水輪機調(diào)速器培訓(xùn)教程

1、三聯(lián)水電水輪機數(shù)字調(diào)速器（培訓(xùn)教材）武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備有限公司2004年10月15日目錄第一章 水輪機調(diào)節(jié)的基本任務(wù) 3一、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 4二、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點 4第二章 水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和特性 7一、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 7二、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的特性 8三、水輪機調(diào)速器的動態(tài)特征 9四、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性 13第三章 水輪機調(diào)速器的控制算法 15一、PID 控制算法 15二、槳葉控制器 18第四章 水輪機微機調(diào)速器的硬件 23第五章 水輪機微機調(diào)速器的形式 27一、調(diào)速器的發(fā)展 27二、調(diào)速器的分類 28三、冗余式可編程調(diào)速器 29第六章 水輪機微機調(diào)速器的功能和運行

2、34一、參數(shù)可調(diào)范圍 35二、功能要求 36三、軟件 49第七章 水輪機微機調(diào)速器的機械液壓執(zhí)行機構(gòu) 58一、比例伺服閥數(shù)字閥機械開限 /純手動組成機械冗余結(jié)構(gòu) 58二、步進(jìn)式機械液壓系統(tǒng) 59第八章 水輪機微機調(diào)速器的故障處理 63一、空載頻率擺動 63二、負(fù)載漂移 63三、接力器抖動 64四、切換故障 65五、甩負(fù)荷 65六、與水頭有關(guān)的故障 66七、自檢 6678第一章 水輪機調(diào)節(jié)的基本任務(wù)水輪發(fā)電機組把水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┥a(chǎn)、 生活使用。 用戶在用電過程中除要 求供電安全可靠外， 對電網(wǎng)電能質(zhì)量也有十分嚴(yán)格的要求。 按我國電力部門規(guī)定， 電網(wǎng)的額定頻率為50Hz （赫茲），大電網(wǎng)允許的頻

3、率偏差為土 0.2Hz。對我國的 中小電網(wǎng)來說，系統(tǒng)負(fù)荷波動有時會達(dá)到其容量的5%10% ;而且即使是大的電力系統(tǒng)，其負(fù)荷波動也往往會達(dá)到其總?cè)萘康?%3%。電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷變化，導(dǎo)致了系統(tǒng)頻率的波動。因此，不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的輸出功率， 維持機組的轉(zhuǎn)速（頻率）在額定轉(zhuǎn)速（頻率）的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機調(diào)節(jié)的 基本任務(wù)。水輪機調(diào)速器是水電站發(fā)電機組的重要輔助設(shè)備， 他與電站那二次回路或計 算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機組的開機、停機、增減負(fù)荷、緊急停機等 任務(wù)。水輪機調(diào)速器還可以與其他裝置一起完成自動發(fā)電控制（ AGC） 、成組控制、按水位調(diào)節(jié)等任務(wù)。水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分的運動方程為

4、：Jdw /dt=Mt-Mg式中：J機組轉(zhuǎn)動部分的慣性矩（kg tf）；3 = n n/30機組轉(zhuǎn)動角速度（rad/s）;n機組轉(zhuǎn)動速度（r/min）；M水輪機轉(zhuǎn)矩（N m）；M發(fā)電機負(fù)荷阻力矩（負(fù)載轉(zhuǎn)矩）（N m）。上式表明，保持機組轉(zhuǎn)速（頻率）為恒值的條件是d3 /dt = 0,即要求M=M,否則就會導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速（頻率）偏離額定值，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速（頻率）偏差。水輪機轉(zhuǎn)矩M= p QHq t /3式中：q通過水輪機的流量（m/s）;h水輪機凈水頭（m ；n t水輪機效率；P 水的密度（kg/m3）因此只有調(diào)節(jié)流量Q和效率nt,才能調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)矩 M,達(dá)到M = M的目的。 從最終效果來看， 水

5、輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速 （頻率） 在額定值 附近的允許范圍內(nèi)。 然而,從實質(zhì)上講, 只有當(dāng)水輪機調(diào)節(jié)器相應(yīng)地調(diào)節(jié)水輪機 導(dǎo)水機構(gòu)開度（從而調(diào)節(jié)水輪機流量 Q和水輪機輪葉的角度（從而調(diào)節(jié)水輪機 效率n t），使M = M，才能使機組在一個允許的規(guī)定轉(zhuǎn)速（頻率）下運行。從這 個意義上講, 水輪機調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是： 根據(jù)偏離額定值的轉(zhuǎn)速 （頻率）偏差信號, 不但地調(diào)節(jié)水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)和輪葉機構(gòu)， 維持水輪發(fā)電機組功率與負(fù)荷功率的 平衡。一、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由水輪機控制設(shè)備（系統(tǒng)）和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)系 統(tǒng)。水輪機、引水和泄水系統(tǒng)、 裝有電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機及其所并入的

6、電網(wǎng)稱為 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被控制系統(tǒng)； 用來檢測被控參量 （轉(zhuǎn)速、功率、水位、流量等） 與給定量的偏差， 并將其按一定的特性轉(zhuǎn)換成主接力器行程偏差的一些裝置組合 成為水輪機控制設(shè)備（系統(tǒng)） 。水輪機調(diào)速器則是由實現(xiàn)水輪機調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制 的電氣控制裝置和機械執(zhí)行機構(gòu)組成。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作過程為：測量元件把機組轉(zhuǎn)速 n （頻率f）、功率Pg、 水頭H、流量Q等反映機組運行工況的參數(shù)測量出來作為水輪機調(diào)速器的反饋 信號，與給定信號閉環(huán)綜合后， 經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機構(gòu)， 執(zhí)行機構(gòu)操縱水 輪機導(dǎo)水機構(gòu)和槳葉機構(gòu)。二、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 它具有一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的

7、共性， 但 是水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng)。水輪機型式有： 混流式、 軸流定槳式、 軸流轉(zhuǎn)槳式、 貫流式、 沖擊式、 水泵、 水輪機式等等；水輪機發(fā)電機組由多種工作狀態(tài)： 機組開機、 機組停機、 同期并網(wǎng)前和從電 網(wǎng)解列后的空載、 孤立電網(wǎng)運行、 以轉(zhuǎn)速控制和功率控制并列于大電網(wǎng)運行、 水 位和/ 或流量控制等。水輪機控制設(shè)備是通過很大的動力來調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水機構(gòu)和槳葉機構(gòu)來調(diào) 節(jié)水輪機流量及其流態(tài)的， 因此，即使是中小型調(diào)速器也大多要采用機械液壓執(zhí) 行機構(gòu)，且常常采用有一級或二級液壓放大的液壓執(zhí)行機構(gòu)。水輪機過水管道存在這水流慣性，通常用水流慣性常熟Tw；來表述：Tw= （Qr/g

8、Hr）藝 L/A=藝 Lv/gH式中：每段過水管道的截面積（卅）;l相應(yīng)每段過水管道的長度（mv相應(yīng)每段過水管道內(nèi)的流速（m/s）g重力加速度（m/s2）Tw水流慣性時間常數(shù)（s）從自動控制理論的觀點來看， 過水管道水流慣性使得水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為一 個非最小相位系統(tǒng) （非極小相響應(yīng) ），其特點為，由于水的慣性，當(dāng)改變導(dǎo)葉方向 時，首先引起水輪機轉(zhuǎn)矩在反方向作用， 然后再回到與導(dǎo)葉運動相同的方向。 對 系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定和響應(yīng)特征會帶來十分不利的影響。 通常所說的水錘效應(yīng) （或水 擊效應(yīng)）就是對這種水流慣性的一種形象的表述。水流慣性時間常數(shù)Tw的物理概念是：在額定水頭Hr作用下，過水管道內(nèi)的 流量Q

9、由0加大至額定流量Qr所需要的時間。水輪發(fā)電機組存在著機械慣性，可利用機組慣性時間常數(shù)Ta 來表述：22Ta= J cor/Mr=GD2 Nr'/3580P r式中：J o額定轉(zhuǎn)速時機組的慣性矩（kg tf）Mr機組額定轉(zhuǎn)矩（N m）GD2機組飛輪力矩（kN tf）nr機組額定轉(zhuǎn)速（r/min）Pr機組額定功率（kW）Ta機組慣性時間常數(shù)（s）機組慣性時間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩 Mr作用下，機組轉(zhuǎn)速n 由 0 上升至額定轉(zhuǎn)速 nr 所需要的時間。對比例積分微分（PID）型調(diào)速器，水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù) Tw 不大于4s;對比例積分（PI ）型調(diào)速器，水流慣性時間常數(shù)

10、 Tw不大于2.5s。水 流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時間常數(shù)Ta的比值不大于0.4。反擊式機組的Ta 不小于4s，沖擊式機組的Ta不小于2s。第二章水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和特性、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)1.水輪機調(diào)速器及油壓裝置型號編制方法JB/T2832-20042 .水輪機調(diào)速器及油壓裝置試系列型譜JB/T7072-2004 ；3 .水輪機控制系統(tǒng)技術(shù)條件 GB/T 9652.1-征求意見稿4.水輪機控制系統(tǒng)試驗驗收規(guī)程GB/T 9652.2 ;征求意見稿5. IEC60308水輪機調(diào)速系統(tǒng)試驗國際規(guī)程；6. IEC61362水輪機控制系統(tǒng)規(guī)范導(dǎo)則;導(dǎo)葉接力器全關(guān)閉時間調(diào)整范圍為：3 100S

11、導(dǎo)葉接力器全開啟時間調(diào)整范圍為：3 100S槳葉接力器全關(guān)閉時間調(diào)整范圍為：10120S槳葉接力器全開啟時間調(diào)整范圍為：10 120S頻率調(diào)整范圍：4555 Hz永態(tài)轉(zhuǎn)差bp調(diào)整范圍：010%比例增益Kp調(diào)整范圍：0.520積分增益KI調(diào)整范圍：0.0510 1/s微分增益KD調(diào)整范圍：0.010 s人工失靈區(qū)調(diào)節(jié)范圍：0土 1 .5% nr測至主接力器的轉(zhuǎn)速死區(qū)不超過：0.02%水輪機甩25%負(fù)荷后，接力器不動時間不超過：<0.2 s靜特性曲線非線性度：不超過0.5%甩100%額定負(fù)荷后轉(zhuǎn)速波動超過3%的波動次數(shù)不超過2次，由調(diào)速器引起的機組轉(zhuǎn)速持續(xù)波動相對值不大于：土0.15 %。從

12、機組甩負(fù)荷時起，導(dǎo)機組轉(zhuǎn)速相對偏差小于土 1%為止的調(diào)節(jié)時間tE與從 甩負(fù)荷開始至轉(zhuǎn)速升至最高轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷的時間tM的比值，對中、低水頭反擊式水輪機和沖擊式水輪機應(yīng)不大于 15；對從電網(wǎng)解列后給電廠供電的機組，甩負(fù) 荷后機組的最低相對轉(zhuǎn)速不低于 0.9。自動空載運行3分鐘，機組轉(zhuǎn)速相對擺動值不超過+0.15%。、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的特性1. 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性當(dāng)給定信號恒定時，水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，被控參量偏差相對值 與接力器行程相對值的關(guān)系如圖1所示，在工程實際中，有時也采用圖2所示的 靜態(tài)特性圖一將圖1所示的被控參量偏差值改用被控參量絕對值表示。圖1和圖2中：圖1圖2Fr=pmr/6

13、0 額定頻率 Fr=50Hz;Xn=n/nr=xf機組轉(zhuǎn)速的相對值；N機組轉(zhuǎn)速（r/min）Nr機組額定轉(zhuǎn)速（r/min）P發(fā)電機極對數(shù)Y=Y/YM接力器行程相對值丫一接力器行程（MYM接力器最大行程（M1.1永態(tài)差值系數(shù)（1）永態(tài)差值系數(shù)bp在圖1所示水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線上，取某一規(guī)定點（例如，圖示中的A點），過該點作一切線，其切線斜率的負(fù)數(shù)就是該點的永態(tài)差值系數(shù)：bp二dxr/dy（1-1_）對于圖2所示的靜態(tài)特性曲線，其對應(yīng)的值為50bpH（當(dāng)額定功率為fr=50HZ時）（2）最大行程的永態(tài)差值系數(shù)bs在圖1所示水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線上，在規(guī)定的給定信號下，得出 接力器在全關(guān)（

14、y=0）和全開（y=1.0）位置的被控參量（頻率、轉(zhuǎn)速）的相對值之 差，這個差值即為bs。顯然，對于一條曲線型的靜態(tài)特性線，選取不同的A點，會得到不同的bp值。但是，實踐表明，對選擇了合適接力器位移變送器的水輪機微機調(diào)速器來說， 其靜態(tài)特性十分接近于一條直線。因此，在這種情況下，如果取bs作為bp，也xr不會有過大的誤差1. 2轉(zhuǎn)速死區(qū)ix給定信號恒定時，被控參量的變化不起任何 調(diào)節(jié)作用的兩個值間的最大區(qū)間， 稱為死區(qū)，當(dāng)被 控參量為轉(zhuǎn)速時，即為轉(zhuǎn)速死區(qū)ix。其在靜態(tài)特性 圖上的表述如圖3所示。1. 3隨動系統(tǒng)不準(zhǔn)確度圖4隨動系統(tǒng)中，對于所有不變的輸入信號，相應(yīng)輸出信號的最大變化區(qū)間的相對值，

15、稱為隨 動系統(tǒng)不準(zhǔn)確度ia（見圖4）。三、水輪機調(diào)速器的動態(tài)特征1、緩沖裝置特性緩沖裝置將來自主接力器或中間接力器的位移信號轉(zhuǎn)換成一個隨時間衰減 的信號。它可以是機械液壓式的（緩沖器），也可以是由電氣回 路構(gòu)成的（電氣緩沖環(huán)節(jié)）。（1）暫態(tài)差值系數(shù)bt永態(tài)差值系數(shù)（bp）為零時，緩沖裝置不起衰減作用，它在穩(wěn)態(tài)下的差值系 數(shù)就稱為暫態(tài)差值系數(shù)bt圖5所示為暫態(tài)差值系數(shù)bt的表述:bt=-dxdy （ 1 2）對比圖1和5可以看出：緩沖裝置不起衰減作用時，暫態(tài)差值系數(shù)bt和永態(tài)差值系數(shù)bp （式（1 1）和式（1 2）有相同的意義一一為調(diào)速器靜態(tài)特征圖上某點切線斜率的負(fù)數(shù)。在工程應(yīng)用上可取為接力器

16、全關(guān)（y二0）和全 開（1.0 ）時對應(yīng)的頻率相對值之差。當(dāng)然，實 際的緩沖裝置特性是衰減的，因而可以認(rèn)為bt是緩沖裝置在動態(tài)過程中“暫時”起作用的強 度。（2）緩沖裝置時間常數(shù)Td輸入信號停止變化后，緩沖裝置將來自接 力器位移的反饋信號衰減的時間常數(shù)稱為緩沖 裝置的時間常數(shù)Td （見圖6）。如果把某一開始 衰減的緩沖裝置輸出信號強度設(shè)為1.0，那么至 它衰減了 0.63為止的時間就是Td。暫走恙值系離圖5（3）緩沖裝置在階越輸入信號下的特性 緩沖裝置的動態(tài)特性可用下列傳遞函 數(shù)式來加以描述：Ft（S）/ 丫（S） = btTdS/（1+TdS）式中：Ft（S）為緩沖裝置輸出的拉普拉斯變換；Y

17、（S）為接力器位移的拉普拉斯變換。在其輸入端加一個 yo的階越信號后，其相圖6應(yīng)特性如圖7所示。圖中，ft為緩沖裝置的輸出。圖7在圖中可以清楚地看出： 緩沖裝置僅在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)過程中起作用，在穩(wěn)定狀態(tài)，其輸入總是會衰減到0。 暫態(tài)差值系數(shù)bt反映了緩沖裝置的作用強度。 緩沖裝置時間常數(shù)Td則表征其動態(tài)衰減的特征。2、加速度環(huán)節(jié)包含有頻率測量及加速度環(huán)節(jié)，起加速度（指被測頻信號的微分）作用的加圖8速度環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：Fd（S）/F g（S）= T nS/（1+T iv）式中：Fg（ S）被測機組頻率信號的拉普拉斯變 換；Fd（ S）加速度環(huán)節(jié)輸出的拉普拉斯變換；Tn加速時間常數(shù)（S）T1V微

18、分環(huán)節(jié)時間常數(shù)（s）。（1）加速時間常數(shù)Tn當(dāng)取永態(tài)差值系數(shù)bp和暫態(tài)差值系數(shù)bt為0, 頻率信號x按如圖8所示形狀變化。接力器加速度環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)輛性剛剛反向運動時，被控參量（頻率）相對偏差X1與加速度（dx/dt） 1之比的負(fù)數(shù)稱為加速度 時間常數(shù)。Tn = x/（dx/dt） 1值得指出的是，用這種方法求取 Tn的值 是比較困難的，稍后會看到，采取其它方法求 取Tn將比較簡單和方便。3、采用PID調(diào)節(jié)器的調(diào)速器動態(tài)特性若永態(tài)差值系數(shù)bp為0,則得到PID調(diào)節(jié)器輸出ypQ對其輸入頻差 f的傳遞函數(shù)為Ypid(S)/ F(S)=-(K p+K /S+KdS/1+Tiv)PIDrM節(jié)器時能朗入

19、哈息黔性圖10和Ypid(S)/ F(S)= -(Kp+K/S+KdS) (取 Tiv=0)上二式中：Ypid (S)YPid的拉普拉斯變換； f (S) f的拉普拉斯變換。 式中：等式右端的負(fù)號表示正的頻差信號 對應(yīng)于負(fù)的接力器開度偏差；Kp比例增益，它是bp= 0和Kd= 0的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的接力器行程相對 偏差y與階躍被控參量相對偏差x之比的負(fù)數(shù)；1K積分增益(s)，它是bp= 0的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的接力器速度 dy/dt與給定被控參量相對偏差之比的負(fù)數(shù)，即K1=- (dy/dt ) /x ；Kd微分增益(s)，它是bp二0和K片0的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的接力器行程 相對偏差y與被控參量相對變化

20、率dx/dt之比的負(fù)數(shù)，即Kd= y/(dy/dt)。PID調(diào)節(jié)器對頻率階躍變化輸入 x的響應(yīng)，如圖10所示。直線段EB是積 分的作用，延長EB與縱軸y交于D點，與橫軸交于A點，微分衰減段BF延長交 于C點。 比例作用體現(xiàn)在圖10所示的0D段所代表的值OD=p x=YpOD在數(shù)值上等于比例系數(shù) &與頻率階躍變化值x的乘積，記為比例分量 Yp 微分作用，圖10所示曲線OFB是由于微分作用引起的分量，其最大值為CD線段的長度，它代表了微分作用的峰值。CD=D/T iv x=YDm式中:Ydm微分作用的最大輸出值。 積分作用，在圖10所示直線段EB上截取線段HG使其縱坐標(biāo)差值HI在 數(shù)值上等

21、于頻率階躍變化值，即 丫=4 X,橫坐標(biāo)差值Gl=1/Ki 線段0A顯然有：OA/OD=Gl/Hl故有：OA=（GI/HI） 0D=（1/Ki）/ x KpA x最后得：OA=Kp/K1對微機調(diào)節(jié)器來說，由于不存在接力器最短開啟 /關(guān)閉時間的限制，因此圖 10所示的起始響應(yīng)可用線段 OCB取代線段OFB.4、接力器反應(yīng)時間常數(shù) Ty 當(dāng)主接力器帶規(guī)定負(fù)荷時，其速度與主配壓閥相對行程關(guān)系曲線斜率的倒數(shù)稱為接力器反應(yīng)時間常數(shù) Ty?？拷髋鋲洪y中間位置處，曲線出現(xiàn)明顯的 非線性，這是由主配壓閥搭接量引起的，這使得這個區(qū)間的 Ty 有較大的數(shù)值。 而大于主配壓閥搭接量的區(qū)域接近于線性的區(qū)段，則有較小

22、的 Ty 值。四、水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的主要要求如下：（1）調(diào)速器應(yīng)保證機組在各種工況和運行方式下的穩(wěn)定性指標(biāo)手動空載工況 （發(fā)電機勵磁在自動方式下工作） 運行時， 水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速 擺動相對值對大型調(diào)速器來說不得超過± 0.2%；對中、小型和特小型調(diào)速器來說 均不得超過± 0.3%，當(dāng)調(diào)速器控制水輪發(fā)電機組在空載工況自動運行時，在選擇調(diào)速器運行參數(shù)時，待穩(wěn)定后所記錄 3min 內(nèi)的轉(zhuǎn)速擺動值應(yīng)滿足下列要求： 對于大型電氣液壓調(diào)速器，不超過± 0.15 對于大型機械液壓調(diào)速器和中、小型調(diào)速器，不超過±0.25對于特小型

23、調(diào)速器，不超過± 0.3 （2）如果機組手動空載時的轉(zhuǎn)速擺動相對值大于規(guī)定值，那么其自動空載轉(zhuǎn)速擺動相對值不得大于相應(yīng)手動空載轉(zhuǎn)速擺動相對值。1 、甩 100額定負(fù)荷后：在轉(zhuǎn)速變化過程中，超過 3額定轉(zhuǎn)速以上的波峰不超過兩次。GB/T9625.1-1997 規(guī)定： 從接力器第一次向開啟方向移動導(dǎo)機組轉(zhuǎn)速擺動值不超過土 0.5 %為止所經(jīng)歷的時間應(yīng)不大于40S, IEC61362水輪機控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范導(dǎo)則 規(guī)定：在甩負(fù)荷中， 若記從甩負(fù)荷開始至出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)速上升值為止 的時間為 t M, 記從甩負(fù)荷開始導(dǎo)機組轉(zhuǎn)速擺動值不超過±0.1 %為止的時間為t E,則t E/t M的推薦

24、值對于沖擊式機組為 2.5-4.0和對于高水頭混流式機組152、轉(zhuǎn)速或指令信號按規(guī)定形式變化,接力器不動時間：對于電氣液壓調(diào)速器,不大于 0.2S；對于機械液壓調(diào)速器,不大于 0.3S；3、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對Ta和Tw的規(guī)定：水輪機引水系統(tǒng)水流慣性時間常數(shù) Tw：對于 PID 型調(diào)速器,不大于 4S對于 PI 型調(diào)速器,不大于 2.5S機組慣性時間常數(shù) Ta：對于反擊式機組,不小于 4S對于沖擊式機組,不小于 2S比值Ta/Tw不大于0.4第三章水輪機調(diào)速器的控制算法、PID控制算法調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能具有比例、積分和微分功能；比例、積分和微分的增益是 獨立的、連續(xù)可調(diào)的。比例、積分和微分的調(diào)整范圍適合各

25、受控系統(tǒng)的動態(tài)特性。調(diào)節(jié)參數(shù)自動尋優(yōu)的功能（該功能一般在試驗階段中進(jìn)行），根據(jù)被調(diào)節(jié)量的 變化，自動施加1%的擾動量，經(jīng)過幾次擾動后，由軟件自動計算出最優(yōu)的調(diào)節(jié) 參數(shù)Kp，Ki, Kd。因此調(diào)速系統(tǒng)不但具有比例、積分、微分功能，而且通過尋 優(yōu)功能能夠找到最優(yōu)的比例、積分、微分的參數(shù)，特別是對于水頭波動較大的機 組的動態(tài)穩(wěn)定性非常明顯。所以整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)在各種工況下都具有優(yōu)良的靜、動 態(tài)品質(zhì)。Yc-aITTT +Pc± FWtD/1fl人工孤Hl致尺哇內(nèi)餐H也餌場嘉 叭圖11調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖探PID控制算法的模擬表達(dá)式如下：Y (t) =Ke (t) +1/TJ e (t) dt + T d

26、de (t) /dt(1)對式(1)離散后得到第n次輸出值為：nY (n) =Ke (n) + t /TiEe (j ) +Td/Tie (n) -e (n-1 ) ( 2)j=0式中丫（ t）為調(diào)節(jié)輸出；e （t ）為t時刻的輸入偏差值；T為采用周期（T = t); e (n)為第n次輸入偏差值；e (n-1 )為第n-1次輸入的偏差值；n為 采樣序號(n=0, 1, 2,) ; Kp為比例系數(shù)；T為積分時間；Td為微分時間。第 n-1 次輸出值為：n-1Y (n-1 ) =Ke (n-1) +t /T i E e (j ) + TDTie (n-1 ) -e (n-2 ) (3)j=0位置

27、式 PiD 算法表達(dá)式為：將式( 2)減去( 3)式整理后得Y(n)-Y(n-1)=K pe(n)-e(n-1)+ t /Ti e(n)+T d/Tie(n)-2e(n-1)+e(n-2)(4)將式( 4)整理后得到位置式 PiD 算法(位置輸出)關(guān)系式為Y(n) = Y(n-1 ) + KPe(n) -e(n-1 ) +t /Ti e(n) + TD/Tie(n) -2e(n-1 ) +e(n-2) = Y(n-1 ) +KPe(n) -e(n-1 ) + Ki e(n) + KDe(n) -2e(n-1 ) +e(n-2) ( 5)增量式 PiD 算法表達(dá)式為： Y( n) = Y( n)

28、 - Y ( n-1 )即 Y(n) = KPe (n) -e(n-1 ) + K i e(n) + KDe(n) -2e(n-1 ) +e(n-2) (6)式中Kp為比例系數(shù)；K為積分系數(shù)(K =K? . T / T i) ； Kd為微分系數(shù)(K?=K). Td/Ti )o位置式PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出丫(n)為全量輸出，每次輸出與過去的狀態(tài) 無關(guān),因此造成運算工作量大,需要對 e (i )進(jìn)行累加(見式( 5),而對增量 piD 控制算法而言,雖然在算法上改動不大,卻帶來不少優(yōu)點,控制狀態(tài)的切換 沖擊也小, 算式中不作累加運算, 增量只跟最近的幾次采樣有關(guān)所以非常容易獲 得很好的控制效果。但

29、增量式算法的理想微分環(huán)節(jié)容易引進(jìn)高頻干擾, 導(dǎo)致調(diào)節(jié)性能不穩(wěn), 為此, 在研制過程中,曾采用在微分環(huán)節(jié)中串聯(lián)一個低通濾波器以用來抑制高頻干擾, 也就是實際微分環(huán)節(jié)。其關(guān)系式為：Y)(S)= Kd - s/1+s(7)式中 T 為微分時間常數(shù)。用實際微分代替理想微分的關(guān)系為： Yd (s) =T/1+T - Yd (n-1 ) + Kd/Ti+T e (n) - e (n-1 )Y)(n) = Yd (n-1 ) + Yd (n)(8)則調(diào)節(jié)器增量算式 Y (n) = KpA e (n) + Kit e (n) + Yd (n)Y (n) = Y (n-1 ) + Y (n)(9)式中 t 為采

30、樣周期。全數(shù)字式水輪機調(diào)節(jié)器綜合算法PID調(diào)節(jié)采用增量式控制算法，能在控制系統(tǒng)中避免一般常規(guī) PID算法中存 在的問題，然而就微分項而言， 增量算法顯然不能滿足水電機組調(diào)節(jié)控制的要求， 而位置式算法又帶來計算復(fù)雜和抗干擾能力差的缺陷。 將位置式、 增量式結(jié)合起 來，組成全數(shù)字調(diào)速器的PID綜合算法，即微分環(huán)節(jié)采用位置式算法，即對全量 直接作衰減運算。 比例和積分環(huán)節(jié)則采用增量式算法， 可避免位置式算法中積分 環(huán)節(jié)的累積計算， 以減少計算機運算工作量。 經(jīng)電站運行證明， 采用綜合算法的 調(diào)速器，大大地改善了動態(tài)調(diào)節(jié)器品質(zhì)， 特別是在大擾動情況下其過度調(diào)節(jié)時間 短，超調(diào)量小等優(yōu)點就體現(xiàn)出來了。綜合

31、算法的PID表達(dá)式為：Y(n) =W ( n-1 ) + Yp (n) + Y (n)(10)其中 YP( n) =KP e( n) ；Y (n) = Ki t e (n)；W (n) =T/T+ t Yd (n-1 ) + Kd 1/ T+ t e (n)脈寬調(diào)制(pwm輸出PID運算結(jié)果丫(n)與導(dǎo)葉開度W (n)進(jìn)行綜合比較后，其差值的大小產(chǎn) 生PWMI號，由于機組開與關(guān)的時間是不同的，因此整機放大系數(shù)在開或關(guān)也不 應(yīng)該相同，這樣才能保證靜、動態(tài)品質(zhì)優(yōu)良。丫(n) - Ya (n)>0開高速電辭閥動作；Y(n) - Ya (n)v0關(guān)高速電辭閥動作。軟件數(shù)字綜合放大計算如下：卩開(

32、k)=K開Y (n) - Ya (n) >0(11)卩關(guān)(k)=K開Y (n) - Ya (n) v0(12)式中K開為開方向整機放大系數(shù)；K關(guān)為關(guān)方向整機放大系數(shù)；卩開為開方向 偏差值；卩關(guān)為關(guān)方向偏差值。卩開（K）及卩關(guān)（K）決定了脈寬調(diào)制（PWM占空比的大小。T c為脈沖周期，Tw為脈沖寬度，占空比 D=TWTcX 100%脈寬調(diào)制（PWM是根據(jù)丫（n）與Ya （n）偏差大小對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制。 根據(jù)丫（n）與Ya （n）的偏差，卩開（K）與卩關(guān)（K）對輸出作用到開關(guān)高速電磁閥的導(dǎo) 通時間進(jìn)行脈寬（占空比）調(diào)節(jié)，從而控制了接力器開、關(guān)腔油缸的容積，達(dá)到 調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度的目標(biāo)。水輪機

33、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作點可以用水頭和接力器行程來確定， 工況可以由工況 回路來確定。在空載工況下，調(diào)節(jié) f =0 ；在負(fù)載開度調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)開度差值厶 丫=丫-Yg=0;在功率閉環(huán)調(diào)節(jié)工況下， 調(diào)節(jié)功率差值 P=F PG=0o通過對頻率差值， 或開度差值或功率差值進(jìn)行 PID 運算后，得到一個與該差 值所對應(yīng)的開度輸出信號， 經(jīng)過開度限制環(huán)節(jié)輸出到液壓隨動系統(tǒng)來控制導(dǎo)水葉 的開度，則導(dǎo)水葉的開度經(jīng) AD轉(zhuǎn)換后與PID調(diào)節(jié)器的輸出信號進(jìn)行綜合比較， 放大輸出，直到調(diào)整到PID調(diào)節(jié)器的輸出信號和導(dǎo)水葉開度所對應(yīng)的信號之差為 零。二、槳葉控制器2. 1、根據(jù)水輪機協(xié)聯(lián)曲線整定的協(xié)聯(lián)函數(shù)發(fā)生器。調(diào)速器通過電氣協(xié)

34、聯(lián)方式實現(xiàn)水輪機導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)。根據(jù)水輪機協(xié)聯(lián)曲 線整定的協(xié)聯(lián)函數(shù)發(fā)生器； 按實際水頭自動選擇相應(yīng)協(xié)聯(lián)曲線； 停機后自動將輪 葉開到啟動角度并在啟動過程中根據(jù)導(dǎo)葉開度的開啟自動切換到正常協(xié)聯(lián)。 采用 數(shù)字協(xié)聯(lián)方式，可預(yù)設(shè) 10條水頭下的協(xié)聯(lián)曲線，每條協(xié)聯(lián)曲線上設(shè)置 10個點， 線與線之間以及點與點之間采用線性插值， 最后輸出采用逐次逼近方式， 確保協(xié) 聯(lián)曲線的真實性及控制的平穩(wěn)性。2. 2、接受水頭信號及按實際水頭自動選擇相應(yīng)的協(xié)聯(lián)曲線。在調(diào)速器中預(yù)置了十條協(xié)聯(lián)曲線，每條曲線 10個點，按水頭大小，從小到 大逐條排到數(shù)碼存貯區(qū)內(nèi)， 將協(xié)聯(lián)曲線關(guān)系圖中選定的十條水頭值列于表中， 這 樣就可以根

35、據(jù)當(dāng)權(quán)水頭值和當(dāng)前槳葉值查處并計算出當(dāng)前槳葉的開度， 協(xié)聯(lián)插值 計算如下：2.接在協(xié)聯(lián)表中查出相應(yīng)槳葉值。2. 2. 2.若當(dāng)前水頭值與表中水頭值不同，在Hi和Hi+1水頭之間的水頭值為H，此時導(dǎo)葉開度值若為a,則可根據(jù)線形插值法計算出對應(yīng)槳葉值© h, C點為當(dāng)前H水頭下的某一點。H位于表中水頭值Hi和Hi+1之間，先根據(jù)當(dāng)前 導(dǎo)葉值，在Hi+1上查出B點所對應(yīng)的槳葉值© i+i 和在Hi上查出A點的槳 葉值© i。經(jīng)© i = © i + (Hi+i H) ( © i+i 一 © i)/( Hi+i 一 H i)計算后即

36、為所求的在H水頭下C點的槳葉值，因此可以根據(jù)上述插值計算 公式可計算出任意水頭下的導(dǎo)葉開度所對應(yīng)的槳葉開度值。2. 3、能保證機組在停機后自動把槳葉開到起動角度，并在起動過程中按一定條件自動轉(zhuǎn)換到正常的協(xié)聯(lián)關(guān)系。在自動工況停機后自動將輪葉開到啟動角度， 在開機過程中根據(jù)導(dǎo)葉開度的 開啟自動逐步關(guān)回到零后切換到正常協(xié)聯(lián)。三、轉(zhuǎn)速探測調(diào)速器轉(zhuǎn)速探測系統(tǒng)由齒盤測速和殘壓測速 2種測量方式組成。齒盤測速方 式采用安裝在水輪機大軸或發(fā)電機下機架大軸上的齒盤和4組脈沖轉(zhuǎn)速探測器組成，其中2組脈沖轉(zhuǎn)速探測器用于調(diào)速器、其余用于測速裝置。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn) 速信號還采用取自機端的PT殘壓測速方式。殘壓測速信號保證在

37、水輪機發(fā)電機 組的各種運行工況下滿足調(diào)速系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速信號的要求。由電網(wǎng)電壓互感器及發(fā)電機出口電壓互感器送來的機網(wǎng)頻信號 , 經(jīng)過降壓、濾波、整形、分頻后變成方波 信號與 500KHZ 脈沖源相與，通過高速計數(shù)模塊對其脈沖源數(shù)進(jìn)行高速計數(shù)，NR=Nk+Nk-1+Nk-2+Nk-3+Nk-4+Nk-5(k 為當(dāng)前時刻 )則機、網(wǎng)頻一個周期的脈沖個數(shù) 為NR NR-i,頻率計算方法為：f = 3X 106/ N r NR-1當(dāng)兩個相鄰上升的一個周期脈沖個數(shù)為 NR 2-1=60000個脈沖時：頻率 f =3 X 106/60000=50Hz高速計數(shù)模塊將從PT送來的機，網(wǎng)頻信號(f j，fw)處理后，

38、得到的頻率 差 f。被控機組在空載工況下，網(wǎng)頻正常且為跟蹤狀態(tài)時的頻差為： f = f w f J 機組并網(wǎng)運行后，空載無網(wǎng)頻，或在不跟蹤工況下，頻差為： f = f G f J， f G為頻率給定值。測頻環(huán)節(jié)的可靠性、穩(wěn)定性以及精度和實時性是保證調(diào)節(jié)品質(zhì)的關(guān)鍵所在， 因為它將直接影響調(diào)速器的調(diào)節(jié)品質(zhì)和整機的運行狀況， 因此我方將通過以下方 式確保調(diào)速器系統(tǒng)測頻的高可靠性：機組的測頻采用兩路(PT、齒盤)互為熱備用，網(wǎng)頻采用PT測頻，測頻精 度達(dá)到 0.001Hz 以上。 機組頻率fj反饋信號：機端PT電壓0.2V180V;測頻范圍0.2100HZ(3) 系統(tǒng)頻率fw反饋信號：母線PT電壓80

39、V180V;測頻范圍0.2100HZ(4) 為提高齒盤齒盤精度，齒盤測速設(shè)計為雙傳感器 。 殘壓+齒盤冗余式測頻技術(shù)說明(1) 測頻裝置是決定水輪發(fā)電機組及調(diào)速器安全、穩(wěn)定運行極為關(guān)鍵的部 件。目前，國內(nèi)水輪發(fā)電機組微機調(diào)速器的測頻信號均取自于發(fā)電機機端電壓互 感器(PT)信號。優(yōu)點是成本低、安裝簡單，但也存在著缺點，主要體現(xiàn)在如下幾 個方面：第一、干擾源復(fù)雜且難以排除，部分表計、勵磁調(diào)節(jié)器、保護(hù)裝置大多與測 頻裝置取自于同一 PT的信號，無法隔開，而且各個部分引入PT信號的線路環(huán)境 各異，走線復(fù)雜，彼此間相互干擾。即使采用屏蔽線、硬件抗干擾、軟件濾波等 措施均難有效地消除干擾，特別是在殘壓比

40、較低時更是如此。第二、低轉(zhuǎn)速時殘壓信號嚴(yán)重失真， 根本無法通過殘壓信號正確測量出機組頻率。第三、若PT的保險炸裂、接觸不良或斷線等。(2) 采用齒盤測頻(即采用接近開關(guān)和齒盤)檢測機組頻率，其信號的電壓幅 值穩(wěn)定，且為獨立的系統(tǒng)，不易受現(xiàn)場干擾，是可靠的測頻信號源。齒盤測頻的頻率信號源是通過一對電磁感應(yīng)式的進(jìn)口的接近開關(guān)取自于安 裝在機組大軸上齒盤裝置，該信號系統(tǒng)是一個獨立系統(tǒng)，其幅值與機組轉(zhuǎn)速無關(guān)， 可靠性高。該裝置從根本上解決了頻率信號的干擾問題。(3) 測頻環(huán)節(jié)是決定水輪發(fā)電機組調(diào)速器安全、穩(wěn)定運行極為關(guān)鍵的部分， 采用齒盤測頻和殘壓測頻形式的雙路測頻是最可靠的方案。雙路測頻互為熱備 用

41、，一旦某路故障，立即無擾動切換到另一路，并發(fā)故障信號。齒盤測頻結(jié)構(gòu)示意圖與工作過程：齒盤測頻由齒盤、接近開關(guān)和微機測頻單元組成，如圖示：安裝在水輪發(fā)電機組大軸上的齒盤與一對電磁式接近開關(guān)一起組成了頻率 信號產(chǎn)生單元。由信號整形電路、濾波電路、單片機和機頻信號輸出電路一起構(gòu) 成了頻率信號測量單元。頻率測量單元將測量出的機組頻率以方波或數(shù)字量形式 送到調(diào)速器。當(dāng)機組大軸轉(zhuǎn)動時帶著齒盤一起旋轉(zhuǎn)，固定在支架上一對電磁式接 近開關(guān)就產(chǎn)生了兩個信號，通過單片機將這兩個信號組合、濾波、計算等處理后 得一個與機組頻率成正比的值，并將這個值以方波或數(shù)字量形式送到微機調(diào)速 器。T1，T2為電磁式接近開關(guān)，T1與T

42、2位置與機組旋轉(zhuǎn)方向順序不能錯。T1、 T2與齒盤測頻裝置之間采用3芯屏蔽線。采用該形式的齒盤測頻，在保證實時性的要求下，其測頻誤差：v± 0.001HZ。 雙路測頻是采用齒盤的信號和機組 PT的機頻信號同時送到PLC PLC同時測量 兩路機組頻率。當(dāng)兩路頻率信號都正常時，調(diào)速器取平均值作為機頻信號；當(dāng)其中 一路故障時，調(diào)速器取另一路作為主用機頻信號；當(dāng)兩路信號全部故障時，調(diào)速器 自動切換到電手動運行，并報警。第四章 水輪機微機調(diào)速器的硬件一、PLC微機調(diào)速器（以雙Modicon TSX Quantum系統(tǒng)的微機調(diào)節(jié)器為例）1.1概述調(diào)速系統(tǒng)配備兩套完全相同的微機調(diào)節(jié)器構(gòu)成雙通道冗余

43、結(jié)構(gòu)安裝在控制柜 內(nèi)機架上，雙系統(tǒng)采用主、備運行方式，一套工作，一套備用。備用機自動跟蹤工 作機狀態(tài)，當(dāng)工作機有故障時自動無干擾切換到備用態(tài)，備用機投入工作。若兩套 系統(tǒng)同時故障時，自動無擾動切換到純手動控制方式下運行。1.2硬件調(diào)節(jié)器采用施耐德公司 Modico n TSX Qua ntum 140CPU434 12型可編程控制 器為調(diào)節(jié)控制中心。Modicon TSX Quantum 140CPU434 12型可編程控制器為32 位機，時鐘頻率66MHz是目前可編程控制器調(diào)速器中配置最高的一種 （輸入點 數(shù)8192點，輸出點數(shù)8192點），是一種高檔機型；控制指令豐富，網(wǎng)絡(luò)能力強；調(diào)速系統(tǒng)

44、配備的PLC能適應(yīng)將來主要功能和輔助功能擴展的需要。PLC裝在柜內(nèi) 機架上，并能適應(yīng)招標(biāo)文件所列的環(huán)境條件而長期工作。調(diào)速系統(tǒng)滿足規(guī)定的所有 功能要求，包括在線/離線自診斷功能。在外界條件允許的變化范圍內(nèi)運行而不產(chǎn) 生漂移。PLC的I /0模塊與外部的I /0信號均有光電隔離措施各種型號的模擬輸 入輸出及數(shù)字輸入、輸出通道數(shù)配置并預(yù)留25%勺裕量，所有的電氣模塊均可帶電拔插。Modic on TSX Qua ntum 140 CPU434 12A可編程控制器主要配置序 號型號兀器件名稱生產(chǎn)廠家說明1140CPU43412ACPU法國施耐德公 司閃存/SRAM:1M/2M離散量：65535時 鐘

45、頻率66MHz寄存器：57K，IEC 1131-3 程序容量： 896K,梯形圖：64K,掃描時間： 0.1ms/k0.5ms/k2140CPS 214 00電源模塊法國施耐德公 司24VDC運行方式，獨立/累加冗余 過流過壓保護(hù)：8A3140EHC 202 00高速輸入法國施耐德公 司總點數(shù)2，精度：500K4140DDI84100數(shù)字量輸入法國施耐德公 司1060VDC輸入，16點，每組兩點5140DDI35300數(shù)字量輸入法國施耐德公 司24VDC輸入，32點，4組8輸入6140DD084300數(shù)字量輸出法國施耐德公 司1060VDC輸出，16點，每組 8點，最大負(fù)載電流：2A/點；響應(yīng)

46、時間：1ms7140DD035300數(shù)字量輸出法國施耐德公 司24VDC輸出，32點，每組8點，0.5A/點；響應(yīng)時間：1ms8140AVI03000模擬量輸入法國施耐德公 司8路模擬量單極和雙極輸入，分辯率1416位，全通道更新時間：10ms9140ACO130 00模擬量輸出法國施耐德公 司8路模擬量輸出，15VDC 420mA,分 辯率12位10140AV002000模擬量輸出法國施耐德公 司4路模擬量輸出，15VDC 420mA,分 辯率12位，11140 ERT 854 10事件順序記 錄GPS接口，7輸入/5輸出，總點數(shù)32 ，精度1ms12140XBP01600底板法國施耐德公

47、司13140XTS0200端子條法國施耐德公 司14140NOE77111網(wǎng)絡(luò)模塊法國施耐德公 司Ethernet TCP/IP 嵌入式Web服務(wù)器15LY2J/LY4J繼電器日本OMRON2 對/4 對(10A AC250V)16XB2BJ53C/XB2BD25C開關(guān)、按鈕、 指示燈法國施耐德公 司3位/2位（波段開關(guān)）17SS-5GL2行程開關(guān)日本OMRON5A AC 250V18ABL7RP開關(guān)電源法國施耐德公 司5V、土 12V/24V19GP2600觸摸屏日本 DIGITAL12.4 ”真彩 分辨率640 X 480調(diào)速器輸入輸出原理圖開機命卒I譚機命烽I費略蠱I誦珀命令I(lǐng)比例閥工作

48、I増加I織少I w±ffiI機豐動I電毛動I故話垠歸I醐越申妄圧礪I也網(wǎng)蜒室I齒氏削建I證稲I *頭皓號I調(diào)建融系統(tǒng)敵審調(diào)建裁也亦消夷電梅轉(zhuǎn)臥超VI西惰竄礙授入 竄礙復(fù)歸二急停雙機之間共享輸入開關(guān)量指令信號、面板操作信號、顯示信號，共享一臺觸摸屏進(jìn)行人機對話和操作。每臺機有各自的導(dǎo)葉開度、有功功率、水頭等模擬量信號和殘壓PT齒盤雙路機組轉(zhuǎn)速信號及一路系統(tǒng)頻率信號。機械液壓隨動系統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換機構(gòu)、 切換閥等由工作機來控制，工作機將當(dāng) 前的運行工況、運行參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)實時的傳送給備用機，備用機將采集的轉(zhuǎn)速 信號、開度信號、有功及水頭信號和自身的運行狀況實時的傳送給工用機， 雙機 間通過M

49、B+(Modbus Plus)口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。雙機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖：A機B機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖8VS機容錯初換L圖12雙機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖工作機本身硬件工作正常時，如果采集的輸入信號故障，則取用備用機的輸入信號；當(dāng)工作機硬件故障時則自動退出，備用機自動投入獲得控制權(quán)。備用機可熱備用也可冷備用，亦可全套拆除且不影響工作機正常工作。調(diào)速 系統(tǒng)的各種運行方式的切換操作，保證機組有功、轉(zhuǎn)速及開度不產(chǎn)生擾動。微機調(diào)節(jié)器的主要部件：施耐德公司昆騰系列高檔PLC和施耐德及日本OMRON公司的元器件。調(diào)節(jié)器中CPU為高性能的Modicon TSX Quantum 140CPU434 12A能完成調(diào)速器的各種功能，

50、CPU字長32位，離散量：65535,時鐘頻率66MHz調(diào)節(jié)器內(nèi)存容量：閃存/SRAM : 1M/2M，寄存器：57K, IEC 1131-3 程序容量：896K,梯形圖：64K,，可容納各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，調(diào)速器應(yīng)用程序 8K,占用內(nèi)存 8 K,留有足夠的擴展容量。閃存/SRAM后備電池5年內(nèi)保證正常工作。每套調(diào)節(jié)器配備獨立的CPU莫塊、電源模塊、通訊模塊和插拔式輸入輸出模塊（I/O模塊）。I/O模塊與外部的I/O信號均應(yīng)有光電隔離措施并應(yīng)有發(fā)光二極管 （LED型指示燈以指示故障。串行通訊接口，用于現(xiàn)地與便攜式的 PC機連接，以便修改、調(diào)試程序和設(shè)定 參數(shù)，其中一個備用。調(diào)速系統(tǒng)的輔助試

51、驗功能和其他附加功能所需的通訊接口以 便存取數(shù)據(jù)。第五章 水輪機微機調(diào)速器的形式一、調(diào)速器的發(fā)展1機械液壓調(diào)速器最早的水輪機調(diào)速器斗時機械液壓調(diào)速器，它是隨著水電建設(shè)發(fā)展而在 20 世紀(jì)初發(fā)展起來的， 它能滿足帶獨立負(fù)荷和中小型電網(wǎng)中運行的水輪發(fā)電機組調(diào) 節(jié)的需要，有教好的靜態(tài)特性和動態(tài)品質(zhì)，可靠性較高。但是，面臨大機組、大 電網(wǎng)提出的高靈敏度、 高性能和便于實現(xiàn)水電站自動化的要求， 機械液壓調(diào)速器 固有的采用機械液壓方法進(jìn)行測量、 信號綜合和穩(wěn)定調(diào)節(jié)的功能就露出明顯的缺 陷?，F(xiàn)在，新建的大型水輪發(fā)電機組幾乎均步采用機械液壓調(diào)速器， 只有中小型 機組仍有相當(dāng)一部分采用機械液壓調(diào)速器， 而且大部

52、分電廠已經(jīng)改造為現(xiàn)代新型 調(diào)速器。2電氣液壓調(diào)速器測速、穩(wěn)定及反饋信號用電氣方法產(chǎn)生， 經(jīng)電氣綜合、 放大后通過電氣液壓 放大部分驅(qū)動水輪機接力器的調(diào)速器，稱為電氣液壓調(diào)速器。20 世紀(jì) 50年代以后，電氣液壓調(diào)速器獲得了較為廣泛的應(yīng)用。從采用的元 件來看，它又經(jīng)歷了電子管、磁放大器、集成電路等幾個發(fā)展階段。 20 世紀(jì) 80 年代末期，出現(xiàn)了水輪機微機調(diào)速器并被廣泛采用。3 . 數(shù)字式電液調(diào)速器隨著 1971年微處理機的問世，世界各國在 20世紀(jì) 80 年代初都開始研制微 機（液壓）調(diào)速器。適應(yīng)式變參數(shù)微機調(diào)速器研制成功了，于 1984年 11月在湖 南歐陽海水電站進(jìn)行了試驗并投入運行， 其

53、后又與有關(guān)單位合作， 開發(fā)生產(chǎn)了雙 微機單調(diào)節(jié)微機調(diào)速器和雙微機雙調(diào)節(jié)微機調(diào)速器，據(jù)不完全統(tǒng)計，已有 100 多臺產(chǎn)品在水電站運行。針對自行研制開發(fā)的微機系統(tǒng)存在著由非計算機專業(yè)人員設(shè)計和生產(chǎn)、 批量 過少而導(dǎo)致可靠性不高的問題， 1993 年率先提出并完成了可編程控制器（液壓） 調(diào)速器的開發(fā)和生產(chǎn)，至 2000年底，據(jù)不完全統(tǒng)計已有近 600 臺可編程控制器 （液壓）調(diào)速器在國內(nèi)外水電站運行。 成為我國當(dāng)前水輪機微機調(diào)速器的微機調(diào)節(jié)器主導(dǎo)產(chǎn)品從 2000 年下半年開始，已開始研制新一代的水輪機調(diào)速器的微機調(diào)節(jié)器 基于現(xiàn)場總線的全數(shù)字微機調(diào)節(jié)器。顯然，隨著微機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技 術(shù)的發(fā)展，

54、水輪機微機調(diào)速器的微機調(diào)節(jié)器將會得到不斷的完善和發(fā)展。與微機調(diào)節(jié)器的發(fā)展同步， 水輪機調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換裝置也由原來的單一的 電液轉(zhuǎn)換器和電液伺服閥，發(fā)展成為由電磁閥、比例閥或者步進(jìn)電機 / 伺服電機 構(gòu)成的電液轉(zhuǎn)換裝置。同時，還研制成功了三態(tài) / 多態(tài)閥式的機械液壓系統(tǒng)。二、調(diào)速器的分類1. 從被控制對象的多少來分， 可分為單調(diào)調(diào)速器和雙調(diào)調(diào)速器。 一般單調(diào)調(diào) 速器用于反擊式機組中各類型的定漿式機組。 被控對象只有導(dǎo)葉， 靠調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的 開度大小來控制經(jīng)過水輪機葉片的水流量。 雙調(diào)調(diào)速器用于各類反擊式轉(zhuǎn)漿機組 類型。被控制對象由導(dǎo)葉和漿葉， 依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開度以及漿葉的角度來控制水 流對水輪機的

55、出力，一般來說，轉(zhuǎn)漿類機組存在導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)控制。此外，雖然沖擊式機組被控制對象比較多，但我們歸其為另一類n噴n折或 者 n 噴 1折型調(diào)速器， 專門用于沖擊式機組。 根據(jù)沖擊式機組的噴針數(shù)量以及折 向器的數(shù)量不同，調(diào)速器的控制對象也不同。2 . 水輪機調(diào)速器從整體上講是一種機電一體化產(chǎn)品，機械執(zhí)行部分我們采 用液壓控制。根據(jù)電液轉(zhuǎn)換方式來劃分，可分為數(shù)字式（SLT）、步進(jìn)電機式（BWT、 比例式（PSWT調(diào)速器。有時數(shù)字式和比例式結(jié)合在一起使用。數(shù)字式調(diào)速器利 用電磁閥用數(shù)字脈沖控制閥的開關(guān)， 達(dá)到控制接力器開關(guān)的效果。 而步進(jìn)式調(diào)速 器利用電流驅(qū)動步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生豎直方向位移， 協(xié)同主配壓閥控制接力器 的開關(guān)。比例閥通過比例控制器和主配壓閥完成電液轉(zhuǎn)換。3 . 根據(jù)使用的油壓大小分為常規(guī)油壓和高油壓調(diào)速器。常規(guī)油壓有： 2.5MP， 4.0MP， 6.3MP高油壓一般為 16M