CN110487551A - 水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统，它包括：动态仿真测试机与数据采集设备连接；数据采集设备的信号模拟量输入端口AI1与调速器的导叶开度传感器输出端连接；数据采集设备的数字信号输出端口DO1与调速器的断路器信号端口连接；数据采集设备的频率脉冲信号仿真数据端口Ct1与调速器的机频端口连接；解决了水电机组调速器特性试验在机组带负荷运行时在负荷约为25％情况下进行甩负荷进行试验测量，存在着对电网的较大负荷扰动，不利于电网安全稳定运行，另一方面如果测试过程中断路器信号、接力器信号或者机组频率信号中任意一个出现干扰或者断线等突发状况，则很有可能造成试验的失败等技术问题。

Description

水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统及方法

技术领域

本发明属于水电机组调速器数据分析领域，尤其涉及一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统及方法。

背景技术

随着大容量水电机组在电网中的比例不断增加，电网频率稳定性的问题越来越被重视，水轮机调速器调节品质的优劣和运行的可靠性直接影响到水轮发电机组乃至电力系统的安全可靠运行和电能质量。当水电站调速器发生故障时,机组不能够正常稳定地发电,影响机组的正常运行,也就影响了电站的经济效益，而目前对其控制设备的试验项目要求也越来越严格。调速器接力器不动作时间时调速器的重要性能指标，其反映了调速器的控制精度及甩负荷等工况下的响应速度。

水电机组调速器特性试验是水电机组稳定运行前的必要检验手段，也是机组稳定运行的基础。在测量调速器不动作时间中，一般试验采用的方法都是在机组带负荷运行时在负荷约为25％情况下进行甩负荷进行试验测量，这种测量一方面存在着对电网的较大负荷扰动，不利于电网安全稳定运行，另一方面如果测试过程中断路器信号、接力器信号或者机组频率信号中任意一个出现干扰或者断线等突发状况，则很有可能造成试验的失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统及方法，以解决现有技术中水电机组调速器特性试验在机组带负荷运行时在负荷约为25％情况下进行甩负荷进行试验测量，这种测量一方面存在着对电网的较大负荷扰动，不利于电网安全稳定运行，另一方面如果测试过程中断路器信号、接力器信号或者机组频率信号中任意一个出现干扰或者断线等突发状况，则很有可能造成试验的失败等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统，它包括：动态仿真测试机，动态仿真测试机与数据采集设备连接；数据采集设备的信号模拟量输入端口AI1与调速器的导叶开度传感器输出端连接；数据采集设备的数字信号输出端口DO1与调速器的断路器信号端口连接；数据采集设备的频率脉冲信号仿真数据端口Ct1与调速器的机频端口连接。

所述数据采集设备为美国NI公司的USB-6343数据采集模块。

所述的一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统的测试方法，它包括：

步骤1、开始试验前，使机组处于停机状态，关闭水轮机进水蝴蝶阀或者闸门；蜗壳排水至无水压或与尾水平压；打开调速器操作油源，拔出主接力器锁锭；拆除调速器机频的PT信号线接入Ct1端口的信号；拆除调速器发电机断路器信号线接入DO1端口模拟的发电机出口的断路器信号；

步骤2、开始试验时，Ct1端口给调速器发送50Hz的脉冲信号，DO1端口发送模拟断路器信号闭合；操作调速器进行增加导叶开度，将导叶开度开到25％负荷开度y₁，准备进行不动作时间测试试验；

步骤3、试验准备就绪后，通过在动态仿真测试机界面电机开始试验进行试验过程，试验初期，模拟机组并网状态，Ct1端口给调速器发送50Hz的脉冲频率信号，同时DO1端口发送模拟断路器信号闭合，此时调速器认为机组在并网发电状态下；

步骤4、操作调速器增加导叶开度，将导叶开度开到25％负荷的开度y₁，进行模拟甩25％负荷试验。

所述模拟机组并网时水轮机的主力矩M_t与发电机负载力矩M_g之间是动态平衡的，根据动力学原理，建立运动方程：

机组转速不变，则系统模拟脉冲为默认并网的50Hz；式中J为机组转动部分的转动惯量，ω为机组角速度，转速与频率关系为f(t_i)＝P·ω(t_i)/60，P为磁极对数。

模拟甩25％负荷试验的方法为：

模拟甩负荷时，系统动态仿真测试机发出甩负荷指令，通过通讯端口传入数据采集设备，采集设备的DO1端口发送模拟断路器信号断开，此时发电机负载力矩M_g＝0，动态仿真测试机建立运动方程：

断路器模拟断开后，动态仿真测试机计算求得机组转速上升，则通过通讯模块下发给采集设备，采集设备通过晶振模块及计数器模块的配合，在Ct1端口发出的模拟脉冲频率增大；

式中水轮机的主力矩M_t与导叶开度成比例关系，开度越大则水轮机主力矩越大，仿真系统简化表达为M_t＝F(y(t_i)-y_k)，y_k为空载开度；

整个模拟过程中，动态仿真测试机记录整个过程的导叶开度y(t_i)，记录断路器模拟断开时间，记录整个过程机组模拟频率脉冲信号f(t_i)；

动态仿真测试机计算在机组模拟断路器断开后，机组转速上升超过转速死区时的时间t_o；计算机模拟信号超越转速死区后，调速器导叶开度信号首次动作时间t_d；

最后动态模拟系统测试测量的接力器不动作时间：t_q＝t_d-t_o。

本发明有益效果：

本发明水电机组调速器不动作时间测量可以在机组不充水的条件下模拟机组甩25％负荷的试验，从而反应机组调速器在甩负荷过程中的调速器接力器不动作时间，可以克服现有技术的不足，本发明解决了机组可以通过静态模拟的方式来仿真机组甩25％负荷的状态下进行的接力器不动作时间的判断；解决了现有技术中水电机组调速器特性试验在机组带负荷运行时在负荷约为25％情况下进行甩负荷进行试验测量，这种测量一方面存在着对电网的较大负荷扰动，不利于电网安全稳定运行，另一方面如果测试过程中断路器信号、接力器信号或者机组频率信号中任意一个出现干扰或者断线等突发状况，则很有可能造成试验的失败等技术问题。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明系统动态仿真试验波形图。

具体实施方式

水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统及方法，包括数据采集设备，所述数据采集设备中的AI1为信号模拟量输入端口，其与导叶开度传感器的信号输出端口连接。数据采集设备通过内部A/D模块及晶振模块的配合将AI1端口采集到的导叶开度模拟量信号转化为一定采样率下的数字信号。再通过采集设备的通讯模块发送到动态仿真测试机当中进行计算分析。

所述数据采集设备为美国NI公司的USB-6343数据采集模块。

所述动态仿真测试机为台湾研华公司的UNO-3000系列的工业控制模块。

数据采集设备中的DO1端口为数字信号输出端口，主要用于输出一个高低点位信号，用于模拟发电机出口的外部断路器的开关状态，发送给水轮机调速器用于测试状态的改变。DO1端口的信号控制是通过采集设备的通讯模块与动态仿真测试机连接，通过测试机发送命令来改变信号状态。

数据采集设备中的Ct1端口为频率脉冲信号输出端口，主要输出一个连续变化的频率脉冲信号，用于对机组转速频率信号的仿真。Ct1端口的信号控制是通过采集设备的通讯模块与动态仿真测试机连接，由计算模型计算的仿真机组转速而来，在通过采集设备内的晶振模块及计数器的配合在Ct1端口发送出相应的连续波形的频率脉冲信号。

在进行水电机组调速器接力器不动作时间过程中，在动态仿真测试机中通过AI1端口采集的导叶开度表示为：y(t_i)，Ct1端口发送的模拟机组转速的频率脉冲信号表示为：f(t_i)，DO1端口模拟的发电机出口的断路器信号表示为：S(t_i)。

开始试验前机组处于停机状态，关闭水轮机进水蝴蝶阀或者闸门。蜗壳排水至无水压或与尾水平压。打开调速器操作油源，拔出主接力器锁锭。拆除调速器机频的PT信号线，接入发明设备的频率发生Ct1端口的信号；拆除调速器发电机断路器信号线，接入发明设备的DO1端口模拟的发电机出口的断路器信号。

试验准备就绪后，通过在仿真测试机界面电机开始试验进行试验过程，试验初期，模拟机组并网状态，设备的频率发生Ct1端口f(t_i)给调速器发送50Hz的脉冲频率信号，同时设备的DO1端口发送模拟断路器信号闭合，此时调速器认为机组在并网发电状态下。

在模拟机组并网时间水轮机的主力矩M_t与发电机负载力矩M_g之间的动态平衡的，根据动力学原理，可建立其运动方程：

机组转速不变，则系统模拟f(t_i)脉冲为默认并网的50Hz。式中J为机组转动部分的转动惯量，ω为机组角速度，其中转速与频率关系为f(t_i)＝P·ω(t_i)/60，P为磁极对数。

操作调速器进行增加导叶开度，将导叶开度开到25％负荷左右的开度y₁，准备进行模拟甩25％负荷试验。

模拟甩负荷过程，系统动态仿真测试机进行甩负荷指令，通过通讯端口传入数据采集设备，采集设备的DO1端口发送模拟断路器信号断开，此时发电机负载力矩M_g＝0，动态仿真测试机内部建立其运动方程：

断路器模拟断开后，动态仿真测试机计算求得机组转速迅速上升，则通过通讯模块下发给采集设备，采集设备通过晶振模块及计数器模块的配合，在Ct1端口发出的模拟f(t_i)脉冲频率迅速增大。

式中水轮机的主力矩M_t主要与导叶开度成比例关系，开度越大则水轮机主力矩越大，仿真系统简化表达为M_t＝F(y(t_i)-y_k)，其中y_k为空载开度。

整个模拟过程中，动态仿真测试机记录整个过程的导叶开度y(t_i)，记录断路器模拟断开时间，记录整个过程机组模拟频率脉冲信号f(t_i)。

动态仿真测试机计算在机组模拟断路器断开后，机组转速上升超过转速死区(额定电网频率50Hz f_g的0.02％)时的时间t_o；计算机模拟信号超越转速死区后，调速器导叶开度信号首次动作时间t_d。最后动态模拟系统测试测量的接力器不动作时间：t_q＝t_d-t_o。

Claims (5)

1.一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统，它包括：动态仿真测试机，其特征在于：动态仿真测试机与数据采集设备连接；数据采集设备的信号模拟量输入端口AI1与调速器的导叶开度传感器输出端连接；数据采集设备的数字信号输出端口DO1与调速器的断路器信号端口连接；数据采集设备的频率脉冲信号仿真数据端口Ct1与调速器的机频端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统，其特征在于：所述数据采集设备为美国NI公司的USB-6343数据采集模块。

3.如权利要求1所述的一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统的测试方法，它包括：

步骤1、开始试验前，使机组处于停机状态，关闭水轮机进水蝴蝶阀或者闸门；蜗壳排水至无水压或与尾水平压；打开调速器操作油源，拔出主接力器锁锭；拆除调速器机频的PT信号线接入Ct1端口的信号；拆除调速器发电机断路器信号线接入DO1端口模拟的发电机出口的断路器信号；

步骤2、开始试验时，Ct1端口给调速器发送50Hz的脉冲信号，DO1端口发送模拟断路器信号闭合；操作调速器进行增加导叶开度，将导叶开度开到25％负荷开度，准备进行不动作时间测试试验；

步骤3、试验准备就绪后，通过在动态仿真测试机界面电机开始试验进行试验过程，试验初期，模拟机组并网状态，Ct1端口给调速器发送50Hz的脉冲频率信号，同时DO1端口发送模拟断路器信号闭合，此时调速器认为机组在并网发电状态下；

步骤4、操作调速器增加导叶开度，将导叶开度开到25％负荷的开度，进行模拟甩25％负荷试验。

4.根据权利要求3所述的一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统的测试方法，其特征在于：所述模拟机组并网时水轮机的主力矩M_t与发电机负载力矩M_g之间是动态平衡的，根据动力学原理，建立运动方程：

机组转速不变，则系统模拟脉冲为默认并网的50Hz；式中J为机组转动部分的转动惯量，ω为机组角速度，转速与频率关系为f(t_i)＝P·ω(t_i)/60，P为磁极对数。

5.根据权利要求3所述的一种水电机组调速器接力器不动作时间仿真测试系统的测试方法，其特征在于：模拟甩25％负荷试验的方法为：

模拟甩负荷时，系统动态仿真测试机发出甩负荷指令，通过通讯端口传入数据采集设备，采集设备的DO1端口发送模拟断路器信号断开，此时发电机负载力矩M_g＝0，动态仿真测试机建立运动方程：

断路器模拟断开后，动态仿真测试机计算求得机组转速上升，则通过通讯模块下发给采集设备，采集设备通过晶振模块及计数器模块的配合，在Ct1端口发出的模拟脉冲频率增大；

式中水轮机的主力矩M_t与导叶开度成比例关系，开度越大则水轮机主力矩越大，仿真系统简化表达为M_t＝F(y(t_i)-y_k)，y_k为空载开度；

整个模拟过程中，动态仿真测试机记录整个过程的导叶开度y(t_i)，记录断路器模拟断开时间，记录整个过程机组模拟频率脉冲信号f(t_i)；

动态仿真测试机计算在机组模拟断路器断开后，机组转速上升超过转速死区时的时间t_o；计算机模拟信号超越转速死区后，调速器导叶开度信号首次动作时间t_d；

最后动态模拟系统测试测量的接力器不动作时间：t_q＝t_d-t_o。