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電力技術
大型水輪機調速器試驗儀
時間：2022-11-06
中試控股技術研究院魯工為您講解：大型水輪機調速器試驗儀
ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統
ZSTG2000水輪機調速器仿真測試儀，別名：水輪機調速系統仿真測試儀。英文名（Hydraulic Turbinegovernor Simulationtester）是中試控股針對于水力發電調速系統、水力發電自動準同期系統特性檢測與華中科技大學聯合開發的一種綜合性測試平臺，儀器可以完成水輪機調速系統的空載擺動、空載擾動、甩負荷、不動時間，調速器靜特性，接力器開關規律、仿真開/關機支持，頻率死區測量、負荷響應試驗和跟蹤電網一次調頻等試驗項目,自動生成各種類型的試驗報告，ZSTG2000水輪機調速器仿真測試儀還可以做通用錄波器和頻率發生器使用，并且系統采樣頻率可以達到4KHZ，這大大拓寬了儀器的使用范疇，增強了儀器的靈活性。
ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統內部集成了5種不同類型的水輪機組模型，儀器可以執行這些模型的仿真功能，使之與調速器構成閉環系統，使調速器在沒有與真實機組連接的情況下也可以很方便的完成動態檢測。
水輪機調速器是水輪發電機組非常重要的輔 助控制設備之一。它的運行品質的好壞直接決定了機組的安全和穩定運行。降低水輪機調速器的故障率是提高機組運行可靠性的最行之有效的手段。
始于1986年 ? 30多年專業制造 ? 國家電網.南方電網.內蒙電網.入圍合格供應商
1.1 ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統簡介
ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統是湖北中中試針對于水力發電調速系統、水力發電自動準同期系統特性檢測而開發的一種綜合性測試平臺，中試控股儀器可以完成水輪機調速系統的空載擺動、空載擾動、甩負荷、不動時間，調速器靜特性，接力器開關規律、仿真開/關機支持，頻率死區測量、負荷響應試驗和跟蹤電網一次調頻等試驗項目,自動生成各種類型的試驗報告，ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統還可以做通用錄波器和頻率發生器使用，并且系統采樣頻率可以達到4KHZ，這大大拓寬了儀器的使用范疇，增強了儀器的靈活性。
ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統內部集成了5種不同類型的水輪機組模型，中試控股儀器可以執行這些模型的仿真功能，使之與調速器構成閉環系統，使調速器在沒有與真實機組連接的情況下也可以很方便的完成動態檢測。
1.2ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統特性和技術參數
1.2.1 軟件系統
ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統具有功能強大的軟件系統，在保證儀器能夠方便完成各種試驗的同時，大大提高了儀器的靈活性和通用性。儀器的軟件系統的主要特性可概括如下：
1儀器能夠自動生成WORD試驗報告，Excel試驗報告
2 試驗報告對曲線進行自動標識，使試驗報告制作完全自動化
3 所有采樣通道的名稱和單位都可以重新定義
4 各種試驗的試驗環境設置和儀器設置自動保存
5 內置混流式，軸流轉漿式，沖擊式，貫流式和非線性5種機組模型，滿足不同類型調速器的仿真支持
6 自動計算各種試驗的試驗參數
7 簡單方便的通道濾定方式
8 中試控股使用U盤或移動硬盤等存儲設備方便的導出試驗數據
9 實時繪制試驗曲線，并且提高多種曲線分析工具，使用戶可以對曲線進行任意縮放和定位操作
10 Windows XPE操作系統，可以實現軟件系統自我保護與恢復，防止病毒攻入與侵蝕
11 采用防抖動處理，避免用戶錯誤操作
12 對輸入信號進行實時監測，及時自動切除超過量程范圍的輸入信號，保護信號采集通道和儀器
1.2.1 ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統硬件系統
ZSTG2000水輪機調速器和機組同期綜合仿真測試系統硬件系統特性和技術參數如下：
1> 8路低電壓／電流模擬量采集，電壓和電流可以任意轉換，電壓輸入范圍-10V~10V，電流輸入范圍-20mA~20mA，10%~100%滿量程采樣誤差小于0.2%
2> 2路頻率測量通道，45HZ~55HZ范圍，頻率分辨率為0.001HZ，測量誤差小于0.001HZ，測頻電壓輸入范圍0.5V~110V
3> 2路無源節點開關量測量通道
4> 2路有源節點開關量測量通道，開關信號輸入電壓范圍12V~220V
5> 8路模擬量采集通道采用隔離采集方式，并且通道和通道之間也相互隔離
6> 2路有源節點開關量測量通道，開關信號輸入電壓范圍12V~220V
7> 1路4-20mA模擬量輸出通道,輸出誤差0.2%
8> 1路頻率輸出通道，頻率分辨率為0.001HZ，45Hz-55Hz范圍內輸出誤差0.001HZ，輸出電壓幅值AC12V
8> 觸摸屏方式實現人機交互
9> 中試控股儀器自帶8G數據存儲空間
10> 12.1寸大彩屏顯示
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水輪機調速器分哪幾種類型?
答:水輪機調速器是由實現水輪機調節及相應控制的機構和指示儀表等組成的一個或幾個裝置的總稱,它是水輪機控制設備(系統)的主體,一般認為,它可分為機械液壓調速器、電氣液壓調速器和數字式電液(又稱微機)調速器等幾種。水輪機調速器的品種繁多,分類方法也各有不同,通常的分類歸納如下。
(1)按組成元件分。按調速器組成元件性質的不同,可分為三種:①機械液壓調速器;②電氣液壓調速器;③微機電氣液壓調速器。
(2)按校正方式(即調節規律)分。按調節規律分為PI型調速器和PID型調速器或其他調節規律。
(3)按工作容量分。按工作容量可分為:特小型調速器工作容量小于3kN?m;小型調速器工作容量為3~15krq。m;中型調速器工作容量為15~50krq。m;大、巨型調速器工作容量在50kN?m以上,并按執行元件配壓閥直徑(銣、100、150、~9O0、25Clnlnl)來計算。
(4)按供油方式分。按調速器供壓力油方式的不同分為通流式和壓力油罐式。其中,壓力油罐式調速器,又分為組合式和分離式。組合式主要用于中、小型調速設備,分離式主要用于大、巨型調速設各。
(5)按調節機構數目分。按調節機構數目可分為單調節調速器和雙重調節調速器兩種。
由于水輪機的運行工況有可能隨時偏離設定的工況,所以PID調速器參數的整定對水輪機組的穩定運行十分重要.針對PID調速器調速的水輪機調節系統,從控制理論入手,依據其基本的狀態方程,設定目標函數,利用變分原理通過對水輪機調速器可調參數整定進行分析和相應尋優計算,從而得出一種關于水輪機調節系統在轉速擾動下調速器參數整定的方法和優化計算理論.通過工程算例,說明此種參數整定及尋優方法具有尋優效率高的特點,但缺點是必須構造相應的目標函數并經過較復雜的迭代計算.
世界上第一座抽水蓄能電站于1882年誕生于瑞士，已有100多年的歷史，我國抽水蓄能電站建設起步較晚，第一臺11MW抽水蓄能機組到1968才在崗南水電站投入運行，但我國抽水蓄能發展速度很快，目前已是世界裝機容量最大的國家。下面對抽水蓄能電站機組電設備簡單進行介紹。
1. 發電電動機
發電電動機是既可用做發電機也可用做電動機的同步電機。
作發電機用時，其運行原理如下: 當勵磁繞組通以直流電源后，電機內就會產生磁場。水輪機帶動轉子轉動，則磁場與定子線棒之間有相對運動，就會在定子線棒中感應出交流電勢。這些線棒聯成三相繞組，則可在繞組出線端產生交流電動勢。
作同步電動機運行時，則在定子三相繞組加以交流電，三相交流電流通過定子繞組時就會在電機內產生一旋轉磁場，當轉子上的勵磁繞組加上勵磁電流，旋轉磁場就帶動轉子，并按旋轉磁場的轉速來旋轉。
由于水泵水輪機二種運行工況的水流方向相反，所以發電電動機二種運行工況旋轉方向必須相反。為此應使電動機運行時其旋轉磁場的旋轉方向與發電機運行時的旋轉磁場方面相反，這就需改變三相繞組相序排列，所以發電電動機需加裝相應的換相設備(換相刀閘)。
發電電動機主要由定子、轉子、上機架、下機架、推力軸承、導軸承、制動系統、高壓減載裝置、冷卻系統等部分組成。
2. 水泵水輪機
水泵水輪機包括水輪機和調速器、球閥等附屬設備和冷卻水系統、高壓氣系統等輔助設備。水泵水輪機本體由以下幾大部件構成：轉輪、主軸密封、水導軸承、導水機構、導葉、水輪機軸、中間軸、蝸殼、座環、頂蓋、底環、尾水管等。
水泵水輪機的水機的調相運行系統分壓水系統、水環排水系統、蝸殼排氣系統和尾水水位測量系統。
水泵水輪機
3.進水主閥
在水輪機過水系統中，裝置在水輪機蝸殼前的閥門統稱水輪機進水主閥。抽水蓄能電站一般都具有水頭高，壓力大的特點，進水主閥一般為過流球形形式，即球閥。進水主閥的作用：
(1) 對于一洞多機岔管引水的水電站，檢修時隔離機組與上游水道，保證機組檢修安全與其它機組正常運行。
(2) 對于高水頭水電站，因其水頭高，壓力大，導葉漏水量大，設置進水主閥可減少能量損失。當機組發生故障時，迅速關閉進水主閥，截斷水流，防止發生飛逸事故。
(3) 對于長引水管道的水電站，因其充水時間長，延長了機組的啟動時間。裝設進水主閥可縮短重新啟動時間，提高機組運行的靈活性和速動性。
(4) 投產初期，用做未投產機組壓力鋼管的堵頭，保證廠房安全。
4.調速器系統
水輪機調節系統是由水輪機調速器和調節對象(包括引水系統、水輪機、發電機及負載)共同組成的。
調節的任務是根據負荷的變化不斷地調節水輪發電機組的有功功率輸出，以維持機組轉速(頻率)在規定范圍內。
對調速器必需的要求是保證調節系統的穩定性和相當好的速度調節過程質量。
近年來，新投產的機組都采用了數字式電液調速器即微機調速器。調節參數的整定和修改都非常方便，運行狀態的查詢和轉換也很靈活。機組的開、停機規律可方便地用軟件程序實現。即停機過程可根據調保計算要求，靈活地實現折線關閉規律；開機過程可根據機組增速及引水系統最大壓力降的具體要求進行設定。而且便于直接與廠級或系統級上位機相連接，實現全廠的綜合控制，提高水電廠的自動化水平。
5.壓縮空氣系統
壓縮空氣系統由空氣壓縮裝置(空氣壓縮機及其輔助設備)、管道系統和測量控制元件三部分組成。
水電站壓縮空氣的使用主要有以下幾個方面：電站油壓裝置壓力油罐充氣，是水輪機調節系統和球閥控制系統的能源；機組停機時的機械制動用氣；機組作調相運行時轉輪室壓水用氣；檢修維護室風動工具及吹污清掃用氣；離相封閉母線的微增壓用氣和水輪機主軸檢修密封供氣等。
按照空壓機出口壓力等級，壓縮空氣系統可分為高壓壓縮空氣系統、中壓壓縮空氣系統和低壓壓縮空氣系統。
6.調相壓水系統
水泵水輪機在抽水之前，機組必須先作抽水調相工況運行。當機組抽水或抽水調相啟動時，需要靠SFC或BACK TO BACK進行逐步拖動，此時，利用壓縮空氣強制壓低轉輪室水位，使轉輪在空氣中旋轉，可以減少阻力，即減少電能的消耗，同時機組的振動也可以相應的減輕，機組轉速能快速達到額定轉速進行同期并網。機組調相運行中，需要轉向抽水時，轉輪室排氣之后打開導葉,工況即可轉換，提高了機組的響應時間。
機組作調相運行時的有功損耗與發無功功率有關，發電調相滿發時，轉輪在水中旋轉約為額定有功功率的15%左右，在空氣旋轉則為4%左右，由此可見，調相壓水的經濟效益是很大的。
機組調相時的壓縮空氣是從專用的氣罐中引來，強制壓低尾水管中的水位。氣罐最小壓力，必須等于轉輪室所要求壓低的水位與下游水位之差。
7. 靜止變頻啟動裝置(SFC)
靜止變頻器起動是利用可控硅變頻裝置(SFC)產生從零到額定頻率的變頻起動電源，將發電電動機起動并同步拖動起來。基本結構主要分為四個部分：靜止變頻器起動適用于容量大、機組臺數多的大型抽水蓄能電站。因變頻器都是靜止元件，維護工作量小，工作可靠性高，設備布置比較靈活，每臺機組可公用一套。
靜態變頻器的主要優點是無級變速、啟動平穩、反應速度快，具有很強的自診斷能力，但其所需控制設備比較復雜，元件質量要求高。
靜止變頻器(SFC)用于機組抽水(抽水調相)工況啟動，主要由輸入單元、變頻單元、輸出單元、控制單元、保護單元及輔助單元幾部分組成。
8.主變壓器
主變壓器由以下部分組成：
1)鐵心：鐵心是變壓器的磁路，通常用含硅量約為5%表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。
2)線圈：繞組是變壓器的電路部分，一般由外面包有絕緣紙的鋁線或銅線繞制而成。
3)絕緣結構：變壓器絕緣主要指外部絕緣和內部絕緣。外部絕緣指高、低壓繞組引出油箱外時用的瓷套管，它是帶電的引線與接地的油箱間的絕緣。套管裝在油箱蓋上。套管中心穿有導電桿，下端伸進油箱，與繞組引線相連，上端露出油箱外，以便與外部電路連接。高壓引線一般用充油式或電容式套管。
4)油箱及其它部件：油浸式變壓器油箱具有容納器身、變壓器油及散熱冷卻作用，它用鋼板焊成，呈橢圓桶狀。油箱內的變壓器油既是絕緣介質，又是冷卻介質。
9.監控系統
計算機監控系統是以微機為基礎，以數據總線為通信介質，能遠方監控，自動運行的智能型分層分布的開放式控制系統，整個系統由調度級、電站控制級和現地單元控制級組成。
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調速器綜合測試儀
調速器綜合測試、水輪機綜合測試器
調速器測試儀是基于最新的DSP（數字信號處理器）控制器研制而成的，其工作頻率最高可達150 MHz，具有很高的集成度和可靠性。以太網接口技術的引入，打破了這種數據傳輸速度的瓶頸，以太網的傳輸速率足以滿足測試過程中的實時數據傳輸的速度要求。設備靈巧輕便型,很適宜現場測試和攜帶，主要用于水輪機調速器在出廠和現場等各種場合的調節系統試驗。
主要特點
DIT-TCS-100調速器測試儀是一種全新的水輪機調速器仿真測試儀器，由DIT-TCS-100調速器測試儀和裝有GTS/PFR水輪機調速器仿真測試集成軟件的筆記本計算機兩部分構成。兩者通過以太網連接，DIT-TCS-100調速器測試儀的主要任務是用于對調速器各測點信號和傳感器信號進行采集和處理，并將經過初步處理的實時信號通過以太網送至PC機，位于PC機中的GTS/PFR水輪機調速器仿真測試集成軟件實現與調速器測試有關的監測、顯示、分析和記錄；此外，在仿真模式下，還要根據預先設置的數學模型，對水輪發電機組進行實時仿真。
高集成度和可靠性：DIT-TCS-100調速器測試儀是基于最新的DSP（數字信號處理器）控制器研制而成的。其工作頻率最高可達150 MHz，足以保證實時快速地進行數據采集和數字信號分析處理算法的實現，具有很高的集成度和可靠性；克服了以往測試儀采用單片機處理器，而受限于其處理能力和運算速度的問題，尤其對實時性和交互性要求高的動特性試驗或一次調頻試驗，以及復雜的機組實時仿真來說更顯其強大的處理能力和運算速度的優勢。
以太網接口，打破了數據傳輸的瓶頸：以太網通信接口傳輸速度快，穩定可靠。避免了常規RS232串口速度太慢，在開停機試驗，甩負荷試驗等試驗過程中根本沒辦法滿足采集和傳輸素的要求的問題。避免了USB接口抗干擾能力差，現場試驗時只要有油壓，氣泵啟動就會導致他的接口死機，整個實驗白做的問題。
靈巧便攜方便宜用：DIT-TCS-100調速器測試儀在硬件設計和機箱設計上，充分考慮到應用過程中便攜的要求，其外形尺寸為320×85×280mm，重量不到2kg，屬于靈巧輕便型，很適宜現場測試和攜帶。在流行操作系統(如Win2K,WinXP)下方便可靠易用。
應用功能
調速器測試儀主要用于水輪機調速器在出廠和現場等各種場合的調節系統試驗
1、調速系統靜特性試驗：靜特性試驗用于測量調速器轉速死區大小，非線性度以及永態轉差系數的準確性。通過試驗可以檢查調速器的最大非線性度，轉速死區大小和永態轉差系數偏差，借以鑒別和改善調速器的工作性能。本系列儀器系統提供單調節的靜特性試驗和雙調的協聯試驗功能；
2、動特性試驗：調速器動特性試驗用于檢查調節器的調節規律的正確性，并測量調速器的控制參數Kp、Ki、Kd（或bt、Td、Tn）是否與標稱值相符。在調速器的動特性試驗中可實時連續監測的信號包括：機組頻率、導葉位置、定子電流、蝸殼水壓、尾水管水壓、輪葉位置和機組功率等以及其他用戶自定義信號。
動特性試驗的試驗項目有：開停機過程試驗、空載頻率擺動試驗、空載擾動試驗、負荷擾動試驗（突增和突減負荷試驗）、甩負荷試驗、特殊功能試驗和其他自定義試驗等，在任何動特性試驗過程中，用戶可以控制試驗過程的時間長度、采樣頻率、啟動和停止、數據的存儲、數據的回放以及數據分析等。
3、一次調頻試驗：具備自動跟蹤機組頻率的功能，確保正常的開停機操作，同時又能夠切斷機組頻率輸入通道，模擬改變機組的頻率，進行一次調頻試驗。
4、錄波功能：調速器測試儀提供一個通用的數據錄波功能，用戶可根據實際要求對所選通道進行特定目的的長時間和高速率的錄波。
5、信號發生器功能：儀器提供一個通用的信號發生器功能，包括頻率信號發生器功能和模擬信號發生器功能。
技術指標
1. 4路電壓型模擬量，輸入電壓范圍為：0～10VDC（還可以根據用戶要求調整為0～+5VDC、-5～+5VDC、-10～+10VDC等）；測量誤差為≤±0.2%；
2. 4路電流型模擬量，輸入范圍為：4～20mA；測量誤差為≤±0.2%；
3. 1路交流電壓輸入信號，用于通過鉗形電流表測量機組定子電流；
4. 2路工頻頻率信號測量通道，測頻范圍：0.00036Hz～1.5625MHz，精度0.0008%(50Hz處)，輸入信號范圍：0.2～±220VAC；
5. 4路外部無源開關量測量通道；
6. 2路工頻頻率信號輸出通道，頻率范圍：5.96Hz～1.5625MHz，精度0.0032%(50Hz處)，方波輸出，輸出電壓為5V；
7. 2路0～10V的電壓模擬量輸出；
8. 1路0～20mA的電流模擬量輸出；
9. 6路開關量輸出通道；
10. 10M以太網接口；
11. 供電電源：220VAC（110）±20%，50Hz（60Hz）；
12. 工作環境：溫度-10~+50℃， 濕度≤98%Rh；
13. 平均無故障工作時間（MTBF）：20000小時。
增值服務
- 三年質保,一年包換,三個月試用
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