水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真測試與故障診斷裝置簡介

1、水輪機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)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(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)及維修。水輪機(jī)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(jī)及其有壓過水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)。水輪機(jī)調(diào)

2、節(jié)系統(tǒng)是水電站運(yùn)行的重要組成部分之一，是具有開機(jī)、停機(jī)、并網(wǎng)等機(jī)組控制和轉(zhuǎn)速、功率調(diào)節(jié)等功能的機(jī)-電系統(tǒng)。它的可靠運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)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(yuǎn)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(jìn)行遠(yuǎn)程顯示輸出及打印輸出。水輪機(jī)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(dāng)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(jī)，實(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)、水輪發(fā)電機(jī)組以及電網(wǎng)等幾個部分進(jìn)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(jìn)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(jī)械部分或調(diào)速器電氣和機(jī)械整體進(jìn)行測試，也可以在現(xiàn)場對調(diào)速器進(jìn)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(yùn)行狀況進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(shí)際調(diào)速器電氣部分相同的數(shù)學(xué)模型，選取相同的運(yùn)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(jī)構(gòu)仿真根據(jù)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作原理建立基本數(shù)學(xué)模型。并對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)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(jī)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(jī)組及電網(wǎng)仿真水輪發(fā)電機(jī)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(jī)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(shí)際機(jī)組和電網(wǎng)情況下對調(diào)速器電氣和機(jī)械液壓部分的測試；無調(diào)速器電氣部分、實(shí)際機(jī)組和電網(wǎng)的情況下對調(diào)速器機(jī)械液壓部分的測試；無調(diào)速器機(jī)液壓部分、實(shí)際機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)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(zhǔn)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(jī)組開機(jī)過程試驗機(jī)組自動開機(jī)過程中記錄接力器行程和機(jī)組頻率的變化過程，檢查機(jī)組開機(jī)過程是否滿足給定開機(jī)過程，以及開機(jī)最長時間是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。機(jī)組空載擺動試驗主要是檢查機(jī)組在當(dāng)前控制參數(shù)的作用下，機(jī)組空載運(yùn)行的穩(wěn)定性。即在機(jī)組空載時，記錄接力器行程和機(jī)組頻率的變化過程，并計算在一定時間內(nèi)機(jī)

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

9、%及以上額定負(fù)荷時機(jī)組轉(zhuǎn)速上升、壓力上升和調(diào)節(jié)時間等。機(jī)組并網(wǎng)并帶上要求的負(fù)載后，突然斷開斷路器，記錄接力器行程、機(jī)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(jī)械液壓部分故障診斷、系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)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。“狀態(tài)監(jiān)測”實(shí)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(dāng)前狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的監(jiān)測；“狀態(tài)預(yù)測”實(shí)

10、現(xiàn)利用歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，對設(shè)備下一步的狀態(tài)進(jìn)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(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)變化所引起的后果進(jìn)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(shí)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(jī)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(jìn)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(shí)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