水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真測試與故障診斷裝置簡介

1、水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真、測試與故障診斷裝置簡介一、 開發(fā)水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真、測試與故障診斷裝置的用途與意義隨著計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，設(shè)備維護和維修方式由傳統(tǒng)的事后維修、定期維修和視情維修，逐漸向設(shè)備的狀態(tài)檢修方向發(fā)展。狀態(tài)檢修是一種以設(shè)備技術(shù)狀態(tài)為基礎(chǔ)的預(yù)防維修方式，它根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)檢測和故障診斷所提供的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析來判斷設(shè)備的劣化程度，并在故障發(fā)生前有計劃地進行適當?shù)木S護及維修。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)對象組成的閉環(huán)系統(tǒng)(圖1-1)。其中調(diào)速系統(tǒng)包括調(diào)速器電氣部分、電液隨動部分以及油壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)對象包括水輪機及其有壓過水系統(tǒng)、發(fā)電機及電網(wǎng)。水輪機調(diào)

2、節(jié)系統(tǒng)是水電站運行的重要組成部分之一，是具有開機、停機、并網(wǎng)等機組控制和轉(zhuǎn)速、功率調(diào)節(jié)等功能的機-電系統(tǒng)。它的可靠運行直接關(guān)系到電廠甚至電網(wǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量和安全。傳統(tǒng)模式下的計劃檢修和事后維修無法完全適應(yīng)電廠自動化程度日益提高的要求，而且其中存在的弊端顯而易見。開展水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真、測試與故障診斷裝置研究的重要性和必要性可見一斑。水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真、測試與故障診斷裝置(以下簡稱裝置)是在水電站綜合自動化日益完善的背景下為了適應(yīng)水輪機調(diào)速系統(tǒng)性能測試、參數(shù)優(yōu)化、故障診斷的需求而研制開發(fā)。裝置由基于DSP應(yīng)用模板的智能設(shè)備和遠程工作站組成，系統(tǒng)采用分布式采樣處理、集中顯示輸出的結(jié)構(gòu)，在設(shè)備內(nèi)部完成全

3、部數(shù)據(jù)采樣、監(jiān)測及故障功能，同時結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)，利用工作站對智能設(shè)備采集的數(shù)據(jù)、診斷的結(jié)果進行遠程顯示輸出及打印輸出。水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真、測試與故障診斷裝置還可以作為水電廠狀態(tài)檢修系統(tǒng)的一部分。關(guān)于水電廠狀態(tài)檢修系統(tǒng)早有人提出各種設(shè)想，分布式處理的思想也是當代狀態(tài)監(jiān)測與檢修的趨勢，裝置取代了原來的一臺工控機，實現(xiàn)了對某監(jiān)測對象的采樣、存貯、分析、計算、特征值提取及故障診斷、高速通訊以及仿真等功能。于是對裝置的設(shè)計提出了很高的要求。二、裝置的功能水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真、測試與故障診斷裝置（以下簡稱“智能裝置”）從功能上可以分為調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)仿真、調(diào)速器性能測試和調(diào)速系統(tǒng)在線故障診斷三部分功能。其中，

4、調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)仿真是利用數(shù)字化的方法，分別對調(diào)速器電氣系統(tǒng)、電液轉(zhuǎn)換與液壓傳動機構(gòu)、水輪發(fā)電機組以及電網(wǎng)等幾個部分進行建模仿真。仿真的功能主要是為調(diào)速器測試和調(diào)速系統(tǒng)故障診斷服務(wù)的，可以根據(jù)不同的需要對不同的部分進行仿真；調(diào)速器測試功能既可以利用裝置的仿真功能，在車間內(nèi)對調(diào)速器電氣部分、調(diào)速器機械部分或調(diào)速器電氣和機械整體進行測試，也可以在現(xiàn)場對調(diào)速器進行驗收測試；調(diào)速系統(tǒng)故障診斷功能是在利用各種檢測、測量手段對調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，采用各種分析、判斷方法，結(jié)合系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀，考慮環(huán)境因素，對設(shè)備運行狀況進行評估，判斷設(shè)備是處于正常狀態(tài)、異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，并為設(shè)備的故障分析、性能評估、合

5、理使用和安全工作提供信息，準備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1、 調(diào)速系統(tǒng)仿真功能調(diào)速器電氣系統(tǒng)仿真根據(jù)調(diào)速器電氣系統(tǒng)原理進行數(shù)學(xué)建模。由于目前主流調(diào)速器均采用數(shù)字處理方式，所以只需在裝置內(nèi)部采用和實際調(diào)速器電氣部分相同的數(shù)學(xué)模型，選取相同的運行參數(shù)，即可完成建模工作。調(diào)速器電液轉(zhuǎn)換與液壓傳動機構(gòu)仿真根據(jù)調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)的工作原理建立基本數(shù)學(xué)模型。并對實際系統(tǒng)進行相關(guān)測試，計算出模型中的有關(guān)參數(shù)，建立調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)的仿真模型。同時用戶可以根據(jù)自身的需要設(shè)定模型參數(shù)。水輪發(fā)電機組及電網(wǎng)仿真水輪發(fā)電機組及電網(wǎng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，只能采用近似的線性化模型。只有在車間調(diào)試的情況下需要水輪

6、發(fā)電機組以及電網(wǎng)的仿真模型，所以不需要非常精確的模型，利用簡化的數(shù)學(xué)模型完全可以滿足調(diào)速系統(tǒng)測試的要求。2、 調(diào)速器性能測試功能調(diào)速器測試功能可以分無實際機組和電網(wǎng)情況下對調(diào)速器電氣和機械液壓部分的測試；無調(diào)速器電氣部分、實際機組和電網(wǎng)的情況下對調(diào)速器機械液壓部分的測試；無調(diào)速器機液壓部分、實際機組和電網(wǎng)情況下對調(diào)速器電氣部分的測試以及在現(xiàn)場的驗收測試等四種類型的測試功能，不同的測試對應(yīng)于不同的接線方式以及軟件的設(shè)置。調(diào)速器的性能測試總共可以分為以下幾個部分：調(diào)速器轉(zhuǎn)速（測頻）部分試驗主要檢查調(diào)速器的轉(zhuǎn)速（測頻）部分的測量范圍以及測量精度是否符合國家有關(guān)標準。由智能裝置產(chǎn)生范圍為0100HZ的

7、轉(zhuǎn)速（頻率）信號，輸入到調(diào)速器轉(zhuǎn)速（測頻）部分，并對其輸出轉(zhuǎn)速（測頻）信號進行測量范圍和測量精度的檢查。調(diào)速器靜特性試驗考核調(diào)速器工作的平穩(wěn)性和非線性度，測量調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)大小以及永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)的準確性。通過測量可以檢查調(diào)速器的最大非線性度，轉(zhuǎn)速死區(qū)大小和永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)偏差，借以鑒別和改善調(diào)速器的工作性能。機組開機過程試驗機組自動開機過程中記錄接力器行程和機組頻率的變化過程，檢查機組開機過程是否滿足給定開機過程，以及開機最長時間是否滿足國家標準的要求。機組空載擺動試驗主要是檢查機組在當前控制參數(shù)的作用下，機組空載運行的穩(wěn)定性。即在機組空載時，記錄接力器行程和機組頻率的變化過程，并計算在一定時間內(nèi)機

8、組頻率的最大值和最小值之間的差值。機組空載頻率擾動試驗考查機組在各種調(diào)速器參數(shù)組合時的運行穩(wěn)定性，確定機組在空載運行時的最佳調(diào)節(jié)參數(shù)，從而使機組在調(diào)節(jié)過程中既滿足動態(tài)性能指標，又滿足調(diào)節(jié)過程中速動性的要求。即在機組空載時，人工改變頻率給定，記錄接力器和機組頻率的變化過程，根據(jù)接力器和機組頻率的變化情況適當調(diào)節(jié)調(diào)速器參數(shù)，使參數(shù)組合最終滿足動態(tài)性能指標以及對調(diào)節(jié)過程中的速動性要求。機組甩1025%負荷試驗主要測量甩1025%額定負荷時接力器的不動時間。機組并網(wǎng)并帶1025%額定負荷后，突然斷開斷路器，記錄接力器和機組頻率的變化過程，并計算接力器的不動時間。機組甩100%負荷試驗主要用于測量甩50

9、%及以上額定負荷時機組轉(zhuǎn)速上升、壓力上升和調(diào)節(jié)時間等。機組并網(wǎng)并帶上要求的負載后，突然斷開斷路器，記錄接力器行程、機組頻率以及引水管水壓的變化過程，并計算轉(zhuǎn)速上升的最大值、壓力上升的最大值和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時間。3、 調(diào)速系統(tǒng)故障診斷功能調(diào)速系統(tǒng)故障診斷功能是該裝置的主要功能，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可以分為調(diào)速器電氣部分故障診斷、調(diào)速器機械液壓部分故障診斷、系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)故障診斷三大部分，從功能結(jié)構(gòu)上可以分為狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)預(yù)測、狀態(tài)分析、故障診斷、結(jié)果發(fā)布、數(shù)據(jù)傳輸?shù)任鍌€部分?！盃顟B(tài)監(jiān)測”實現(xiàn)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，獲取設(shè)備有關(guān)原始數(shù)據(jù)，并對其加以處理，以獲取設(shè)備的當前狀態(tài)信息，實現(xiàn)對設(shè)備當前狀態(tài)的監(jiān)測；“狀態(tài)預(yù)測”實

10、現(xiàn)利用歷史數(shù)據(jù)和當前狀態(tài)數(shù)據(jù)，對設(shè)備下一步的狀態(tài)進行預(yù)測。其輸出是設(shè)備下一步將處于的狀態(tài)信息；“狀態(tài)分析”實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)變化所引起的后果進行分析。其輸出為對設(shè)備是處于正常、不正常、降級還是不確定狀態(tài)的判斷信息；“故障診斷”實現(xiàn)根據(jù)狀態(tài)預(yù)測和態(tài)勢分析等的結(jié)果，對將可能出現(xiàn)的故障加以預(yù)診斷，包括可能的故障模式、故障原因以及故障位置等；“結(jié)果發(fā)布”是在每一次采樣分析診斷過程結(jié)束之后，通過各種途徑發(fā)布每次的分析結(jié)果，可以用指示燈、顯示器或打印機等不同方式發(fā)布結(jié)果；“數(shù)據(jù)傳輸”是裝置通過現(xiàn)場總線或其他途徑將狀態(tài)監(jiān)測量及故障診斷結(jié)果傳送給工作站進行顯示輸出或打印輸出，同時還在工作站上完成歷史日志的工作。狀態(tài)監(jiān)測是整個設(shè)備是否能正常工作的基礎(chǔ)，狀態(tài)監(jiān)測的良好實現(xiàn)有賴于裝置前向通道的硬件設(shè)計。系統(tǒng)的性能變化是一個動態(tài)的過程。隨著使用時間的增加，系統(tǒng)的性能總的來說是一個逐漸劣化的過程。要確保系統(tǒng)中設(shè)備性能的變化不超過允許的