CN115598520A - 核电站应急柴油发电机仿真装置 - Google Patents

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张�杰
胡畅
吴苏敏
龚嫚
郭张晨
朱文江
许泓滨
田业成
王志馨
杨立树
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China General Nuclear Power Corp
China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
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China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
CGN Power Co Ltd
Hudong Heavy Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种核电站应急柴油发电机仿真装置，其包括：安装底板；以及两组电机组件，设置于安装底板上，每组电机组件包括安装在安装底板上的变频电机、连接变频电机输出轴的测速组件、连接测速组件的并车齿轮箱、连接并车齿轮箱的直角齿轮箱、连接直角齿轮箱的调速执行器，以及连接于调速执行器上、用于检测调速执行器的输出轴旋转角度的角度编码器，其中，待测试的调速器与测速组件和调速执行器通信连接，两个并车齿轮箱通过联轴器连接。本发明核电站应急柴油发电机仿真装置设有两组电机组件，两组电机组件的两台变频电机的输出轴通过并车齿轮箱和联轴器连接，能够有效完成对二拖一柴油发电机组进行仿真验证。

Description

核电站应急柴油发电机仿真装置
技术领域
本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站应急柴油发电机仿真装置。
背景技术
随着社会经济水平的不断发展，对于电力的需求量也迅猛上升。作为一种重要的清洁能源，随着核电技术的不断进步，核能发电量近年来在总发电量中的占比也稳步提升。
鉴于核电设施的特殊性，如何保证核电站的安全运行始终是实际应用中需要考虑的头等大事。为了保证核电站的安全运行，核电厂中通常配备有应急柴油发电机组。当核电站的厂用工作电源和辅助电源都发生故障时，应急柴油发电机组能够确保核电机组安全停堆和防止关键设备损坏，因此在保护燃料单元不受损坏和保证核安全方面发挥非常重要的作用。
核电应急柴油发电机调速器用于对应急柴油发电机进行转速控制，保障应急柴油发电机组能够安全、稳定运行。因此，在核电应急柴油发电机调速器的研发过程中需要不断的对其进行测试，以检验核电应急柴油发电机调速器是否满足要求，确保核电站的安全运行。
相关技术中，核电站应急柴油发电机仿真装置只设有一台变频电机，只能针对常规一台发动机拖动一台发电机的柴油发电机组进行调速器的性能检测和验证，无法满足二拖一柴油发电机组调速器的性能检测和验证。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的至少一种缺陷，提供一种核电站应急柴油发电机仿真装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站应急柴油发电机仿真装置，其包括：
安装底板；以及
两组电机组件，设置于所述安装底板上，每组所述电机组件包括安装在所述安装底板上的变频电机、连接所述变频电机输出轴的测速组件、连接所述测速组件的并车齿轮箱、连接所述并车齿轮箱的直角齿轮箱、连接所述直角齿轮箱的调速执行器，以及角度编码器，角度编码器连接于所述调速执行器上、用于检测所述调速执行器的输出轴的旋转角度，其中，待测试的调速器与所述测速组件和所述调速执行器通信连接，所述两个并车齿轮箱通过联轴器连接。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述测速组件包括测速齿轮和测速传感器，所述测速齿轮固定连接于所述变频电机的输出轴上，所述测速传感器用于测量所述测速齿轮的转速。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述直角齿轮箱的输入端与所述并车齿轮箱的输出轴连接，输出端与所述调速执行器的驱动轴连接。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述两组电机组件的两台变频电机、两个测速组件、两个并车齿轮箱和连接所述两个并车齿轮箱的所述联轴器成U型布置在所述安装底板上。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述调速器接收到所述测速组件的信号后，向所述调速执行器发出控制信号，所述调速执行器的输出轴根据所述控制信号发生转动，所述角度编码器测得所述调速执行器的输出轴的旋转角度，实时仿真柴油机控制系统采集调速执行器的输出轴的旋转角度。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述仿真装置进一步包括与所述变频电机和角度编码器电连接的仿真器，所述仿真器内含柴油发电机实时仿真模型。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述仿真装置进一步包括上位机，所述上位机运行管理软件并与所述仿真器通信连接。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，所述调速器输出模拟量信号控制所述调速执行器，通过所述角度编码器获取所述调速执行器的输出轴位置，所述仿真器采集编码器信号并将编码器信号转换为油门开度和喷油量，通过所述上位机将信号传递到柴油机实时仿真模型中。
相对于现有技术，本发明核电站应急柴油发电机仿真装置设有两组电机组件，两组电机组件的两台变频电机的输出轴通过并车齿轮箱和联轴器连接，两台变频电机可以同时工作，以有效地对二拖一柴油发电机组进行仿真验证；当一组电机组件的变频电机出现故障时，另一组电机组件的变频电机不仅可以正常运行，而且可以通过并车齿轮箱和联轴器的传动带动另一组电机组件中的直角齿轮箱和调速执行器工作，提高了设备整体的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站应急柴油发电机仿真装置及其技术效果进行详细说明，其中：
图1为本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的执行机构的结构示意图。
图2为本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的控制机构的结构示意图。
图中：
10--核电站应急柴油发电机仿真装置
100--安装底板；102--变频电机；104--测速齿轮；106--支架；108--测速传感器；110--联轴器；112--并车齿轮箱；114--支撑架；116--直角齿轮箱；118--调速执行器；120--框架；122--保护板；124--吊环；126--顶盖；128--可视观察窗；
20--核电站应急柴油发电机仿真装置的控制机构
200--保护架；202--保护罩；204--翻盖；206--调速器；208--开关。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参照图1所示，本发明核电站应急柴油发电机仿真装置10包括：
安装底板100；以及
两组电机组件，设置于安装底板100上，每组电机组件包括安装在安装底板100上的变频电机102、连接变频电机102输出轴的测速组件、连接测速组件的并车齿轮箱112、连接并车齿轮箱112的直角齿轮箱116、连接直角齿轮箱116的调速执行器118，以及角度编码器(未图示)，角度编码器连接于调速执行器118上、用于检测调速执行器118的输出轴的旋转角度，其中，待测试的调速器与测速组件和调速执行器118通信连接，两个并车齿轮箱112通过联轴器110连接。
在图1所示实施方式中，两台变频电机102并排设置，两台变频电机102、两个测速组件、两个并车齿轮箱112，以及连接两个并车齿轮箱112的联轴器110整体成U布置在安装底板100上，如此设置，可以节省整个执行装置10所占用的空间。
测速组件用于检测变频电机102输出轴的转速，模拟柴油机转速输出。测速组件包括测速齿轮104和测速传感器108，测速齿轮104固定连接于变频电机102的输出轴上，测速齿轮104一侧的安装底板100上设有支架106，测速传感器108对应设置于支架106上，并正对测速齿轮104，以实时检测并记录测速齿轮104的转速。
调速执行器118连接有角度编码器(未图示)，用于检测调速执行器118的输出轴的旋转角度。待测试的调速器与测速组件和调速执行器118通讯连接，调速器接收到测速组件的信号后，向调速执行器118发出控制信号，调速执行器118的输出轴根据控制信号发生旋转，角度编码器测得调速执行器118输出轴的旋转角度，以实时仿真柴油机控制系统采集调速执行器的输出轴的旋转角度。
在图1所示实施方式中，并车齿轮箱112和测速齿轮104通过联轴器110连接，并车齿轮箱112与直角齿轮箱116通过联轴器110连接，两个并车齿轮箱112之间也通过联轴器110连接。联轴器110的设置可以克服轴向安装公差，保证变频电机102的输出轴的转动可以稳定地传动。联轴器110具有基本相同的结构，只是因所连接的轴的尺寸不同，具体尺寸有差别。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，安装底板100上设有支撑架114，直角齿轮箱116固定在支撑架114上。直角齿轮箱116的输入端与并车齿轮箱112的输出轴连接，输出端与调速执行器118的驱动轴连接，因此可将水平方向的转动变换成竖直方向的转动。如此设置，变频电机102通过并车齿轮箱112、联轴器110和直角齿轮箱116驱动调速执行器118的驱动轴转动，以建立调速执行器118的油压，模拟柴油机运转。
请继续参照图1所示，安装底板100的四周围设有框架120和设置在框架120上的保护板122(例如可以是钣金板)，框架120的顶部设有可转动的顶盖126。安装底板100、框架120、保护板122和顶盖126共同围成一个保护空间，形成对其内各个设备的有效保护。保护板122可相对于框架120滑动，以便从执行装置10的侧面进入保护空间。
在图1所示实施方式中，安装底板100固定安装在框架120上且相对于地面成悬空设置，根据需要可以在安装底板100开设散热孔，以便排出变频电机102运行过程中产生的热量。为了方便搬运和吊取，框架120的顶部设有吊环124，框架120的底部安装有滚轮，通过滚轮进行位置调整，并通过可调节固定脚将执行装置10整体定位。
根据本发明核电站应急柴油发电机仿真装置的一个实施方式，顶盖126上设有可视观察窗128，工作时，关闭顶盖126，可以通过顶盖126上的可视观察窗128观察内部设备的工作情况。在图1所示实施方式中，顶盖126上均匀设置有四个可视观察窗128。
结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电站应急柴油发电机仿真装置设有两组电机组件，两组电机组件的两台变频电机102的输出轴通过并车齿轮箱112和联轴器110连接，两台变频电机102可以同时工作，以有效地对二拖一柴油发电机组调速器的性能进行仿真测试；当一组电机组件的变频电机102出现故障时，另一组电机组件的变频电机102不仅可以正常运行，而且可以通过并车齿轮箱112和联轴器110的传动带动另一组电机组件中的直角齿轮箱116和调速执行器118工作，提高了设备整体的稳定性。
图1所示的核电站应急柴油发电机仿真装置10需要与核电站应急柴油发电机仿真装置的控制机构20(以下简称控制机构)结合使用。请参照图2所示，控制机构20包括保护架200和安装在保护架200上的保护罩202，其中，至少一个保护罩202可以打开。顶部平台用于放置被测对象--调速器206，控制机构20中设有仿真器(设置于控制机构的箱体内，未图示)、24V电源、断路器、接触器、继电器、主开关208等电气设备。调速器206上方有可向上掀开的透明翻盖204，翻盖204需带骨架以防变形。工作时，关闭翻盖204，启动开关208，仿真器开始模拟柴油发电机实时工作状态。
在图2所示实施方式中，控制机构20的保护架200采用型材，保护罩202采用钣金组合结构，尺寸为600mm(L)*600mm(W)*1200mm(H)。控制机构20一侧通过航空插头与核电站应急柴油发电机仿真装置10相连接，顶部平台需开孔将控制箱下方带PCB插头的电缆引出至顶部与调速器206对应接口相连接，顶部平台需有电缆固定设施。
以下结合图1和图2所示，说明本发明柴油发电机调速器性能检测与验证的具体过程：
应急柴油机调速系统硬件在环测试系统用于在配机前对整个调速系统的功能及性能进行验证，系统硬件在环仿真测试系统以实时处理器运行仿真模型来模拟柴油机的运行状态，通过I/O接口与被测的调速器及执行器连接，对被测调速系统进行全方面的、系统的测试。
在实际检测与验证过程中，系统硬件包括：上位机平台，主要用来运行上位机管理软件及与仿真器通讯，通过上位机管理软件对柴油发动机模型、调速系统功能测试软件进行配置管理；仿真器和包含调速器的执行装置；断路测试单元，提供便捷接口，用于在静态或不中断运行下的信号断路测试，模拟调速器转速传感器信号输入断路故障；接口单元，用于集中管理仿真器与调速器及执行器之间的输入输出信号；电源系统，用于对系统进行供电。
调速器206输出模拟量信号控制调速执行器118，通过编码器获取调速执行器118的输出轴的位置，仿真器通过模拟量输入模块采集编码器信号，将编码器信号转换为油门开度和喷油量，再通过上位机管理软件将信号传递到柴油机实时仿真模型中；
柴油机实时仿真模型运行在仿真器中，并通过仿真器模拟量输出模块反馈输入的柴油机转速信号，用于控制执行机构中的变频器；
变频器控制变频电机模拟柴油机运转，变频电机输出轴上安装有模拟转速输出的测速齿轮104，并在安装底板100上安装有两个测速传感器108，用来模拟柴油机的转速输出，接入到调速器206中，由此闭环仿真控制流程。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，包括：
安装底板；以及
两组电机组件，设置于所述安装底板上，每组所述电机组件包括安装在所述安装底板上的变频电机、连接所述变频电机输出轴的测速组件、连接所述测速组件的并车齿轮箱、连接所述并车齿轮箱的直角齿轮箱、连接所述直角齿轮箱的调速执行器，以及角度编码器，角度编码器连接于所述调速执行器上、用于检测所述调速执行器的输出轴的旋转角度，其中，待测试的调速器与所述测速组件和所述调速执行器通信连接，所述两个并车齿轮箱通过联轴器连接。
2.根据权利要求1所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，所述测速组件包括测速齿轮和测速传感器，所述测速齿轮固定连接于所述变频电机的输出轴上，所述测速传感器用于测量所述测速齿轮的转速。
3.根据权利要求1所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，所述直角齿轮箱的输入端与所述并车齿轮箱的输出轴连接，输出端与所述调速执行器的驱动轴连接。
4.根据权利要求1所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，所述两组电机组件的两台变频电机、两个测速组件、两个并车齿轮箱和连接所述两个并车齿轮箱的所述联轴器成U型布置在所述安装底板上。
5.根据权利要求1所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，所述调速器接收到所述测速组件的信号后，向所述调速执行器发出控制信号，所述调速执行器的输出轴根据所述控制信号发生转动，所述角度编码器测得所述调速执行器的输出轴的旋转角度，实时仿真柴油机控制系统采集调速执行器的输出轴的旋转角度。
6.根据权利要求1所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，进一步包括与所述变频电机和角度编码器电连接的仿真器，所述仿真器内含柴油发电机实时仿真模型。
7.根据权利要求6所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，还包括上位机，所述上位机运行管理软件并与所述仿真器通信连接。
8.根据权利要求7所述的核电站应急柴油发电机仿真装置，其特征在于，所述调速器输出模拟量信号控制所述调速执行器，通过所述角度编码器获取所述调速执行器的输出轴位置，所述仿真器采集编码器信号并将编码器信号转换为油门开度和喷油量，通过所述上位机将信号传递到柴油机实时仿真模型中。
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