轉速上升率

水輪發電機組甩負荷時其轉速上升最大值與額定轉速之比的百分值，以β表示。

基本介紹

• 中文名：轉速上升率
• 外文名：speed rising ratio
• 學科：電力科學
• 全拼：zhuansu shangshenglu

上升率限值

它是一個技術經濟指標，早期水電工程將轉速上升率限制在30%～40%，以後隨著技術水平的提高和電力系統的擴大有所提高，目前中型機組達到的最高值為65%。在甩負荷過程中，如果調速系統失靈，機組可能進入飛逸狀態。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旋轉2～10 min不產生有害變形，發電機結構強度也以此作為設計計算基礎。除小型機組外，必須根據機組容量及其在電力系統中的比重、重要性，在保證電力系統穩定運行的前提下妥善選定。

影響因素

轉速上升率是水輪機調節保證計算的重要內容，是發電機設計和滿足電力系統穩定運行的重要參數之一，它反映調節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。

轉速選擇

大型水輪機的轉速問題一直是影響電網供電頻率的主要問題之一，在大型水電站的建造過程中，要想製造低成本、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的用電安全。

隨著科學技術的發展，水輪機的轉速調節問題已經得到了長足的發展和進步，但轉速的選擇和控制是制約水輪機發展的瓶勁，現階段已經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，對大型水輪機轉速選擇的作用進行論述，並詳盡的分析了水輪機的工作特性和轉速調節的常見故障。

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濟效益和供電的穩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節，而主要的選擇參數是水輪機的比轉速選擇，比轉速體現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。對於大型的水輪機組來說，其轉輪葉的形狀是離心的，在抽水和發電運行中要把這兩種狀態考慮到轉速選擇中去，一般泵的轉輪直徑要高於常規的水輪機直徑，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。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。

分類及特性

水輪機按其工作原理可分為衝擊試水輪機和反擊式水輪機。

2．1 衝擊式水輪機

衝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。衝擊式水輪機在工作流量不變的情況下，使用效率不變化，比較適應於負荷變化，在單位轉速變化時，效率隨著水頭的變化而有所增強。衝擊式水輪機的調節方式主要是以直聯和協聯的方式進行速度的調節，直聯式是利用主控噴針進行調節，而協聯式是利用折向器和噴針的同時動作來進行的。在直聯繫統中，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，而協聯繫統是使折向器與噴嘴射流之間保持一種平衡的狀態。

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，並通過軸向流出轉輪，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迴收動能，對於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。

常見故障

水輪機的轉速調節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於主機自身擺動引起的機械性故障，排除較為容易，水力因素則是由於引水系統水流的壓力的增大，造成壓力脈動，或是由於振動導致水輪機轉速脈動。電氣故障是由於水輪機發電轉子與走子之間的間隙不均勻，引發電磁力不平衡，造成了電壓振盪，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，然後在逐步進行細緻的分析，找出故障點和解決辦法，迅速的排除故障，以減少經濟損失。同時，在故障問題處理後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。

擾動和試驗

水輪機的轉速選擇過程其實質就是一個調節適應的過程，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，這對水電站今後的穩定運轉具有非常積極的作用，同時也為水電的經濟發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定性。空載運行是水輪機必須要進行試驗的一個重要程式，在機組啟動後、併入電網之前，要求水輪機經過空載試驗，以檢測水輪機的穩定性，這裡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，緩衝時間常數Td可在0-15s內調整；暫態轉差係數bt可在0%-80%範圍內調節，個別的可達0%-180%；一般來說，上述可調參數取較大值時，其穩定區域相應增大，但穩定性過高，調節時間Tp將增加，還會增大超調量和超調次數，調速器動作遲緩，降低調節品質；同時增大α值後，轉速死區有所增加，因此，在調節調速器參數時，要在滿足穩定性要求的前提下，力求調節過渡過程快速衰減。要兼顧動、靜調節質量，一般由Td和bt值來保證穩定性，在不破壞調節系統穩定性的前提下，減小α和α1值。負荷擾動試驗的目的是檢查機組在併入電網後或單機運行中負荷突變時調速器的動作情況和調節品質，同時選擇帶負荷時的最佳運行參數，如接力器不動作時間、調節時間、超調量和超調次數等。