水轮机调速器的发展及现状调查报告
1.1 水轮机调速器的发展及现状
水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称，它是水轮机控制系统的主体，它可以分为机械液压调速器、电气液压调速器和微机调速器。
最早的水轮机调速器都是机械液压调速器，它是随着水电建设发展而在20世纪初发展起来的。它能满足带独立负荷和中小型电网中运行的水轮机发电机组调节的需要，有较好的静态特性和动态品质，可靠性较高。但是，面临大机组、大电网提出的高灵敏度、高性能和便于实现水电站自动化等要求，机械液压调速器固有的采用机械液压方法进行测量、信号综合和稳定调节的功能就显露出明显的缺陷。现在，新建的大型水轮发电机组已经不采用机械液压调速器，只有中小型机组特别是小型机组仍然有相当一部分采用机械液压调速器。
世界上第一台电气液压型调速器于1944年在瑞士问世。20世纪50年代以后，电气液压调速器获得了较广泛的应用。从采用的元件来看，它有经历了电子管、磁放大器、晶体管、集成电路等几个发展阶段。调节规律有比例积分型（PT）发展到比例、积分、微分型（PID）。随着计算机技术的发展，又逐步结合经典、现代及智能登控制理论。20世纪80年代末期，随着水轮机危机调速器的广泛采用，现状以很少生产电气液压调速器。
第一台微机调速器诞生于20世纪70年代初，到20世纪80年代初世界各国都开始研制微机调速器，瑞士ASEA公司80年代推出的HPC61O/620调节器代表了当时国外微机调速器的发展水平，该调速器具有优良的性能和较高的可靠性。在国内法中科技大学和天津水电控制设备厂合作，率先研制成功了适应式变参数微机调速器，与1984年11月在湖南欧阳海水电站进行了试验并投入使用，其后又与有关单位合作，开发生产了双微机单调节微机调速器和双微机双调节调速器。进入90年代，在我国新建或更新改造的大、中型水电站中，已普遍采用微机调速器。
目前，国际歌国内的微机调速器都是采用PID和以PID为基础的适应式变参数调节规律。微机调速器调节规律由PID型发展到多种PID改进型，其发展经历了Z80单板机、单片机、STD总线、PLC、工业被淘汰，占据市场的主要是STD总线和PLC机型。
2.1微机调速器
2.1.1微机调速器的组成：
储能器、电接点压力表、油泵电机、液压站、压力表、电气柜、接力柜、开度表、触摸屏、频率表、手动控所组成。
2.2微机调速器的功能
2.2.1自动调节功能
采用变结构、变参数控制策略，微机调节器自动选择适合空载运行、大电网运行以及区域电网运行的优化调节和控制参数，以保证调速器在每一工况下都具有良好的动态特性。空载运行时能控制机组频率自动跟踪电网频率，从而提高并网速度。可以进行功率闭环调节，实现恒有功运行。
2.2.2自动控制功能
根据中控室操作命令及有关状态信号自动完成开机、停机、调相、增减负荷、限制负荷以及甩负荷处理等任务，保证机组在各种工况下稳定运行。根据当前水头大小自动整定开机时的启动开度和空载开度，以及负荷运行时的最大和最小开度限制。
2.2.3监视和修改功能
实时显示机组频率、电网频率、机组功率、导叶开度、控制给定、当前水头、空载开度、功放输入、功率给定、开度给定、电气开限、频率给定以及PID的调节参数、功率失灵区等。在机组运行时，可以通过上位机实时修改各种调节参数和给定参数，并无负荷冲击。
2.2.4诊断功能
通过各变送器、智能功放和主机能实时对机组转速、频率测量、位移反馈、有功功率、开关输入、通讯接口等进行故障检测和诊断，并显示故障信息及发出报警信号。能对外界干扰故障进行自动检测和处理，并使微机系统脱离故障状态，自动回复正常运行。
2.2.5容错控制功能
当某些故障发生后，调速器仍然可以维持机组的稳定运行，在不同的故障情况下具有不同的运行方式（包括降级运行）：当一个或数个通道失效时，仍能自行由正常通道来维持系统的稳定运行，并可进行频率、负荷调节；即使出现滤油器堵塞失效，而又未能得到及时更换处理的情况，仍有维持机组长期的稳定运行。即使在调速器柜严重故障或断电情况下，仍能保证接力器保持当前位置，且不影响正常和事故停机
2.2.6远程通讯功能
可通过RS485或RS422等通讯接口方便地与计算机监控系统进行数据通讯。
2.2.7调试和试验功能
可以进行在线调试、检查、整定、修改、处理及各种功能测试实验。
图2.1 步进式、数字式、冲击式微机调速器
3.1电气液压调速器的形成
随着电力系统的日益发展和用电部门对电能质量要求的不断提高，机械液压 型调速器已远不能满足要求。高水头大容量的水轮发电机组及大容量抽水蓄能机组的出现，对调速器提出了更高的要求。PI调节规律的电液调速器也难于满足这些要求。国内外对PID电液调速器的研制发展迅速。
3.2电气液压调速器的优点
以电气元件代替了机械元件，这可以大大减少机械加工的工作量，并降低成本。灵敏度高，调节误差小。电液调速器的死区为0.05％～0.1％；而机调的死区为0.15％～0.20％。转速或指令信号按规定型式变化，接力器不动时间：电调不大于0.2s，机调不大于0.3s。
便于实现成组调节、遥控及计算机控制。特别是在计算机快速深入到国民经济及人民生活各个领域的今天，计算机也已开始引入到水电行业的各个方面，机组转速的调整就是其中的一个重要方面。而电液调速器为实现计算机控制水电站、进行调速器的技术改造等提供了极为方便的条件。
4.1机械调速器
20世纪60年代以前我国建成的水电站中，采用机械液压调速器，目前新建以及设备改造中的大中型水电站采用数字式电液压调速器，但在我国小型水电站中，机械液压调速器仍占主导地位。
水轮机调速器的发展及现状调查报告
1.1 水轮机调速器的发展及现状
水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称，它是水轮机控制系统的主体，它可以分为机械液压调速器、电气液压调速器和微机调速器。
最早的水轮机调速器都是机械液压调速器，它是随着水电建设发展而在20世纪初发展起来的。它能满足带独立负荷和中小型电网中运行的水轮机发电机组调节的需要，有较好的静态特性和动态品质，可靠性较高。但是，面临大机组、大电网提出的高灵敏度、高性能和便于实现水电站自动化等要求，机械液压调速器固有的采用机械液压方法进行测量、信号综合和稳定调节的功能就显露出明显的缺陷。现在，新建的大型水轮发电机组已经不采用机械液压调速器，只有中小型机组特别是小型机组仍然有相当一部分采用机械液压调速器。
世界上第一台电气液压型调速器于1944年在瑞士问世。20世纪50年代以后，电气液压调速器获得了较广泛的应用。从采用的元件来看，它有经历了电子管、磁放大器、晶体管、集成电路等几个发展阶段。调节规律有比例积分型（PT）发展到比例、积分、微分型（PID）。随着计算机技术的发展，又逐步结合经典、现代及智能登控制理论。20世纪80年代末期，随着水轮机危机调速器的广泛采用，现状以很少生产电气液压调速器。
第一台微机调速器诞生于20世纪70年代初，到20世纪80年代初世界各国都开始研制微机调速器，瑞士ASEA公司80年代推出的HPC61O/620调节器代表了当时国外微机调速器的发展水平，该调速器具有优良的性能和较高的可靠性。在国内法中科技大学和天津水电控制设备厂合作，率先研制成功了适应式变参数微机调速器，与1984年11月在湖南欧阳海水电站进行了试验并投入使用，其后又与有关单位合作，开发生产了双微机单调节微机调速器和双微机双调节调速器。进入90年代，在我国新建或更新改造的大、中型水电站中，已普遍采用微机调速器。
目前，国际歌国内的微机调速器都是采用PID和以PID为基础的适应式变参数调节规律。微机调速器调节规律由PID型发展到多种PID改进型，其发展经历了Z80单板机、单片机、STD总线、PLC、工业被淘汰，占据市场的主要是STD总线和PLC机型。
2.1微机调速器
2.1.1微机调速器的组成：
储能器、电接点压力表、油泵电机、液压站、压力表、电气柜、接力柜、开度表、触摸屏、频率表、手动控所组成。
2.2微机调速器的功能
2.2.1自动调节功能
采用变结构、变参数控制策略，微机调节器自动选择适合空载运行、大电网运行以及区域电网运行的优化调节和控制参数，以保证调速器在每一工况下都具有良好的动态特性。空载运行时能控制机组频率自动跟踪电网频率，从而提高并网速度。可以进行功率闭环调节，实现恒有功运行。
2.2.2自动控制功能
根据中控室操作命令及有关状态信号自动完成开机、停机、调相、增减负荷、限制负荷以及甩负荷处理等任务，保证机组在各种工况下稳定运行。根据当前水头大小自动整定开机时的启动开度和空载开度，以及负荷运行时的最大和最小开度限制。
2.2.3监视和修改功能
实时显示机组频率、电网频率、机组功率、导叶开度、控制给定、当前水头、空载开度、功放输入、功率给定、开度给定、电气开限、频率给定以及PID的调节参数、功率失灵区等。在机组运行时，可以通过上位机实时修改各种调节参数和给定参数，并无负荷冲击。
2.2.4诊断功能
通过各变送器、智能功放和主机能实时对机组转速、频率测量、位移反馈、有功功率、开关输入、通讯接口等进行故障检测和诊断，并显示故障信息及发出报警信号。能对外界干扰故障进行自动检测和处理，并使微机系统脱离故障状态，自动回复正常运行。
2.2.5容错控制功能
当某些故障发生后，调速器仍然可以维持机组的稳定运行，在不同的故障情况下具有不同的运行方式（包括降级运行）：当一个或数个通道失效时，仍能自行由正常通道来维持系统的稳定运行，并可进行频率、负荷调节；即使出现滤油器堵塞失效，而又未能得到及时更换处理的情况，仍有维持机组长期的稳定运行。即使在调速器柜严重故障或断电情况下，仍能保证接力器保持当前位置，且不影响正常和事故停机
2.2.6远程通讯功能
可通过RS485或RS422等通讯接口方便地与计算机监控系统进行数据通讯。
2.2.7调试和试验功能
可以进行在线调试、检查、整定、修改、处理及各种功能测试实验。
图2.1 步进式、数字式、冲击式微机调速器
3.1电气液压调速器的形成
随着电力系统的日益发展和用电部门对电能质量要求的不断提高，机械液压 型调速器已远不能满足要求。高水头大容量的水轮发电机组及大容量抽水蓄能机组的出现，对调速器提出了更高的要求。PI调节规律的电液调速器也难于满足这些要求。国内外对PID电液调速器的研制发展迅速。
3.2电气液压调速器的优点
以电气元件代替了机械元件，这可以大大减少机械加工的工作量，并降低成本。灵敏度高，调节误差小。电液调速器的死区为0.05％～0.1％；而机调的死区为0.15％～0.20％。转速或指令信号按规定型式变化，接力器不动时间：电调不大于0.2s，机调不大于0.3s。
便于实现成组调节、遥控及计算机控制。特别是在计算机快速深入到国民经济及人民生活各个领域的今天，计算机也已开始引入到水电行业的各个方面，机组转速的调整就是其中的一个重要方面。而电液调速器为实现计算机控制水电站、进行调速器的技术改造等提供了极为方便的条件。
4.1机械调速器
20世纪60年代以前我国建成的水电站中，采用机械液压调速器，目前新建以及设备改造中的大中型水电站采用数字式电液压调速器，但在我国小型水电站中，机械液压调速器仍占主导地位。