水轮发电机组微机调速系统的实时仿真仪（ZSTG2000）-中试控股

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水轮发电机组微机调速系统的实时仿真仪（ZSTG2000）

时间：2022-11-06

中试控股技术研究院鲁工为您讲解：水轮发电机组微机调速系统的实时仿真仪（ZSTG2000）

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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图4.1 空载摆动试验参数设置

图4.2 空载扰动试验参数设置

4.2 空载扰动试验
试验原理与目的：空载扰动试验记录机组在没有带负荷的空载工况运行时，机组调速系统遇到外加干扰时，自动跟踪干扰信号的能力和速度。
试验连线：空载扰动试验的连线和空载摆动试验相同
试验操作：试验连线完成后，使调速器运行于空载工况，点击软件主界面空载扰动试验出现试验参数设置对话框如图4.2所示，设定采样频率，最长记录时间，干扰施加方式和稳态最大波动，其中稳态最大波动为软件自动判断试验停止的条件。试验启动后，当仪器监测到信号的最大波动小于设定的“稳态最大波动值”并且持续一段时间，试验记录会自动停止。如果试验过程中记录达到了最长记录时间或用户点击了停止试验，则试验也会被停止。试验完成后，软件自动计算超调量，波动次数，稳定时间等参数。
如果是处于非仿真模式，试验过程中仪器运行到达指定起扰时间时会改变“仿真频率输出”端子的频率输出值至扰后频率。对于仿真模式，只能通过调速器面板的频率给定方式加扰，仪器本身不输出扰动，因为仪器只有一个频率输出通道。
4.3甩负荷试验
试验原理与目的：甩负荷试验记录机组在带负荷并列运行时，突然与电网解列，机组转速上升的最大值和机组恢复空载工况的能力和时间，以及在此过程中涡壳中水压的上升过程。
试验连线：
1）对于非仿真模式
1> 连接机组频率信号至测试仪“机组频率”测量端子
2> 连接导叶接力器行程信号至测试仪“导叶行程输入”测量端子
3> 若有浆叶接力器行程，则连接浆叶接力器行程信号至“浆叶行程输入”测量端子
4> 连接断路器信号（指发电系统与电网并列断路器状态）至测试仪“断路器”测量端子。
5> 连接涡壳压力传感器输出至测试仪“涡壳压力输入”测量端子

图4.3 甩负荷试验参数设置
2）仪器工作在仿真模式时
1> 连接测试仪“仿真频率输出”端子至调速器机组频率信号测量输入
2> 连接导叶接力器行程信号至测试仪“导叶行程输入”测量端子
3> 若有浆叶接力器行程，则连接浆叶接力器行程信号至“浆叶行程输入”测量端子
4> 连接断路器信号至测试仪“断路器”测量端子，仿真时的断路器信号仅仅是一个模拟的开关，不是实际的断路器
试验操作：试验连线完成后，使调速器运行于带负荷并列工况，点击软件主界面甩负荷试验出现试验参数设置对话框如图4.3所示，设定采样频率，最长记录时间和稳态最大波动，其中稳态最大波动为软件自动判定试验停止的条件，其原理与空载扰动的最大波动一致。
甩负荷试验完成后仪器自动计算最大频率，波动次数和稳定时间等参数。
4.4不动时间试验
试验原理与目的：不动试验记录机组在带25%负荷并列运行时，突然与电网解列时从定子电流消失至调速器导叶开始调节时刻的时间间隔。

图4.4 不动时间试验参数设置
试验连线：
1> 连接机组频率信号至测试仪“机组频率”测量端子
2> 连接导叶接力器行程信号至测试仪“导叶行程输入”测量端子
3> 通过仪器所带附件5A电流传感器将定子电流信号引至仪器“备用通道”测量端子
试验操作：试验连线完成后，使调速器运行于带25%负荷并列工况，点击软件主界面不动时间试验出现试验参数设置对话框如图4.4所示，设定采样频率和最长记录时间。如果试验过程中记录达到了最长记录时间或用户点击了停止试验，则试验会停止，仪器检测到定子电流消失后，间隔一定时间后，试验也会被自动停止，试验完成后，软件自动计算不动时间。
不动时间试验完成后仪器自动计算不动时间，最大频率，波动次数和稳定时间等参数。
4.5 频率死区测量
试验原理与目的：测量调速器的频率死区值，该频率死区是调速器设定的频率死区值和调速器固有测频死区值之和。
试验连线：
1> 将仪器的“仿真频率输出”端子连接至调速器机组频率测量输入
2> 连接调速器导叶接力器行程至测试仪“导叶行程输入”测量端子
试验操作：试验连线完成后，调速器运行于并网稳定运行工况，点击软件主界面“频率死区测量”，出现如图4.5所示界面，设置频率变化步长，初始频率，间隔时间，机组稳态判定条件等参数，启动试验。仪器会依据所设定的参数自动改变输出频率值，当检测到调速器接力器动作时，试验会自动停止。其中工作方式是指频率输出波形的式样。

图4.5 频率死区测量参数设置
4.6 负荷响应试验
试验原理与目的：调速系统处于并网稳态运行时，在调速器的测频信号上施加一个频率扰动信号，并且使扰动后的频差值大于调速器设定的频率死区，检查调速器是否正常启动一次调频功能，以及一次调频过程中的目标功率，功率调节量，90%负荷响应时间，5%目标功率偏差时间，稳定时间等参数，调速器EP值和功率响应时间。

图4.6负荷响应试验参数设置
试验连线：
1> 连接测机组频率信号至测试仪调速器“机组频率”测量端子
2> 连接测试仪频率输出信号至调速器“机组频率”测量端子
3> 连接机组功率变送器至测试仪“机组功率输入”测量端子
试验操作：试验连线完成后，调速器运行于并网稳定运行工况，点击软件主界面“负荷响应试验”出现如图4.6所示界面，设置测频死区，扰动后频率以及起扰时间，机组额定功率，稳态判定条件等参数，然后启动试验，试验完成后仪器会自动计算起始功率，目标功率，90%功率响应时间，5%目标功率偏差时间，功率响应滞后时间，调速器实测EP值。负荷调整量等参数。
在没有进行任何试验时，ZSTG2000水轮机调速器和机组同期综合仿真测试系统的频率输出是跟随仪器的测频通道测量值，因此可以在不进行任何试验的情况下，将仪器连接至调速系统，完成系统开机，运行和带负荷的过程，启动负荷响应试验后，仪器首先将频率输出变成50Hz，然后经过一段时间后输出频率变成扰后频率，此功能可以大大的简化一次调频试验的接线与操作。
4.7 跟踪电网一次调频试验
试验原理与目的：跟踪电网一次调频的原理与目的与负荷响应试验一致，跟踪电网一次调频是在实际运行的电网中人为调高电网频率，以检查在此过程中，网内机组的一次调频性能。
试验连线：
1> 连接测试仪机组频率信号至调速器“机组频率”测量端子
2> 连接导叶接力器行程信号至测试仪“导叶行程输入”测量端子
3> 连接机组功率变送器至测试仪“机组功率输入”测量端子
试验操作：试验连线完成后，调速器并网稳定运行，点击软件主界面跟踪电网一次调频试验，设置采集时间，采样频率等参数，仪器自动记录一次调频试验过程，并依据所记录的数据自动计算试验结果参数，跟踪电网一次调频试验的参数和负荷响应试验的结果参数相同，跟踪电网一次调频试验的各参数和负荷响应试验是一致的。
4.8静特性试验
试验原理与目的：通过记录调速器在一定频差值下所对应接力器行程，得到调速器的全开和全关静态特性曲线，检查调速器的非线性度和固有频率死区，以及调速器设定的BP值是否和测量所得一致。
试验连线：
1> 将仪器的“仿真频率输出”端子连接至调速器机组频率测量输入
2> 连接调速器导叶接力器行程至测试仪“导叶行程输入”测量端子
3> 若有浆叶接力器，则连接浆叶接力器行程信号至“浆叶行程输入”测量端子
试验操作：使调速器运行于并网工况，点击软件主界面“静特性”试验选项出现如图4.7所所示界面，设置频率变化步长，间隔时间等参数，然后启动试验。仪器自动记录频差稳态值和行程的对应关系，绘制静特性曲线，并计算非线性度，固有频率死区和BP实测值等参数。

图4.7 静特性试验参数设置
4.9同期试验
试验原理与目的：通过记录机组频率和电网频率在合闸瞬间的频率，相角，电压判断同期装置的合闸条件是否满足要求。
试验连线：
1> 连接测试仪机组频率信号至调速器“机组频率”测量端子
2> 连接测试仪电网频率信号至调速器“电网频率”测量端子
3> 连接脉动电压至测试仪“脉动电压”测量端子
脉动电压指电网PT二次测和机端电压PT二次测的电压差值，分别取两个PT二次测的一根线组成脉动电压，脉动电压又称为“滑差”信号。
试验操作：完成试验连线后，点击软件主界面的同期试验选项，设置采样频率，最长记录时间等参数，启动试验，仪器自动记录合闸过程中的机组频率，电网频率，相角差，脉动电压，同期合闸令和合闸断路器状态等信号，自动计算合闸瞬间的压差，频率差，相角差和导前时间等参数。
4.10仿真开停机试验
试验原理与目的：测试仪仿真实际运行的机组，所仿真的机组模型为仪器当前设定的仿真模型，使调速器和测试仪构成闭环的调节系统，记录调速器的开机过程，计算开机时间和关机时间。
试验连线：
1> 将仪器的“仿真频率输出”端子连接至调速器机组频率测量输入
2> 连接调速器导叶接力器行程至测试仪“导叶行程输入”测量端子
3> 若有浆叶接力器，则连接浆叶接力器行程信号至“浆叶行程输入”测量端子
试验操作：完成试验连线后，点击软件主界面的仿真开停机试验，设置采样频率和最长记录时间等参数，启动试验，仪器自动按照仿真模型计算并输出机组频率，记录导叶接力器行程等参数，给出机组开机时间和关机时间等结果参数。
4.11接力器开关规律试验
试验原理与目的：测试仪作为录波装置，记录调速器接力器全开和全关过程，自动计算导叶接力器的全开和全关时间。
试验连线：
1> 连接调速器导叶接力器行程至测试仪“导叶行程输入”测量端子
2> 若有浆叶接力器，则连接浆叶接力器行程信号至“浆叶行程输入”测量端子
试验操作：完成试验连线后，点击软件主界面的接力器开关规律试验，启动试验，使调速器的接力器做全开全关运动，仪器自动记录并计算全开时间和全关时间。
4.12 录波器
测试仪作为录波器使用时相当于一个微机录波装置，曲线展示形式如图4.8所示，可以同时记录最多6路电压信号（或5路电流信号），2路频率信号，2路开关信号（有源或无源），最大采样频率可以达到4KHZ。测试仪依据所采集的数据绘制信号时间曲线，并提供曲线分析工具。用户可以将所绘制的曲线自动生产WORD试验报告，还可以将数据导出成EXCEL格式数据进行二次加工。
将测试仪作为录波器使用时，请注意信号输入通道的输入范围，切勿使输入的物理信号值超过通道的最大允许输入范围。
4.13 频率发生器
测试仪作为频率发生器使用时，相当于一个可以发生频率的低频采样微机录波装置，仪器处于运行中时，可以50HZ／100HZ的采样频率采集仪器所有输入通道的物理信号，并且在此过程中能够改变频率输出通道的频率值。