水电调速系统及测量解决方案：角位传感器KINAX系列

调速系统的作用和系统组成

调速系统的作用

调速系统(Governor System)作用是控制水轮机和发电机的转速（频率）和有功功率。是水电站中重要的控制系统。

调速系统的组成

系统组成主要涉及

• 调速器 governor
• 水轮机 turbine
• 发电机 generator

调速器 Governor

• PID 控制器
• 执行机构 actuator

PID=Proportion-Integration-Differentiation 比例-积分-微分控制器

PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。

执行机构是执行PID的输出运算结果，例如液压机，伺服电机等

水轮机

水轮机是水电站中将水流的动能转化为机械能的设备。通过水电站的大坝将水流集中，让水通过水渠管道引至水轮机，冲击水轮机转动，并由水轮机带动与其连接的发电机产生电能。

按照工作原理，大致可分为三类

• 冲击式水轮机 impulse turbine

利用高速水流冲击水斗或叶片做功

• 反击式水轮机 reaction turbine

利用水流的压力和动能来做功

• 水泵水轮机

一种可逆式水轮机，即可做水轮机，也可做水泵，一般用在抽水蓄能电站

冲击式水轮机 impulse turbine

典型代表：Pelton Turbine 佩尔顿式水轮机

利用水动能冲击水斗来获得能量。

主要部件

• Nozzle 喷嘴
• Deflector 变流器/折向器
• Runner 旋转轮
• Jet of water 喷水柱/水枪
• Bucket or vane 水斗或叶片
• Braking jet or nozzle 制动喷嘴
• Spear 长矛：用于控制水流

适合水头高度最高为2000米，低流量，极高水头。

涉及的产品应用

• Nozzle alignment 喷嘴对中

喷嘴射出的水柱与水斗之间的对中，利用角位传感器KINAX采集的信息，通过油压机或电气的方式

• The angle of deflector 折向器的角度

折向器安装在喷嘴和旋转轮之间，用于减少水轮机的输出，可快速切断水动能。角位传感器KINAX系列 用于采集折向角度。

反击式水轮机 reaction turbine

典型代表1：Francis turbine 法兰西斯式水轮机 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。利用水流的压力和动能来带动轴上的叶片同心圆转动来做功。

主要部件

• Stationary Vane 固定叶片
• Penstock 水渠
• Guide Vanes 导流叶片
• Scroll casing 蜗形壳
• Runner 旋转轮
• Draft tube 尾水管

适合水头高度最高为700米，高流量，高水头。

涉及的产品应用

• The angle of guide vane 导流叶片的角度

导流叶片的角度可以调整，用于控制水流大小，进而控制水轮机的表现效率。角位传感器KINAX系列 可以用于测量叶片角度。

反击式水轮机 reaction turbine

典型代表2：Kaplan turbine 卡普兰式水轮机

轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。水流从水轮机四周水平方向向中心流入，然后转为向下方向推动转轮叶片做功。

主要部件

• Runner blades 螺旋桨式刀锋叶片
• Guide Vanes 导流叶片
• Scroll casing 蜗形壳
• Draft tube 尾水管

适合水头高度最高为80米，高流量，低水头。

涉及的产品应用

The angle of guide vane 导流叶片的角度

导流叶片的角度可以调整，用于控制水流大小，进而控制水轮机的表现效率。角位传感器KINAX 可以用于测量叶片角度，输出信号给控制器。

The angle of runner blade 刀锋叶片的角度

刀锋叶片的角度可以调整，提供良好的控制特性，在不受负载影响的恒定转速下实现最佳效率。角位传感器KINAX 可以用于测量叶片角度，输出信号给控制器。

水轮机选型参考

发电机

涉及的产品应用 Monitoring of frequency and power 发电机的频率和有功功率监测 发电机端的频率和有功功率监测数据传入调速器的PID控制器，与预设好的参考值比较，并不断地自我学习调整优化。如监测到数据异常，调速器迅速动作调整。多功能电量变送器SINEAX CAM/ DM5系列可监测频率和有功功率，支持多路模拟量信号输出。

德国GMC-I高美测仪 产品介绍

角位传感器 KINAX系列

推荐 KINAX WT707/WT717

绝对位置角位变送器，用于恶劣环境，直径>100mm

• 适用于现场应用的坚固的单圈或多圈角位变送器
• 绝对位置角位变送器
• 坚固耐用，可承受高机械负载
• 低磨损和免维护
• 可编程和不可编程版本
• 模拟量接口4...20mA
• 可提供符合 ATEX 和 IECEx 的防爆保护 “Ex ia IIC T6 Gb”
• 提供符合海事执行标准版本（GL,LIoyd）
• 提供耐海水版本
• 也可提供高达1600:1的齿轮比

角位传感器 KINAX系列

多功能电量变送器 SINEAX CAM

• 支持多种电气系统
• 功率不确定度±0.2%
• 频率不确定度±0.01Hz
• 最多支持8路模拟量输出
• 支持多种通讯方式
• 可编程

多功能电量变送器 SINEAX CAM

多功能电量变送器 SINEAX DM5系列

• 支持多种电气系统
• 功率不确定度±0.2%
• 频率不确定度±0.01Hz
• 最多支持4路模拟量输出
• 支持多种通讯方式
• 可编程

多功能电量变送器 SINEAX DM5系列

审核编辑：符乾江