中试控股技术研究院鲁工为您讲解：抽水蓄能机组调速系统仿真测试装置

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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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。