電力系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器的改造探討

邱雄挺

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器是電力系統(tǒng)中使用的主要設(shè)備，保證了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)營，還可以提升電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。但是從電力系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器目前的應(yīng)用狀況來看，由于電力系統(tǒng)環(huán)境較復(fù)雜，導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器較容易受到外界多種因素的影響，不僅改變了水輪發(fā)電調(diào)速器內(nèi)部參數(shù)，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)各種故障，給電力系統(tǒng)的發(fā)展造成了很大影響。文章主要結(jié)合電力氣系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用狀況，介紹了水輪發(fā)電機(jī)的工作原理，然后簡要分析其的實(shí)際應(yīng)用，希望可以給相關(guān)研究人員提供借鑒，帶動(dòng)電力系統(tǒng)的向長遠(yuǎn)的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；水輪發(fā)電機(jī)；調(diào)速器；改造

中圖分類號：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0022-02

Abstract：the hydro-generator governor is the main equipment used in power system， ensure the normal operation of power system， can improve power system economic benefits. But in the power system application status of hydro-generator governor now， because the power system environment is complex， result in hydro-generator governor is easily affected by the outside world a variety of factors， not only changed the internal parameters of the turbine speed governor， resulting in various problems in practical application， caused great influence to the development of electric power system. In this paper， combining with the electric energy system and the actual application of hydro-generator is introduced the working principle of the hydraulic generator and the brief analysis of its practical application， hope can provide reference to the related researchers， driving the development of the direction of the electric power system to the long term.

Key words：power system； Hydro-generator； The governor； transform

隨著外界條件的變化，電力系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)各種問題。一旦調(diào)速器發(fā)生變化，就會(huì)影響調(diào)速器的應(yīng)用，不能保證調(diào)速器的正常運(yùn)行，給電力企業(yè)造成了巨大損失。所以必須抵抗外界干擾，維持發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率，保證供電質(zhì)量。

1 水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的作用

隨著水電站的建立，緩解了我國存在的能源問題，保證了人們的日常生活。水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器是維持水電站日常正常工作的主要設(shè)備，可以保證水電站正常工作，主要對水電站發(fā)電電壓和電流進(jìn)行控制。但是在水輪發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，如果不使用水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器，就會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度得不到控制，容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度較快等各種問題，嚴(yán)重時(shí)還將造成機(jī)器故障，直接影響了水電站的經(jīng)濟(jì)。

目前很多水電站都使用了過速保護(hù)裝置，隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升，許多保護(hù)裝置就會(huì)因水輪發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行而停止工作，影響了電力系統(tǒng)的經(jīng)營效益，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

此外，由于水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器主要依靠水流完成各項(xiàng)操作。一旦水流速度較快，保護(hù)裝置成功運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)增加水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行速度，為了維持發(fā)電機(jī)的正常工作，必須使用水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器對水閥門進(jìn)行修復(fù)，減少對水電站發(fā)電的影響。

總之，可以將水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器作用歸納為以下幾點(diǎn)：

第一，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)水輪轉(zhuǎn)速，滿足了電力系統(tǒng)對頻率質(zhì)量的要求；

第二，可以讓水輪發(fā)電機(jī)自動(dòng)或手動(dòng)完成啟動(dòng)，合理調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷；

第三，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器承擔(dān)起負(fù)荷分擔(dān)重?fù)?dān)，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益；

第四，滿足了沖擊式、足漿式調(diào)速器的聯(lián)合調(diào)節(jié)要求。

2 水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器的工作原理

從水輪發(fā)電機(jī)實(shí)際特點(diǎn)來看，其輸出頻率與內(nèi)部磁極具有很大關(guān)系，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)成為影響輸出電流的主要因素，為了保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定工作，必須及時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，利用穩(wěn)定的機(jī)械轉(zhuǎn)速保證發(fā)電機(jī)的正常工作，提高水電站供電質(zhì)量。

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)受到水流狀況的影響，通常隨著水流速度的增加，轉(zhuǎn)速增快，無法保證電力系統(tǒng)正常作業(yè)，同時(shí)流量和機(jī)械效率也會(huì)對其正常工作產(chǎn)生影響。為了合理控制水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器轉(zhuǎn)速，必須利用過水流量實(shí)施控制。調(diào)速器是不僅承擔(dān)著調(diào)節(jié)水輪機(jī)的作用，還可以及時(shí)控制水系統(tǒng)，進(jìn)而改變了水流速度。

通常電力系統(tǒng)中經(jīng)常將水輪發(fā)電機(jī)與計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接在儀器，利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行改變水輪發(fā)電機(jī)負(fù)荷，也可以控制發(fā)電機(jī)開關(guān)，進(jìn)行暫停和停機(jī)等操作，保證了機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。老式調(diào)速器一般操作不方便，靈活性不高，對電力系統(tǒng)正常工作產(chǎn)生了很大影響。

隨著我國數(shù)字化的實(shí)施，很多水中使用的發(fā)電機(jī)都進(jìn)行了改革，實(shí)現(xiàn)了調(diào)速器的信息化與智能化控制，可以及時(shí)改變調(diào)速器工作，促進(jìn)了水電站調(diào)速器的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化改造和發(fā)展。此外，調(diào)速器自身擁有的非線性特征也可以維持當(dāng)前工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化調(diào)速器的控制。

3 水輪發(fā)電機(jī)改造后的實(shí)際應(yīng)用

本次主要以某發(fā)電機(jī)為例，詳細(xì)介紹了水輪機(jī)調(diào)速器經(jīng)過改造后的功能和應(yīng)用，具體分析如下：

從水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器特點(diǎn)來看，其主要依靠轉(zhuǎn)速波動(dòng)等調(diào)節(jié)水陸及葉片的開度，可以將水輪機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到正常鉆臺(tái)，保證了其在穩(wěn)定狀態(tài)下的工作，而且也提升了電力系統(tǒng)的工作效率。由于水流慣性較大，水輪發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中具備的非線路性質(zhì)，直接影響負(fù)荷變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速器不能進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。

實(shí)際改造時(shí)，可以借助多項(xiàng)方程減少調(diào)速器受到的外界的影響，同時(shí)還可以使用PID法模擬水輪轉(zhuǎn)速器運(yùn)行，及時(shí)調(diào)節(jié)了機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，反映外界變化時(shí)調(diào)速器的變化。之后，假設(shè)并將多項(xiàng)方程應(yīng)用到調(diào)速器實(shí)際運(yùn)行中，保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行。

此外，使用Regress函數(shù)也可以將水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器帶入到模擬中，避免了外界對水輪發(fā)電機(jī)的影響，提高了工作效率，增加了水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器的運(yùn)行控制力度。

在實(shí)際應(yīng)用中，將高速數(shù)字脈沖閥應(yīng)用到導(dǎo)葉和容錯(cuò)均控制開關(guān)中。之前該閥主要利用手動(dòng)方式控制，當(dāng)比例伺服閥產(chǎn)生故障時(shí)，可以切換到容錯(cuò)控制，直接由電氣柜輸出高速脈寬信息完成調(diào)節(jié)操作，保證了裝置穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)將全液控自復(fù)主配壓閥作為控制核心。主配壓閥主要控制信號流量輸入，可以直接對電流伺服比例閥進(jìn)行控制，取消了常規(guī)調(diào)節(jié)杠桿、引導(dǎo)閥及反饋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡化了系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)可靠性，促進(jìn)為出工作的進(jìn)展。

另外，主配送壓閥具有自主回復(fù)中位的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以不進(jìn)行機(jī)械零位調(diào)整。

第一，調(diào)速器器實(shí)際工作方式。調(diào)速器可以利用手動(dòng)、電手動(dòng)和自動(dòng)方式工作。機(jī)械運(yùn)行是電手動(dòng)可以控制把手接力器開度；自動(dòng)運(yùn)行可以控制導(dǎo)葉開度；并入電網(wǎng)狀態(tài)可以在幾種方式下完成控制。

第二，調(diào)速器調(diào)節(jié)模式。調(diào)速器主要從頻率、公路和開度等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，負(fù)荷狀況下采用開度調(diào)節(jié)，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)為頻率調(diào)節(jié)；一旦負(fù)載運(yùn)行頻率超過50.4 Hz或低于49.5 Hz，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向頻率調(diào)節(jié)模式的變化。

第三，調(diào)速器運(yùn)行狀況分析。調(diào)速器運(yùn)行模式主要是開機(jī)過程、負(fù)載運(yùn)行、停機(jī)過程等。

第四，調(diào)速器控制方式發(fā)生了較大變化。當(dāng)?shù)嘏c遠(yuǎn)方控制是調(diào)速器的主要控制方式，遠(yuǎn)方主要從控制室通過監(jiān)控完成操作控制，已經(jīng)成為控制中采用的主要方式；現(xiàn)地控制可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)幾面與把手開關(guān)等操作。

第五，具有自適應(yīng)水頭變化功能。改造后調(diào)速器與水頭數(shù)據(jù)可以利用智能化截面完成人工輸入，調(diào)速器可以根據(jù)接力器開度與水頭值等調(diào)整，促進(jìn)了快速并網(wǎng)的開展。

第六，協(xié)聯(lián)操作減輕了機(jī)組振動(dòng)擺動(dòng)。未改造前，受機(jī)械運(yùn)行因素、電磁因素等的影響，機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)力度較大，而且水輪發(fā)電機(jī)的大幅度擺動(dòng)還影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。實(shí)施改造后，漿葉與導(dǎo)葉可以協(xié)同工作，各部件振動(dòng)標(biāo)定均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，提高了機(jī)組安全，延長了水輪發(fā)電機(jī)使用壽命。

4 結(jié) 語

本文主要對電力系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器改造進(jìn)行研究，及時(shí)解決水輪發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生問題，減少外界環(huán)境對水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行造成的影響，促進(jìn)電力系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器的發(fā)展，維持電力系統(tǒng)工作。

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