電力系統水輪發電機調速器的改造探討

邱雄挺

摘 要：水輪發電機調速器是電力系統中使用的主要設備，保證了電力系統的正常運營，還可以提升電力系統經濟效益。但是從電力系統水輪發電機調速器目前的應用狀況來看，由于電力系統環境較復雜，導致水輪發電機調速器較容易受到外界多種因素的影響，不僅改變了水輪發電調速器內部參數，導致其在實際應用中出現各種故障，給電力系統的發展造成了很大影響。文章主要結合電力氣系統水輪發電機實際應用狀況，介紹了水輪發電機的工作原理，然后簡要分析其的實際應用，希望可以給相關研究人員提供借鑒，帶動電力系統的向長遠的方向發展。

關鍵詞：電力系統；水輪發電機；調速器；改造

中圖分類號：TM312 文獻標識碼：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，電力系統水輪發電機調速器也會發生變化，導致電力系統實際運行中，經常出現各種問題。一旦調速器發生變化，就會影響調速器的應用，不能保證調速器的正常運行，給電力企業造成了巨大損失。所以必須抵抗外界干擾，維持發電機的正常運行，提高發電機運行效率，保證供電質量。

1 水輪發電機調速器對電力系統產生的作用

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。水輪發電機調速器是維持水電站日常正常工作的主要設備，可以保證水電站正常工作，主要對水電站發電電壓和電流進行控制。但是在水輪發電機實際運行中，如果不使用水輪發電機調速器，就會導致水輪機轉動速度得不到控制，容易出現旋轉速度較快等各種問題，嚴重時還將造成機器故障，直接影響了水電站的經濟。

目前很多水電站都使用了過速保護裝置，隨著發電機轉速的提升，許多保護裝置就會因水輪發電機停止運行而停止工作，影響了電力系統的經營效益，產生了較大的經濟損失。

此外，由于水輪發電機調速器主要依靠水流完成各項操作。一旦水流速度較快，保護裝置成功運轉，就會增加水輪發電機運行速度，為了維持發電機的正常工作，必須使用水輪發電機調速器對水閥門進行修復，減少對水電站發電的影響。

總之，可以將水輪發電機調速器作用歸納為以下幾點：

第一，進行自動調節水輪轉速，滿足了電力系統對頻率質量的要求；

第二，可以讓水輪發電機自動或手動完成啟動，合理調節電網負荷；

第三，當水輪發電機組與電力系統同時運行時，調速器承擔起負荷分擔重擔，提高了機組經濟效益；

第四，滿足了沖擊式、足漿式調速器的聯合調節要求。

2 水輪發電機調速器的工作原理

從水輪發電機實際特點來看，其輸出頻率與內部磁極具有很大關系，發電機轉速已經成為影響輸出電流的主要因素，為了保證發電機的穩定工作，必須及時調節轉速，利用穩定的機械轉速保證發電機的正常工作，提高水電站供電質量。

水輪發電機轉速也會受到水流狀況的影響，通常隨著水流速度的增加，轉速增快，無法保證電力系統正常作業，同時流量和機械效率也會對其正常工作產生影響。為了合理控制水輪發電機調速器轉速，必須利用過水流量實施控制。調速器是不僅承擔著調節水輪機的作用，還可以及時控制水系統，進而改變了水流速度。

通常電力系統中經常將水輪發電機與計算機等設備連接在儀器，利用計算機實時監控設備運行情況，結合實際運行改變水輪發電機負荷，也可以控制發電機開關，進行暫停和停機等操作，保證了機械運轉的安全。老式調速器一般操作不方便，靈活性不高，對電力系統正常工作產生了很大影響。

隨著我國數字化的實施，很多水中使用的發電機都進行了改革，實現了調速器的信息化與智能化控制，可以及時改變調速器工作，促進了水電站調速器的發展，實現了數字化改造和發展。此外，調速器自身擁有的非線性特征也可以維持當前工作狀態，實現了數字化調速器的控制。

3 水輪發電機改造后的實際應用

本次主要以某發電機為例，詳細介紹了水輪機調速器經過改造后的功能和應用，具體分析如下：

從水輪發電機調速器特點來看，其主要依靠轉速波動等調節水陸及葉片的開度，可以將水輪機轉速恢復到正常鉆臺，保證了其在穩定狀態下的工作，而且也提升了電力系統的工作效率。由于水流慣性較大，水輪發電機實際運行中具備的非線路性質，直接影響負荷變化，導致轉速器不能進行自我調節。

實際改造時，可以借助多項方程減少調速器受到的外界的影響，同時還可以使用PID法模擬水輪轉速器運行，及時調節了機械運轉參數，反映外界變化時調速器的變化。之后，假設并將多項方程應用到調速器實際運行中，保證了系統正常運行。

此外，使用Regress函數也可以將水輪發電機調速器帶入到模擬中，避免了外界對水輪發電機的影響，提高了工作效率，增加了水輪發電機調速器的運行控制力度。

在實際應用中，將高速數字脈沖閥應用到導葉和容錯均控制開關中。之前該閥主要利用手動方式控制，當比例伺服閥產生故障時，可以切換到容錯控制，直接由電氣柜輸出高速脈寬信息完成調節操作，保證了裝置穩定運行。同時將全液控自復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行控制，取消了常規調節杠桿、引導閥及反饋傳動機構，簡化了系統內部結構，保證了系統可靠性，促進為出工作的進展。

另外，主配送壓閥具有自主回復中位的特點，結構簡單可靠，可以不進行機械零位調整。

第一，調速器器實際工作方式。調速器可以利用手動、電手動和自動方式工作。機械運行是電手動可以控制把手接力器開度；自動運行可以控制導葉開度；并入電網狀態可以在幾種方式下完成控制。

第二，調速器調節模式。調速器主要從頻率、公路和開度等方面進行調節，負荷狀況下采用開度調節，自動運行時為頻率調節；一旦負載運行頻率超過50.4 Hz或低于49.5 Hz，可以實現自動向頻率調節模式的變化。

第三，調速器運行狀況分析。調速器運行模式主要是開機過程、負載運行、停機過程等。

第四，調速器控制方式發生了較大變化。當地與遠方控制是調速器的主要控制方式，遠方主要從控制室通過監控完成操作控制，已經成為控制中采用的主要方式；現地控制可以實現人機幾面與把手開關等操作。

第五，具有自適應水頭變化功能。改造后調速器與水頭數據可以利用智能化截面完成人工輸入，調速器可以根據接力器開度與水頭值等調整，促進了快速并網的開展。

第六，協聯操作減輕了機組振動擺動。未改造前，受機械運行因素、電磁因素等的影響，機組運行中振動力度較大，而且水輪發電機的大幅度擺動還影響了機組的安全運行。實施改造后，漿葉與導葉可以協同工作，各部件振動標定均符合國家標準，提高了機組安全，延長了水輪發電機使用壽命。

4 結 語

本文主要對電力系統水輪發電機調速器改造進行研究，及時解決水輪發電機在實際運行中產生問題，減少外界環境對水輪發電機運行造成的影響，促進電力系統水輪發電機調速器的發展，維持電力系統工作。

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