CN110274761B - 一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法 - Google Patents

一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，涉及水轮机电液调节系统参数测试技术领域，在蜗壳无水状态下测主接力器开启和关闭的最快速率；在水轮机静止时设置调速器的调节参数并去除主接力器行程反馈；在水轮机静止且调速器处于自动方式下，通过施加频率扰动测试主配压阀最大行程；结合主配压阀最大行程，测试主配压阀相对行程和主接力器运动速度的对应关系，绘制相应的关系曲线，并进行一元线性拟合、计算主接力器反应时间常数。本发明无需拆除反馈接线和调整开关机时间螺母，减少了现场工作量和安全风险，且以主接力器的最快速率作为判断依据，确保了在整个测试过程中主配压阀的移动不受到开关机时间螺母的机械限制。

Description

一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法
技术领域
本发明属于水轮机电液调节系统参数测试技术领域，尤其涉及一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法。
背景技术
水轮机电液调节系统是保证水轮发电机组安全稳定运行的核心设备。无论是针对水轮机电液调节系统的理论研究还是相关技术的实际应用，建模和仿真计算都是重要的技术手段。而对于水轮机电液调节系统的参数测试结果直接影响到建模和仿真计算的精度。
测试接力器反应时间常数Ty是水轮机电液调节系统参数测试的重要内容，它表征了接力器的速度特性。依据《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》，接力器反应时间常数Ty等于主接力器相对速度与主配压阀相对行程关系曲线斜率的倒数。国家标准《水轮机控制系统试验》规定了对接力器反应时间常数Ty的测试方法：切除反馈，在规定的压力降条件下，把主配压阀分别整定在不同行程，按开启(关闭)方向逐次使主配压阀从中间位置迅速移动到整定位置，测出主配压阀位移与相应接力器平均速度，将位移及速度量换算为相对值，绘制关系曲线，求出接力器反应时间常数Ty。主配压阀由中间位置向开启或关闭侧位移时，各测6点以上。
按照上述国标中的方法，在实际的参数测试过程中，往往需要通过拆除接线的方式解除接力器行程的机械反馈，并且一般要通过调整开关机时间螺母使主配压阀到达整定位置，在测试结束后需恢复接线并重新整定开关机时间，这就导致了现场工作繁琐且产生了一定的安全风险。
因此，如果能在不拆除反馈接线且不调整开关机时间螺母的条件下进行接力器反应时间常数的测试，就能简化测试流程，避免因重新整定开关机时间带来的安全风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，从而克服了现有技术中需要切除反馈接线、频繁调整开关机时间螺母致使现场工作繁琐且带有一定安全风险的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，包括以下步骤：
S1、在水轮机的蜗壳无水状态下测出主接力器开启和关闭的最快速率；
S2、在所述水轮机处于静止状态下，设置调速器的调节参数，并去除主接力器行程反馈；
S3、在所述水轮机处于静止状态下，且调速器处于自动方式下，通过施加频率扰动测试主配压阀最大行程；
S4、结合所述主配压阀最大行程，测试主配压阀相对行程和主接力器运动速度，根据所述主配压阀相对行程和主接力器运动速度绘制关系曲线，对所述关系曲线进行一元线性拟合，并根据拟合后的一元线性方程计算主接力器反应时间常数。
进一步的，所述S1包括：在所述水轮机的蜗壳无水状态下，水轮机电液调节系统的油压装置正常，开度限制机构置于全开位置，在主接力器处于全关状态且调速器处于自动方式状态下，向所述调速器突加全开信号，使所述主接力器以最快速度打开，测出所述主接力器开启方向的最快速率；然后按下紧急停机电磁阀，测出所述主接力器关闭方向的最快速率。
进一步的，采用清零寄存器的方式去除所述主接力器行程反馈。
进一步的，所述调速器的调节参数包括：比例增益系数、积分增益系数、微分增益系数、永态转差系数及人工频率死区。
进一步的，所述S3中施加频率扰动测试主配压阀最大行程包括：向调节器施加频率阶跃扰动，若主接力器运动速度的绝对值小于所述主接力器开启或关闭的最快速率时，则记录主配压阀动作行程，否则调节频率阶跃扰动的幅度或修改比例增益系数再次试验，直至所述主接力器运动速度的绝对值小于所述主接力器开启或关闭的最快速率为止，记录主配压阀动作行程；根据所述主配压阀动作行程和比例增益系数计算主配压阀在开启或关闭方向上的最大行程。
进一步的，所述S4中，通过旋转步进电机的手轮的方式或对调节器给定频率阶跃的方式测试主配压阀相对行程和主接力器运动速度。
进一步的，测试所述主配压阀相对行程和主接力器运动速度包括：通过旋转步进电机的手轮的方式控制步进电机往开启或关闭方向旋转，增大旋转手轮的幅度，使所述主配压阀移动处于多个不同位置，同时所述主配压阀处于多个不同位置时，主接力器运动速度的绝对值均小于所述主接力器开启或关闭的最快速率，记录不同位置时主配压阀动作行程及主接力器运动速度，根据所述主配压阀动作行程及主配压阀最大行程计算相应的主配压阀相对行程。
进一步的，所述主配压阀相对行程＝主配压阀动作行程/与所述主配压阀动作行程相应的主配压阀最大行程。
进一步的，上述任一项所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，均应用在水轮机电液调节系统的主接力器上。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所提供的一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，在水轮机的蜗壳无水状态下测出主接力器开启和关闭的最快速率；在水轮机处于静止状态下，设置调速器的调节参数，并去除主接力器行程反馈；在水轮机处于静止状态下，且调速器处于自动方式下，通过施加频率扰动测试主配压阀最大行程；结合主配压阀最大行程，测试主配压阀相对行程和主接力器运动速度，根据主配压阀相对行程和主接力器运动速度绘制关系曲线，对关系曲线进行一元线性拟合，并根据拟合后的一元线性方程计算主接力器反应时间常数。本发明提供的测试方法不需要拆除反馈接线和调整开关机时间螺母，减少了现场工作量和安全风险，而且以主接力器运动是否达到最快开启或关闭速率作为判断依据，确保了在整个测试过程中主配压阀的移动不受到开关机时间螺母的机械限制，进而提高了接力器反应时间常数计算结果的准确性。
2、本发明所提供的一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，通过清零寄存器的方式切除主接力器行程反馈，无需调整开关机时间螺母，这样的处理减少了现场工作量，降低了安全风险，同时调速器不会因为报反馈故障而切手动，导致无法进行测试。
3、本发明所提供的一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，在测试主配压阀最大行程时，以主接力器是否按最快开启或关闭速率运动作为判断依据，通过调节频率扰动幅度或是修改比例增益系数，确保了主配压阀的移动不受到开关机时间螺母的机械限制，进而提高了测试主配压阀最大行程的准确性。
4、本发明所提供的一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，在测试主配压阀相对行程和主接力器运动速度的对应关系时，同样以主接力器是否按最快开启或关闭速率运动作为判断依据，通过调整旋转手轮的幅度，确保了主配压阀的移动不受到开关机时间螺母的机械限制，避免了关系曲线出现饱和进而影响一元线性拟合的情况，提高了接力器反应时间常数计算结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的水轮机电液调节系统的主要结构示意图；
图2是本发明的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数测试原理的仿真图；
图3是本发明的主接力器相对速度
Figure BDA0002141415540000051
与主配压阀在开启方向上的相对行程σ1的关系曲线图；
图4是本发明的主接力器相对速度
Figure BDA0002141415540000052
与主配压阀在关闭方向上的相对行程σ2的关系曲线图；
图5是本发明一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为本发明的水轮机电液调节系统主要结构的示意图，电子调节器或手轮输出的控制信号经过驱动器放大后进入步进电机，控制步进电机旋转，主配压阀将步进电机输出的位移信号放大成相应方向的、与控制信号成比例的、满足主接力器运动要求的液压信号，控制主接力器的开启和关闭。主配压阀行程和主接力器行程通过位移传感器反馈回电子调节器中，形成闭环调节。
如图2所示，图2为本发明的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数测试原理仿真图，图2中，
Figure BDA0002141415540000061
为相对转速，N为机组转速，Nr为额定转速；/>
Figure BDA0002141415540000062
为主接力器相对行程，Y为主接力器实际行程，Ymax为主接力器最大行程；Cn为转速给定；Cp为开度给定，bp为永态转差系数；Kp为比例增益系数，KI为积分增益系数，KD为微分增益系数，图中KDS”实际上是指"KD×S，Kp1为前向增益，Cs为主配压阀行程给定，/>
Figure BDA0002141415540000063
为主配压阀相对行程，S为主配压阀实际行程，Smax为主配压阀最大行程，Ty1为主配压阀通流特性常数，Ty为主接力器反应时间常数。通过设置Cn的值为目标转速，仿真对图1所示系统施加频率扰动的过程；通过设置Cs的值为目标主配行程，仿真手动旋转图1中步进电机手轮的过程。
如图5所示，图5为发明一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法的流程图；本发明水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法的具体包括以下步骤：
S10、确保检修闸门关闭，水轮机的蜗壳无水，水轮机电液调节系统的油压装置正常，开度限制机构置于全开位置。在主接力器处于全关状态且调速器为自动方式状态下，向调速器突加全开信号，使主接力器以最快速度打开，测出主接力器开启方向的最快速率Vmax1，然后按下紧急停机电磁阀(分段关闭阀不投入)，测出主接力器关闭方向的最快速率Vmax2，试验数据见表1。
S20、在水轮机处于静止状态下，将调速器的调节参数设置如下：积分增益系数KI、微分增益系数KD、永态转差系数bp置于零，人工频率死区Ef置于零，比例增益系数KP置为5；并通过修改调速器程序，将保存主接力器行程反馈信号数据的寄存器的数据清零，从而切除主接力器行程反馈；通过清零寄存器的方式切除主接力器行程反馈，且无需调整开关机时间螺母，这样处理减少了现场工作量，降低了安全风险，同时调速器不会因为报反馈故障而切手动，导致无法进行测试。
S30、在水轮机静止状态下，且调速器处于自动方式下，向调节器施加-0.125Hz(对应-0.25％转速变化)的频率阶跃扰动，若此时的主接力器运动速度
Figure BDA0002141415540000076
的绝对值小于Vmax1，则记录主配压阀动作行程S1，否则调节频率扰动幅度或是修改比例增益系数KP再次试验，直到主接力器运动速度/>
Figure BDA0002141415540000071
的绝对值小于Vmax1为止，开启方向上的主配压阀最大行程
Figure BDA0002141415540000072
试验数据见表1。
S40、在水轮机静止状态下，且调速器处于自动方式下，向调节器施加+0.125Hz(对应+0.25％转速变化)的频率阶跃扰动，若此时的主接力器运动速度
Figure BDA0002141415540000073
的绝对值小于Vmax2，则记录主配压阀动作行程S2，否则调节频率扰动幅度或是修改比例增益系数KP再次试验，直到主接力器运动速度/>
Figure BDA0002141415540000075
的绝对值小于Vmax2为止；关闭方向上的主配压阀最大行程
Figure BDA0002141415540000074
试验数据见表1。
表1
Figure BDA0002141415540000081
以主接力器是否按最快开启或关闭速率运动作为判断依据，通过调节频率扰动幅度或是修改比例增益系数KP，确保了主配压阀的移动不受到开关机时间螺母的机械限制，进而提高了测试主配压阀最大行程的准确性。
S50、在水轮机静止且调速器自动方式下，通过旋转步进电机的手轮的方式控制步进电机往开启方向旋转，逐步增大旋转手轮的幅度，使主配压阀从中间位置移动，使主配压阀在开启方向上运动且处于6个不同位置，同时确保主配压阀处于这6个不同位置时的主接力器运动速度
Figure BDA0002141415540000082
的绝对值均小于Vmax1，记录这6组主配压阀动作行程S及主接力器运动速度
Figure BDA0002141415540000083
计算试验过程中主配压阀在开启方向上的相对行程/>
Figure BDA0002141415540000084
试验数据见表2。
S60、在水轮机静止且调速器自动方式下，通过旋转手轮的方式控制步进电机往关闭方向旋转，逐步增大旋转手轮的幅度，使主配压阀从中间位置移动，使主配压阀在关闭方向上运动且处于6个不同位置，同时确保主配压阀处于这6个不同位置时的主接力器运动速度
Figure BDA0002141415540000085
的绝对值均小于Vmax2，记录这6组主配压阀动作行程S及主接力器运动速度/>
Figure BDA0002141415540000086
计算试验过程中主配压阀在关闭方向上的相对行程/>
Figure BDA0002141415540000087
试验数据见表2。
表2
Figure BDA0002141415540000088
Figure BDA0002141415540000091
以主接力器是否按最快开启或关闭速率运动作为判断依据，通过调整旋转手轮的幅度，确保了主配压阀的移动不受到开关机时间螺母的机械限制，避免了关系曲线出现饱和进而影响一元线性拟合的情况，提高了接力器反应时间常数计算结果的准确性。
S70、以S5、S6得到的数据σ1、σ2为横坐标，以σ1、σ2对应的
Figure BDA0002141415540000092
为纵坐标，分别绘制主接力器往开启、关闭方向运动时的关系曲线，分别对关系曲线进行一元线性拟合得到直线方程y1＝a1x1+b1和y2＝a2x2+b2，其中a1、a2为直线方程斜率，b1、b2为直线方程截距，如图3、图4所示，图3为主接力器相对速度/>
Figure BDA0002141415540000093
与主配压阀在开启方向上的相对行程σ1的关系曲线图，横坐标为主配压阀在开启方向上的相对行程σ1，纵坐标为主接力器相对速度/>
Figure BDA0002141415540000094
对主接力器相对速度/>
Figure BDA0002141415540000095
与主配压阀在开启方向上的相对行程σ1的关系曲线进行一元线性拟合得到图中的直线方程。图4为主接力器相对速度/>
Figure BDA0002141415540000096
与主配压阀在关闭方向上的相对行程σ2的关系曲线图；横坐标为主配压阀在关闭方向上的相对行程σ2，纵坐标为主接力器相对速度/>
Figure BDA0002141415540000097
对主接力器相对速度/>
Figure BDA0002141415540000098
与主配压阀在关闭方向上的相对行程σ2的关系曲线进行一元线性拟合得到图中的直线方程。计算/>
Figure BDA0002141415540000099
其中Ty1、Ty2分别为主接力器反应时间常数在开启、关闭方向上的计算值；主接力器反应时间常数取开启、关闭方向上计算值的平均数，即：/>
Figure BDA00021414155400000910
试验数据如表3所示。
表3
Figure BDA0002141415540000101
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在水轮机的蜗壳无水状态下测出主接力器开启和关闭的最快速率；
S2、在所述水轮机处于静止状态下，设置调速器的调节参数，并去除主接力器行程反馈；
S3、在所述水轮机处于静止状态下，且调速器处于自动方式下，通过施加频率扰动测试主配压阀最大行程；
所述S3中施加频率扰动测试主配压阀最大行程包括：向调节器施加频率阶跃扰动，若主接力器运动速度的绝对值小于所述主接力器开启或关闭的最快速率时，则记录主配压阀动作行程，否则调节频率阶跃扰动的幅度或修改比例增益系数再次试验，直至所述主接力器运动速度的绝对值小于所述主接力器开启或关闭的最快速率为止，记录主配压阀动作行程；根据所述主配压阀动作行程和比例增益系数计算主配压阀在开启或关闭方向上的最大行程；
S4、结合所述主配压阀最大行程，测试主配压阀相对行程和主接力器运动速度，根据所述主配压阀相对行程和主接力器运动速度绘制关系曲线，对所述关系曲线进行一元线性拟合，并根据拟合后的一元线性方程计算主接力器反应时间常数；
通过旋转步进电机的手轮的方式测试主配压阀相对行程。
2.根据权利要求1所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，其特征在于：所述S1包括：在所述水轮机的蜗壳无水状态下，水轮机电液调节系统的油压装置正常，开度限制机构置于全开位置，在主接力器处于全关状态且调速器处于自动方式状态下，向所述调速器突加全开信号，使所述主接力器以最快速度打开，测出所述主接力器开启方向的最快速率；然后按下紧急停机电磁阀，测出所述主接力器关闭方向的最快速率。
3.根据权利要求1所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，其特征在于：采用清零寄存器的方式去除所述主接力器行程反馈。
4.根据权利要求1所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，其特征在于：所述调速器的调节参数包括：比例增益系数、积分增益系数、微分增益系数、永态转差系数及人工频率死区。
5.根据权利要求1所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，其特征在于：测试所述主配压阀相对行程和主接力器运动速度包括：通过旋转步进电机的手轮的方式控制步进电机往开启或关闭方向旋转，增大旋转手轮的幅度，使所述主配压阀移动处于多个不同位置，同时所述主配压阀处于多个不同位置时，主接力器运动速度的绝对值均小于所述主接力器开启或关闭的最快速率，记录不同位置时主配压阀动作行程及主接力器运动速度，根据所述主配压阀动作行程及主配压阀最大行程计算相应的主配压阀相对行程。
6.根据权利要求5所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，其特征在于：所述主配压阀相对行程=主配压阀动作行程/与所述主配压阀动作行程相应的主配压阀最大行程。
7.根据权利要求1-6任一项所述的水轮机电液调节系统接力器反应时间常数的测试方法，均应用在水轮机电液调节系统的主接力器上。
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