水轮机自动调节复习资料

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1．频率波动过大有什么后果？电力系统对频率指标有哪些规定？

频率偏差过大：将会导致以电动机为动力的机床、纺织机械等运转不稳定，造成

次品或废品发生。更重要的是频率偏差过大也会影响发电机组及电网自身的稳定运行，甚至造成电网解列或崩溃。

电力系统规定：我国电力系统标称频率50HZ，正常频率偏差允许?0.2HZ，当系统容量较小时，偏差值可放宽至?0.5HZ。 2．什么是调节系统和随动系统？

调节系统：由调节对象和调节器两部分组成，是一种闭环或反馈控制系统，按照

给定值与被调节量信号偏差工作的，其给定值或者保持常量，或者随时间缓慢变化。

随动系统：（伺服系统）是另一类闭环或反馈系统，其负荷变化往往不是主要输

入量（扰动）。与调节系统不同，随动系统的给定值带有随机性，经常处于变化过程中，系统的输出量以一定精度跟随给定值变化。

3．试画出自动调节方框图，说明水轮机调节系统的工作过程。

为唯一的电压信号后与给定信号比较，确定频率偏差及偏差的方向，根据偏差情况按一定调节规律发出调节命令。命令被放大并送至执行元件去推动导水机构，反馈元件又把导叶开度变化的信息返回加法器，同时也形成一定的调节规律。调节规律可以再前向通道中形成，也可以再反馈通道中形成。

机组的转速信号（被调节参数）送至测量元件，测量元件把频率信号转换

4．与其它调节系统相比，水轮机调节系统的有哪些特点？

1单位水体包含做功能量较小，引用流量很大，笨重的导水机构，在调速器中○

需设多级液压放大元件○2水流惯性产生的水击作用，调速器中要设置较强作用的反馈元件，以延缓导叶动作速度，保证系统稳定性○3双重调节机构增加了调速器结构的复杂性○4在系统中担任调峰调频和事故备用任务，调速器应具有较高的控制性能和自动化水平。

5．水轮机调速器按元件结构及系统结构是如何分类的？ 按元件结构分：a机械液压型调速器（元件均是机械的）b电气液压型调速器（元

件均是模拟电气的）c微机液压型调速器（元件均是数字的）

按系统结构分：a辅助接力器型调速器（跨越反馈）b中间接力器型调速器（逐

级反馈）c调节器型调速器（随动系统）

6．什么是配压阀工作中间位置和死区？画出接力器速度特性曲线，接力器反应时间是如何定义的？并写出表达式。 几何中间位置：配压阀阀盘与阀套孔口正好处于对称位置时，称此为配压阀的几

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何中间位置

工作中间位置：配压阀阀芯在S1位置时满足接力器平衡方程（(pI-pII)A=R），称

此时S1为配压阀的工作中间位置（能够保证接力器静止不动的主配压阀阀芯位置） 配压阀死区：配压阀阀芯在S11=

R?TRW?T?之间变化时接力器静止?到S12=Wp0Ap0A不动， 这一变化范围S11-s12就称为配压阀死区。

接力器反应时间Ty： Ty=

1 dy?dt接力器反应时间为接力器速度特性曲线某点斜率的倒数。

7．调速器中为什么要采用软反馈（暂态反馈）？其工作参数Td、bt的物理含义是什么？ 采用软反馈：由于软反馈在调节系统动态过程存在，就可以使主配压阀提前回中，保证了动态过程能够稳定；同时由于软反馈调节过程结束后反馈量消失，不会造成静态偏差，从而能够实现恒值调节或无差调节。

调速器即可以保证调节系统动态过程稳定，又可以获得无差静态特性，实现恒指

调节的目的，满足水轮机转速自动调节系统的基本任务和要求。

缓冲时间常数Td：缓冲活塞从阶跃输入撤出到恢复至36.8%初始偏移量为止所经历的时间；暂态转差系数（缓冲强度）bt：缓冲节流阀孔口全关（Td=?）的情况下，接力器走完全行程，通过暂态转差机构所引起的针塞位移量，折算为转速变化的百分数。

8.为什么并列运行机组不能采用无差静特性，设置调差机构的目的是什么？ 原因：采用无差静特性时，系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，

增减任意一台机组的负荷会导致机组间负荷出现“拉锯现象”。 目的：调差机构的作用是获得调节系统有差静特性，以使机组并列运行有一个明确的工作点，保证机组负荷分配明确，满足机组并列运行的要求。 9.用转速调整机构平移调节系统静态特性，其作用是什么？

1单机运行时 改变机组的转速或频率 ○2并网运行时 改变机组开度或○

出力

10.什么是电力系统的一次调频和二次调频？ 调速器有何作用？ 一次调频：电网中各机组调速器根据频率变化自动调整机组的有功功率输出并维持电网的有功功率平衡，使电力系统的频率保持基本稳定。 二次调频：在一次调频基础上重新分配各机组承担的负荷，使电网频率保持在规定范围内。

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调速器的作用：接受来自电网调度中心的负荷指令，通过一次调频和二次调频来

平移调频机组的静态特性，调节水轮机组有功功率输出，维持机组转速基本恒定，或转速波动保持在规定范围内。

11.画图说明水轮机调节系统的动态指标（调节时间） 、静态指标（转速死区）定义。人工死区，空载开度。

动态特性定义：调节系统受到扰动后，平衡状态被打破，系统中各变量随时间的变化规律。 静态特性定义：调节系统处于稳定平衡状态时，机组转速与出力之间的变化关系。

的平衡状态为止所经历的时间○2最大偏差?nmax：第一个波峰值与理论稳态值之差○3超调量?：对于负荷扰动情况，用第一个波谷值与第一个波峰值之比百分数○4震荡次数X：用调节

动态指标：○1调节时间TP：指从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进入新

域（带子），带子（区域）宽度定义为

转速死区。

人工（频率）死区：随实际工况变动的可调节参数。机组并入大电网后，在死区范围内调速器接受人为给定开度值控制机组开度。机组不参与频率调节，以保证负荷不发生变化。

静态指标：转速死区ix：调速器整机静态特性曲线理论上为一条曲线，由于误差实际上导致静态特性是一条区

空载开度：维持机组在不带负荷下以额定转速运转的导叶开度。 12．试叙述做调速器整机静态特性试验的过程。（略） ⑴．保证调速器压油罐压力和油位在正常高位，油压装置控制柜在手动打油位置； ⑵．调速器上电后工作在停机状态，检查调速器各部分工作情况，确保各部分正常工作。

⑶．设置试验参数：永态转差系数bp＝6%，切除人工转速死区（△fx=0.00 Hz）， KD为最小值（KD=0），KI 为最大值（KI=10），KP为中间值（KP=10）。频率给定为额定值（FG=50.00 Hz ），开度给定为（YG=50.0%），主接力器行程应为50.0%附近。 ⑷．升高信号频率使接力器全关，选取合适的接力器位置参考点，用钢板尺测量

时间范围内出现的波峰与波谷次数的

一半表示。

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接力器位置，并记录接力器处于全关时的位置Ymin；降低信号频率使接力器全开，接力器位置参考点不变，用钢板尺测量接力器位置，并记录接力器处于全开时的位置Ymax；则接力器全行程YM=|Ymax-Ymin|。

⑸．取频率增减步长为0.10Hz，连续按3下，相当于每次频率变化为0.30Hz。依次升高信号频率，接力器向关闭方向运动，待接力器稳定后（等待至少约20秒），测量并记录对应于该信号频率的接力器位置。当接力器到达全关位置后，依次降低信号频率，直到接力器处于全开位置。

⑹．将记录的数据表格进行整理后，绘制调速器整机静特性曲线，求出调速器的永态转差系数bp和死区ix，并与规定值比较分析。

13．电气调速器测频回路，有哪几种测频方式？ （1）永磁机-LC测频回路（LC测频） （2）发电机残压-脉冲频率测量回路（残压测频）（3）齿盘磁头-脉冲频率测量回路（齿盘测频）（4）发电机残压-数字测频回路（主要方式）

14．为什么要增加测频微分回路？

当机组负荷变化初期，频率偏差信号x较小，而加速信号

dx1?(mt?mg)可能dtTa较大，把加速信号引入调节控制有利于提高调速器的快速反应能力，可以明显改善调节系统的动态品质。

在电液调速器中增加测频微分回路，微分信号有超前作用，使调速器动作超前。可以提高速动性，减小超调量，改善调节品质。

15．电液转换器的作用是什么？普遍存在的哪些问题？目前有哪些较好的解决措施？

电液转换器是联接电气部分和机械液压部分的一个关键元件，电液转换器是将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定机械功率的位移信号，或具有一定流体功率的流量信号，也是电气部分到机械部液压部分唯一正向信号执行元件，在电液调速器中期着十分关键的作用。问题：1.电气位移转换部分的机械系统发卡；2.液压放大部分的节流孔口堵塞.解决：1.线圈中除工作线圈外，还有一个振荡线圈；2.在活塞杆工作喷油孔口上面开有一排径向十字孔。3.加大电磁力，4.加大节流孔。

16．什么是微机调速器？其优点有哪些？

由微处理器或微控制器组成的专用计算机控制系统，以微处理器（微控制器）为核心，将被控制对象参数进行数据采集和模数转换，送至CPU，计算得控制量，达到目标。

优点：⑴.采用先进的控制策略，使水轮机调节系统具有更加优良的静态，动态性能；⑵.软件实时性与灵活性强，从而使微机调速器功能完善；⑶.参数调节方便，运行状态显示清晰直观；⑷.稳定性好，可靠性高；⑸.可以实现全厂的综合控制，提高水电厂自动化水平。

17．工业控制计算机有哪些特点？可靠性的定义是什么？常用什么指标来衡量可靠性？试述一般双微机调速器工作过程。

⑴．实时性：在一个有限时间内完成信息的输入、计算和输出；自动、快速响应

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生产过程中断请求，高优先级先处理。

⑵．现场信号的输入与控制输出能力；⑶．高可靠性；⑷．环境适应性强。○5软件较完善

工作过程：机组频率下降，出现偏差e，控制值yc增加，增大导叶开度，使机组频率上升，增大频率给定值cf或开度给定值cy，出现正偏差e,开度增加，ft增大。

可靠性：系统在规定条件，规定时间内，完成规定功能的能力。 可靠性指标：A 平均故障间隔时间MTBF B平均修复时间MTTR

双微机调速器工作过程：两套微机调速器内容完全相同，结构完全独立，运行是

在管理部件的调度下：一套系统处于正常运行状态，另一套为备用状态。当运行系统出现故障时，通过切换控制器无扰动地切换到备用系统，即所谓互为备用的冗余系统。

18．试述微机调速器中频率测量的基本原理，PLC调速器是如何测频的？ 频率测量可分为频率变送器法和数字测频法两类。 频率变送器法：（模拟量测频法）。取自频率信号源的电压信号经隔离后，再经低

通滤波，然后整形为方波，送入频率/电压转换电路，变为对应的电压信号，送至微机系统的A/D模块进行采样，经换算，即可得到机组频率值。

数字测频方法：1.计数法（测频法）：在设定时间内测量被测信号的脉冲个数。 2.计时法（测周法）：通过对基准时钟信号进行计数，测出两个

相邻被测信号脉冲的时间间隔，即被测信号的周期进行间接测频。

3.计时计数法：当被测信号周期较短时，采用计时法误差大。可

采用多周期 测量方法以提高测量精度。

PLC测频：测周法 低档的PLC采用单片机测量，高档PLC直接测量。（一是采用外置测频，即采用微机方法进行测量，在将结果送至PLC，采用转移的单片机测频，二是用可编程控制器本身的高速计数模拟块来实现测频测量。） 19．试由连续PID公式推导微机调节器增量型PID 控制算法公式。

PID控制器根据给定值c(t)与被控参量x(t)（反馈量）构成控制偏差e(t)=c(t)-x(t)，通过比例、积分、微分线性组合构成控制量u(t)，

?1u(t)?Kp?e(t)?TI??t0e(t)?TDde(t)??——①； t?对上式进行离散化处理，取采样周期为?T，以一系列的采样时刻点k?T代表连续时间t，采用矩形积分，以和式代替积分，以差分代替微分，①式可变为：

??Tu(k)?KP?e(k)?TI??e(j)?TDj?0ke(k)?e(k?1)??

?T? ?KPe(k)?KI?T?e(j)?j?0kKD?e(k)?e(k?1)?——①； ?T由②式得，(k?1)?T时刻的控制器输出：

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