轉速上升率

轉速上升率是水輪機調節(jié)保證計算的重要內容，是發(fā)電機設計和滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要參數(shù)之一，它反映調節(jié)過程中機械慣性的作用。在其他條件不變的情況下，水輪機導葉或針閥的關閉時間愈短，轉速上升率愈小。

大型水輪機的轉速問題一直是影響電網(wǎng)供電頻率的主要問題之一，在大型水電站的建造過程中，要想制造低成本、高質量的電力，就需要控制好水輪機的轉速，以此來保障電站和電網(wǎng)的用電安全。

隨著科學技術的發(fā)展，水輪機的轉速調節(jié)問題已經(jīng)得到了長足的發(fā)展和進步，但轉速的選擇和控制是制約水輪機發(fā)展的瓶勁，現(xiàn)階段已經(jīng)有很多方法可以進行控制，如：自校正控制、滑模變結構控制等等。筆者從理論出發(fā)，對大型水輪機轉速選擇的作用進行論述，并詳盡的分析了水輪機的工作特性和轉速調節(jié)的常見故障。

轉速上升率水輪機轉速選擇的主要作用

水輪機的轉速選擇對水電站的經(jīng)濟效益和供電的穩(wěn)定性有著至關重要的作用，水輪機的轉速在抽水蓄能電站設計中是關鍵的環(huán)節(jié)，而主要的選擇參數(shù)是水輪機的比轉速選擇，比轉速體現(xiàn)的是水輪機組的綜合性指標，通過對轉輪的過流能力、空蝕、使用效率的監(jiān)控可以幫助水輪機選擇合理的轉速，以此提高電力的生產效率。對于大型的水輪機組來說，其轉輪葉的形狀是離心的，在抽水和發(fā)電運行中要把這兩種狀態(tài)考慮到轉速選擇中去，一般泵的轉輪直徑要高于常規(guī)的水輪機直徑，直徑大約是一般水輪機直徑的1.7倍，其轉速也比一般水輪機高很多，空蝕的性能也比水輪機的工況差，所以在比轉速的選擇上一定要結合泵的比轉速來進行調節(jié)。在實際操作中，水頭和功率的條件一定要進行確認和比對，這可以幫助水輪機提高機組的比轉速，但也要把機組所受的強度和空蝕問題考慮到其中。

轉速上升率水輪機的分類及特性

水輪機按其工作原理可分為沖擊試水輪機和反擊式水輪機。

2．1 沖擊式水輪機

沖擊式水輪機以是水流方向為切入點，通過水流的射流方來獲得機械動力，這在水頭變化相對較小且速度不大的電站是比較適合的。沖擊式水輪機在工作流量不變的情況下，使用效率不變化，比較適應于負荷變化，在單位轉速變化時，效率隨著水頭的變化而有所增強。沖擊式水輪機的調節(jié)方式主要是以直聯(lián)和協(xié)聯(lián)的方式進行速度的調節(jié)，直聯(lián)式是利用主控噴針進行調節(jié)，而協(xié)聯(lián)式是利用折向器和噴針的同時動作來進行的。在直聯(lián)系統(tǒng)中，折向器負責射流，但僅能作為一次過流保護，在平時不做動作，而協(xié)聯(lián)系統(tǒng)是使折向器與噴嘴射流之間保持一種平衡的狀態(tài)。

2．2 反擊式水輪機

反擊式水輪機的分類較多，主要有：混流式、斜流式、貫流式等。其工作原理主要是以水流進入導水機構，并通過軸向流出轉輪，在反擊式水流工作方式中，各分類水輪機的水流方式都不同，例如：水流方式可以分為定槳式和轉槳式，這主要是指轉輪葉片的工作方式不同，進水裝置也分為大型、中型、小型，其中大中型立軸反擊式水輪機的進步裝置都是以蝸殼、固定導葉、活動導葉組成。另外反擊式水輪都設有尾水管，這在轉輪出口處可以幫助轉輪回收動能，對于低水頭大流量的水輪機，轉輪的出口動能比較大，尾水管的回收性能對水輪機的效率有明顯的影響。

轉速上升率水輪機轉速調節(jié)的常見故障

水輪機的轉速調節(jié)故障可以為水力因素、電氣因素、機械因素。一般的機械因素都是由于主機自身擺動引起的機械性故障，排除較為容易，水力因素則是由于引水系統(tǒng)水流的壓力的增大，造成壓力脈動，或是由于振動導致水輪機轉速脈動。電氣故障是由于水輪機發(fā)電轉子與走子之間的間隙不均勻，引發(fā)電磁力不平衡，造成了電壓振蕩，使得飛擺電源信號產生誤差。在故障的處理過程中，首先要考慮到水輪機轉速的影響，然后在逐步進行細致的分析，找出故障點和解決辦法，迅速的排除故障，以減少經(jīng)濟損失。同時，在故障問題處理后要對水輪機的轉速進行相應的調整，以此來保障水輪機的正常運行。

轉速上升率水輪機轉速選擇后的空載擾動和負荷擾動試驗

水輪機的轉速選擇過程其實質就是一個調節(jié)適應的過程，在水輪機轉速選擇中也主要通過試驗和測試來完成轉速的合理選擇，這對水電站今后的穩(wěn)定運轉具有非常積極的作用，同時也為水電的經(jīng)濟發(fā)展提供了重要的保障。在水輪機轉速選擇時主要通過空載擾動和負荷擾動試驗來完成水輪機的轉速的調整，通過試驗還可以考察水輪機運轉我穩(wěn)定性。空載運行是水輪機必須要進行試驗的一個重要程序，在機組啟動后、并入電網(wǎng)之前，要求水輪機經(jīng)過空載試驗，以檢測水輪機的穩(wěn)定性，這里所選取的速度是以調速器進行調整進行各種速度的測試，一般水輪機在空載試驗時穩(wěn)定效果較差，這時需要進行空載擾動試驗，一般外加的擾動量為8%左右，緩沖時間常數(shù)Td可在0-15s內調整；暫態(tài)轉差系數(shù)bt可在0%-80%范圍內調節(jié)，個別的可達0%-180%；一般來說，上述可調參數(shù)取較大值時，其穩(wěn)定區(qū)域相應增大，但穩(wěn)定性過高，調節(jié)時間Tp將增加，還會增大超調量和超調次數(shù)，調速器動作遲緩，降低調節(jié)品質；同時增大α值后，轉速死區(qū)有所增加，因此，在調節(jié)調速器參數(shù)時，要在滿足穩(wěn)定性要求的前提下，力求調節(jié)過渡過程快速衰減。要兼顧動、靜調節(jié)質量，一般由Td和bt值來保證穩(wěn)定性，在不破壞調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，減小α和α1值。負荷擾動試驗的目的是檢查機組在并入電網(wǎng)后或單機運行中負荷突變時調速器的動作情況和調節(jié)品質，同時選擇帶負荷時的最佳運行參數(shù)，如接力器不動作時間、調節(jié)時間、超調量和超調次數(shù)等。

它是一個技術經(jīng)濟指標，早期水電工程將轉速上升率限制在30%～40%，以后隨著技術水平的提高和電力系統(tǒng)的擴大有所提高，目前中型機組達到的最高值為65%。在甩負荷過程中，如果調速系統(tǒng)失靈，機組可能進入飛逸狀態(tài)。飛逸轉速一般為其額定轉速的1.7～2.6倍。工程中將飛逸轉速作為事故條件，要求機組一旦失控時，在飛逸轉速下應能連續(xù)旋轉2～10 min不產生有害變形，發(fā)電機結構強度也以此作為設計計算基礎。除小型機組外，必須根據(jù)機組容量及其在電力系統(tǒng)中的比重、重要性，在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下妥善選定。

《機械工程名詞 第五分冊》第一版。

對于普通的異步電機轉速測量，一般采用在電機的旋轉部件上安裝磁鋼及光電式感應器或者編碼器，當旋轉部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時，光電傳感器的輸出就會跳變一次，將光信號轉換成電信號輸出，通過測出這個電信號的跳變頻率f，就可知道電機的轉速n。此種只適用旋轉部件外露的電機轉速測量，而對于電潛水泵、電潛油泵電機，由于其結構的特殊性：旋轉部件不外露，工作時處于水中（潛水泵），無法安裝反光貼紙、磁鋼及光電式探頭等，因此，其電機轉速的測量一直是個難題，部分廠家可能采用檢流計的方式，利用秒表進行定時測頻，但是操作麻煩，準確性差。

《電氣工程名詞》第一版。 2100433B