大型水轮机调速器试验仪-中试控股

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大型水轮机调速器试验仪

时间：2022-11-06

中试控股技术研究院鲁工为您讲解：大型水轮机调速器试验仪

ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统

ZSTG2000水轮机调速器仿真测试仪，别名：水轮机调速系统仿真测试仪。英文名（Hydraulic Turbinegovernor Simulationtester）是中试控股针对于水力发电调速系统、水力发电自动准同期系统特性检测与华中科技大学联合开发的一种综合性测试平台，仪器可以完成水轮机调速系统的空载摆动、空载扰动、甩负荷、不动时间，调速器静特性，接力器开关规律、仿真开/关机支持，频率死区测量、负荷响应试验和跟踪电网一次调频等试验项目,自动生成各种类型的试验报告，ZSTG2000水轮机调速器仿真测试仪还可以做通用录波器和频率发生器使用，并且系统采样频率可以达到4KHZ，这大大拓宽了仪器的使用范畴，增强了仪器的灵活性。
ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统内部集成了5种不同类型的水轮机组模型，仪器可以执行这些模型的仿真功能，使之与调速器构成闭环系统，使调速器在没有与真实机组连接的情况下也可以很方便的完成动态检测。
水轮机调速器是水轮发电机组非常重要的辅助控制设备之一。它的运行品质的好坏直接决定了机组的安全和稳定运行。降低水轮机调速器的故障率是提高机组运行可靠性的最行之有效的手段。

始于1986年 ▪ 30多年专业制造 ▪ 国家电网.南方电网.内蒙电网.入围合格供应商

1.1 ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统简介
ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统是湖北中中试针对于水力发电调速系统、水力发电自动准同期系统特性检测而开发的一种综合性测试平台，中试控股仪器可以完成水轮机调速系统的空载摆动、空载扰动、甩负荷、不动时间，调速器静特性，接力器开关规律、仿真开/关机支持，频率死区测量、负荷响应试验和跟踪电网一次调频等试验项目,自动生成各种类型的试验报告，ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统还可以做通用录波器和频率发生器使用，并且系统采样频率可以达到4KHZ，这大大拓宽了仪器的使用范畴，增强了仪器的灵活性。
ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统内部集成了5种不同类型的水轮机组模型，中试控股仪器可以执行这些模型的仿真功能，使之与调速器构成闭环系统，使调速器在没有与真实机组连接的情况下也可以很方便的完成动态检测。
1.2ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统特性和技术参数
1.2.1 软件系统
ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统具有功能强大的软件系统，在保证仪器能够方便完成各种试验的同时，大大提高了仪器的灵活性和通用性。仪器的软件系统的主要特性可概括如下：
1仪器能够自动生成WORD试验报告，Excel试验报告
2 试验报告对曲线进行自动标识，使试验报告制作完全自动化
3 所有采样通道的名称和单位都可以重新定义
4 各种试验的试验环境设置和仪器设置自动保存
5 内置混流式，轴流转浆式，冲击式，贯流式和非线性5种机组模型，满足不同类型调速器的仿真支持
6 自动计算各种试验的试验参数
7 简单方便的通道滤定方式
8 中试控股使用U盘或移动硬盘等存储设备方便的导出试验数据
9 实时绘制试验曲线，并且提高多种曲线分析工具，使用户可以对曲线进行任意缩放和定位操作
10 Windows XPE操作系统，可以实现软件系统自我保护与恢复，防止病毒攻入与侵蚀
11 采用防抖动处理，避免用户错误操作
12 对输入信号进行实时监测，及时自动切除超过量程范围的输入信号，保护信号采集通道和仪器
1.2.1 ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统硬件系统
ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统硬件系统特性和技术参数如下：
1> 8路低电压／电流模拟量采集，电压和电流可以任意转换，电压输入范围-10V~10V，电流输入范围-20mA~20mA，10%~100%满量程采样误差小于0.2%
2> 2路频率测量通道，45HZ~55HZ范围，频率分辨率为0.001HZ，测量误差小于0.001HZ，测频电压输入范围0.5V~110V
3> 2路无源节点开关量测量通道
4> 2路有源节点开关量测量通道，开关信号输入电压范围12V~220V
5> 8路模拟量采集通道采用隔离采集方式，并且通道和通道之间也相互隔离
6> 2路有源节点开关量测量通道，开关信号输入电压范围12V~220V
7> 1路4-20mA模拟量输出通道,输出误差0.2%
8> 1路频率输出通道，频率分辨率为0.001HZ，45Hz-55Hz范围内输出误差0.001HZ，输出电压幅值AC12V
8> 触摸屏方式实现人机交互
9> 中试控股仪器自带8G数据存储空间
10> 12.1寸大彩屏显示

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处理：①人工设定的水头值不等于实际水头值，使插值得到的协联关系不正确，应人工设定正确水头值②避开气蚀区运行工况。
水轮机调速器分哪几种类型?
答:水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称,它是水轮机控制设备(系统)的主体,一般认为,它可分为机械液压调速器、电气液压调速器和数字式电液(又称微机)调速器等几种。水轮机调速器的品种繁多,分类方法也各有不同,通常的分类归纳如下。
(1)按组成元件分。按调速器组成元件性质的不同,可分为三种:①机械液压调速器;②电气液压调速器;③微机电气液压调速器。
(2)按校正方式(即调节规律)分。按调节规律分为PI型调速器和PID型调速器或其他调节规律。
(3)按工作容量分。按工作容量可分为:特小型调速器工作容量小于3kN?m;小型调速器工作容量为3~15krq。m;中型调速器工作容量为15~50krq。m;大、巨型调速器工作容量在50kN?m以上,并按执行元件配压阀直径(铷、100、150、~9O0、25Clnlnl)来计算。
(4)按供油方式分。按调速器供压力油方式的不同分为通流式和压力油罐式。其中,压力油罐式调速器,又分为组合式和分离式。组合式主要用于中、小型调速设备,分离式主要用于大、巨型调速设各。
(5)按调节机构数目分。按调节机构数目可分为单调节调速器和双重调节调速器两种。
由于水轮机的运行工况有可能随时偏离设定的工况,所以PID调速器参数的整定对水轮机组的稳定运行十分重要.针对PID调速器调速的水轮机调节系统,从控制理论入手,依据其基本的状态方程,设定目标函数,利用变分原理通过对水轮机调速器可调参数整定进行分析和相应寻优计算,从而得出一种关于水轮机调节系统在转速扰动下调速器参数整定的方法和优化计算理论.通过工程算例,说明此种参数整定及寻优方法具有寻优效率高的特点,但缺点是必须构造相应的目标函数并经过较复杂的迭代计算.
世界上第一座抽水蓄能电站于1882年诞生于瑞士，已有100多年的历史，我国抽水蓄能电站建设起步较晚，第一台11MW抽水蓄能机组到1968才在岗南水电站投入运行，但我国抽水蓄能发展速度很快，目前已是世界装机容量最大的国家。下面对抽水蓄能电站机组电设备简单进行介绍。
1. 发电电动机
发电电动机是既可用做发电机也可用做电动机的同步电机。
作发电机用时，其运行原理如下: 当励磁绕组通以直流电源后，电机内就会产生磁场。水轮机带动转子转动，则磁场与定子线棒之间有相对运动，就会在定子线棒中感应出交流电势。这些线棒联成三相绕组，则可在绕组出线端产生交流电动势。
作同步电动机运行时，则在定子三相绕组加以交流电，三相交流电流通过定子绕组时就会在电机内产生一旋转磁场，当转子上的励磁绕组加上励磁电流，旋转磁场就带动转子，并按旋转磁场的转速来旋转。
由于水泵水轮机二种运行工况的水流方向相反，所以发电电动机二种运行工况旋转方向必须相反。为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反，这就需改变三相绕组相序排列，所以发电电动机需加装相应的换相设备(换相刀闸)。
发电电动机主要由定子、转子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、制动系统、高压减载装置、冷却系统等部分组成。
2. 水泵水轮机
水泵水轮机包括水轮机和调速器、球阀等附属设备和冷却水系统、高压气系统等辅助设备。水泵水轮机本体由以下几大部件构成：转轮、主轴密封、水导轴承、导水机构、导叶、水轮机轴、中间轴、蜗壳、座环、顶盖、底环、尾水管等。
水泵水轮机的水机的调相运行系统分压水系统、水环排水系统、蜗壳排气系统和尾水水位测量系统。
水泵水轮机
3.进水主阀
在水轮机过水系统中，装置在水轮机蜗壳前的阀门统称水轮机进水主阀。抽水蓄能电站一般都具有水头高，压力大的特点，进水主阀一般为过流球形形式，即球阀。进水主阀的作用：
(1) 对于一洞多机岔管引水的水电站，检修时隔离机组与上游水道，保证机组检修安全与其它机组正常运行。
(2) 对于高水头水电站，因其水头高，压力大，导叶漏水量大，设置进水主阀可减少能量损失。当机组发生故障时，迅速关闭进水主阀，截断水流，防止发生飞逸事故。
(3) 对于长引水管道的水电站，因其充水时间长，延长了机组的启动时间。装设进水主阀可缩短重新启动时间，提高机组运行的灵活性和速动性。
(4) 投产初期，用做未投产机组压力钢管的堵头，保证厂房安全。
4.调速器系统
水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、水轮机、发电机及负载)共同组成的。
调节的任务是根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速(频率)在规定范围内。
对调速器必需的要求是保证调节系统的稳定性和相当好的速度调节过程质量。
近年来，新投产的机组都采用了数字式电液调速器即微机调速器。调节参数的整定和修改都非常方便，运行状态的查询和转换也很灵活。机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。即停机过程可根据调保计算要求，灵活地实现折线关闭规律；开机过程可根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定。而且便于直接与厂级或系统级上位机相连接，实现全厂的综合控制，提高水电厂的自动化水平。
5.压缩空气系统
压缩空气系统由空气压缩装置(空气压缩机及其辅助设备)、管道系统和测量控制元件三部分组成。
水电站压缩空气的使用主要有以下几个方面：电站油压装置压力油罐充气，是水轮机调节系统和球阀控制系统的能源；机组停机时的机械制动用气；机组作调相运行时转轮室压水用气；检修维护室风动工具及吹污清扫用气；离相封闭母线的微增压用气和水轮机主轴检修密封供气等。
按照空压机出口压力等级，压缩空气系统可分为高压压缩空气系统、中压压缩空气系统和低压压缩空气系统。
6.调相压水系统
水泵水轮机在抽水之前，机组必须先作抽水调相工况运行。当机组抽水或抽水调相启动时，需要靠SFC或BACK TO BACK进行逐步拖动，此时，利用压缩空气强制压低转轮室水位，使转轮在空气中旋转，可以减少阻力，即减少电能的消耗，同时机组的振动也可以相应的减轻，机组转速能快速达到额定转速进行同期并网。机组调相运行中，需要转向抽水时，转轮室排气之后打开导叶,工况即可转换，提高了机组的响应时间。
机组作调相运行时的有功损耗与发无功功率有关，发电调相满发时，转轮在水中旋转约为额定有功功率的15%左右，在空气旋转则为4%左右，由此可见，调相压水的经济效益是很大的。
机组调相时的压缩空气是从专用的气罐中引来，强制压低尾水管中的水位。气罐最小压力，必须等于转轮室所要求压低的水位与下游水位之差。
7. 静止变频启动装置(SFC)
静止变频器起动是利用可控硅变频装置(SFC)产生从零到额定频率的变频起动电源，将发电电动机起动并同步拖动起来。基本结构主要分为四个部分：静止变频器起动适用于容量大、机组台数多的大型抽水蓄能电站。因变频器都是静止元件，维护工作量小，工作可靠性高，设备布置比较灵活，每台机组可公用一套。
静态变频器的主要优点是无级变速、启动平稳、反应速度快，具有很强的自诊断能力，但其所需控制设备比较复杂，元件质量要求高。
静止变频器(SFC)用于机组抽水(抽水调相)工况启动，主要由输入单元、变频单元、输出单元、控制单元、保护单元及辅助单元几部分组成。
8.主变压器
主变压器由以下部分组成：
1)铁心：铁心是变压器的磁路，通常用含硅量约为5%表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。
2)线圈：绕组是变压器的电路部分，一般由外面包有绝缘纸的铝线或铜线绕制而成。
3)绝缘结构：变压器绝缘主要指外部绝缘和内部绝缘。外部绝缘指高、低压绕组引出油箱外时用的瓷套管，它是带电的引线与接地的油箱间的绝缘。套管装在油箱盖上。套管中心穿有导电杆，下端伸进油箱，与绕组引线相连，上端露出油箱外，以便与外部电路连接。高压引线一般用充油式或电容式套管。
4)油箱及其它部件：油浸式变压器油箱具有容纳器身、变压器油及散热冷却作用，它用钢板焊成，呈椭圆桶状。油箱内的变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。
9.监控系统
计算机监控系统是以微机为基础，以数据总线为通信介质，能远方监控，自动运行的智能型分层分布的开放式控制系统，整个系统由调度级、电站控制级和现地单元控制级组成。
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调速器综合测试仪

调速器综合测试、水轮机综合测试器

调速器测试仪是基于最新的DSP（数字信号处理器）控制器研制而成的，其工作频率最高可达150 MHz，具有很高的集成度和可靠性。以太网接口技术的引入，打破了这种数据传输速度的瓶颈，以太网的传输速率足以满足测试过程中的实时数据传输的速度要求。设备灵巧轻便型,很适宜现场测试和携带，主要用于水轮机调速器在出厂和现场等各种场合的调节系统试验。

主要特点
DIT-TCS-100调速器测试仪是一种全新的水轮机调速器仿真测试仪器，由DIT-TCS-100调速器测试仪和装有GTS/PFR水轮机调速器仿真测试集成软件的笔记本计算机两部分构成。两者通过以太网连接，DIT-TCS-100调速器测试仪的主要任务是用于对调速器各测点信号和传感器信号进行采集和处理，并将经过初步处理的实时信号通过以太网送至PC机，位于PC机中的GTS/PFR水轮机调速器仿真测试集成软件实现与调速器测试有关的监测、显示、分析和记录；此外，在仿真模式下，还要根据预先设置的数学模型，对水轮发电机组进行实时仿真。
高集成度和可靠性：DIT-TCS-100调速器测试仪是基于最新的DSP（数字信号处理器）控制器研制而成的。其工作频率最高可达150 MHz，足以保证实时快速地进行数据采集和数字信号分析处理算法的实现，具有很高的集成度和可靠性；克服了以往测试仪采用单片机处理器，而受限于其处理能力和运算速度的问题，尤其对实时性和交互性要求高的动特性试验或一次调频试验，以及复杂的机组实时仿真来说更显其强大的处理能力和运算速度的优势。
以太网接口，打破了数据传输的瓶颈：以太网通信接口传输速度快，稳定可靠。避免了常规RS232串口速度太慢，在开停机试验，甩负荷试验等试验过程中根本没办法满足采集和传输素的要求的问题。避免了USB接口抗干扰能力差，现场试验时只要有油压，气泵启动就会导致他的接口死机，整个实验白做的问题。
灵巧便携方便宜用：DIT-TCS-100调速器测试仪在硬件设计和机箱设计上，充分考虑到应用过程中便携的要求，其外形尺寸为320×85×280mm，重量不到2kg，属于灵巧轻便型，很适宜现场测试和携带。在流行操作系统(如Win2K,WinXP)下方便可靠易用。

应用功能
调速器测试仪主要用于水轮机调速器在出厂和现场等各种场合的调节系统试验
1、调速系统静特性试验：静特性试验用于测量调速器转速死区大小，非线性度以及永态转差系数的准确性。通过试验可以检查调速器的最大非线性度，转速死区大小和永态转差系数偏差，借以鉴别和改善调速器的工作性能。本系列仪器系统提供单调节的静特性试验和双调的协联试验功能；
2、动特性试验：调速器动特性试验用于检查调节器的调节规律的正确性，并测量调速器的控制参数Kp、Ki、Kd（或bt、Td、Tn）是否与标称值相符。在调速器的动特性试验中可实时连续监测的信号包括：机组频率、导叶位置、定子电流、蜗壳水压、尾水管水压、轮叶位置和机组功率等以及其他用户自定义信号。
动特性试验的试验项目有：开停机过程试验、空载频率摆动试验、空载扰动试验、负荷扰动试验（突增和突减负荷试验）、甩负荷试验、特殊功能试验和其他自定义试验等，在任何动特性试验过程中，用户可以控制试验过程的时间长度、采样频率、启动和停止、数据的存储、数据的回放以及数据分析等。
3、一次调频试验：具备自动跟踪机组频率的功能，确保正常的开停机操作，同时又能够切断机组频率输入通道，模拟改变机组的频率，进行一次调频试验。
4、录波功能：调速器测试仪提供一个通用的数据录波功能，用户可根据实际要求对所选通道进行特定目的的长时间和高速率的录波。
5、信号发生器功能：仪器提供一个通用的信号发生器功能，包括频率信号发生器功能和模拟信号发生器功能。
技术指标
1. 4路电压型模拟量，输入电压范围为：0～10VDC（还可以根据用户要求调整为0～+5VDC、-5～+5VDC、-10～+10VDC等）；测量误差为≤±0.2%；
2. 4路电流型模拟量，输入范围为：4～20mA；测量误差为≤±0.2%；
3. 1路交流电压输入信号，用于通过钳形电流表测量机组定子电流；
4. 2路工频频率信号测量通道，测频范围：0.00036Hz～1.5625MHz，精度0.0008%(50Hz处)，输入信号范围：0.2～±220VAC；
5. 4路外部无源开关量测量通道；
6. 2路工频频率信号输出通道，频率范围：5.96Hz～1.5625MHz，精度0.0032%(50Hz处)，方波输出，输出电压为5V；
7. 2路0～10V的电压模拟量输出；
8. 1路0～20mA的电流模拟量输出；
9. 6路开关量输出通道；
10. 10M以太网接口；
11. 供电电源：220VAC（110）±20%，50Hz（60Hz）；
12. 工作环境：温度-10~+50℃，湿度≤98%Rh；
13. 平均无故障工作时间（MTBF）：20000小时。