甩负荷的分析

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水轮机调节系统甩负荷过程，一般用r(s)表示调速器功能模块，Gt(s)+Gg(s)为调节对象(水轮发电机组)功能模块。调速器中的各环节采用非线性模型，其中：bp=6.0%，第一级液压放大时间常数Tyb=0.01s，第二级液压放大时间常数Ty=0.1s，空载开度Ty=30%，直线关闭时间T′s=4.0s。在调节对象功能模块中，水轮机为混流式线性模型、引水系统为单元引水刚性水击模型、发电机为单机电网模型，其参数分别为：eg=0，ey=1.0,ex=-1.0，eh=1.5，eqy=1.0，G=EN-US>eqx=-01，eqh=0.5，Tw=1.0s，Ta=5.0s。

2.1、调速器特性对甩负荷过渡过程影响

机组甩100%额定负荷。辅助接力器型和电子调节器型在对应等效的调节参数情况下，其甩负荷过程曲线形态接近，说明并联结构与串联结构控制效果相差不大。从调节参数的影响看，随着调节参数bt、Td增大，机组开度开启时刻提前，且开启速度放慢，调整时间tR延长，超调量减小。对于转速有超调而未超出空载转速的规定偏差范围，调整时间tR可能缩短。微分时间Tn减小，机组开度开启时刻推后，且开启速度放慢，导致超调增大。从控制方式看，开度给定只从调差环节输入与开度给定从调差环节和软反馈同时输入相比较，在相同的调节参数情况下，后者机组开度会关的更小，能使转速更快下降，而且过渡过程受调节参数的变化影响较小，均存在一定的超调。

2.2、调节对象特性对甩负荷过渡过程影响:采用辅助接力器型调速器。一般取Tw=1.0s、1.5s、2.0s，相应的取Ta=5·Tw，T′s=4·Tw，bt=3·Tw/Ta，Td=2·Tw,Tn=1·Tw。从结果中可以看出，最大的转速上升值0.40、最大压力上升值0.36保持不变，最小值也保持不变，各特征点值发生的时间与Tw的大小成比例。在电站设计中，当水流惯性时间常数Tw确定后，根据水击压力上升允许值可计算出导叶直线关闭时间T′s。当T′s选定后，根据转速上升允许值可计算出机组惯性时间常数Ta，并按推荐公式求出调节参数。水流惯性时间常数Tw不但集中体现了调节对象特性，而且最佳调节参数也取决水流惯性时间常数Tw，所以，Tw决定了水轮机调节系统的动态过程形态和调节时间的长短。

2.3、线性与非线性水轮机模型对机组甩负荷结果的影响采用非线性水轮机的力矩特性M′与流量特性Q′，和线性水轮机。此时，引水系统采用单元引水弹性水击。可以看出，线性与非线性水轮机甩负荷过程曲线存在一定的差异，主要表现在以下两方面：二者转速峰值发生的时间不同。这是因为在线性水轮机的力矩特性在整个甩负荷过程中不变，转速峰值发生在水轮机力矩等于零时刻，即mt=ey·(y-yk)+ex·X+eh·=0。而非线性水轮机的力矩特性在甩负荷过程中是变化的，转速峰值也发生在水轮机力矩等于零时刻，即M′=0。其转速峰值比线性超前，对应的开度大于空载开度，与实际情况比较接近。二者压力变化曲线不同。同理，线性的流量特性在甩负荷过程中是不变的，而非线性的流量特性则是变化的，从而造成压力变化曲线不同。特别是在导叶处于全关位置时，非线性的压力曲线出现了振荡。这是由于在非线性当导叶开度为零时，水轮机流量等于零，引水管道中压力将产生振荡，振荡周期与弹性水击模型中的水击相长tr=2L/a成比例。而线性的流量特性Q′=eqy·(y-yk)+eqx·X+eqh·h在导叶开度为零时，流量Q′并不一定为零，并且还随转速X、水头H变化，相当于导叶开度不为零的情况，水轮机转轮在整个引水管道中起阻尼作用，吸收管道内的能量，因而不会产生压力振荡。

水轮机在甩负荷过程中，一般要经历水轮机工程、制动工况及反水泵工况。目前仅有极少数水轮机有全特性曲线，而综合特性曲线仅反映水轮机工况。采用水轮机特性预估的方法可以计算出水轮机的力矩特性和流量特性，但其结果仅在高效率区与实验特性曲线相近，高效率区之外存在缺陷。水轮机的高效率区特性具有一定的变化规律，不同水轮机的非线性在高效率区之外则存在较大差异，不易掌握其规律性，在研究调速器控制性能时，希望排除其他不确定因素。在调速器控制方式、调节参数等条件相同的条件下，非线性水轮机模型在高效率工况(水轮机工况)与线性水轮机曲线变化趋势基本一致。因此，用线性水轮机模型来研究机组甩负荷过程中的调速器控制性能所得到的结果具有代表性。

3、结束语

综合以上分析得出以下结论，甩负荷过程应划分为大波动和小波动两个阶段分别对待，大波动过程仅取决于调节对象特性，而与调速器的控制特性关系不大，因此甩负荷过程中转速上升时间(tM)和转速下降时间(tD)与调速器的控制特性关系不大。小波动过程除了与调节对象有关外，与调速器的控制特性密切相关，因而转速调整时间(tR)和超调量(1-nmin/nr)与调速器的控制特性密切相关；调节参数对甩负荷过程影响较大，在推荐的最佳调节参数条件下，甩负荷过渡过程较好。但由于在常规控制方式情况下不能解决导叶开启时刻与开启速度之间的矛盾，因此很难达到较为满意的结果；开度给定从调差环节和软反馈同时输入的甩负荷过程受调节参数的变化影响较小。由于现场试验次数有限，很难整定出最佳参数，该控制方式对参数变化具有很好的适应性。采用按开度改变软反馈系数控制方式，结合常规调节参数整定，很好地解决了由大波动过程到小波动过程的平稳过渡，由于其算法简单易实现，在实际电站的应用中取得了良好的效果。用线性水轮机模型代替非线性水轮机模型研究甩负荷过程中的调速器控制性能所得到的结果具有代表性。因此现代调速器一般采用线性与非线性相结合的方法，运用与水轮机控制，从而达到最佳调节效果。也是现代调速器的发展方向。

不一样的，汽机甩负荷指的是由于汽机的主汽门或者调门关闭造成汽缸不进汽，使得发电机不对外做功，反而从电网吸收功率，机组转速维持额定转速，但容易造成汽机的低压缸鼓风摩擦过热，需要投入低压缸减温水。

而发电机甩负荷指的是发电机出口开关跳闸和电网解列，此时机组转速超速，极有可能造成超速保护动作停机，甚至造成机组飞车的重大事故发生。

相比而言，发电机甩负荷的危险性比汽机甩负荷的危险性更大。

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