冲击式水轮发电机（精选七篇）
冲击式水轮发电机 篇1
随着调速器在冲击式水轮机中的运用, 使得冲击式水轮机的运行效率和质量得到了大幅度提升, 同时还提高了水轮机的节能效果从而为我国电力事业和人类的可持续发展起到了至关重要的作用同时也为满足人们的电力需求奠定了坚实的基础。
然而从冲击式水轮机的运行情况而言, 为了使冲击式水轮机能够的性能能够进一步提升, 还应该对冲击式水轮机以及调速器进行改进。本文从冲击式水轮机专用调速器的概述出发, 对冲击式水轮机和调速器进行了深入的研究。然后对冲击式水轮机专用调速器的应用进行了详细阐述。希望能够起到抛砖引玉的效果, 是同行相互探讨, 共同提高, 进而为我国电力事业发展起到一定的促进作用。
1 配置电液调速器时的特点
电液自动调速器主要是指ydt、ywt型, 后来发展为使用步进电机plc的bwt调速器, 它的测频放大、回复及控制部分采用电气回路来实现, 而液压放大、反馈机构、作功机构则采用机械液压装置, 是目前应用最广泛的调速器。
由于冲击式水轮机的压力钢管一般比较长, 因此, 喷针不能关闭太快, 否则会产生极大的水压, 危害压力管的安全, 同时, 又必须在极短的时间内切除射流, 以防止出现飞逸, 现在的机组一般采用喷针与折向器双重调节的操作机构。
2 配置冲调时的特点
冲调实际上是改进过的plc型电液自动调速器, 它分单喷嘴用调速器、双喷嘴用调速器, 冲调与普通调速器的主要区别在于它输出的不是扭矩, 而是压力油;由于冲击式水轮机是通过改变喷针的开度来改变其流量, 喷针是作直线运动的, 因此只要在喷针后设置1个接力器, 控制压力油的进出方向, 就能直接控制喷针的启闭, 这样, 就可以取消水轮机上的操作机构。为了让调速器减少过调节, 使调节过程稳定, 精确控制喷针的行程, 要设置1个位移反馈装置。
位移反馈装置通常有机械反馈和电气反馈两种。机械反馈是用钢丝或钢带将喷针的位移信号送到调速器的回复轴上, 再通过调速器内部液压系统和电气回路共同作用, 使主配压阀的活塞逐渐回到平衡位置, 从而使喷针达到稳定状态;而电气反馈则是通过位移传感器或电位计等电子元件将喷针的位移信号转变为电压信号, 反馈到plc的a/d接口 (模数转换接口) , 该数值与plc内部的计算值进行比较, 以决定喷针是开还是关。由于反馈电压的作用与频率偏差的作用正好相反, 就减缓了接力器的移动速度, 减小了过调节, 使调节达到平衡, 保证机组稳定运行。目前, 国内不同厂家生产的冲调采用的反馈形式各有其特点, 可根据不同的机组的具体情况, 选择合适的反馈形式。
冲调的另一改进是它的软件系统, 大多厂家的可编程逻辑控制器 (plc) , 采用面向硬件仿真编程, 采用模块结构, 变参数并联pid调节原理, 改变了以往采用梯形图、指令表等程序结构, 其测频环节由plc本身完成, 无须单独设置测频电路, 提高了测频环节的可靠性。也有厂家采用pcc (可编程计算机控制器) , 它将原plc的标准功能和工业计算机的多任务操作系统集成在一起, 配以数字阀随动系统, 效果也不错。
3 应用实例
浙江丽水黄样口电站, 装机容量为两台800kw的cja237-w-62/2x7型双喷嘴冲击式水轮机, 电站的技术参数如下:设计水头239m, 设计流量0.439真/。发电机为sfw800-6/1180, 调速器为天津某厂的tdbwct-2型冲击式水轮机专用调速器。
在设计时, 考虑到下喷针在厂房平面以下, 工作环境比较潮湿, 还有可能发生滴水滴油等情况, 我们对电位计、位移传感器等电气元件能否长期可靠工作存有疑虑, 所以选择了机械反馈方式, 并设计了1个反馈机构, 将喷针的移动距离转换为扇形轮的旋转弧长, 再通过5mm的钢丝绳经滑轮反馈到调速器中的回复轴上。当喷针移动时, 回复轴也相应转动, 通过杠杆使与之相联的步进电机发出位移反馈信号, 经与plc的位置信号进行运算后, 输出一个频率差值, 通过步进电机驱动器去驱动步进电机, 使引导阀针塞离开中间位置;此时, 主配压阀的活塞受压差作用作相应移动, 通过液压系统向喷针接力器配送压力油, 同时, 带动回复机构运动, 通过杠杆使引导阀针塞回到中间位置, 完成一次调节, 从而控制喷针稳定在某一位置, 以保证机组频率和出力的稳定。在这台机组的试运行时, 先进行手动操作, 喷针接到指令后, 迅速移动, 没有发生配置普通ydt调速器时的滞后现象;自动开机起动时, 机组自动跟踪电网频率, 转速迅速上升到同期要求, 顺利并网。
结束语
随着调速器在冲击式水轮机中的运用, 使得冲击式水轮机的运行效率和质量得到了大幅度提升, 同时还提高了水轮机的节能效果, 从而为我国电力事业和人类的可持续发展起到了至关重要的作用, 同时也为满足人们的电力需求奠定了坚实的基础。
通过本文对冲击式水轮机专用调试器的深入分析, 相信读者对其也有了更深刻的认识。总而言之, 为了使冲击式水轮机能够的性能能够进一步提升, 还应该对冲击式水轮机以及调速器进行改进。
摘要：在科学技术高速发展的新时代, 由于科学技术的日新月异, 在当前社会的各领域中各种先进的设备和技术以及理论层出不穷, 随着这些设备和技术以及理论在社会各生产领域中的应用, 使得社会的生产水平得到了大幅度提高, 从而为推动社会经济发展起到了不可估量的作用。在当前的一些中小型冲击式水轮机中, 通常会配置电液调速器, 电液调速器能够大幅度提高冲击式水轮机的运行效果。随着调速器在冲击式水轮机中的运用, 使得冲击式水轮机的运行效率和质量得到了大幅度提升, 同时还提高了水轮机的节能效果, 从而为我国电力事业和人类的可持续发展起到了至关重要的作用, 同时也为满足人们的电力需求奠定了坚实的基础。然而从冲击式水轮机的运行情况而言, 为了使冲击式水轮机能够的性能能够进一步提升, 还应该对冲击式水轮机以及调速器进行改进。本文通过对冲击式水轮机和调速器的深入研究。然后对冲击式水轮机专用调速器的应用进行了详细阐述, 以供同行探讨。
液柱冲击式湿法脱硫装置的试验研究 篇2
液柱冲击式湿法脱硫装置的试验研究
摘要：本文提出了一种液柱冲击式湿法脱硫装置,对该装置的.吸收段阻力特性和脱硫特性进行了试验研究,对试验结果进行了分析.分析发现了在塔内风速为2 m/s～2.9 m/s范围内,脱硫效率随塔内风速的增大而增加这一不同于其它装置的特点,得到了在塔内风速2.6 m/s,喷液量30 m3/h时脱硫效率高、阻力低这个比较经济的工况点.作 者：孔华 高翔 吕同波 方航宇 骆仲泱 岑可法 作者单位：浙江大学期 刊：工程热物理学报 ISTICEIPKU Journal：JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS年，卷(期)：,22(5)分类号：X511关键词：液柱冲击 阻力 脱硫效率
冲击式水轮机调节控制设计探讨 篇3
【摘要】本文主要介绍冲击式水轮机调节系统的组成部分，以及在使用过程中采用的几种调节方式和调节原理，着重介绍目前比较安全的一种喷嘴装配结构：内拆式水力自关闭喷嘴。
【关键词】冲击式水轮机；喷针；偏流器；调速器；自关闭
概述
冲击式水轮机都用于高水头水电站，冲击式水轮机调节控制系统需满足两个方面的功能：一、通过调节机组过流来调节机组的转速或出力，使机组能在任何负荷工况下保持额定转速稳定运行。其中包括零符合工况和机组空载时的稳定运行，这是保证机组能快速并入电网的必要条件。二、冲击式水轮机调节控制系统设计必须具备安全性、稳定性和可靠性。满足电站调节保证的要求，保证压力钢管和机组的安全。在机组甩负荷时，保证压力钢管的水压上升和机组转速上升不大于预定值。冲击式水轮机调节系统的组成部分包括：调速器、喷针、偏流器、节流器、自动化元件等。喷针调节和偏流器调节组成冲击式水轮机组的双重调节机构。
双重调节机构动作原理
（工况一）当机组在某一稳定负荷下运行时，喷针处于与负荷相适应的位置，保持不动，偏流器位于射流柱外，不干涉射流作功。（工况二）当机组甩100%负荷时，机组转速急剧上升，偏流器快速动作，将射流偏离水轮机转轮，于是，机组转速上升被控制在允许范围；同时，喷针缓慢移动关闭喷嘴，压力钢管的水压上升也被控制在允许范围内 [注：喷针、偏流器的动作速度是根据调节保证计算要求的开启和关闭时间，预先整定设置，由调速器控制]。（工况三）当机组缓慢减负荷时，偏流器不会切入射流。（工况四）当机组增负荷时，偏流器不能干涉射流作功，也不会切入射流。（工况五）当空载并网时，由于喷针移动速度缓慢，单独依靠喷针调节来稳定机组额定转速是困难的，必须由偏流器快速关闭帮忙，才能迅速稳定机组频率，并入电网。
双重调节的分类
一、按调节过程完成后，偏流器与射流相对位置的不同来区分，双重调节系统可分为两种形式：1、喷针-偏流器协联动作式冲击式水轮机双重调节系统。“协联动作”就是指偏流器始终跟随射流（直径）变化而动作，在调节过程完成后，偏流器切水口都位于射流外，并保持很小的距离（一般为6-8mm）；2、喷针-偏流器非协联动作式冲击式水轮机双重调节系统。“非协联动作”就是指偏流器不跟随射流（直径）变化而动作，而且，偏流器只有两个极端位置：全开和全关。
二、按喷针-偏流器不同控制方式来区分，双重调节系统又可分为两种形式：1、偏流器-喷针相继动作式冲击式水轮机双重调节系统，“相继动作式”指由自动调速器的接力器直接操纵偏流器动作，同时由偏流器接力器通过协联机构的协联凸轮、喷针配压阀和喷针接力器来操纵喷针动作。2、偏流器-喷针并列动作式冲击式水轮机双重调节系统，“并列动作式”指由自动调速器控制的两个配压阀同时动作，然后控制偏流器和喷针的接力器操纵偏流器和喷针同时动作。
冲击式调速器简介
自动调速器开始为电液自动调速器。主要型式为YDT、YWT，后来发展为使用步进电机PLC的BWT调速器。电液自动调速器输出的是扭矩，通过调速轴，把调速器的转臂和水轮机的操作机构连接在一起，调速器的指令通过连杆操作机构中的配压阀活塞左、右移动，压力油通过配压阀的孔口流入接力器的两侧，操作喷针启闭，在调速轴的适当位置，另设一套拐臂、连杆来直接控制偏流器，以保证偏流器和喷针的协连关系，此种设计，单喷嘴冲击式水轮机可靠、稳定。如果是双喷嘴冲击式水轮机或多喷嘴水轮机要保证多个喷针和偏流器协联动作难度较大，存在喷针位移控制不稳等问题。
目前，冲击式水轮机普遍采用喷针-偏流器非协联动作式冲击式水轮机双重调节系统。冲击式调速器都采用冲击式专用调速器，冲击式专用调速器是改进过的PLC型电液自动调速器，冲击式专用调速器与一般调速器的主要区别在于输出不再是扭矩，而是压力油。由于冲击式调速器是通过改变喷针的开度来改变流量，喷针作直线运动，因此只在喷针后设置一个接力器，控制压力油的进出方向就直接控制喷针的启闭。这样，就可以取消水轮机上的操作机构，为了让调速器减少调节，使调节过程稳定，须精确控制喷针的行程，因此需要设置一个直线位移传感器[精度为微米级]，对于偏流器只需再全开和全关位置各设置一个行程开关。冲击式专用调速器大多数厂家采用可编程逻辑控制器（PLC），采用面向硬件的仿真编程，采用模块结构，变参数并联PID调节原理，测频环节由PLC完成，无需单独设置测频回路，提高了测频环节的可靠性。有的厂家采用PCC（可编程计算机控制器），它将原PLC的标准功能与工业计算机的多任务操作系统集成在一起，配以数字阀随动系统，用户反映良好。
喷针和偏流器结构分类
现在的喷针和偏流器都是靠接力器控制，接力器是通过调速器压力油控制。根据接力器的通油腔数计算，分单腔操作结构和双腔操作结构。双腔操作结构开启和关闭（喷针或偏流器）都通过调速器油压来完成，调速器采用的电磁阀为二位四通，此种方式存在一个风险就是当调速器失压或压力不足，就不能正常关闭（喷针或偏流器），此种控制方式为目前各大厂家普遍采用。单腔操作结构就是开启（喷针或偏流器）采用调速器油压，而调速器采用的电磁阀为二位三通。关闭（喷针或偏流器）采用弹簧或压力水。这就是笔者着重推荐的自关闭结构。就是在调速器失压或压力不足，也能关闭（喷针或偏流器）。目前我厂的冲击式水轮机均采用内拆式水力自关闭喷嘴，喷嘴关闭靠水力自关，偏流器关闭靠弹簧自关。此种结构方式在2008年汶川大地震得到检验。四川省阿坝州茂县色如沟电站（水轮机：CJA237-W-105/1×9、发电机：SFW1600-8/1430）地震时，滚石打坏调速器，但由于该机组采用我厂专利喷嘴：自关闭结构，在地震后检查，喷嘴、偏流器在地震时自关闭，没造成机组飞车，压力钢管还保持压力水。
“内拆式水力自关闭喷嘴”全面改善了喷嘴的调节性能，主要体现在：
1）喷针水力自关闭技术-----在油压装置事故低压和失压的情况下，机组都能安全停机，不会飞逸。2）喷嘴装配的内部零件内拆---可缩短大修时间，维修、更换零件方便，大大减小劳动强度。3）油水隔离和防砂装置-----防止油水混合，环保，保证机组安全运行，便于观察密封圈是否损坏。4）新型喷针轴、活塞的密封和导向装置---摩阻力小，能提高喷针调节灵敏度，并能自动补偿磨损，经久耐用。5）喷针水力平衡装置-----能改善喷针开关力特性，使喷针开关力对称、全程均匀，开关灵敏，不发生卡阻。6）采用单腔控制式油缸----能简化控制系统的油管路，每个组合式喷嘴装配的控制部分，只有2根油管与自动调速器软连接（传统结构需要4根油管），安装维护方便。7）采用高精密μm级电子位移传感器，只需一根电缆向“冲击式专用电子自动调速器”反馈，提高了喷针调节灵敏度；方便安裝。8）采用具有自关闭功能的偏流器的组合式喷嘴和多喷一折机构，使喷针水力自关闭和偏流器自关闭，双重保险，保证了机组停机的绝对可靠。9）采用喷针、偏流器非协联双重调节控制系统。
结语
冲击式水轮机调节控制设计在水轮发电机组中是非常重要的一个环节，随着时间推移，技术进步，其结构和系统也会不断发展和进步，须广大同行共同努力，为我国水电发展多作贡献。
参考文献
[1]周文桐，周晓泉著.《水斗式水轮机基础理论与设计》.中国水利水电出版社
[2]《水轮机设计手册》.哈尔滨大电机研究所
浅谈冲击式水轮机配水环管的安装 篇4
1.1 配水环管的画线与配割
传统的施工方式是先将配水环管管口修齐,然后将其放样至样板上,这种方式仅适用于凑合节两端配水环管管口角度一致的规则情况下,不适用于管口角度不一样的非规则情况,故通过以下施工方式解决此问题:
分出管节1及管节2的腰线,并分别将腰线反至管节内部待用,然后在两腰线中确定2个最短位置点,按照施工方便分别选取A、D2点为最短位置点,连接A、D2点(图1)。
连接另一侧腰线,此时两腰线处于同一平面上,分别用2点(图1中B、C 2点)测两腰线之间的最短距离。两点相对距离越远,则测出的精度值越高,使BF及CH长度与凑合节管内径一致,此时将在对侧腰线上确定2点,即E、I点。
分出管节1及管节2的最高线,然后连接AE、DI,以最高线为基准线,当与AE相交时确定最高线中的最高点G,同时也能确定一最低点G1,当与DI相交时确定最高线中的最高点J,同时也能确定一最低点J1,而此时管节1中GEG1A、管节2中JIJ1D均处于同一面内,两管口角度一致,将不规则情况转变成规则形状,便于施工放样的顺利进行,此时AEID平面即为凑合节的平面投影图。
1.2凑合节的画线与配割
凑合节的画线与配割方式与配水环管的画线与配割方式大致一样,如凑合节投影平面图AEID(图2),先分出凑合节两腰线E2 I2与A2D3 (如凑合节是斜管口,则尽量使一腰线与斜管口的最短腰线重合),分别测出配水环管处AD、EI、AI、ED、GJ1,G1J的距离,在凑合节最短腰线上取B2、C32点,两点距两端点尽可能一致,同时B2C3距离与AD距离相等,然后分别将AI、ED两距离以B2、C32点为基准点反至凑合节另一腰线处,分别得出F2、H22点。
分别作出凑合节的最高线及最低线,连接B2F2及G3H2,从最高线上找出一点向下引垂线,使该垂线刚好与B2F2的连线相交,从而得出最高点G2及最低点G3。相同方式找出另一面最高点J2及最低点J3,同时用EI=F2H2、GJ1=G1J=G2J3=G3J2校验以上尺寸是否符合要求,由于在画线及施工过程中存在的特殊条件,难免有部分误差存在,如校验尺寸符合要求,则可进行配割,如不符合要求,复查以上尺寸且根据实际情况局部调整,同时在画线过程中注意坡口尺寸,以避免造成二次局部配割。
2 配水环管的焊接及变形控制
2.1 配水环管焊接的温差控制
在施工现场,焊接作业区温度早晨低于0℃,而中午在12℃左右,下午则在3～4℃,如此大的温差变化给焊接带来一定难度,故在焊前将构件焊接区各方向大于或等于2倍钢板厚度且不小于150 mm范围内母材加热到20℃以上方可施焊,且在焊接过程中均不应低于这一温度,测温应位于被加热面的反面。在焊缝未完成而结束任务时,采用石棉布及履带式加热板使焊缝缓慢冷却,确保焊缝不陡然冷却。
2.2配水环管的焊接顺序
由于配水环管分6段运至工地组装焊接,每节均设置一段凑合节,故焊缝较多,如每段均与凑合节先定位,则配水环管将形成一整体,由于在配水环管焊接中配水环管管节间传递力矩,故会产生较大的变形超标,造成下步工作困难,故每个凑合节先与配水环管焊接一面,然后再焊另一面。实践证明,该方式能较好地控制变形。
2.3 WDB620贝氏体钢的化学成分和焊接特点
WDB620贝氏体钢标准化学成分:W(C)≤0.07%,W(Si)0.15%～0.4%,W(Mn)≤1.0%～1.6%,w(P)≤0.02%6,W(S)<0.012%,W(Ni)<0.5%,W(V)<0.08%,W(Nb)≤0.08%,W(B)≤0.03%。由Ceq和Pcm很低,在保证具有良好强韧性的同时,尤其具有优良的焊接性(称为焊接无裂纹钢),钢的抗拉强度达到620 MPa,屈服强度达到490 MPa。
2.3.1 热影响区的淬硬倾向
焊后冷却过程中,易在热影响区中出现低塑性的脆硬组织,这种组织在焊缝扩散氢量较高和接头拘束较大时易产生氢致裂纹。
2.3.2 冷裂纹敏感性
低合金高强度钢焊接时出现的裂纹主要是冷裂纹,焊接时必须予以重视。钢的强度级别越高,淬硬倾向越大,冷裂纹敏感性也越大。
2.3.3 再热裂纹倾向
当焊接厚壁压力容器等结构件时,焊后需进行消除应力热处理。对于含铬、钼、钒、钛、铌等合金元素的钢材,在热处理过程中(也可能发生于焊后再次高温加热的使用过程中),易在热影响区的粗晶区产生晶间裂纹。焊接这类高强度低合金钢时,应重视防止再热裂纹问题。防止再热裂纹的主要措施是尽量选取对再热裂纹不敏感的材料,选择强度较低的焊接材料,提高预热温度和焊接线能量,以及尽量减少焊接接头中的应力集中等。
2.4 配水环管焊接的注意事项
(1)焊条应储存在干燥通风良好的地方,在使用前,必须按产品说明书及有关工艺文件规定烘干,低氢型焊条烘干温度为350～380℃,保温时间应为1.5～2 h,烘干后缓冷至110～120℃的保温筒中存放,在大气中放置4 h应重新烘干,重复烘干次数不超过2次,受潮焊条不能使用。
(2)电焊条采用CHE607RH型且不大于φ4.0 mm的施焊。
(3)施焊前应检查焊接部位的组装和表面清理质量,如不符合要求,应修磨补焊后方能施焊,坡口组装间隙超过允许偏差时,可在坡口单侧或两侧堆焊,修磨其符合要求后方能组焊。
(4)厚钢板多层焊时应连续施焊,每一道焊缝焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物。发现影响焊接质量的缺陷时,应清除后再焊。遇有中断施焊的情况,应采取适当的后热保温措施,再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。
3 结论
冲击式水轮发电机 篇5
某热电站#1发电机孤网运行,其容量为75MW,出口电压为10kV,带两段母线送电至各造纸车间。二期扩建工程的安装调试由迪尔集团有限公司承担。
2012年6月12日,系统从#1发电机ⅠA段母线518开关柜→并接电缆→XKK-10-3000/12电抗器→并接电缆→二期工程#2发电机ⅡA段母线2G109联络柜下口半绝缘TV进行送电冲击,该馈电回路采用南瑞光纤差动保护。在进行第一次送电冲击时,系统电压下降,强励动作,十几秒后#1锅炉引风机跳闸,发电机甩负荷,手动分开ⅠA段进线开关后,电压恢复正常。
2 事故分析
调取各项记录数据发现,该馈电回路送电冲击开始时,发电机电压下降,引起强励动作,强励后约14s系统电压降至8kV,此时#1锅炉引风机跳闸,继而发电机甩负荷,手动分开ⅠA段进线开关和518开关后,系统电压最终降至7.8kV,恢复正常。在此期间,线电压、相电压均平衡,各相关保护无动作,从送电冲击到电压恢复正常历时15s。经分析,初步判断事故原因如下:
(1)在XKK-10-3000/12电抗器后有对称短路点,518开关柜电流回路开路。
(2)送电冲击时,系统发生的串联谐振可能是阴雨连绵,电抗器对地距离不够,由送电冲击时产生的漏磁所致,于是对电抗器作烘干处理。电抗器容量为3 000kVA,额定电压为12kV,518开关柜至XKK-10-3000/12电抗器每相通过7根400mm2单芯铜电缆连接,电抗器至2G109联络柜每相通过6根400mm2单芯铜电缆连接。因此,电缆相别接错时易发生此类事故。
3 事故处理
检查复校518开关柜、2G109联络柜保护装置时,发现定值输入、投入正常,一次通流保护显示、动作正常,说明故障时无故障电流;拆开3个半绝缘TV的一次线,用2 500V兆欧表摇测其回路相间对地电阻,结果均为500MΩ;用直流泄漏机对回路进行15kV耐压试验,结果无异常,三相泄漏值均在10μA以下且平衡;3个半绝缘TV试验结果未发现异常。这说明该馈电回路无短路接地现象,事故可能是串联谐振所致。
为进一步确认事故原因,提出柴油发电机组零升压试送方案。但启动柴油发电机组后发现不能零升压试送,在降低保护定值后试送3次均正常,由此可确认事故是串联谐振所致。为防止下次用#1发电机送电冲击时事故扩大,降低了518开关柜、2G109联络柜保护装置的过流、速断和时限定值,并派专人监视系统电压,一旦发现系统电压降至8.5kV,就立即分断518开关;若试送不成功,则带上#2发电机ⅡA段母线试送。准备工作完毕后开始试送,在518开关合闸后发现,系统电压瞬时升至11.3kV后紧接着降至9.0kV,然后瞬间又恢复到正常工况。
4 事故原因
(1)#1电站孤网运行,容量较小,其送电冲击馈电回路电缆根数较多,又串联电抗器和半绝缘TV,空送该馈电回路时,系统负荷发生较大波动或负荷不平衡变化造成发电机频率波动,导致长时间出现严重的串联谐振现象,最终使发电机甩负荷。
(2)用柴油发电机试送不发生谐振现象,是因柴油发电机的额定电压为0.4kV,额定功率为2 500kW,经1台0.4/10kV联络变联络,阻抗变换了且负荷单一,试送时达不到谐振条件。
(3)柴油发电机试送不成功后带上#2发电机ⅡA段母线再试送,可人为破坏谐振条件。
(4)用#1发电机两次对#2发电机ⅡA段母线进线馈电回路送电冲击时的谐振现象不同,是因为2次送电冲击时的天气、湿度、发电机运行参数、负荷的稳定度不同,致使系统对地电容发生变化,导致Q值发生了变化。
(5)#1锅炉引风机跳闸是因该风机为高压变频调速,系统电压低于8kV(低压保护定值为80V)时低压保护跳闸所致。引风机跳闸后,锅炉系统连锁保护使发电机甩负荷,此时由于系统电压未达到发电机、其它电机低压保护报警跳闸值(一般为70V),因此,它们继续运行。
5 事故教训
(1)本次事故虽不是人为因素造成的,但导致了发电机甩负荷,影响了工程进度,如不及时处理将会推迟送电时间。第二次试送冲击成功纯属偶然,只能证明系统发生了串联谐振,因为#2发电机ⅡA段母线已正常运行,所以下次送电时一定要带上#2发电机ⅡA段母线,并建议在3个半绝缘TV中性点串接阻尼电阻或在开口三角形绕组两端并联阻尼电阻(或消振器),以消除或减少谐振发生的频度。本工程还有2个类似的馈电回路,建议试送冲击选择在发电机负载稳定时进行,并做好预防谐振的应急方案。
(2)在以往的送电过程中也曾发生过谐振现象,但那只是TV开口三角形绕组产生零序电压导致保护报警而已,并未出现系统电压长时下降的现象。带上1台变压器试送后,谐振现象都能得到消除。
(3)出现事故后,一定要根据故障现象,仔细检查、综合分析,并根据分析结果,逐项排查验证,最后找出原因再排除,而后重试。
(4)事故分析需要各方配合,事故出现后,要多听取各方意见,利用各方数据、资料及仪器设备,分析并排除故障。
摘要：阐述孤网运行的发电机在空送带电抗器、并联电缆、半绝缘TV引发的甩负荷现象,采取柴油发电机试送方案确认了事故原因并提出防范措施,总结了事故教训。
冲击式水轮发电机 篇6
冲击式水轮机的效率研究表明:高水头冲击水轮机最优效率所对应的最优转速范围很窄,转速是影响效率的重要因素。因此,应采用变速恒频运行措施来提高机组性能,它可使水轮发电机组一直处于最优工况运行,加权平均效率提高2%~5%,并减少水轮机转轮空蚀和磨损,大大延长机组的检修周期和寿命。
本文研制了基于32位DSP的高水头冲击水轮发电机组交流励磁控制系统,在国内首次对高水头冲击水轮发电机组的变速恒频运行、最大效率追踪等问题进行系统分析和研究。并开发了高可靠、高性能、低成本交流励磁与调速协调控制系统,提出了空载运行控制策略和发电运行协调控制策略,提高了电网稳定性,实现了高水头冲击水轮发电机的最大效率追踪。
1 系统总体结构和工作原理
交流励磁变速恒频冲击水轮发电机组主要由冲击式水轮机、双馈型异步发电机、液压调速器、交流励磁主回路、交流励磁与调速器协调控制系统组成,总体结构如图1所示。
并网发电机组多工况运行(如空载运行和并网运行等),控制系统具有多变量、多回路、多目标等特点,且被控参量非线性、强耦合。为了获得良好的控制品质,笔者提出了变结构、变参数协调控制思想,即设计协调控制模块,建立协调控制机制。在协调控制模块管理下实现空载运行控制和并网发电控制的动态切换、交流励磁控制和转速控制的动态匹配。并网运行时交流励磁与液压调速协调控制系统原理如图2所示。
空载运行是为并网运行做准备的。此时,空载控制程序根据水头和最优转速模型计算最优转速na,其速度调节回路按转速指令控制调速器,粗调水轮机转速至na,完成最优转速开机。系统投励操作信号发出后,其电压调节回路检测水机转速,调节交流励磁电流的幅值、频率和相位,使之满足:fm+fe=fz,ut=un,θt=θn,以等待并网。式中:fm代表水轮机频率;fe代表交流励磁电流频率;fz代表电网同步频率;ut代表机端电压有效值;un代表电网电压有效值;θt代表机端电压相位角;θn代表电网电压相位角。
并网运行以提高电网稳定性为首要目标,主要完成功率调节和最大效率追踪,交流励磁与液压调速采用协调控制,协调控制系统包含功率解耦调节、速度调节、负荷突变控制和水机喷针开度前馈控制等四个部分,电网负荷变化和水头变化是主要扰动因素。中小机组的输出功率给定一般都是由电网调度来分配,功率调节回路按功率需求指令调节。和同步发电机的调速器调节有功输出、直流励磁系统调节无功输出的控制方法相比较,交流励磁异步发电机组的优点是交流励磁控制系统可以实现有功、无功的独立控制。若功率需求变化时,有功和无功调节回路调节励磁电流,跟随电功率需求变化;喷针开度前馈控制预调水机出力以减小速度波动;速度调节回路缓慢调节水机喷针开度以调节机械出力,平衡电功率变化,抑制水轮机转速波动。若水头变化,控制系统计算最优转速,速度调节回路按新的转速指令控制转速,实现最大效率追踪。同时,功率调节回路检测水机转速,快速调节交流励磁电流幅值与频率,以使输出功率无波动。得益于交流励磁与液压调速的动态协调控制,功率调节快而精,提高了电力系统稳定性;速度调节慢而粗,减少了机组喷针抽动,降低了速度控制难度,实现了最大效率追踪控制[1,2,3,4,5,6]。
2 交流励磁与液压调速协调控制策略
协调控制模块实时监测发电机组状态,按协调机制调用控制策略、调整控制结构、重配控制参数。协调控制系统总体结构框图如图3所示[7,8,9]。
2.1 空载运行控制策略
空载运行时,发电机组为并网发电做准备。空载运行控制策略由电压调节回路和速度调节回路组成。速度调节回路按最优转速指令调节水轮机的喷针开度,实现最优转速开机、多转速并网。系统投励操作指令发出后,电压调节回路跟踪电网电压向量、检测水机转速、快速精确地调节励磁电流幅值、频率和相位,从而调节发电机机端电压向量以满足并网条件。具体调节步骤如下:
(1)根据水头数据和最优转速模型计算最优转速na;
(2)将na作为速度调节回路的转速指令,速度调节器调节水轮机喷针开度,将水轮机转速稳定在最优转速;
(3)操作指令发出后,其电压调节回路以电网电压为参考量,检测水机转速、调节励磁电流的频率、幅值和相位,使发电机机端电压满足并网条件;
(4)接并网指令后,操作并网断路器合闸并网。
2.2 并网发电控制策略1
并网发电时,调节输出电功率满足负荷快速变化、提高系统稳定性是协调控制系统的核心任务。当DL=1时,即并网油开关合闸,协调控制模块调用并网发电控制策略1。控制策略1由功率解耦控制、速度闭环控制和开度前馈控制组成。当功率需求变化时,有功功率调节回路和无功功率调节回路以功率指令为给定值,快速、精确地独立调节有功和无功励磁电流分量,使输出电功率快速跟随有功和无功变化;开度前馈控制根据有功变化量,在机组转速尚未变化时预调喷针开度以减小转速波动;输出电机功率的变化将破坏电功率和机械功率的平衡,机组转速缓慢变化,这时速度调节回路作用,调节水轮机喷针开度,重新恢复发电机与水轮机功率的平衡,保持机组转速恒定。
当工作水头发生变化时,控制任务是实现最大效率追踪。按最优转速模型计算最优转速指令,最优转速指令变化时,速度调节回路起作用,调节水轮机喷针开度以满足新的转速指令。速度调节过程中,转速变化将对功率调节产生扰动。要维持电机输出功率恒定不变,功率调节回路也同时起作用,检测水机转速,调节励磁电流频率。因为机组转速变化缓慢,电功率调节响应迅速,因此可通过提高功率调节回路的抗速度扰动能力来获得良好的控制品质,不设功率前馈控制。
2.3 并网发电控制策略2
当DL=1,且功率需求和工作水头同时变化时,协调控制模块调用并网发电控制策略2。控制策略2同样由功率解耦控制、转速闭环控制和开度前馈控制组成,不同之处在于三种控制遵循严格的时序,即先启动功率控制以保证电网稳定,待调节过程基本稳定后再启动最大效率追踪。协调控制模块首先将功率指令下发给功率调节回路,功率调节回路快速、精确地独立调节有功和无功励磁电流分量,使输出电功率满足电网需求变化;前馈控制在机组转速尚未变化时预调喷针开度以减小转速波动。功率调节基本稳定后,电机功率的变化势必打破电功率和水轮机出力的平衡,引起机组转速缓慢变化,这时启动最大效率追踪控制:计算最优转速指令,投入速度控制回路以调节水轮机喷针开度,从而平衡发电机与水轮机功率,调节并稳定转速。
2.4 负荷突变控制策略
当DL=1时,为了快速抑制负荷突变或电网故障所引起的频率和电压波动,协调控制模块检测电网电压的幅值变化Δu和频率变化Δf。当变化大于死区时,调用负荷突变控制策略,投入有功、无功校正环节,即在转子励磁电流给定环节叠加有功、无功校正分量Δi*t2=f(Δf)和Δim*2=f(Δu)。
3 交流励磁控制系统硬件实现
交流励磁控制系统硬件平台由微处理器模块、传感器模块、信号调理模块、信号隔离、驱动模块、双PWM主回路等组成。全数字化交流励磁控制系统结构框图如图4所示。由于系统检测参量多、变化快、数据处理量大,且对控制系统实时性要求高,故选用TMS320F2812作为主控器[10,11]。
4 交流励磁控制系统软件实现
控制系统软件主程序流程,如图5所示。
系统状态检测模块主要用于检测开机命令、停机命令、并网断路器状态、功率给定等信号。系统故障检测模块主要用于微机控制系统自检和检测锁定、复归、油压、温度等开机准备信号是否正常。若系统检测无故障且开机命令发出,控制系统调用空载运行控制策略,开机并进入空载运行,等待并网操作。开机顺序是先打开水轮机喷针至空载开度,在速度控制回路作用下,将机组转速稳定在最优转速;然后交流励磁控制投入,实施机端电压闭环控制,调节励磁电流幅值、频率和相位,跟踪电网电压向量以达到并网条件。
进入空载运行后若并网断路器合闸,即DL=1,系统自动转入发电运行。在发电运行控制策略作用下,有功、无功和速度控制回路协调工作,实现有功、无功独立控制和最大效率跟踪;若断路器再次分闸,即DL=0,系统解列后回到空载运行。在空载运行或发电运行状态,若机组接到停机命令,则进入停机操作:关闭喷针开度,切除交流励磁,同时反向冲水制动,等待机组转速为零后锁定。
空载并网控制程序由定子电压检测、转子电流检测、状态检测、空载运行交流励磁控制、SPWM控制、速度控制、并网操作、停机控制等子程序组成。
发电运行控制程序由定子电流电压检测、转子电流检测、运行状态检测、交流励磁与液压调速器协调控制、SPWM控制、解列操作、停机控制等子程序组成。
5 实验结果与分析
实验装置由直流电动机、交流异步发电机、直流可控电源、双PWM主回路、励磁与调速协调控制系统、同期并网装置等组成。直流电动机及直流可控电源模拟水轮机作原动机,功率为3.3 k W,采用调压调速方式;交流绕线电机模拟双馈异步发电机,功率2.2 k W,4极,额定转速1 500 rpm,直流拖动电机和交流异步发电机直轴连接;双PWM主回路向交流异步电机转子绕组提供变频励磁电源,直流可控电源向直流电动机提供电源;励磁与调速协调控制系统检测状态量、输出控制量,协调控制发电机功率和直流电动机转速;同期并网装置用于并网操作,电网电压380 V。
5.1 空载并网控制实验
实验波形及数据如图6所示。实验结论:1)经计算,并网时间0.20~0.25 s;跟网调节时间<0.1 s;该实验条件下冲击电流<5 A,并迅速衰减。2)空载并网控制策略使机端电压快速跟踪电网电压,并网时间短,冲击电流小。3)交流变频范围≥±15.00 Hz,机组能在宽转速范围内快速小扰动并网。
5.2 最大效率追踪实验
实验波形及数据如图7所示。实验结论:1)最优转速算法能实时计算最优转速,计算精度高;最优转速变化±20%,水头变化范围可达±44%。2)速度控制回路按最优转速指令调节,将转速稳定在最优转速;转速响应慢而稳、有效克服了机组抽动。3)交流励磁与调速器的协调控制,使最大效率追踪过程中的转速变化不影响有功、无功输出。调节过程中有功波动小,无功无波动,稳定后有功、无功不变。
6 结论
运用交流励磁技术与高水头冲击式水轮发电机组结合能更充分有效地利用水力资源,从环境保护、节约能源等方面体现出巨大的社会效益。本文以32位DSP为控制器,开发了能实现最优动态匹配重构容错控制的高可靠、低成本交流励磁与调速协调控制系统。课题研究成果不仅可以用于水力发电机组,同时也能在风力发电机组上加以推广应用。高水头冲击水轮发电机组的最大效率追踪以及相关的交流励磁控制技术的研究成果,具有一定的学术应用价值和较大的推广应用前景。
摘要：在国内首次对高水头冲击水轮发电机组的变速恒频运行、最大效率追踪等问题进行系统分析和研究。针对被控对象多变量、强耦合特点,提出了变结构、变参数协调控制策略,实现了交流励磁控制与液压调速器的最优动态匹配。采用双PWM变换器结构,构建了一套基于TMS320F2812的高可靠、低成本交流励磁与调速协调控制系统,通过实验分析表明,该控制系统提高了电网稳定性,实现了高水头冲击水轮发电机的最大效率追踪。
关键词：变速恒频,交流励磁控制,数字信号处理器,高水头冲击水轮发电机组
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冲击式转轮整体加工 篇7
从数控加工技术角度来说冲击式转轮造型极其复杂、整体加工受限于相邻转轮水斗之间空间太小, 同时刀具的选用、长刀柄加工切削的防振减颤、加工的干涉检查和转轮的刚性变型、数控加工工艺的确定、数控程序的编制以及加工中刀具切削参数的确定难度都是非常大的。文章论述了一种高水头、大直径的冲击式转轮整体锻造数控加工技术。
1加工机床选择
根据转轮实际选择数控车床进行转轮的粗精车加工;选择龙门铣进行转轮外侧斗型的三轴粗精加工;选择带转台的立式镗铣床进行转轮工作面粗精镗序的加工, 此设备具有4轴数控转胎, XYZ三轴可联动加工;选用5轴龙门铣进行转轮根部的清跟加工。
2刀具和切削方式的选择
由于此类型冲击水轮机结构的特点, 决定普通的刀具和常规的切削方式这种情况下已不具备加工性, 必须使用一种在超长刀柄条件下仍具备较高加工效率和加工性能的刀具。通过实际加工试验的验证结合数控仿真计算, 插铣加工方式在刀具刀柄悬伸比超过1: 16时几乎已无法进行切削, 切削时刀具和刀片损毁严重, 同时加工效率非常低下;因此决定主要采用等高铣和区域铣削两种为加工方式, 同时选用适用于加工方式并能去除大余量的刀具和进行精加工的刀具。
3数控加工工艺的确定
整锻数控加工, 根据生产条件和工艺技术要求, 以提高生产效率和保证产品质量为原则, 制定了:粗车→粗铣→粗镗→精车→精铣→精镗→五轴精铣转轮根部的数控加工工艺流程。
4数控加工程序的编制
(1) 转轮车序数控程序分为粗精两部分, 粗车是将转轮毛坯车削至留有余量的转轮理论型线旋转体。精车主要是车削转轮出水口处, 同时根据实际工况在出水口尾部车削出精加工找正段, 如图1所示。
(2) 龙门立式粗加工。龙门立式粗加工的目的是加工出水斗的正面部分和相邻水斗的背面凸起部分。以轮毂底部凸台端面为装夹定位面, 加工出转轮的上半部分轮廓, 然后再以轮毂上部凸台端面为装夹定位面, 加工出转轮的下半部分。龙门粗加工主要采用型腔铣的加工方式, 针对零件、毛坯、切削区域等设置刀具相关参数, 产生刀具轨迹路线, 并且进行动态切削仿真过程。
(3) 镗床卧式粗加工。立式粗加工后相邻水斗之间的背面区域和水斗的工作面区域之间还有很大一部分材料需要切除, 需通过镗床卧式粗加工来完成。同时转轮的工作面加工是整个数控加工过程中的关键环节, 其加工质量和加工精度的优劣直接关系到转轮的发电效率、使用寿命以及经济效益。利用4轴镗床的转台来旋转转轮, 同时使刀轴与转轮水斗对称平面平行, 既可以加工水斗背面、水斗根部的半封闭部分, 又可以加工水斗正面, 可有效避免产生加工干涉、过切以及欠切。通过数控转台来调整水斗正面与刀轴之间的水平夹角来切削水斗工作面。每调整一次角度, 刀具在避免产生加工干涉的前提下, 由外及内、由表及里的层层切削水斗内表面可以加工到的区域, 加工完毕后刀具退回到安全平面, 然后转轮转过一定角度, 刀具再次进行内表面的层层切削加工。随着夹角减小, 即可逐渐加工出水斗工作面区域。采用这种方法, 可以充分利用四坐标机床的性能特点实现空间复杂的水斗曲面加工, 另外可以有效避免加工干涉, 防止出现过切、欠切, 还可改善刀具受力状况, 减小刀具切削过程中的颤振现象, 提高表面的加工质量和加工精度。
(4) 龙门立式精加工。龙门立式精加工分为半精加工和精加工两部分, 两部分加工在同一工位下完成, 半精加工主要是去除粗加工残留的切削余量, 精加工主要是光顺型面。半精加工采用等高轮廓铣的加工方式;精加工采用等高轮廓铣混合区域铣的加工方式。
(5) 镗床卧式精加工。镗床卧式精加工加工原理同镗床粗加工完全一样, 同时镗床卧式精加工也分为半精加工和精加工, 其加工类型和方式同龙门立式精加工。
(6) 五轴精加工。转轮根部区域镗序加工完成后有盲区存在, 因此使用五轴加工以光顺此残留区域。加工的关键确定五轴固定铣的角度, 要多次数控模拟验证得出最合适的加工角度。
完成以上所述数控加工工序后, 冲击式转轮整体锻造加工已完成机械加工部分, 可转入抛光、转轮平衡和喷涂等工序。
5结束语
针对冲击式水轮机转轮结构和加工工艺特点, 主要采用三轴数控机床实现了冲击式水轮机转轮整体复杂型线的加工, 提出了冲击式水轮机整体转轮加工工艺方案, 优化了数控加工工艺参数, 阐述了主要数控编程方式方法, 并且大幅提高了冲击式转轮型线的加工精度, 提高了加工的效率, 节省了加工成本, 保护了数控机床, 保证了转轮的生产进度。
摘要：介绍冲击式转轮结构特点和数控加工方法, 同时进行了加工工艺的分析, 使用合理的加工策略实现高速、安全的加工, 克服了加工中的碰撞和刀具干涉的现象。通过合理的加工工序和加工方式, 实现冲击式转轮整体锻造数控加工, 保证了转轮型线的准确性和光顺性, 提升了转轮的性能。
关键词：冲击式转轮,整体锻造,数控加工
参考文献
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