技術(shù)邁向新的階段，從而為水電站等方面提供高效的運行功效。

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（作者單位：武漢市陸水自動控制技術(shù)有限公司）