水轮机调节

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1、1、水轮机调节的基本任务是什么？与其它调节系统相比，水轮机调节有哪些特 点？ 基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组 转速（频率）在规定的范围内。这就是水轮机调节的基本任务。水轮机调节的特点：（1）水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位 水体 小所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通 过较大的流量，因 而水轮机及其导水机构也相应较大。（2）水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。（3）有些水轮机具有双重调节机构。（4）随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多 的自动操作和自动控

2、制功能。总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。2、什么是调速系统的转速死区？其对调节性能有何影响？转速死区：在调速系统的转速上升和下降静态特性曲线中，相同开度下的转速之差与额定转度之比。n ni = 12 x 100%n nr对调节性能的影响：转速死区使调节系统频率调节质量降低，使机组负荷分配误 差增大，对调节系统稳定性也不利。5、什么是调节保证计算？在设计阶段就计算出甩负荷过渡过程中的最大转速上升值及最大压力上升值，以 判断甩负荷过程中的压力和转速是否超过允许值，工程上把这种计算称为调节保 证计算。6、什么是直接水击、间接水击？什么是水击相长？直接水击：阀门（导

3、叶）的关闭（开启）时间Ts Tr,则在水库传来的反射波 还没到达时，阀门（导叶）已经关闭（开启）。因此，在阀门（导叶）关闭（开 启）时刻，只受到直接波的影响，这一现象，称为直接水击。间接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts Tr，则阀门（导叶）关闭（开 启）前，反射波已经达到。因此，阀门处的压力取决于直接波和反射波，这一现 象称为间接水击。水击相长：由A端产生的水击波到达B端反射回A端所经历的时间称为水击的相 长。Tr7、试写出T、T、T的公式，并分析各自的物理含义和在调节系统所起的作用。warT，水流惯性时间常数：是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性w AgH0的特征时间常数，反应了

4、水击的严重程度。T = GD2nr2，机组惯性时间常数：反应转子加速快慢的时间常数，发电机组惯a 3580Pr性时间常数越小，说明转子越易加速，超速可能性越大。2LT = 2L,水击相长，由A端产生的水击波到达B端反射回A端所经历的时间。ra8、微机调速器中连接电气部分和机械液压部分的关键元件是什么？它的作用 是什么？电液转换器作用:将调节器部分输出的综合电气信号，转换成具有一定操作能力和位移量的 机械位移信号，或转换成为具有一定压力的流量信号。10、绘图说明变化的负荷如何在并网机组之间进行自动分配。PiP3Ps F/ p设系统中有n台并列运行的机组。系统的转速为n，各台机组担任的负荷分别为:

5、 P、p、P。如果外界负荷增加了 AP，此时各机组转速将降低，设新平衡的 转速为n3，此时各台机组的负荷增加为P 、P 、P ，同理当外界负荷 0 1 2 3 减少时，各台机组的负荷将减少。由相似三角型关系：aC = 1 = AC = nmax P P BC P111 ren 同理：n n = p2 r2 00 P2rbcen贝n n二一r100 P1rAP ，1n e n min 二 一P1renpn rnPnnrAP =2于是：AP APp1eAP= nPnrepn工APi n n 士=00y P n4re1 pie p2 APAP =1 丫 Ptr-e1 piPX irepi即：当机组台

6、数、容量及调差率一定时，各台机组承担的负荷与其额定出力成正比，与调差率成反比。12、试推导出混流式水轮机的动态方程，并说明六个传递系数的含义。混流式水轮机的稳态特性，它可以表示为Q = Q（a、H、n）上式函数均为非线性函数。在研究小波动问题时,可以采用近似的线性模型, 为此需在稳态工况点将上述两式展开为台劳级数，并略去含有二阶以上导数的各 项,有M +皿=M。+ 警M + 讐心+ 曙Qo + AQ= Q（） A+l 一冗+T 十(勺 + 补 + bp因此随动系统传递函数： 中间接力器型调速器传递函数为G (s)二 G (s)G (s)二lrrir2T Ts2 + T + (b + b )T

7、s + b (Ts +1)y1 dy1t p dp y通常中间接力器的行程较辅助接力器大得多，其时间常数亦略大，但总还是较Ty和Td为小，若令Tyl=O,则有：T s +1G (s) =dr (b + b )T T s2 + T + (b + b )T s + b t p y dy t p dp阶跃响应：如前所述，辅助接力器型调速器传递函数为：11通常TyTd，且bp兰0,则上式可写为：G (s)二一+ r b b T st t d可得到：y(t)二丄+占b b T t t d其图形见图611。由图可见，在阶跃信号加入后，输出y即有一跳变，其幅值 为1/bt,随后随 时间直线变化。1/bt的大

8、小表征了调速器的速动性。实际上由 于接力器有一定的时间常数，因此接力器位移不可能产生跳变，上式只是近似地 表达辅助接力器型调速器的调节规律。具有前向微分校正的辅助接力器型调速器的传递函数b1T+ n图6-12 PID调速器瞬态响应bp =0 bf = 0.5 Td = 4.0$1 一Ty =0.2 町=0.25$ 兀=0.025$2 一7； - 0.2 T =Q.5s 町=0.05$3-7； =0.05 7； =0.25$ TK = 0.025jr14、试按刚体理论推导等截面的均质管道的水击压力上升公式。根据动量定理，在末端A处所产生的压力变化：APAt = mAv 式中：m为水管内全部水体的

9、质量，m =咚，丫为水的重度。gLAugAtAuAuAQLu (一)AHo uLuuLQQ二0二 0 4 二 00HgH AtgHAtgH SAt0 0 0 0uQ=,q =-uQ00T LQT =0-w gSH0 _戶 rr dqS =-T w dt导叶从开始动作到最大转速时刻之间的水轮机出力随时间y SL于是 AP 二 一 Av，又 AP 二 ySAH，则 AH = gAt用相对量表示：AH 令：=，H0Lu亠或gH0 _则：g=T空或w dt试按甩负荷后，15、 呈直线减至零时的转速上升公式和水轮机力矩随时间呈直线规律减小至零时的 转速上升公式。机组运动方程为J一 = M -M =Mdt

10、 t g(1)假定甩负荷后，导叶开始动作到最大转速时刻之间的水轮机力矩随时间呈直 线减至零。将其代入上式积分：Mdtw maxw0Awwmax maxTM TM=n0 + c02 J J卜max 亦=1 (jT” Mdt + TM )J 0c 0w 1 T T Mw = J n_Mdt + c00 J 0J兀nP 了 GD 2其中：o二,M = 0, J =300 o 4g00 Ao An0 max maxon00_ 2T + T c n则：0其中：2Ta GD2nT 0-a 3580P0但实际上力矩随时间变化过程线并不是直线，这里有水击的影响及水轮机特性的 影响等，所以引进一修正系数：2T

11、+ Tf0 cn _2Ta（2）假定甩负荷后 关系减至零。因为P二Mo ,则：两边同时积分：TPO 2 O 2 = n_+max 0 Jo 2_ P (T + 2T)o20fomaxo02T P-0Jodo dtJodo (f Tn Pdt + T P )J 0C 0其中：-n Jo20兀n T GD 2 o 二,J 二304gGD2n03580P0:T +2T_ n+ 1Taomaxo0o o + Ao自导叶开始动作至最大转速之间，水轮机出力随时间呈直线max 0 max0Aoo omaxo00 max max0oo0 0T + 2T则：0 n c + 1 1Ta但实际上出力随时间变化过程线不是直线，这是由于水击及水轮机特性等的影 响，所以在上式中乘一个修正系数f,贝V:Tf + 2T_ j0 nl +1 1Ta