1、,“生产过程自动化” 复习课,华中科技大学 水电与数字化工程学院 2009年6月,第一章 绪论,生产过程自动化复习,一、水电生产的特点,水能是一种可再生的洁净能源，并可以综合利用；水电能源可以储备；水电机组具有操作灵活、开/停机快的特点；适合担负系统调峰、调频和事故备用任务；,二、水电站自动化的目的,提高水电站运行的可靠性； 保证电能质量；提高水电站运行的经济性；提高劳动生产率；,三、水电站自动化的任务,自动控制水电机组的运行方式，实现开机、停机和并网、发电转调相或调相转发电等过程的自动化；实现水电机组的安全经济运行；实现对辅助设备和主要电气设备的控制、监视和保护；完成对水工建筑物运行工况的监
2、视与控制。,四、电力系统备用容量的概念及其内容,1、概念：备用容量=系统可用电源容量-发电负荷。,2、内容：包括负荷备用、事故备用和检修备用。,五、水电站计算机监控系统,计算机技术在水电生产过程中最重要的应用是计算机监控系统，主要完成自动检测、优化计算、自动控制、自动事故处理和运行管理的任务。,水电站计算机监控系统是由计算机技术、信号处理技术、测量技术、网络通讯技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。与常规控制系统相比，具有显著的优越性。,六、水电站计算机监控系统的结构,水电站电力生产管理的集中性和控制的分散性这一实际需要，要求水电站计算机控制系统采用分层分布式结构。这种结构与水电生产过程的
3、管理结构相一致，一般分为三级：过程控制（仪表）级、控制管理（现地控制）级、生产管理（电站）级。各级既相互独立，又相互联系。,七、水电站计算机监控系统的基本功能,数据采集和处理；实时控制和调节；运行状态的趋势分析；安全运行监视与事故/故障报警；事件顺序记录与事故/故障分析；运行参数记录与打印；数据通信与远动；运行维护管理。,第二章 水轮发电机的自动并列,生产过程自动化复习,一、基本概念,发电机与电力系统的相序相同； 发电机与电力系统的频率相同； 发电机与电力系统的电压相同；发电机与电力系统的相位相同；,1、同步发电机并列的条件：,2、非同期并列操作可能使机组严重损坏：,如果相位差为180时非同期
4、合闸，则发电机定子绕组的冲击电流将比发电机出口的三相短路电流大一倍； 如果电压或频率不相同，将对机组产生很大的电磁冲击力，甚至高达额定力矩的8-26倍。,二、同步发电机两种同期并列方式及其特点,同步发电机具有准同期和自同期两种同期并列方式。,1、准同期,准同期的特点：,由于在准同期操作中满足了发电机与电力系统的频率、电压和相位相同的条件。发电机定子回路的电流将为零，对机组将不会产生电流或电磁力矩的冲击。因此，水电站在同期操作中，采用了以自动准同期作为机组正常时的并列方式 。,但是，准同期存在着非同期并列操作可能，并使机组严重损坏。为了避免非同期并列，在准同期并列时，同期回路带有非同期闭锁。,2
5、、自同期,自同期的特点：,不需调整电压、相位和精确调整转速，操作简单；由于并列操作时未投励，消除了非同期并列的可能；与准同期相比，大大缩短了并列的时间。,自同期并列为电力系统发生故障而出现低频、低压时，启动备用机组创造了很好的条件，对于防止事故扩大，迅速恢复系统起到重要作用。,三、脉动电压及其准同期条件检测,1、脉动电压,脉动电压（滑差电压） 是指合闸前同期点两侧的电压之差：,设发电机电压与系统电压相等，且初始相角为零，即,令 为脉动电压 的幅值，则,由上式可知，脉动电压可看成是幅值为 、频率接近工频的交流。,利用三角公式得：,当两个交流电压 和 的频率不相等时 ，一般可用两个有相对旋转速度
6、的向量来表示它们，如图。两个交流电压向量的相角差 就是图中的夹角；两者间的电角频率之差称为脉动角频率 。,当 时， 为两电压幅值和。,于是,由此可见， 为正弦脉动电压，其最大幅值为 。,应用三角公式可求得 值为,当 时， 为两电压幅值差；,且脉动周期 即为脉动电压频率差的变化周期：,与 的频率差就是脉动频率,2、利用脉动电压检测准同期条件,电压幅值差对应于脉动电压 的最小幅值,（2）频率差,（1）电压幅值差,由于在准同期并列时，频率差要求 ，则相应的脉动周期 。因此，根据脉动周期 的大小，可判断发电机与系统的频率差,3、导前时间,从自动准同期装置发出合闸脉冲到相位差为0的这一段时间称为导前时间
7、 ，显然，导前时间应等于合闸机构所有元件的固有动作时间之和。,4、允许滑差角速度,设 为发电机允许合闸相角差，由下式可求得最大允许滑差,虽然从理论上讲，按越前时间设计的自动准同期装置可以使合闸时的相角差为零，但由于装置的越前时间以及合闸机构的动作时间存在分散性，这就使并列时的允许滑差角速度受到限制。,断路器最大合闸误差时间,自动准同期装置最大误差时间,允许合闸相角差,例：某发电机采用自动准同期并列，系统的参数已归算到以发电机额定容量为基准的标幺值。一次系统的参数为：,发电机纵轴次暂态电抗 ；,断路器合闸时间 ；,断路器最大合闸误差时间 ；,自动准同期装置最大误差时间 ；,待并发电机允许的冲击电
8、流 ；,试计算允许合闸相角差、允许滑差角频率与相应的脉动电压周期。,（其中， 为发电机额定电流、 为允许合闸相角差）；,解： （1）允许合闸相角差,其中考虑并列时发电机电压可能超过额定电压值的5%。,（2）允许滑差角频率,（3）脉动电压周期,三、交流电量的傅氏级数算法,傅立叶级数的定义：设 是以T为周期的实函数，且 在 满足,连续或只有有限个第一类间断点；只有有限个极值点。,则在 的连续点处有,傅立叶级数表明，一个周期为T的信号可以分解为简谐波之和。这些谐波的频率分别为一个基频 的倍频。换言之，信号 并不含有各种频率成分，而仅有一系列具有离散频率的简谐波所构成。其中， 反映了频率为 的谐波在
9、中所占的份额（称为幅值）； 则反映了频率为 的谐波沿时间轴移动的位置（称为相位）。这两个指标完全刻画了信号 的性态。,傅里叶级数的离散运算式为:,n 次谐波的幅值,； n 次谐波的相位,式中，,为n次谐波的实部；,为n次谐波的虚部；,N 一个周期T中的采样数；, 在一个周期T中的第k 个采样值。,例：若采用8点采样的傅氏算法计算一个周期函数 的基波和二次谐波的幅值和相位，试写出相应的计算式。,解：当 时,；,式中：,；,当 时,；,；,式中：,第三章 水轮发电机励磁的自动调节,生产过程自动化复习,一、水电机组励磁控制的任务,维持发电机端电压水平并且合理分配各机组的无功负荷； 提高电力系统运行的
10、稳定性和输电线路的传输能力； 提高带时限动作继电保护的灵敏度；加速短路后的电压恢复过程和改善异步电动机的启动条件；改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件；防止水轮发电机突然甩负荷时电压过度升高。,二、对自动调节励磁装置（AVR）的要求,工作可靠、动作迅速、无失灵区。,三、当一台同步发电机带孤立网运行时，无功负荷电流的增加是造成发电机端电压下降的主要原因。,根据等值电路图可得,设： 为 与 间的相位差； 为 与 的相位差； 为发电机的有功电流； 为发电机的无功电流。,由于在正常时 很小， ，则有,上式表明，无功电流是造成机端电压下降的主要原因，且机端电压与无功电流成反比。,四、强行励磁、
11、强行减磁和自动灭磁的作用,1、强行励磁的作用,发生短路时，电力系统和水电站的电压可能大幅度降低。此时，为保证系统稳定运行和加快切除故障后的电压恢复，应使发电机的励磁电流迅速加大到顶值，既实行强行励磁。,2、强行减磁的作用,当机组甩负荷时，由于机组转速的急剧上升，而引起发电机端电压的升高，此时为了保证发电机定子绝缘的安全，应立即减少发电机转子回路的励磁电流，即实行强行减磁。,3、自动灭磁的作用,自动灭磁是在发电机内部或其出口短路时，切断励磁电流，并在很短的时间内使转子磁场中储存的大量能量迅速消释，而不至产生危及转子绝缘的过电压。,五、同步发电机稳定运行的必要条件,由上式可作出功角特性曲线：,在不
12、计各元件电阻和导纳的条件下，发电机的输出功率满足：式中： 为变压器和线路阻抗；为 与 间的相位差，称为功角。,当输入功率为 时，在曲线的 点或 点均可保持发电机的输出功率与之平衡，发电机的转速维持不变。,但是，若发电机工作在 点（功角为 ），则不能维持稳定运行。此时，若系统受到微小扰动使功角 离开平衡状态 而增大 ，则发电机的输出功率将减小，从而出现剩余功率并导致发电机加速，结果 不断增大，转速越来越高，运动状态无法回到平衡状态 点（转速越大，功角 也越大），最后失去同步（或称为失去稳定）。,反之，发电机若在 点运行时，扰动使 角减小 ，则发电机输出功率增大，出现负的剩余功率。此时，机组将减速
13、， 继续减小，直至达到 点。经过一系列振荡后达到新的平衡状态而稳定下来。,由于发电机时刻在小的扰动下运行，因此发电机不可能在 点稳定运行。,若发电机工作在 点（功角为 ），则微小扰动使 增加 时，发电机的输出功率将增大，而出现负的剩余功率。这样，机组将减速，使得 角减小，最后仍回到 点运行；若扰动使 减少 ，则情况相反，但最后也仍回复到 点运行。,由上述分析可知，在发电机励磁电流和导叶开度不变的条件下，虽然功角特性上有两个对应于输入功率 的运行点，但只有其中的 点是可以稳定运行的。由此可得发电机稳定运行的必要条件：,六、在可控硅励磁中的“同步”是指什么？为什么同步信号取为同步发电机的AC线电压
14、？,答：一个可控硅的导通，除了应在其阳极与阴极间加上正向电压外，还必须同时在控制极上加上正向触发脉冲，否则可控硅将处于截止状态。对三相可控整流桥而言，就是要求每次加在可控硅控制极上的触发脉冲，都应在该相可控硅承受正向电压的一定时刻发出。同时，当控制电压一定时，各相的每个周期送出的触发脉冲，对应于该相阳极电压的时刻都应相同，即控制角相同。可控硅触发脉冲与主回路之间的这种相位配合关系称为同步。取自主回路的同步信号，就是用于保证主回路与触发电路之间的同步。,在三相全控桥可控硅励磁控制中：共阴极组的整流可控硅整流元件应在其阳极电位为最高的一段区间内，给控制极以触发脉冲才能导通。因此，其三相触发脉冲按+
15、A，+B，+C相的顺序并依次相隔120发出；共阳极组的整流可控硅整流元件应在其阴极电位为最低的一段区间内，给控制极以触发脉冲才能导通。因此，其三相触发脉冲按-C，-A，-B相的顺序并也依次相隔120发出。,这样，对于整个三相全控桥来说，当同步信号取为同步发电机的AC线电压时，其六相触发脉冲发出的顺序就成为了+A，-C，+B，-A，+C，-B相，并依次相隔60发出。,例1：当可控硅励磁调节器对电压进行调节时采用了比例控制规律。在某采样周期 ,微机调节器测量到发电机端电压的偏差相对值为 ，比例控制参数 。,若:控制信号与导通角 余弦关系中的因子 ，计算机的计数频率 ，同步信号周期 。,试求出：可控
16、硅导通角 以及对应的脉冲数 。,解：由于采用了比例控制规律，故控制信号为,由于触发角与控制信号成余弦关系，得,将晶闸管触发角 折算为计算脉冲个数，得,（个）,例2：在忽略限幅和饱和等非线性因素后，同步发电机励磁调节系统空载时的传递函数框图如下：,其中：,为同步发电机的传递函数；,为测量比较单元的传递函数；,为综合放大和移相触发单元的传递函数；,为功率放大的传递函数；,已知励磁调节系统的参数：,电压比例系数 ；,滤波电路的时间常数,；,功率放大单元的增益 ；,功放单元的时间常数,；,发电机的放大系数 ；,发电机的时间常数,；,综合放大和移相触发单元的时间常数,。,试绘制该闭环系统以 为参变量的根
17、轨迹，并分析使系统稳定时 的取值范围。,第四章 频率和有功功率的自动控制,生产过程自动化复习,一、水电机组频率和有功功率自动控制的基本概念,1、维持电力系统频率稳定的条件,电力系统的频率稳定与否，取决于系统的有功功率是否平衡：若系统总的发电功率 = 用户总的耗用功率（包括线路耗损），则系统的频率维持在额定值；若系统总的发电功率大于（或小于）用户总耗用功率，则系统的频率大于（或小于）额定值；并网运行发电机组的功率控制，就是维持电力系统功率的平衡，使系统的频率偏差在容许的范围内。,2、调频机组和调频电站,由于计划外负荷是无规律变化的，因此必须采取必要的技术手段，将电力系统的频率维持在正常水平。这就
18、要求在系统中划出一部分机组甚至几个水电站执行调频任务，是系统的总发电功率随时跟踪用户的总耗用功率，这些机组或电站称为调频机组或调频电站。,3、电力系统的日负荷曲线和计划外负荷,电力系统的实际负荷是随机变化的，电力调度中心根据统计资料来制定系统日负荷曲线，称之为计划负荷，它反映了电力系统负荷变化规律性的部分；计划负荷与实际负荷的差值为计划外负荷。,4、一次调频和二次调频,电力系统的调频分为一次调频和二次调频：,一次调频是在电力系统出现频率差时，根据调速器的调差系数来分配机组间的负荷，由调速器完成功率调节。一次调频存在频率差；,二次调频是在调速器调节的基础上，由自动发电控制来重新调整各运行机组的负
19、荷，通过改变调速器的整定值，使频率静态特性曲线上下平移，最终消除频率差。,5、有调节能力水电站和径流式水电站运行机组间负荷优化分配的准则,有调节能力水电站运行机组间负荷优化分配的准则是：在满足电力系统功率平衡和机组稳定性约束的条件下，使水电站的总发电引用水量最小；,径流式水电站运行机组间负荷优化分配的准则是：在满足水电站流量平衡和机组稳定性约束的条件下，使水电站的总发电量最大。,二、有功功率无差调节的主导发电机法,让电力系统中一个甚至几个电站的机组作为调频机组（ 台），而其余机组按有差特性运行，承担计划负荷。其调节方程为：,主导调频机组： ， 按无差特性运行；,其余调频机组： ；,计划外负荷：
20、,式中： 为第 台调频机组计划外负荷分配系数。,三、水电机组的有功功率控制的目的和内容,控制系统根据功率偏差 （式中： 为 时刻由负荷分配所得到的机组目标功率； 为机组的实际功率），按某种调节规律来确定控制信号，并通过调速器调整机组的导叶开度，以改变机组的出力，使机组的实际功率跟踪目标功率（ ），并使调节过程具有稳定、快速和平稳的控制品质。,四、基于李雅普诺夫函数的开关型功率控制原理,已知水电机组功率控制系统的数学模型：,其中， 为开关型控制变量，且当 时机组功率控制系统是稳定的。,设李雅普诺夫函数为：,根据李雅普诺夫函数的定义，式中的 为正定对称矩阵；,则李雅普诺夫函数的导数为：,由于系统是
21、稳定的，则有如下等式成立：,式中的 为正定对称矩阵；,为了保证李雅普诺夫函数的导数小于零，取：,上式表明，基于李雅普诺夫函数的开关控制是建立在状态反馈的基础上的，其开关极性的切换取决于开关线 。,在这种开关控制中，需要适当选择开关线参数 ，才能保证有较好的控制性能。,例：已知在系统频率f和机组水头h不变时，水电机组功率控制系统的状态方程为：,式中：,；,；,为导叶开度；,为调整机构时间常数；,为接力器时间常数；,为永态转差系数；,为控制信号。,试判断该系统的稳定性，并求出基于李雅普诺夫函数的开关控制规律 （设 ）。,解：将参数代入后，得水电机组功率控制系统的状态方程,系统的平衡状态为,设系统的
22、李雅普诺夫函数为,则李雅普诺夫函数导数为,可以证明，除系统的平衡状态 外，李雅普诺夫函数导数不恒等于零。故控制系统在平衡状态 处是大范围渐进稳定的。,基于李雅普诺夫函数的开关控制规律为,五、离散PID调制的功率控制策略,离散PID调制控制是在等控制周期T内根据P的符号确定控制极性；根据对 的PID运算，确定调制控制脉冲宽度 。其控制策略为,脉冲宽度的计算式为：,第五章 辅助设备的自动控制,生产过程自动化复习,一、水电机组的转速测量,1、水电机组转速测量的目的,水电机组的转速测量对于水电机组状态检测和控制是十分重要的，其测量精度及其可靠性直接关系到水轮机调节的性能和水电机组运行的安全性。,转速信
23、号器是用于测量反映机组运行状态的一个重要参数转速n，并能够在机组转速到达所设置的转速值发出相应的信号，用于对机组进行自动操作和保护。,例如：当n140%nr 时，发出飞逸信号，命令机组事故紧急停机；当n115%nr 时，发出过速信号，命令机组事故停机；当n80%nr 时，发出信号，命令同期投入；当n35%nr 时，发出制动信号，对机组进行刹车。,2、基于双传感器测量的齿盘测速原理,齿盘测速是一种常用的水电机组测速方法，其原理是在水电机组的转轴上安装环形齿状设备（齿盘），当机组旋转时通过接近式或光电式传感器感应产生反映机组转速的脉冲信号，由计算机测量脉冲个数（或宽度）并计算获取机组转速。,由于存
24、在着齿盘的加工精度很难保证水电机组转速测量的精度要求的困难。为了解决这一困难，通常采用齿盘测速的双传感器策略，即沿齿盘圆周不同位置设置两个传感器，在已知两个传感器之间距离 的前提下，测量齿盘中各齿通过两个传感器的时间 ，并由此计算机组转速 。这种方法是通过两个传感器来消除齿盘加工精度等引起的测量误差，以满足水电机组控制对测速精度和实时性方面的要求。,3、在水电机组的停机过程控制时常需要测量机组的蠕动（频率小于5Hz）。试问：应采取何种测量方法？为什么？,一般采用的齿盘测速原理为频率法和周期法两种。其中：,基于周期法的转速测量的基本原理是，当水电机组的极对数为p时，将外径为d的齿盘加工成N个齿，
25、其标准齿加工间距为 。当机组旋转时，各齿边沿通过传感器感应产生其周期依据转速变化的脉冲信号，信号周期将受机组转速和齿距D的影响。当通过计算机记录到第i个齿在第j圈通过传感器测量点的周期Tk，则此时机组转速为,这种测量方式在机组运行在额定转速附近时有较高的测量精度和反应速度。但在机组的蠕动时的脉冲信号周期将会很长，且测量到的Tk数值很大。因此，会带来两个方面的问题：其一会使转速测量的反应速度不能满足要求；其二会给转速计算造成困难。,基于频率法的转速测量的基本原理是：当机组转速变化时，在单位时间内通过传感器测量的脉冲个数也会随之而变化。设：在单位时间T内测量通过传感器的脉冲个数为M，则：机组转速为
26、,其中：K为折算系数；测量周期T则取决于对测量精度要求和测量速度要求的协调，T越大，精度越高，但速度则越慢。这种方法简单、可靠，并且能方便地测量机组的蠕动。,二、采用霍尔元件式压力变送器测量管道流体的压力,（2）霍尔电势 (其中： )；,（3）弹簧管自由端位移 与其圆周方向应力 和轴向应力 之间为线性关系,试求被测流体的压力P。,已知：,（1）弹簧管外缘半径与内缘半径比 ；,解：,即被测流体的压力,故被测流体的压力,三、电磁阀、电磁空气阀和电磁配压阀在水电站自动化中的作用,1、电磁阀将电气信号转换为机械动作，用以自动控制油、气、水管路阀门的开启和关闭，是自动化系统中的重要执行元件之一，常用于机
27、组的制动、调相和冷却等操作系统的管路中。,2、电磁空气阀将电气信号转换为机械动作，主要用于机组供气、制动系统和碟阀密封围带充气的低压系统，实现供气管道阀门的开启和关闭的自动控制。,3、电磁配压阀是一种液压中间放大的变换元件，一般与液压操作阀、油阀等组合使用。,四、蝴蝶阀在水电站自动化中的作用,（1）减少停机时的漏水量 当机组较长时间停机时，导叶漏水几乎不可避免，漏水流量可达机组最大流量的23%。由于蝴蝶阀关闭较严，可大大减少漏水。（2）缩短机组启动时间 机组停机时，一般不希望关闭进水口闸门，因为这样放掉引水管的水以后，机组启动时又要重新充水，延长了启动时间。（3）构成机组检修的安全工作条件 在
28、岔管引水的水电站，当其中一台机组检修时，为了不影响其它机组的运行，可关闭蝴蝶阀。由于蝴蝶阀只有全开和全关两种状态，故只能用于切断水源。,五、下图为油压装置的构成图。现要求采用以微型计算机（或PLC）构成的控制装置进行自动控制，使油压装置的油压维持在上、下限压力之间，并且当油压低于过低油压时，起动备用油泵。,试设计： （1）控制装置的硬件原理图（只需给出微机芯片或模块的名称）； （2）控制装置的软件流程图。注：要求每秒显示一次油压，并能够通过运行人员对进行主/备油泵进行选择和操作。,解：（）控制装置的硬件设计,采用模块式结构的SIMATIC S7300型可编程控制器。控制装置的硬件由如下模块构成
29、：电源模块；模块；模块（点信号器输入：上限油压、下限油压、油压过低，以及上限油位和下限油位）；继电器输出模块（点控制输出：工作油泵和备用油泵电动机启动停止控制、补气阀启动关闭控制）；模块（点油压传感器测量）；通信模块（用于与触摸式智能显示屏间的通信）；触摸式智能显示屏（人机接口）；机架（槽框架）。控制装置的硬件原理图如下图所示：,号油泵电动机启动停止接触器,号油泵电动机启动停止接触器,补气阀启动关闭控制电磁阀,（）控制装置的软件流程设计,第六章 水轮发电机组的自动程序控制,生产过程自动化复习,一、水电机组自动程序控制的基本概念,1、机组自动程序控制的任务,应用计算机技术、自动控制技术和检测技术
30、，借助于自动化元件及装置，组成一个不间断进行的操作过程，代替生产过程中所有手动操作，即实现机组调速操作系统、励磁操作系统和油、气、水辅助设备系统的逻辑控制和监视，从而实现单机生产流程的自动化。同时，机组自动化系统（LCU）还应有良好的通信接口与其它系统进行数据交换。因此，机组自动化又是实现全厂生产过程综合自动化的基础。,2、机组自动程序控制的要求,根据一个操作指令，机组能迅速、可靠地完成各种工况的转换当机组或辅助设备（如调速器、励磁调节器和油、气、水系统）出现事故或故障时，应能迅速准确地进行诊断，或将机组解列，或用报警系统向运行人员指明事故（或故障）的性质和部位，指导运行人员进行处理；作为全厂
31、综合自动化的基础，应能方便地与其他系统进行通信，从而实现对机组的远方控制和经济运行；根据全厂自动化系统的指令，完成机组有功和无功功率的调整；系统应简单、可靠，并方便运行人员进行操作。,3、水电机组的三种停机方式,水电机组有正常停机、事故停机和紧急事故停机三种停机方式，其中：,（1）正常停机是在机组正常运行时，按电站运行计划所进行的停机操作。其操作程序为：接受停机令后，起动停机过程监视定时器机组卸负荷至空载当导叶关至空载位置时，发电机断路器跳闸跳灭磁开关导叶关至全关位置开限至全关位置当n=35nr%时，投入机组制动机组转速为零时解除制动关闭总冷却水停机完成。,（）机组在运行中遇到下列情况之一时，
32、须进行事故停机：轴承过热、调相运行解列、油压装置油压事故下降、机组过速、机组振动，以及电气事故。,事故停机与正常停机的不同之处在于，事故停机不等机组出力减至零，就作用于跳闸，并同时进行正常停机过程的操作，从而缩短停机时间。,（）机组在运行中遇到下列情况之一时，须进行紧急事故停机：机组转速达到140%nr的飞逸转速和机组事故停机过程中剪断销被剪断。,由于紧急事故停机是在导叶不能关闭的情况下所进行的停机操作，其操作除了按事故停机过程进行外，还作用于关闭蝴蝶阀或快速闸门。,二、水电机组的两段开机特性及其作用,自动化系统根据机组水头 确定相应的机组导叶启动开度 。为了使机组能够快速开机，自动化系统应设
33、置多段开机特性。机组的两段开机特性如图所示：,首先将导叶开至第一段开度 ，使机组转速快速上升，延时 秒后再将导叶关至第二段开度 （即空载开度）。,所谓空载开度是指此开度下，机组空载时的转速在额定转速 附近。显然，空载开度是随机组水头 的变化而变化的。,三、水电机组的两段关机特性及其作用,为了防止机组在紧急停机过程中由于快速关闭导叶而引起抬机和过水系统中的压力过高，自动化系统可设置分段关闭装置。机组的两段关闭特性如下图所示：,图中：,为直线关闭时间；,为两段关闭的拐点；,为第一段关闭时间：,为对应关闭的开度；,为第二段关闭时间：,为对应关闭的开度；,只要C点和选择得当，就既可以保证过水系统中的压
34、力与机组转速上升在设计范围内，又可获得最佳的防抬机效果。,第七章 可逆式机组的自动控制,生产过程自动化复习,一、可逆式机组的几个主要特点,（）定子、转子换极,为了提高可逆式机组在作水泵运行时的抽水压力和效率，应使它的转速略高于发电工况时的转速。,（）推力瓦的中心支撑方式,普通水轮发电机组都是单向运转的。为使推力瓦在运行中形成楔形油膜，通常将轴瓦的支撑中心偏离轴瓦几何中心某一个e值，使之有利于推力瓦单向运转的润滑和冷却。但是，在逆运转时偏心却会对楔形油膜起破坏作用。因此，可逆式机组的轴瓦必须取消偏心，以适应双向运行的需要。,（）推力轴承减载装置,为了降低异步起动力矩，减少起动时推力瓦的摩擦损失，
35、常常在起动过程中采取降低推力瓦压力的措施，以达到降低动力矩的目的。,（）水泵工况的起动,可逆式机组水泵工况的起动是可逆式机组的特殊技术问题，需要解决如何避免起动电流对电网的冲击和加快起动速度等问题。,二、可逆式机组水泵工况的三种起动方式,可逆式机组水泵工况的起动有异步起动、同步起动和半同步起动三种。其中：,（1）异步起动,将发电电动机直接作为一个异步电动机在线使用。在机组励磁绕组短接情况下，直接将发电电动机并入电网，利用转子磁极内阻尼绕组所产生的异步力矩使机组起动并加速，在接近同步转速时加上励磁，完成起动过程。异步起动的加压方式有：全压、降压和部分定子绕组起动三种。异步起动时的电流大，在起动瞬
36、间使电网受到较大冲击，产生明显的电压降。同时，起动过程中阻尼绕组还将产生热应力并严重发热，定子绕组也要承受较大的机械应力。,（）同步起动,由于同步起动不会像异步起动那样对电网和发电电动机产生冲击，因此可逆式机组水泵工况常采用同步起动。在这种起动方式时，只需向待起动机组提供一个频率由低频到同步频率连续变化的电源，当待起动机组的频率达到同步频率时，便可将机组并入电网。提供给待起动机组的可变频率电源，可以是一台发电机组（背靠背），也可以是一台静止频率变换器（变频器）。因此，同步起动又可分为背靠背同步起动和变频同步起动两种方式。,（）半同步起动,是介于背靠背同步起动和异步起动之间的一种起动方式。在半同
37、步起动时，先将一台作牵引用的发电机在无励磁的情况下升速到额定转速的5080%，同时给发电机加上励磁，发电机电压随之上升到额定电压的6070%，将该电压加在待起动的抽水机组上，产生异步转矩，使它从感应电动势方式起动并加速，与此同时，发电机减速，当两台机组的转速接近时，给被起动机组加励磁，使之与发电机同步，电动机在发电机驱动下，同步加速到额定转速。 半同步起动与背靠背同步起动相比，可以缩短起动时间。,概念题,1、水轮机是将水能转换为机械能的一种水力机械。它包括： A.引水部件；B.导水部件；C.工作部件（转轮与蜗壳）；D.泄水部件；（A，B，C，D）,2、调速器主要组成部分为： A.转速测量元件；
38、B.综合放大元件；C.执行元件；D.导叶反馈元件；（A，B，C，D）,3、导致橡胶水导轴承断水的因素为： A.引水管路漏水；B.引水阀门故障；C.示流信号器误动作；D.滤清器堵塞；（A，B，D）,4、油压装置的阀组包括： A.减载阀；B.逆止阀；C.配压阀；D.安全阀；（A，B，D）,5、水电站技术供水的作用是： A.灭火；B.冷却；C.润滑；D.传递能量；（B，C）,6、水电站压缩空气系统的作用为： A.油压装置压油槽充气；B.机组停机制动用气；C.调相压水用气；D.风动工具用气；（A，B，C，D）,7、水轮机调速器的调节模式有： A.转速调节；B.开度调节；C.功率调节；D.位置调节； （
39、A，B，C）,8、装有混流式水轮机的水电站，厂内渗漏水量主要来自于： A.水轮机顶盖漏水；B.冷却器漏水；C.大轴密封漏水；D.坝体渗漏水；（A，C，D）,9、水电站的用水设备对技术供水的要求主要有： A.水压；B.水量；C.水质；D.水温；（A，B，C，D）,10、水电站技术供水因电站水头范围不同而不同，常用的技术供水方式有： A.自流供水；B.水泵供水；C.混和供水；（A，B，C）,11、水轮机的基本工作参数有： A.工作水头；B.引用流量；C.转速；D.机械转矩和效率； （A，B，C，D）,12、可逆式机组的运行工况有： A.发电：B.抽水；C.发电调相；D.抽水调相和停机； （A，B，C，D）,
