道
发电机
L=0
水轮机
尾水
功率 整流 屏
励磁 调节
器
机械液
调
压执行
速
机构
器
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
一、水轮机调节的必要性
❊用电负荷是随时变化的
❊电能无法大量储存
会导致机组转速——频率、电压变化
❊电能生产必须满足电能质量的要求
大电网：f=50±0.2Hz V=Ve±(5~10%)Ve
四、水轮机调节的特点和基本要求
特点：
❊ 操作力大； ❊ 影响因素多，动作过程复杂； ❊ 功能多。调速器不仅能维持机组转速不变，而且还是机组主要控制设备之一。 机组的启动、停机、并网和加减负荷等操作也是调速器的主要功能。近代大型电 液调速器，又有许多附加功能，如：有功功率的成组调节，按有差特性分配各机 组之间的负荷，按水位调节，按开度调节以及卡普兰机组的波动控制等。水轮机 调速器同时还是安全监控系统的执行部分之一，当发生电气事故引起发电机突然 跳闸以后，调速器可以及时地将水轮机关闭，防止事态扩大。一旦事故消除，调 速器又能迅速起动机组，增加了备用机组快速投入的灵活性。
100 %
开导叶
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统 结论 虽然稳定，但是静态转速偏差大的问题仍然存在。还须改进！
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统 缓冲器基本原理
Td
：为缓冲时间常数，和节流孔流量系数、过 流面积，活塞面积以及弹簧刚性系数有关。
2、限制开度作用 配压阀B上升时，接力器向右移动，即加大开度。随着开度 的增加，通过传动杆件造成S下降。S端的下降位移与接力器行程的变化成正比。 接力器开大到一定值时，S端走完原有间隙Δ，将使配压阀限制在中间位置及以下。 此时配压阀不能上升，接力器也就不能继续开大，其开度就达到了限制值。
搬动手轮或使电动机转动，都会经过减速器影响T的高、低，即改变间隙Δ的 大小。T上升即间隙加大，对应限制开度增加，反之则使限制开度减小。
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统 （二）开度限制机构
3、开、停机作用
开机令：人为操作开度限制机构使T上升，杠杆STU以U为中心顺时针转动，S
的升高；配压阀活塞上升，接力器打开导叶，机组转速将逐渐提高。 接力器开大，反馈机构的动作，使配压阀向下回复； 开度限制机构的动作，使配压阀向下回复； 机组转速逐步上升，最后达到额定转速并稳定，开机完成。
第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
九、变动负荷在并列机组间的分配
变动负荷按什么规则进行分配，同时引起多大的转速/频率偏 差？
总变动负荷
P P1 P2 P3
几何关系
n n0 n0 ac AC nmax nmin ep1nr1
P1 P1 P1 bc BC
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第二节 自动调速器的组成原理
二、直接作用式调速系统 离心摆的力学特性
在工作范围内的任意转速下，重块离心力FL与滑套所受的弹力FT总能使离心 摆处于动态平衡。滑套的位置L与离心摆的转速n呈现出一种线性比例关系。
因此，离心摆可以用于测量机组转速，同时将转速转换成位移。
该系统可以完成水轮机调节的基本任务！
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统
（一）转速调整机构
组成： 转速调整机构由杠杆、电动机、减速器、手轮等组成，通过硬反馈机构的 传动杠杆起作用。人为搬动手轮或使电动机转动，都经过减速器引起P端上升或 下降。而P的升、降将影响杆AOB的稳定位置。 动作原理：设机组单机运行，原转速为n0，如使 P上升，则 O上升，杆AOB将以 A为中心反时针转动。
十、并列机组中转速调整机构的作用
结论： 如果电力系统很大，此时
则有
n Pri Pr1
1 epi
e p1
n 0
P1

n1Pr1 e p1nr1
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第一章 概 述
第二节 自动调速器的组成原理
十一、调速器在系统调频中的应用
1、转速死区定义
ix

n1 n2 nr
100%
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第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统 此为解决前述系统不稳定问题而提出。 系统结构
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第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统 系统工作过程分析 动态特性——稳定
小电网：f=50±0.5Hz V=Ve±(5~10%)Ve
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第一章 概 述 第一节 水轮机调节的任务和途径
二、水轮机调节的任务
❈ 随着电力系统负荷的改变，水轮机相应地改变导水机构 的开度，机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮 机调节。
❊ 根据电力系统负荷的变化，不断调整水轮机的输入功率， 保证机组的转速稳定是水轮机调节的基本任务。
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第二节 自动调速器的组成原理
四、具有硬反馈机构的调速系统 系统工作过程分析——调速器静特性曲线 静态特性——有差 静特性指标——永态转差系数bp，其值大小决定于DE之长。
bp


d (n / nr ) d (Y / Ymax )
bp

nmax nmin nr
结论：转速调整机构的动作，是使调速系统静特性发生平行移动。其 作用是：当机组单机运行时，可调整转速；当机组并网运行时，可调 整机组出力
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第二节 自动调速器的组成原理
六、具有操作控制机构的调速系统 （二）开度限制机构
1、组成 开度限制机构包括杠杆STU、直角杆IJK，以及与转速调整相似的控制 机构。S端与配压阀B之间是有间隙的连接。这一套机构可以人为限制接力器的开 度，也可以实现开、停机操作。
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第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统 系统基本工作原理
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第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统 系统动、静特性
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第二节 自动调速器的组成原理
五、具有软反馈机构的调速系统 结论
2、转速死区对负荷分配的影响
P

n e p nr
Pr

ix ep
Pr
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十一、调速器在系统调频中的应用
3、结论
（1）一般情况下，ep 4% ；
P

n e p nr
Pr

ix ep
Pr
（2）担任调频任务的机组，调差率可较小；
停机令：在机组运行过程中人为使T下降，强制配压阀活塞下移，接力器不断减
小导叶开度，直至完全关闭，完成停机动作。
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第二节 自动调速器的组成原理
七、水轮机调节系统的组成 调速系统
+ 操作机构
调速器
+ 对象（机组、电网）
水轮机调节系统
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第一章 概 述
配压阀B升高，接力器开度加大，机组转速上升。 滑套 A升高，最后，配压阀回到中间位置时整个机构稳定下来。 与原有状态相比，操作的结果是使机组转速升高了，如达到n1。同时杠杆AOB 也稳定在新的A端较高的位置。反过来，如果人为使P下降，则会引起机组转速降 低，如在n2稳定下来。
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第一章 概 述
第一节 水轮机调节的任务和途径
三、水轮机调节的途径和方法
❊ 机组转子运动方程
J
d
dt

Mt

Mg
❊ 途径
Mt QH
MtQH ❊方法Q f (a0)
通过人工手动方式或水轮机调速器自动方式实现
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第一节 水轮机调节的任务和途径
八、水轮机调节系统静特性 3、参数描述
机组静特性一般采用调差率ep加以描述：它是水轮机调节系统静态特性 曲线上某一规定运行点斜率的负数。
ep


d (n / nr ) d (P / Pr )
ep

nmax nmin nr
100%
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第二节 自动调速器的组成原理
Pr1
Pr1
整理：
n

P1 Pr1
e p1nr

P2 Pr 2
e p 2 nr

P Pri
nr
epi
Pj
P Pri
Pri epj
epi
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