水轮机调速器真机仿真试验技术在水电厂的应用

摘　要　介绍了水轮机调速器真机仿真试验中真机建模之两种方法，即数字建模与试验建模之可行性，结合水电厂实际情况进行前景分析，为仿真技术在实际中之运用提出了建设性意见[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　关键词　水轮机调速器　真机仿真试验　水电　应用

0　前　言

　　为了顺利地开展水电厂状态检修工作，必须对水轮发电机组及其辅助设备之状态进行准确全面之评估[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　水轮机调速器是水轮发电机组之一个重要辅助设备，其状态之好坏直接关系到发电机之供电质量并影响水轮发电机组之安全稳定和经济运行[阳光电子学校维修专家友情提示]。全面、有效、客观地评价设备状态之有效手段是对设备进行状态性能参数之在线监测，并将监测到之运行参数与有关仪表及规程进行比较作出其状态性能之评估[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于大中型水轮机调速器都是微机型之，是一种高度智能化之调节设备，其硬件结构又是千差万别，并趋向于集成化、模块化方向发展，外部结构越来越紧凑，因此，在现场运行中通过在线监测水轮机调速器各部结构性能参数来总体评估其状态性能具有一定之难度[阳光电子学校维修专家友情提示]。同时，由于水轮机调速器处于一个水、机、电联合作用之复杂系统中，被调节、控制之系统会对调速器之状态性能产生或多或少之影响，因此仅仅去监测水轮机调速器之某些状态参数，如转速（频率）、导叶开度、浆叶角度和功率，还不能很全面客观地对其状态性能进行评估，必须将其置身于所调节、控制地整个系统中去考虑[阳光电子学校维修专家友情提示]。因此，为了检验运行中水轮机调速器之状态性能，一般都是通过一系列试验来实现之，如静特性和开、停机，空载摆动，空载扰动，突增、突减负荷，甩负荷等动态特性试验[阳光电子学校维修专家友情提示]。水轮机调速器之真机试验一般分为无水试验和有水试验，而利用真机仿真技术就可以在无水状态下进行有水试验之项目，提前预知设备检修质量和及早发现设备缺陷所在，为水电厂之检修提供可信服之依据[阳光电子学校维修专家友情提示]。

1　调速器真机仿真之原理和方法

　　调速器真机仿真有2种建模方法：数字仿真和试验仿真[阳光电子学校维修专家友情提示]。数字仿真是人工构造机组之数学模型[阳光电子学校维修专家友情提示]。将模型输入到计算机，然后将这台具有测量控制功能之计算机和调速器相连，由计算机中之模型代替真实机组，用软件之方法实现仿真试验[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于技术上之原因，人工构造之模型和实际机组模型存在一定之差异，仿真试验之精度不是很高，很难用状态分析软件来判断它之调节品质是否发生了变化[阳光电子学校维修专家友情提示]。同时，由于人工构造模型需要人工介入，很难实现仿真试验自动进行[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　试验仿真与数字仿真在构造数学模型和试验方法上都大不一样，它之建模原理是：被仿真之机组，如果以前做过一次动态特性试验（如空载扰动、甩负荷等），而且试验是很成功之[阳光电子学校维修专家友情提示]。那么试验过程中记录之数据，已隐含着该机组之全部特性参数（括水轮机之综合特性曲线，发电机之Ta和引水系统之TW等）[阳光电子学校维修专家友情提示]。在相同之工况下，如果重复上一次试验，只要调速器（及相关机构）之控制特性不变，那么它们之过渡过程曲线应该是相同之[阳光电子学校维修专家友情提示]。基于这种原理，可以将上一次之试验文件作为样板文件保存起来，每次仿真时将它调出来，通过一定之数学手段构造它之真实模型，对调速器做真机仿真试验[阳光电子学校维修专家友情提示]。将这次试验之曲线和样板文件之曲线进行比较，用状态分析软件进行分析，得出这次试验是否成功，并判断调速器（及相关机构）之调节特性是否变化，以及变化多大[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于使用了计算机自动构造模型，为仿真试验自动进行提供了湖南阳光电子学校维修专家认为：也许[阳光电子学校维修专家友情提示]。

2　精度分析和验证方法

　　真机试验仿真是根据实测之采样数据，通过一定之数学方法构造它之真实模型[阳光电子学校维修专家友情提示]。它之误差主要来自2个方面：一是采样信号之精度，二是数学模型之计算精度[阳光电子学校维修专家友情提示]。采样信号精度一般在0．2％～0．1％之间，而计算机之计算精度可以控制在很高之水平，一般都在万分之一以上，因此总体精度可优于0．2％[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于真机试验仿真之精度很高，这就为调速器之设备状态分析提供了很高之可信度[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　检验真机试验仿真精度之方法比较简单：对机组做一次真实之动态特性试验（如甩负荷试验），或可通过查询相关之历史资料；停机之后在无水状态下，做一次同样之真机仿真试验，2次试验之曲线应该完全重合[阳光电子学校维修专家友情提示]。

3　基于真机仿真试验之水轮机调速器状态监测系统

　　调速器之状态监测由硬件和软件2大部分组成[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　硬件括：计算机，高速数据采集系统，高精密数字变频装置，高精密数字测频装置，定子电流检测模块和相应之传感器[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　软件括：调速器所有试验软件，真机仿真建模软件，真机仿真软件，状态分析软件，在线监测软件，通讯绘图显示软件，数据库和趋势分析软件[阳光电子学校维修专家友情提示]。若将调速器之状态监测纳入1台机组之状态监测系统或计算机监控系统中，则某些硬件（如计算机和高速数据采集系统）可以直接引用监控系统之计算机，而不需另外配置，只需配置数字变频，数字测频，定子电流检测和传感器等专用硬件即可[阳光电子学校维修专家友情提示]。软件部分可将试验软件，真机仿真建模软件，真机仿真软件，状态分析软件和在线监测软件放在下位机，而通讯绘图显示软件，数据库和趋势分析软件放在上位机[阳光电子学校维修专家友情提示]。在机组运行期间，利用在线监测软件对调速器之运行状态进行简单之监测和分析[阳光电子学校维修专家友情提示]。机组大修或初投时，可调用试验软件完成调速器静特性和所有动态特性试验，并选取调节特性好之试验文件作为样板文件存入样板库[阳光电子学校维修专家友情提示]。以后只要机组小修或停机无水状态下，就可以进行真机仿真试验[阳光电子学校维修专家友情提示]。设计一个调度程序，由它来介绍仿真试验之时间和顺序，全部自动进行[阳光电子学校维修专家友情提示]。仿真后之试验文件及分析结果自动传送到上位机，并存入数据库，同时可以显示和打印[阳光电子学校维修专家友情提示]。上位机之趋势分析软件将数据库中历年来之仿真试验文件调出来进行趋势分析，得出调速器是否需要大修之结论，从而实现调速器之状态检修[阳光电子学校维修专家友情提示]。

4　调速器之真机仿真之两个重要意义

    a．实现调速器之状态分析和状态监测[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　b．甩负荷仿真可以代替真实之甩负荷[阳光电子学校维修专家友情提示]。机组大修之后往往都要进行一次甩负荷试验来检查调速器及相关机构之调节控制特性[阳光电子学校维修专家友情提示]。甩负荷试验不仅要向调度申请，而且大型机组之甩负荷对系统和机组都产生很大之冲击，影响机组寿命[阳光电子学校维修专家友情提示]。甩负荷仿真试验完全可以模拟真实之甩负荷，从而取代它[阳光电子学校维修专家友情提示]。这样既保证了检修质量，又提高了工效，延长机组之使用寿命[阳光电子学校维修专家友情提示]。

5　应用前景

　　目前我省之水电厂采用之调速器种类较多，但大多数都已升级为微机型调速器，这就对用仿真技术实施调速器真机仿真提供了很好之应用背景[阳光电子学校维修专家友情提示]。利用真机试验仿真技术可以对调速器在充水之前就能了解调速器之大修质量和及时发现存在之问题隐患，为整个大修提供有力之技术保障[阳光电子学校维修专家友情提示]。随着状态检修工作之进一步深入开展，在水电厂进行调速器之真机仿真试验已是势在必行[阳光电子学校维修专家友情提示]。通过在柘溪水电站做之仿真试验以及实测真机之过渡过程进行之比较，调速器真机仿真试验之结果是可以令人信服之[阳光电子学校维修专家友情提示]。在逐步加深对调速器之状态检修之认识后，用调速器真机仿真试验技术来进行状态监测和评估调速器性能能够得到更好之应用[阳光电子学校维修专家友情提示]。

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