CN112485003A - 黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，包括压力测量模块、处理器模块、显示模块、电源模块和设置模块；该装置由设置模块控制整个装置的工作状态并根据水轮机额定参数设置调速器液压储能系统最低允许压力值，压力测量模块将测量的4‑20mA电流信号转换为电压信号提供给处理器模块，处理器模块还原出油压值，通过设置模块启动测量，工作人员操作调速器液压储能系统失电并执行水轮机开机指令，处理器模块自动记录初始时间，每隔一分钟记录一个压力值，并在压力值到达最低允许压力值时记录结束时间，水轮机停机，计算出黑启动水轮机失电允许运行时间，通过显示模块显示压力测量曲线和黑启动水轮机失电允许运行时间。

Description

黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置及 方法

技术领域

本发明属于黑启动技术领域，具体涉及黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置及方法。

背景技术

水电机组接收到黑启动指令后，可利用调速器液压储能系统保存的油压将水轮机开机至额定转速，在油压下降在最低油压值前恢复厂用电，如果黑启动中水轮机组油压在最低油压值到达后还未恢复厂用电，意味着本次黑启动失败，没有完成电网下达的水轮机应具备的黑启动任务，在电网失电的紧急情况下影响整个电网恢复进度，而且在各项有关水电机组安全的规章制度中明确规定水电机组在黑启动失败后面临严重的考核问题，因此如何准确测量黑启动水轮机开机限制时间，在机组真正要实施黑启动的时候，为运行人员提供操作时间依据，在此基础上优化操作步骤，减小黑启动时间，保证水轮机快速送出成为水电站黑启动技术领域的关键问题。目前公知的黑启动调速器液压储能系统油压时间测定通常为手动方式，需要多人协同才能测量，专人记录油压值和时间，测量时需要密切配合，同时目前缺少一种减轻运行人员操作压力且具备自动测量调速器液压储能系统失电允许运行时间的装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置及方法，能够自动测量调速器液压储能系统失电允许运行时间，为黑启动时水电机组的操作提供决策依据。

本发明是通过以下技术方案来实现：

黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，包括压力测量模块、处理器模块、显示模块、电源模块和设置模块；

所述压力测量模块信号输入端与压力传感器相连，所述压力测量模块的信号输出端与处理器模块模拟量采集端口相连，所述压力测量模块用于测量调速器液压储能系统油压；

所述处理器模块通信端口与显示模块通信端口相连，所述处理器模块用于将压力测量模块的信号输出端的电压值转换为油压值，并记录压力测量模块的允许运行时间；用于将压力值和允许运行时间传输给显示模块显示调速器液压储能系统油压值和允许运行时间；

所述电源模块电压输出端与压力测量模块、处理器模块、显示模块供电端口相连，用于为压力测量模块、处理器模块、显示模块供电；

所述设置模块输出端与处理器模块数字输入输出端口相连；

所述处理器模块包括微处理器，微处理器将压力测量模块传输的1-5V电压信号利用公式

转换为压力值，Pc为转换后的压力值，Uc为测量电压值，Pmax为压力传感器最大量程，Pmin为压力传感器最小量程；

当微处理收到设置模块输出的启动调速器液压储能系统压力测量指令后，微处理器开始启动计时，并记录开始时间t0＝0和压力值P0，每隔1min记录转换后的压力值，直到压力值到达设定的最低允许压力值时停止测量，记录结束时间t1，计算允许运行时间△t＝t1-t0，微处理将所测量的压力值和允许运行时间△t传输至显示模块进行显示。

优选的，所述设置模块用于启动和停止调速器液压储能系统压力测量，设置调速器液压储能系统最低允许压力值，所述电源模块电压输出端与设置模块相连，用于为设置模块供电。

进一步，所述设置模块包括第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路；所述第一按键电路用于启动调速器液压储能系统压力测量，所述第二按键电路用于停止调速器液压储能系统压力测量，所述第三按键电路用于增加调速器液压储能系统最低允许压力值，所述第四按键电路用于减小调速器液压储能系统最低允许压力值；所述第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路中任一按键按下的时，该编号对应的按键电路输出给处理器模块零电平信号，按键未按下编号对应的按键电路输出给处理器模块高电平5V电压信号。

优选的，所述压力测量模块包括压力信号接入端口、采样电阻和跟随电路，采样电阻并联在压力信号接入端口，将压力传感器输出的4-20mA信号转换为1-5V电压信号输入给跟随电路，跟随电路将输出电压信号传输给处理器模块模拟量AD采样端口。

优选的，所述跟随电路采用LM324运算放大器芯片，LM324运算放大器芯片第一通道输出端与负输入端相连，正输入端与压力信号接入端口正极性端相连。

优选的，所述微处理器采用STC15W404系列单片机，集成设置时钟和复位辅助电路。

优选的，所述显示模块包括显示接口电路，通过显示接口与7英寸彩色屏幕相连，显示接口电路通过RS232串行通信接口和处理器模块相连。

优选的，所述电源模块包括电源接口，电源接口与外接电源输出的5V和地端口相连。

黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定方法，基于上述任意一项所述的装置，其包括如下步骤：

1)调整水电机组调速器液压储能系统油压至额定运行油压，进入步骤2)；

2)将水电机组调速器液压储能系统压力油泵控制方式调整为切除方式，进入步骤3)；

3)利用所述设置模块中第三按键电路、第四按键电路设置调速器液压储能系统最低允许压力值为Pymin，进入步骤4)；

4)按下所述设置模块中第一按键电路按键，启动调速器液压储能系统压力测量，所述处理器模块中微处理器记录开始时间t0＝0和压力测量值P0，进入步骤5)；

5)操作水轮机组开机至额定转速，微处理器每隔1min记录转换后的压力值，通过显示模块显示压力值和时间，直到压力值到达设定的最低允许压力值Pymin时停止测量，记录结束时间t1，微处理器计算允许运行时间△t＝t1-t0，并传输至显示模块，进入步骤6)；

6)操作停止水轮机并将转速调整为0r/min，将水电机组调速器液压储能系统压力油泵控制方式调整为投入方式，进入步骤7)；

7)在所述显示模块读取允许运行时间△t和压力值测量曲线，确定黑启动水轮机开机限制时间为△t。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明由设置模块控制整个装置的工作状态并根据水轮机额定参数设置调速器液压储能系统最低允许压力值，压力测量模块将测量的4-20mA电流信号转换为电压信号提供给处理器模块，处理器模块还原出油压值，通过设置模块启动测量，工作人员操作调速器液压储能系统失电并执行水轮机开机指令，处理器模块自动记录初始时间，每隔一分钟记录一个压力值，并在压力值到达最低允许压力值时记录结束时间，由工作人员操作水轮机停机，计算出黑启动水轮机失电允许运行时间，通过显示模块显示压力测量曲线和黑启动水轮机失电允许运行时间；本发明可代替传统人工测量方式，提高压力测值和时间记录准确度，精准获得水轮机失电允许运行时间，为黑启动启机、建压操作提供决策依据。

进一步的，本发明在油泵切除工作人员高度紧张和巨大压力的情况下，自动记录调速器液压储能系统压力值和水轮机失电允许运行时间，消除人工读数带来的误差，精确记录调速器液压储能系统压力值曲线。

进一步的，本发明无需专人进行时间和数据记录，减小测量人工成本和操作压力，只需一个工作人员即可完成测量工作，提升了工作人员工作效率。

进一步的，本发明压力测量模块和处理器模块电路简单，成本较低，无需外围辅助电路，将压力传感器信号转换为电压信号输入至处理器模块。

进一步的，本发明电源模块采用稳定、可靠的、技术成熟电源，仅输出5V电源，即可完成整个装置的正常运转。

进一步的，本发明采用彩色显示模块，通过通信端口与处理器模块相连，清晰的显示压力值测量曲线和黑启动水轮机液压储能失电允许运行时间。

进一步的，本发明可在水电站黑启动领域进行推广使用，节省水轮机失电允许时间测量时间，可为每个水电站提供精确的调速器液压储能系统失电允许运行时间，运行人员可据此进行操作，黑启动时保证在最大允许时间到达之前恢复厂用电系统供电。

附图说明

图1为本发明的装置原理框图。

图2为本发明压力测量模块电路原理图。

图3为本发明处理器模块电路原理图。

图4为本发明显示模块电路原理图。

图5为本发明电源模块电路原理图。

图6为本发明设置模块电路原理图。

图中：压力测量模块1；处理器模块2；显示模块3；电源模块4；设置模块5。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明能够解决黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间手动测量和无自动测量装置问题，为黑启动领域填补技术空白。

本发明黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，如图1所示，包括压力测量模块1、处理器模块2、显示模块3和电源模块4，所述压力测量模块1信号输入端与压力传感器相连，所述压力测量模块1的信号输出端与处理器模块2模拟量采集端口相连，所述压力测量模块1用于测量调速器液压储能系统油压，所述处理器模块2通信端口与显示模块3通信端口相连，所述处理器模块2用于将压力测量模块1的信号输出端的电压值转换为油压值，并传输给显示模块3显示调速器液压储能系统油压值、油压曲线和允许运行时间，所述电源模块4电压输出端与压力测量模块1、处理器模块2、显示模块3供电端口相连，用于为压力测量模块1、处理器模块2、显示模块3供电。

本实施例中，如图5所示，电源模块4包括端口D1，端口D1第2引脚与外接电源5V输出电压相连，端口D1第1引脚与地相连。

本实施例中，还包括设置模块5，所述设置模块5输出端与处理器模块2数字输入、输出端口相连，所述设置模块5用于启动、停止调速器液压储能系统压力测量，设置调速器液压储能系统最低允许压力值，所述电源模块4电压输出端与设置模块5相连，用于为设置模块5供电；如图6所示，所述设置模块5包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、按键S1、按键S2、按键S3、按键S4，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4一端均与电源模块4电压输出端5V相连，另一端分别一一对应经按键S1、按键S2、按键S3和按键S4与地相连，所述设置模块5输出端分别为电阻R1和按键S1之间连接的公共点、电阻R2和按键S2之间连接的公共点、电阻R3和按键S3之间连接的公共点、电阻R4和按键S4之间连接的公共点。

本实施例中，所述设置模块5包括第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路、第四按键电路，第一按键电路由电阻R1和按键S1组成，第二按键电路由电阻R2和按键S2组成，第三按键电路由电阻R3和按键S3组成，第四按键电路由电阻R4和按键S4组成；所述第一按键电路用于启动调速器液压储能系统压力测量，所述第二按键电路用于停止调速器液压储能系统压力测量，所述第三按键电路用于增加调速器液压储能系统最低允许压力值，所述第四按键电路用于减小调速器液压储能系统最低允许压力值；所述第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路中任一按键按下的时，该编号对应的按键电路输出给处理器模块2零电平信号，按键未按下编号对应的按键电路输出给处理器模块2高电平5V电压信号。

本实施例中，所述压力测量模块1包括压力信号接入端口、采样电阻和跟随电路，采样电阻并联在压力信号接入端口，将压力传感器输出的4-20mA信号转换为1-5V电压信号输入给跟随电路，跟随电路将输出电压信号传输给处理器模块2模拟量AD采样端口；如图2所示，压力信号接入端口为端口P1，采样电阻为电阻R5，跟随电路为运算放大器O1，压力信号接入端口为端口P1第1引脚和第2引脚，跟随电路将输出电压信号为运算放大器O1第1引脚；电阻R5两端并联至端口P1的第1和第2引脚，端口P1的第一引脚与地相连，端口P2第2引脚与运算放大器O1第3引脚相连，运算放大器O1第4引脚与电源模块4电压输出端5V相连，运算放大器O1第11引脚与地相连，运算放大器O1第1引脚和第2引脚相连。

本实施例中，所述跟随电路采用LM324运算放大器芯片，LM324运算放大器芯片第一通道输出端与负输入端相连，正输入端与压力信号接入端口正极性端相连。

本实施例中，所述处理器模块2包括微处理，微处理器将压力测量模块1传输的1-5V电压信号利用公式Pc＝(Uc-1)/4(Pmax-Pmin)转换为压力值，Pc为转换后的压力值，Uc为测量电压值，Pmax为压力传感器最大量程，Pmin为压力传感器最小量程，当微处理收到设置模块5输出的启动调速器液压储能系统压力测量指令后，微处理器开始启动计时，并记录开始时间t0＝0和压力值P0，每隔1min记录转换后的压力值，直到压力值到达设定的最低允许压力值时停止测量，记录结束时间t1，计算允许运行时间△t＝t1-t0，微处理将所测量的压力值和允许运行时间△t传输至显示模块3进行显示；如图3所示，微处理U1输入端口为第1引脚，数字量输入、输出端口为第16引脚、第15引脚、第14引脚、第13引脚，微处理U1通信端口为第9引脚和第10引脚；微处理U1的第1引脚与运算放大器O1第1引脚相连，微处理U1第6引脚与电源模块4电压输出端5V相连，微处理U1第8引脚与地相连，微处理U1第16引脚与电阻R1和按键S1之间连接的公共点相连，微处理U1第15引脚与电阻R2和按键S2之间连接的公共点相连，微处理U1第14引脚与电阻R3和按键S3之间连接的公共点相连，微处理U1第13引脚与电阻R4和按键S4之间连接的公共点相连。

本实施例中，所述微处理采用STC15W404系列单片机，不设置时钟和复位辅助电路。

本实施例中，所述显示模块3包括显示接口电路，通过显示接口与7英寸彩色屏幕相连，显示接口电路通过RS232串行通信接口和处理器模块2相连；如图4所示，显示接口电路为端口X1，通信端口为端口X1第2引脚和第3引脚，端口X1第2引脚与微处理U1第10引脚相连，端口X1第3引脚与微处理U1第9引脚相连，端口X1第1引脚与电源模块4电压输出端5V相连，端口X1第4引脚与地相连。

本实施例中，黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定方法，包括如下步骤：

1)调整水电机组调速器液压储能系统油压至额定运行油压，进入步骤2)；

2)将水电机组调速器液压储能系统压力油泵控制方式调整为切除方式，进入步骤3)；

3)利用所述设置模块5中第三按键电路、第四按键电路设置调速器液压储能系统最低允许压力值为Pymin，进入步骤4)；

4)按下所述设置模块5中第一按键电路按键，启动调速器液压储能系统压力测量，所述处理器模块2中微处理器记录开始时间t0＝0和压力测量值P0，进入步骤5)；

5)操作水轮机组开机至额定转速，微处理器每隔1min记录转换后的压力值，通过显示模块3显示压力值和时间，直到压力值到达设定的最低允许压力值Pymin时停止测量，记录结束时间t1，微处理器计算允许运行时间△t＝t1-t0，并传输至显示模块3，进入步骤6)；

6)操作停止水轮机并将转速调整为0r/min，将水电机组调速器液压储能系统压力油泵控制方式调整为投入方式，进入步骤7)；

7)在所述显示模块3读取允许运行时间△t和压力值测量曲线，确定黑启动水轮机开机限制时间为△t。

以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，包括压力测量模块(1)、处理器模块(2)、显示模块(3)、电源模块(4)和设置模块(5)；

所述压力测量模块(1)信号输入端与压力传感器相连，所述压力测量模块(1)的信号输出端与处理器模块(2)模拟量采集端口相连，所述压力测量模块(1)用于测量调速器液压储能系统油压；

所述处理器模块(2)通信端口与显示模块(3)通信端口相连，所述处理器模块(2)用于将压力测量模块(1)的信号输出端的电压值转换为油压值，并记录压力测量模块(1)的允许运行时间；用于将压力值和允许运行时间传输给显示模块(3)显示调速器液压储能系统油压值和允许运行时间；

所述电源模块(4)电压输出端与压力测量模块(1)、处理器模块(2)、显示模块(3)供电端口相连，用于为压力测量模块(1)、处理器模块(2)、显示模块(3)供电；

所述设置模块(5)输出端与处理器模块(2)数字输入输出端口相连；

所述处理器模块(2)包括微处理器，微处理器将压力测量模块(1)传输的1-5V电压信号利用公式

转换为压力值，Pc为转换后的压力值，Uc为测量电压值，Pmax为压力传感器最大量程，Pmin为压力传感器最小量程；

当微处理收到设置模块(5)输出的启动调速器液压储能系统压力测量指令后，微处理器开始启动计时，并记录开始时间t0＝0和压力值P0，每隔1min记录转换后的压力值，直到压力值到达设定的最低允许压力值时停止测量，记录结束时间t1，计算允许运行时间△t＝t1-t0，微处理将所测量的压力值和允许运行时间△t传输至显示模块(3)进行显示。

2.根据权利要求1所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述设置模块(5)用于启动和停止调速器液压储能系统压力测量，设置调速器液压储能系统最低允许压力值，所述电源模块(4)电压输出端与设置模块(5)相连，用于为设置模块(5)供电。

3.根据权利要求2所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述设置模块(5)包括第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路；所述第一按键电路用于启动调速器液压储能系统压力测量，所述第二按键电路用于停止调速器液压储能系统压力测量，所述第三按键电路用于增加调速器液压储能系统最低允许压力值，所述第四按键电路用于减小调速器液压储能系统最低允许压力值；所述第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路中任一按键按下的时，该编号对应的按键电路输出给处理器模块(2)零电平信号，按键未按下编号对应的按键电路输出给处理器模块(2)高电平5V电压信号。

4.根据权利要求1所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述压力测量模块(1)包括压力信号接入端口、采样电阻和跟随电路，采样电阻并联在压力信号接入端口，将压力传感器输出的4-20mA信号转换为1-5V电压信号输入给跟随电路，跟随电路将输出电压信号传输给处理器模块(2)模拟量AD采样端口。

5.根据权利要求4所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述跟随电路采用LM324运算放大器芯片，LM324运算放大器芯片第一通道输出端与负输入端相连，正输入端与压力信号接入端口正极性端相连。

6.根据权利要求1所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述微处理器采用STC15W404系列单片机，集成设置时钟和复位辅助电路。

7.根据权利要求1所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述显示模块(3)包括显示接口电路，通过显示接口与7英寸彩色屏幕相连，显示接口电路通过RS232串行通信接口和处理器模块(2)相连。

8.根据权利要求1所述的黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述电源模块(4)包括电源接口，电源接口与外接电源输出的5V和地端口相连。

9.黑启动调速器液压储能系统失电允许运行时间测定方法，其特征在于，基于权利要求1-8任意一项所述的装置，其包括如下步骤：

1)调整水电机组调速器液压储能系统油压至额定运行油压，进入步骤2)；

2)将水电机组调速器液压储能系统压力油泵控制方式调整为切除方式，进入步骤3)；

3)利用所述设置模块(5)中第三按键电路、第四按键电路设置调速器液压储能系统最低允许压力值为Pymin，进入步骤4)；

4)按下所述设置模块(5)中第一按键电路按键，启动调速器液压储能系统压力测量，所述处理器模块(2)中微处理器记录开始时间t0＝0和压力测量值P0，进入步骤5)；

5)操作水轮机组开机至额定转速，微处理器每隔1min记录转换后的压力值，通过显示模块(3)显示压力值和时间，直到压力值到达设定的最低允许压力值Pymin时停止测量，记录结束时间t1，微处理器计算允许运行时间△t＝t1-t0，并传输至显示模块(3)，进入步骤6)；

6)操作停止水轮机并将转速调整为0r/min，将水电机组调速器液压储能系统压力油泵控制方式调整为投入方式，进入步骤7)；

7)在所述显示模块(3)读取允许运行时间△t和压力值测量曲线，确定黑启动水轮机开机限制时间为△t。

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