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【摘 要】本文对水电厂现在所常用的三种转速继电器（离心式转速继电器、齿盘测速继电器、残压测速继电器）的原理、特点及出现过的问题进行比较和分析，给出评价和改造建议。
【关键词】转速继电器；测速；离心式；齿盘；残压
0.引言
转速继电器是应用于水电站水轮发电机组上的一种重要保护和自动化元件，主要功能有两个方面：其一，担负着机组过速度保护自动停机任务；其二，是实现机组自动化开、停机自动程序控制。随着科学技术的发展和工业生产过程的实际需要，对水轮发电机组运行的可靠性要求越来越高，其中对水轮发电机组转速测量提出高可靠性、高性能的要求。现水电厂常用的转速继电器有三种：离心式转速继电器、齿盘测速继电器和残压测速继电器，在水电厂多年的运行过程中，都或多或少出现过一些异常。
1.三种转速继电器的分析与比较
1.1离心式机械转速继电器
（1）离心式转速继电器是一种最传统的转速测量工具，由于它有一定的优点，到现在还得到应用。其主要优点是结构简单、使用方便。主要缺点是精度比较低，且易受到外界干扰。离心式转速继电器的工作原理：利用旋转质量的离心力与转角度成比例的原理，当转速继电器的轴转动时，离心器上重锤在惯性离心力的作用下离开轴心，接通电接点，不同的接点对应不同的转速，接点将转速信号转化为电信号送出。
（2）目前，我国多数老的水电厂还在使用该类型转速继电器。
此装置装在发电机的大轴顶部，是一个铜质的X型的机构，下端有两个铜块。由于机组转动时会产生离心作用，使铜块向外向上运动，接通电接点，将转速情况转化成电信号发出。机组转得越快，铜块上升越高，从而接通对应速度的电接点。这种方法比较简单，但精确度不够高，而且万一铜制机械装置产生发卡的问题，就可能造成测速不准的问题。
（3）由于该转速继电器安装在大轴顶端，与机组大轴补气阀较近，当两者之一发生故障，有可能影响另一个的工作状态。
（4）改造建议：离心式机械转速继电器测速最为直接，故还有一定的应用价值。若能够通过改造提高其可靠性，新建水电厂机组也可以安装该种转速继电器。
目前，国内某电站使用的是一种水银离心式转速继电器，主要由有机玻璃水银接点、尼龙外套、滑环和炭刷等零件所组成，安装在发电机轴上一起转动。其核心变化是用有机水银接点代替铜质X型机构。
有机玻璃水银接点是用有机玻璃板，在内部加工成U型管，再将水银密封在管内而成。U型管的下部有导线引向滑环和外部直流电源正极相接，型管的上部通过导电针、滑环、炭刷与直流电源负极相接。当继电器随机组转动时，U型管中的水银受离心力的作用，管内侧水银面下降，管外侧水银面上升，形成水银面内外高度差。再根据高度差和转速的对应关系，将各导电针按不同高差进行调节，即可得到各种相应转速下的接点整定值。这种转速继电器的性能良好，整定值稳定，灵敏度高，并且具有结构简单、体积小、重量轻、制造方便、运行可靠等优点。
1.2齿盘测速继电器
1.2.1齿盘测速式的转速继电器虽然也是机械式，但它要比离心式转速继电器可靠得多，甚至要比残压测速还要可靠。它的原理是在一个未闭合的E字型磁铁上绕上线圈，当该测速装置经过一个铁齿尖时，由于E字型磁铁紧贴齿轮，因此磁路闭合，产生一个电动势，而在齿沟时，磁阻很大未能形成磁路闭合，不能产生电动势，因此当测速装置经过一个个的齿尖时就会产生一个交变的脉冲电动势，跟据电势的变化经过电路处理就可显示出转速结果。
1.2.2齿盘式转速继电器的优点：
（1）装置掉电时，接点不会误动。
（2）动态数据显示和全数字键盘用于人机对话，操作简单容易使用。
（3）机组在蠕动情况下仍能正常检测，并给出信号。
（4）电源为双路流同时供电，多路信号同时输入，可靠性高。
1.2.3存在的问题
（1）由于加工工艺流程，造成齿盘的齿距不均匀，探头是高灵敏的速度传感器，它是通过扫描齿与齿之间来计算速度，即使机组转速恒定，齿距的不同就会产生速度变化，从而产生干扰。
（2）齿盘的圆度加工不精确，也会产生干扰。
（3）水轮发电机大轴的摆动使齿盘相对测速探头的中心发生偏移也会产生干扰。
1.2.4解决方法
（1）安装齿盘和测速探头时必须按照工艺要求安装，使用专屏蔽线，并尽可能减小偏差以提高测量精度。
（2）提高安装时的齿盘与机组的同轴度。
1.3残压式测速继电器
1.3.1残压测速的原理
压变感应出来的残压，是50HZ正弦波。软件上用一种几兆HZ的方波与残压正弦波叠加计数，计算正弦波一个周期内通过的方波总数，算出一个周期的时间，进而算出频率。我厂的机组残压测速采用来自机组2号压变的残压信号。
1.3.2 残压测速的特点
残压测速具有成本低精度高的优点，但由于其是一种间接测量的方式，故测量结果易受到干扰。当机组开机过程中，励磁系统启励后， 励磁系统通过可控硅整流管将发电机定子中的交流电整流为直流电， 为发电机转子提供励磁电流， 由于这时发电机没有并网， 定子电流几乎完全通过励磁变和励磁系统输入给转子， 由此引起定子中的电压和电流波形发生畸变。励磁系统是一种非线性负载，这种大型可控硅非线性负载会产生高次谐波，这些发生了畸变的电压波形信号，此时残压测频方式也不可能测得真实的机组频率。
1.3.3 解决办法
若要解决上述现象， 就要彻底消除这些高次谐波影响，开发出一种能够彻底滤除高次谐波的残压测频电路是解决高次谐波的最有效方法。
2.三种转速继电器的对比
（1）离心式转速继电器测速直接，若能够改良提高其可靠性，所有水轮机组可以全部安装。
（2）齿盘式测速继电器是三种继电器里最为可靠的一种，但其受机组大轴震动和安装时的同轴度影响较大。
（3）残压测速继电器是从电气方面间接测量机组转速，与齿盘测速一起为第二套转速继电器提供测频信号，但其优先级次于齿盘测速，且易受到开停机过程中励磁系统产生的高次谐波干扰。
3.结束语
随着水电厂自动控制技术的不断进步和发展，“无人值班、少人值守”运行方式的日益推广，不仅要求水电站计算机监控系统稳定可靠、自动化元件动作准确无误，也对水轮发电机组的保护提出了更高的要求。而测速装置的准确性和稳定性与否直接影响水轮发电机组的自动控制及过速保护。如能将三种转速继电器加以改良，并应用于所有机组，将能够一定程度上提高机组运行的稳定性和安全性。 [科]
【参考文献】
[1]杨晓燕.浅谈齿盘测速装置在水电厂水轮机的应用，2007.3.
[2]俞柏铭.水轮发电机组的水银离心式转速继电器[J].水力发电，1980.03.
[3]高树春.离心式转速表误差的分析.科技咨询导报，2006.14.
【关键词】转速继电器；测速；离心式；齿盘；残压
0.引言
转速继电器是应用于水电站水轮发电机组上的一种重要保护和自动化元件，主要功能有两个方面：其一，担负着机组过速度保护自动停机任务；其二，是实现机组自动化开、停机自动程序控制。随着科学技术的发展和工业生产过程的实际需要，对水轮发电机组运行的可靠性要求越来越高，其中对水轮发电机组转速测量提出高可靠性、高性能的要求。现水电厂常用的转速继电器有三种：离心式转速继电器、齿盘测速继电器和残压测速继电器，在水电厂多年的运行过程中，都或多或少出现过一些异常。
1.三种转速继电器的分析与比较
1.1离心式机械转速继电器
（1）离心式转速继电器是一种最传统的转速测量工具，由于它有一定的优点，到现在还得到应用。其主要优点是结构简单、使用方便。主要缺点是精度比较低，且易受到外界干扰。离心式转速继电器的工作原理：利用旋转质量的离心力与转角度成比例的原理，当转速继电器的轴转动时，离心器上重锤在惯性离心力的作用下离开轴心，接通电接点，不同的接点对应不同的转速，接点将转速信号转化为电信号送出。
（2）目前，我国多数老的水电厂还在使用该类型转速继电器。
此装置装在发电机的大轴顶部，是一个铜质的X型的机构，下端有两个铜块。由于机组转动时会产生离心作用，使铜块向外向上运动，接通电接点，将转速情况转化成电信号发出。机组转得越快，铜块上升越高，从而接通对应速度的电接点。这种方法比较简单，但精确度不够高，而且万一铜制机械装置产生发卡的问题，就可能造成测速不准的问题。
（3）由于该转速继电器安装在大轴顶端，与机组大轴补气阀较近，当两者之一发生故障，有可能影响另一个的工作状态。
（4）改造建议：离心式机械转速继电器测速最为直接，故还有一定的应用价值。若能够通过改造提高其可靠性，新建水电厂机组也可以安装该种转速继电器。
目前，国内某电站使用的是一种水银离心式转速继电器，主要由有机玻璃水银接点、尼龙外套、滑环和炭刷等零件所组成，安装在发电机轴上一起转动。其核心变化是用有机水银接点代替铜质X型机构。
有机玻璃水银接点是用有机玻璃板，在内部加工成U型管，再将水银密封在管内而成。U型管的下部有导线引向滑环和外部直流电源正极相接，型管的上部通过导电针、滑环、炭刷与直流电源负极相接。当继电器随机组转动时，U型管中的水银受离心力的作用，管内侧水银面下降，管外侧水银面上升，形成水银面内外高度差。再根据高度差和转速的对应关系，将各导电针按不同高差进行调节，即可得到各种相应转速下的接点整定值。这种转速继电器的性能良好，整定值稳定，灵敏度高，并且具有结构简单、体积小、重量轻、制造方便、运行可靠等优点。
1.2齿盘测速继电器
1.2.1齿盘测速式的转速继电器虽然也是机械式，但它要比离心式转速继电器可靠得多，甚至要比残压测速还要可靠。它的原理是在一个未闭合的E字型磁铁上绕上线圈，当该测速装置经过一个铁齿尖时，由于E字型磁铁紧贴齿轮，因此磁路闭合，产生一个电动势，而在齿沟时，磁阻很大未能形成磁路闭合，不能产生电动势，因此当测速装置经过一个个的齿尖时就会产生一个交变的脉冲电动势，跟据电势的变化经过电路处理就可显示出转速结果。
1.2.2齿盘式转速继电器的优点：
（1）装置掉电时，接点不会误动。
（2）动态数据显示和全数字键盘用于人机对话，操作简单容易使用。
（3）机组在蠕动情况下仍能正常检测，并给出信号。
（4）电源为双路流同时供电，多路信号同时输入，可靠性高。
1.2.3存在的问题
（1）由于加工工艺流程，造成齿盘的齿距不均匀，探头是高灵敏的速度传感器，它是通过扫描齿与齿之间来计算速度，即使机组转速恒定，齿距的不同就会产生速度变化，从而产生干扰。
（2）齿盘的圆度加工不精确，也会产生干扰。
（3）水轮发电机大轴的摆动使齿盘相对测速探头的中心发生偏移也会产生干扰。
1.2.4解决方法
（1）安装齿盘和测速探头时必须按照工艺要求安装，使用专屏蔽线，并尽可能减小偏差以提高测量精度。
（2）提高安装时的齿盘与机组的同轴度。
1.3残压式测速继电器
1.3.1残压测速的原理
压变感应出来的残压，是50HZ正弦波。软件上用一种几兆HZ的方波与残压正弦波叠加计数，计算正弦波一个周期内通过的方波总数，算出一个周期的时间，进而算出频率。我厂的机组残压测速采用来自机组2号压变的残压信号。
1.3.2 残压测速的特点
残压测速具有成本低精度高的优点，但由于其是一种间接测量的方式，故测量结果易受到干扰。当机组开机过程中，励磁系统启励后， 励磁系统通过可控硅整流管将发电机定子中的交流电整流为直流电， 为发电机转子提供励磁电流， 由于这时发电机没有并网， 定子电流几乎完全通过励磁变和励磁系统输入给转子， 由此引起定子中的电压和电流波形发生畸变。励磁系统是一种非线性负载，这种大型可控硅非线性负载会产生高次谐波，这些发生了畸变的电压波形信号，此时残压测频方式也不可能测得真实的机组频率。
1.3.3 解决办法
若要解决上述现象， 就要彻底消除这些高次谐波影响，开发出一种能够彻底滤除高次谐波的残压测频电路是解决高次谐波的最有效方法。
2.三种转速继电器的对比
（1）离心式转速继电器测速直接，若能够改良提高其可靠性，所有水轮机组可以全部安装。
（2）齿盘式测速继电器是三种继电器里最为可靠的一种，但其受机组大轴震动和安装时的同轴度影响较大。
（3）残压测速继电器是从电气方面间接测量机组转速，与齿盘测速一起为第二套转速继电器提供测频信号，但其优先级次于齿盘测速，且易受到开停机过程中励磁系统产生的高次谐波干扰。
3.结束语
随着水电厂自动控制技术的不断进步和发展，“无人值班、少人值守”运行方式的日益推广，不仅要求水电站计算机监控系统稳定可靠、自动化元件动作准确无误，也对水轮发电机组的保护提出了更高的要求。而测速装置的准确性和稳定性与否直接影响水轮发电机组的自动控制及过速保护。如能将三种转速继电器加以改良，并应用于所有机组，将能够一定程度上提高机组运行的稳定性和安全性。 [科]
【参考文献】
[1]杨晓燕.浅谈齿盘测速装置在水电厂水轮机的应用，2007.3.
[2]俞柏铭.水轮发电机组的水银离心式转速继电器[J].水力发电，1980.03.
[3]高树春.离心式转速表误差的分析.科技咨询导报，2006.14.