【摘 要】本文對(duì)水電廠現(xiàn)在所常用的三種轉(zhuǎn)速繼電器（離心式轉(zhuǎn)速繼電器、齒盤測(cè)速繼電器、殘壓測(cè)速繼電器）的原理、特點(diǎn)及出現(xiàn)過的問題進(jìn)行比較和分析，給出評(píng)價(jià)和改造建議。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速繼電器；測(cè)速；離心式；齒盤；殘壓

0.引言

轉(zhuǎn)速繼電器是應(yīng)用于水電站水輪發(fā)電機(jī)組上的一種重要保護(hù)和自動(dòng)化元件，主要功能有兩個(gè)方面：其一，擔(dān)負(fù)著機(jī)組過速度保護(hù)自動(dòng)停機(jī)任務(wù)；其二，是實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化開、停機(jī)自動(dòng)程序控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)際需要，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性要求越來越高，其中對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量提出高可靠性、高性能的要求?，F(xiàn)水電廠常用的轉(zhuǎn)速繼電器有三種：離心式轉(zhuǎn)速繼電器、齒盤測(cè)速繼電器和殘壓測(cè)速繼電器，在水電廠多年的運(yùn)行過程中，都或多或少出現(xiàn)過一些異常。

1.三種轉(zhuǎn)速繼電器的分析與比較

1.1離心式機(jī)械轉(zhuǎn)速繼電器

（1）離心式轉(zhuǎn)速繼電器是一種最傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測(cè)量工具，由于它有一定的優(yōu)點(diǎn)，到現(xiàn)在還得到應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。主要缺點(diǎn)是精度比較低，且易受到外界干擾。離心式轉(zhuǎn)速繼電器的工作原理：利用旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力與轉(zhuǎn)角度成比例的原理，當(dāng)轉(zhuǎn)速繼電器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心器上重錘在慣性離心力的作用下離開軸心，接通電接點(diǎn)，不同的接點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，接點(diǎn)將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送出。

（2）目前，我國(guó)多數(shù)老的水電廠還在使用該類型轉(zhuǎn)速繼電器。

此裝置裝在發(fā)電機(jī)的大軸頂部，是一個(gè)銅質(zhì)的X型的機(jī)構(gòu)，下端有兩個(gè)銅塊。由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心作用，使銅塊向外向上運(yùn)動(dòng)，接通電接點(diǎn)，將轉(zhuǎn)速情況轉(zhuǎn)化成電信號(hào)發(fā)出。機(jī)組轉(zhuǎn)得越快，銅塊上升越高，從而接通對(duì)應(yīng)速度的電接點(diǎn)。這種方法比較簡(jiǎn)單，但精確度不夠高，而且萬一銅制機(jī)械裝置產(chǎn)生發(fā)卡的問題，就可能造成測(cè)速不準(zhǔn)的問題。

（3）由于該轉(zhuǎn)速繼電器安裝在大軸頂端，與機(jī)組大軸補(bǔ)氣閥較近，當(dāng)兩者之一發(fā)生故障，有可能影響另一個(gè)的工作狀態(tài)。

（4）改造建議：離心式機(jī)械轉(zhuǎn)速繼電器測(cè)速最為直接，故還有一定的應(yīng)用價(jià)值。若能夠通過改造提高其可靠性，新建水電廠機(jī)組也可以安裝該種轉(zhuǎn)速繼電器。

目前，國(guó)內(nèi)某電站使用的是一種水銀離心式轉(zhuǎn)速繼電器，主要由有機(jī)玻璃水銀接點(diǎn)、尼龍外套、滑環(huán)和炭刷等零件所組成，安裝在發(fā)電機(jī)軸上一起轉(zhuǎn)動(dòng)。其核心變化是用有機(jī)水銀接點(diǎn)代替銅質(zhì)X型機(jī)構(gòu)。

有機(jī)玻璃水銀接點(diǎn)是用有機(jī)玻璃板，在內(nèi)部加工成U型管，再將水銀密封在管內(nèi)而成。U型管的下部有導(dǎo)線引向滑環(huán)和外部直流電源正極相接，型管的上部通過導(dǎo)電針、滑環(huán)、炭刷與直流電源負(fù)極相接。當(dāng)繼電器隨機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，U型管中的水銀受離心力的作用，管內(nèi)側(cè)水銀面下降，管外側(cè)水銀面上升，形成水銀面內(nèi)外高度差。再根據(jù)高度差和轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將各導(dǎo)電針按不同高差進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可得到各種相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的接點(diǎn)整定值。這種轉(zhuǎn)速繼電器的性能良好，整定值穩(wěn)定，靈敏度高，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、制造方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1.2齒盤測(cè)速繼電器

1.2.1齒盤測(cè)速式的轉(zhuǎn)速繼電器雖然也是機(jī)械式，但它要比離心式轉(zhuǎn)速繼電器可靠得多，甚至要比殘壓測(cè)速還要可靠。它的原理是在一個(gè)未閉合的E字型磁鐵上繞上線圈，當(dāng)該測(cè)速裝置經(jīng)過一個(gè)鐵齒尖時(shí)，由于E字型磁鐵緊貼齒輪，因此磁路閉合，產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，而在齒溝時(shí)，磁阻很大未能形成磁路閉合，不能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因此當(dāng)測(cè)速裝置經(jīng)過一個(gè)個(gè)的齒尖時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變的脈沖電動(dòng)勢(shì)，跟據(jù)電勢(shì)的變化經(jīng)過電路處理就可顯示出轉(zhuǎn)速結(jié)果。

1.2.2齒盤式轉(zhuǎn)速繼電器的優(yōu)點(diǎn)：

（1）裝置掉電時(shí)，接點(diǎn)不會(huì)誤動(dòng)。

（2）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示和全數(shù)字鍵盤用于人機(jī)對(duì)話，操作簡(jiǎn)單容易使用。

（3）機(jī)組在蠕動(dòng)情況下仍能正常檢測(cè)，并給出信號(hào)。

（4）電源為雙路流同時(shí)供電，多路信號(hào)同時(shí)輸入，可靠性高。

1.2.3存在的問題

（1）由于加工工藝流程，造成齒盤的齒距不均勻，探頭是高靈敏的速度傳感器，它是通過掃描齒與齒之間來計(jì)算速度，即使機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定，齒距的不同就會(huì)產(chǎn)生速度變化，從而產(chǎn)生干擾。

（2）齒盤的圓度加工不精確，也會(huì)產(chǎn)生干擾。

（3）水輪發(fā)電機(jī)大軸的擺動(dòng)使齒盤相對(duì)測(cè)速探頭的中心發(fā)生偏移也會(huì)產(chǎn)生干擾。

1.2.4解決方法

（1）安裝齒盤和測(cè)速探頭時(shí)必須按照工藝要求安裝，使用專屏蔽線，并盡可能減小偏差以提高測(cè)量精度。

（2）提高安裝時(shí)的齒盤與機(jī)組的同軸度。

1.3殘壓式測(cè)速繼電器

1.3.1殘壓測(cè)速的原理

壓變感應(yīng)出來的殘壓，是50HZ正弦波。軟件上用一種幾兆HZ的方波與殘壓正弦波疊加計(jì)數(shù)，計(jì)算正弦波一個(gè)周期內(nèi)通過的方波總數(shù)，算出一個(gè)周期的時(shí)間，進(jìn)而算出頻率。我廠的機(jī)組殘壓測(cè)速采用來自機(jī)組2號(hào)壓變的殘壓信號(hào)。

1.3.2 殘壓測(cè)速的特點(diǎn)

殘壓測(cè)速具有成本低精度高的優(yōu)點(diǎn)，但由于其是一種間接測(cè)量的方式，故測(cè)量結(jié)果易受到干擾。當(dāng)機(jī)組開機(jī)過程中，勵(lì)磁系統(tǒng)啟勵(lì)后， 勵(lì)磁系統(tǒng)通過可控硅整流管將發(fā)電機(jī)定子中的交流電整流為直流電， 為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流， 由于這時(shí)發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)， 定子電流幾乎完全通過勵(lì)磁變和勵(lì)磁系統(tǒng)輸入給轉(zhuǎn)子， 由此引起定子中的電壓和電流波形發(fā)生畸變。勵(lì)磁系統(tǒng)是一種非線性負(fù)載，這種大型可控硅非線性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生高次諧波，這些發(fā)生了畸變的電壓波形信號(hào)，此時(shí)殘壓測(cè)頻方式也不可能測(cè)得真實(shí)的機(jī)組頻率。

1.3.3 解決辦法

若要解決上述現(xiàn)象， 就要徹底消除這些高次諧波影響，開發(fā)出一種能夠徹底濾除高次諧波的殘壓測(cè)頻電路是解決高次諧波的最有效方法。

2.三種轉(zhuǎn)速繼電器的對(duì)比

（1）離心式轉(zhuǎn)速繼電器測(cè)速直接，若能夠改良提高其可靠性，所有水輪機(jī)組可以全部安裝。

（2）齒盤式測(cè)速繼電器是三種繼電器里最為可靠的一種，但其受機(jī)組大軸震動(dòng)和安裝時(shí)的同軸度影響較大。

（3）殘壓測(cè)速繼電器是從電氣方面間接測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速，與齒盤測(cè)速一起為第二套轉(zhuǎn)速繼電器提供測(cè)頻信號(hào)，但其優(yōu)先級(jí)次于齒盤測(cè)速，且易受到開停機(jī)過程中勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的高次諧波干擾。

3.結(jié)束語

隨著水電廠自動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，“無人值班、少人值守”運(yùn)行方式的日益推廣，不僅要求水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化元件動(dòng)作準(zhǔn)確無誤，也對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)提出了更高的要求。而測(cè)速裝置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性與否直接影響水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制及過速保護(hù)。如能將三種轉(zhuǎn)速繼電器加以改良，并應(yīng)用于所有機(jī)組，將能夠一定程度上提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊曉燕.淺談齒盤測(cè)速裝置在水電廠水輪機(jī)的應(yīng)用，2007.3.

[2]俞柏銘.水輪發(fā)電機(jī)組的水銀離心式轉(zhuǎn)速繼電器[J].水力發(fā)電，1980.03.

[3]高樹春.離心式轉(zhuǎn)速表誤差的分析.科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2006.14.