調(diào)速系統(tǒng)的作用和系統(tǒng)組成

調(diào)速系統(tǒng)的作用

調(diào)速系統(tǒng)(Governor System)作用是控制水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（頻率）和有功功率。是水電站中重要的控制系統(tǒng)。

調(diào)速系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)組成主要涉及

• 調(diào)速器 governor
• 水輪機(jī) turbine
• 發(fā)電機(jī) generator

調(diào)速器 Governor

• PID 控制器
• 執(zhí)行機(jī)構(gòu) actuator

PID=Proportion-Integration-Differentiation 比例-積分-微分控制器

PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行PID的輸出運(yùn)算結(jié)果，例如液壓機(jī)，伺服電機(jī)等

水輪機(jī)

水輪機(jī)是水電站中將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備。通過水電站的大壩將水流集中，讓水通過水渠管道引至水輪機(jī)，沖擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并由水輪機(jī)帶動(dòng)與其連接的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。

按照工作原理，大致可分為三類

• 沖擊式水輪機(jī) impulse turbine

利用高速水流沖擊水斗或葉片做功

• 反擊式水輪機(jī) reaction turbine

利用水流的壓力和動(dòng)能來做功

• 水泵水輪機(jī)

一種可逆式水輪機(jī)，即可做水輪機(jī)，也可做水泵，一般用在抽水蓄能電站

沖擊式水輪機(jī) impulse turbine

典型代表：Pelton Turbine 佩爾頓式水輪機(jī)

利用水動(dòng)能沖擊水斗來獲得能量。

主要部件

• Nozzle 噴嘴
• Deflector 變流器/折向器
• Runner 旋轉(zhuǎn)輪
• Jet of water 噴水柱/水槍
• Bucket or vane 水斗或葉片
• Braking jet or nozzle 制動(dòng)噴嘴
• Spear 長矛：用于控制水流

適合水頭高度最高為2000米，低流量，極高水頭。

涉及的產(chǎn)品應(yīng)用

• Nozzle alignment 噴嘴對中

噴嘴射出的水柱與水斗之間的對中，利用角位傳感器KINAX采集的信息，通過油壓機(jī)或電氣的方式

• The angle of deflector 折向器的角度

折向器安裝在噴嘴和旋轉(zhuǎn)輪之間，用于減少水輪機(jī)的輸出，可快速切斷水動(dòng)能。角位傳感器KINAX系列 用于采集折向角度。

反擊式水輪機(jī) reaction turbine

典型代表1：Francis turbine 法蘭西斯式水輪機(jī) 混流式：水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。利用水流的壓力和動(dòng)能來帶動(dòng)軸上的葉片同心圓轉(zhuǎn)動(dòng)來做功。

主要部件

• Stationary Vane 固定葉片
• Penstock 水渠
• Guide Vanes 導(dǎo)流葉片
• Scroll casing 蝸形殼
• Runner 旋轉(zhuǎn)輪
• Draft tube 尾水管

適合水頭高度最高為700米，高流量，高水頭。

涉及的產(chǎn)品應(yīng)用

• The angle of guide vane 導(dǎo)流葉片的角度

導(dǎo)流葉片的角度可以調(diào)整，用于控制水流大小，進(jìn)而控制水輪機(jī)的表現(xiàn)效率。角位傳感器KINAX系列 可以用于測量葉片角度。

反擊式水輪機(jī) reaction turbine

典型代表2：Kaplan turbine 卡普蘭式水輪機(jī)

軸流式：水流沿轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，水流方向始終平行于主軸。水流從水輪機(jī)四周水平方向向中心流入，然后轉(zhuǎn)為向下方向推動(dòng)轉(zhuǎn)輪葉片做功。

主要部件

• Runner blades 螺旋槳式刀鋒葉片
• Guide Vanes 導(dǎo)流葉片
• Scroll casing 蝸形殼
• Draft tube 尾水管

適合水頭高度最高為80米，高流量，低水頭。

涉及的產(chǎn)品應(yīng)用

The angle of guide vane 導(dǎo)流葉片的角度

導(dǎo)流葉片的角度可以調(diào)整，用于控制水流大小，進(jìn)而控制水輪機(jī)的表現(xiàn)效率。角位傳感器KINAX 可以用于測量葉片角度，輸出信號(hào)給控制器。

The angle of runner blade 刀鋒葉片的角度

刀鋒葉片的角度可以調(diào)整，提供良好的控制特性，在不受負(fù)載影響的恒定轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)最佳效率。角位傳感器KINAX 可以用于測量葉片角度，輸出信號(hào)給控制器。

水輪機(jī)選型參考

發(fā)電機(jī)

涉及的產(chǎn)品應(yīng)用 Monitoring of frequency and power 發(fā)電機(jī)的頻率和有功功率監(jiān)測 發(fā)電機(jī)端的頻率和有功功率監(jiān)測數(shù)據(jù)傳入調(diào)速器的PID控制器，與預(yù)設(shè)好的參考值比較，并不斷地自我學(xué)習(xí)調(diào)整優(yōu)化。如監(jiān)測到數(shù)據(jù)異常，調(diào)速器迅速動(dòng)作調(diào)整。多功能電量變送器SINEAX CAM/ DM5系列可監(jiān)測頻率和有功功率，支持多路模擬量信號(hào)輸出。

德國GMC-I高美測儀 產(chǎn)品介紹

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多功能電量變送器 SINEAX CAM

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多功能電量變送器 SINEAX DM5系列

審核編輯：符乾江