CN110206675A - 一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，包括：拉绳位移传感器，拉绳位移传感器安装在调速器主接力器上，用来测量调速器主接力器动作位移，与数据采集卡电连接；上位机，接收用户输入数据，向数据采集卡发送数据，与数据采集卡电连接；数据采集卡，自动采集拉绳位移传感器传送过来的信号，接收上位机发送过来的数据，对所述信号和所述数据进行处理，并将处理后的数据输出。以解决现有技术功率模式下不能进行静态实验的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水轮机技术领域，尤其涉及一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪及使用方法。
背景技术
目前，水轮机调速器并入大网带负荷运行，理论上有两种主要运行模式，分别为开度模式和功率模式，开度模式是国内调速器已经长时间应用于实践的主要运行模式。近年来，国内部分电厂，逐步开始进行功率模式改造并投入功率模式，按照相关规范的要求，需进行试验后，方能投入运行。处于试验安全、成本、试验规律等原因的考虑，试验过程中首先应该进行静态实验，静态实验合格后，方能带负荷进行动态实验。但由于机组并网前无功率输出，调节系统无法形成闭环系统，很多静态试验不能正常进行，一般进行型式检查后直接带负荷进行试验，增加了试验成本及试验风险，而且由于动态试验工况的局限性，试验项目并不全面。另外，依据规范要求，50MW及以上水轮发电机组，以及系统分析表明需要实测的发电机组，均应按规定开展调节系统参数实测与建模工作，对于功率模式的模型参数试验，由于不能进行静态测试，对试验后期模型的建立及参数校核工作带来了较大难度和不确定性。随着功率模式投入的增多，急需解决这一问题。
因此需要水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，能够满足功率模式下相关静态试验要求，使得调节系统在静态条件下能够按照实际调节规律模拟负载运行，方便功率模式下开展相关试验或者调试工作，解决功率模式下不能进行静态实验的问题。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的是提供一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪。本发明另一目的是提供一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪的使用方法。
本发明的技术方案是：一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，
包括：
拉绳位移传感器，拉绳位移传感器安装在调速器主接力器上，用来测量调速器主接力器动作位移，与数据采集卡电连接；
上位机，接收用户输入数据，向数据采集卡发送数据，与数据采集卡电连接；
数据采集卡，自动采集拉绳位移传感器传送过来的信号，接收上位机发送过来的数据，对所述信号和所述数据进行处理，并将处理后的数据输出。
还包括：
隔离模块，所述隔离模块串联在拉绳位移传感器和数据采集卡之间。
还包括：
输出信号隔离器，所述输出信号隔离器串联在数据采集开和调速器功率信号输入通道之间。
还包括：
空气开关，所述空气开关与输出信号隔离器输出口电连接。
一种水轮机功率模式静态试验现场仿真测试仪的方法，
所述方法包括以下步骤：
S1、从上位机输入参数：延时T、函数选择标记In、空载时的导叶开度值Y1、试验水头下机组最大功率P2时的导叶开度值Y2、功率变化量△P、功率变化变化时间t、采样周期τ、水轮机模型系数a、水轮机模型系数b、功率波动幅值A、机组额定功率Pn、机组转速n、初始角度φ和水锤效应时间常数Tw；
S2、采集导叶开度数据：数据采集卡从拉绳位移传感器采集导叶开度数据Y；
S3、上位机产生功率波动模拟值X：
S4、数据采集卡处理数据得到有功输出功率PM1：
S5、有功输出功率PM1接入调速器功率信号输入通道1。
一种水轮机功率模式静态试验现场仿真测试仪的方法，
所述方法还包括以下步骤：
当函数选择标记In＝1时，数据采集卡处理数据得到有功输出功率PM2＝PM1+ΔP，当函数选择标记In＝0时，数据采集卡处理数据得到有功输出功率
有功输出功率PM2接入调速器功率信号输入通道2。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明通过拉绳位移传感器测量调速器主接力器动作位移，通过上位机输入数据，通过数据采集卡采集拉绳传感器信号，通过数据采集卡处理上位机输入数据和拉绳传感器信号得到有功输出功率，将有功输出功率与调速器功率信号输入通道连接，从而实现对负载的模拟，使得在功率模式下能够进行静态试验。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
参考图1，一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，包括：拉绳位移传感器，拉绳位移传感器安装在调速器主接力器上，用来测量调速器主接力器动作位移，与数据采集卡电连接；上位机，接收用户输入数据，向数据采集卡发送数据，与数据采集卡电连接；数据采集卡，自动采集拉绳位移传感器传送过来的信号，接收上位机发送过来的数据，对所述信号和所述数据进行处理，并将处理后的数据输出。
数据采集卡采用NI公司型号为cDAQ-9188的数据采集卡，数据采集卡中装有NI公司型号为C9222的AI模块和型号为C9269的AO模块，上位机可以是普通PC。
本发明通过拉绳位移传感器测量调速器主接力器动作位移，拉绳位移传感器的供电由该设备24V电源模块提供，通过上位机输入数据，通过数据采集卡采集拉绳传感器信号，通过数据采集卡处理上位机输入数据和拉绳传感器信号得到有功输出功率，将有功输出功率与调速器功率信号输入通道连接，从而实现对负载的模拟，使得在功率模式下能够进行静态实验。
还包括：隔离模块，所述隔离模块串联在拉绳位移传感器和数据采集卡之间。
隔离模块为一进二出隔离模块，一是起到保护数据采集卡防止采集卡或拉绳位移传感器被烧坏的作用；二是可以保证信号稳定，防止无关信号干扰数据采集卡；三是可以将拉绳位移传感器的信号分为两路，一路输入数据采集卡，另一路可以输入试验录波仪，进行波形记录和试验分析。
还包括：输出信号隔离器，所述输出信号隔离器串联在数据采集开和调速器功率信号输入通道之间。
输出信号隔离器一是可以防止数据采集卡或调速器被烧坏；二是可以保证信号稳定，防止无关信号干扰数据采集卡或调速器。
还包括：空气开关，所述空气开关与输出信号隔离器输出口电连接。
用于信号中断，避免信号影响调速器，隔离信号方便调试。
一种水轮机功率模式静态试验现场仿真测试仪的方法，所述方法包括以下步骤：
S1、从上位机输入参数：延时T、函数选择标记In、空载时的导叶开度值Y1、实验水头下机组最大功率P2时的导叶开度值Y2、功率变化量△P、功率变化变化时间t、采样周期τ、水轮机模型系数a、水轮机模型系数b、功率波动幅值A、机组额定功率Pn、机组转速n、初始角度φ和水锤效应时间常数Tw；
S2、采集导叶开度数据：数据采集卡从拉绳位移传感器采集导叶开度数据Y；
S3、上位机产生功率波动模拟值X：
S4、数据采集卡处理数据得到有功输出功率PM1：
S5、有功输出功率PM1接入调速器功率信号输入通道1。
人机界面采用工业用触摸屏(或者笔记本电脑代替)，输入参数如下：Y为导叶开度；T为延时；(Y1，0)；(Y2，P2)；函数选择标记In(值为1时为阶跃设定，当值为0时为斜坡增减)、功率变化量△P、功率变化变化时间t；为采样周期；水轮机模型系数a、系数b、水锤效应时间常数Tw；功率波动幅值A，默认值为0；机组额定功率Pn；n为机组转速，单位为(r/min)；为初始角度,默认值为0，可在0到2之间设定。
Y为导叶开度，由临时安装拉绳位移传感器提供，经一进二出隔离模块，经AI模板进入CPU模板，经两点法率定，零开度时值为0，满开度时值为100，单位为％。
T为延时，可在人机界面进行设定，范围为(0-1)s，默认值为0。
电磁功率与机组导叶开度的对应关系，可在人机界面通过两点法进行设定，(Y1，0)，(Y2，P2)，其中Y1为空载开度值，Y2为某水头下(一般为试验水头)导叶最大开度，P2为该水头下机组最大出力。
PM1为机组功率输出值，通过AO模板，经信号隔离模块，经2匹直流空气开关，接入模拟量信号输出端子。
函数选择标记In、△P、t的值可通过人机界面进行设定，当函数选择标记In＝1时为，功率为阶跃设定，当函数选择标记In等于0时功率为斜坡增减，功率变化量为△P，变化时间为t，单位为秒，其中t＝k×τ，k表示采样次数，τ为采样周期。
模型a、b为系数，Tw值为水锤效应时间常数，可依据实测上扰动和下扰动的反调功率进行拟合辨识的方法获得，当无历史数据，无法获得具体数值时，可以按照刚性水击模型设置，即a＝1，b＝0.5，Tw值可根据引水系统的实际引水系统设计图按如下公式计算获得：
其中：A：每段引水管道的截面积(平方米)
L：引水管道长度(米)；
ν：相应管道水流速度(米/秒)；
Qr：额定流量(立方米/秒)；
H：额定水头(米)；
g：重力加速度。(米/平方秒)
X为功率波动模拟值，默认值为0，计算公式如下：
A为功率波动幅值，可设定为(0～3)％Pn.，
Pn为机组额定功率；
ω为圆频率，单位为弧度/秒(rad/s)，可按照转速换算
φ为初始角度。
一种水轮机功率模式静态试验现场仿真测试仪的方法，
所述方法还包括以下步骤：
当函数选择标记In＝1时，数据采集卡处理数据得到有功输出功率PM2＝PM1+ΔP，当函数选择标记In＝0时，数据采集卡处理数据得到有功输出功率
有功输出功率PM2接入调速器功率信号输入通道2。
默认ΔP＝0，当ΔP≠0时，可以通过设定合适的ΔP值和给定In值，进行功率模式下故障容错试验。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，
其特征在于，
包括：
拉绳位移传感器，拉绳位移传感器安装在调速器主接力器上，用来测量调速器主接力器动作位移，与数据采集卡电连接；
上位机，接收用户输入数据，向数据采集卡发送数据，与数据采集卡电连接；
数据采集卡，自动采集拉绳位移传感器传送过来的信号，接收上位机发送过来的数据，对所述信号和所述数据进行处理，并将处理后的数据输出到调速器功率输入通道。
2.根据权利要求1所述的水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，
其特征在于，
还包括：
隔离模块，所述隔离模块串联在拉绳位移传感器和数据采集卡之间。
3.根据权利要求1所述的水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，
其特征在于，
还包括：
输出信号隔离器，所述输出信号隔离器串联在数据采集卡和调速器功率信号输入通道之间。
4.根据权利要求3所述的水轮机功率模式静态试验仿真测试仪，
其特征在于，
还包括：
空气开关，所述空气开关与输出信号隔离器输出口电连接。
5.一种使用权利要求1至4任意一项水轮机功率模式静态试验仿真测试仪的方法，
其特征在于，
所述方法包括以下步骤：
S1、从上位机输入参数：延时T、函数选择标记In、空载时的导叶开度值Y1、实验水头下机组最大功率P2时的导叶开度值Y2、功率变化量△P、功率变化变化时间t、采样周期τ、水轮机模型系数a、水轮机模型系数b、功率波动幅值A、机组额定功率Pn、机组转速n、初始角度φ和水锤效应时间常数Tw；
S2、采集导叶开度数据：数据采集卡从拉绳位移传感器采集导叶开度数据Y；
S3、上位机产生功率波动模拟值X：
S4、数据采集卡处理数据得到有功输出功率PM1：
S5、有功输出功率PM1接入调速器功率信号输入通道1。
6.一种使用权利要求5所述的水轮机功率模式静态试验现场仿真测试仪的方法，
其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
当函数选择标记In＝1时，数据采集卡处理数据得到有功输出功率PM2＝PM1+ΔP，当函数选择标记In＝0时，数据采集卡处理数据得到有功输出功率
有功输出功率PM2接入调速器功率信号输入通道2。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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