水輪機調速器管理

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摘要介紹了水輪機調速器真機仿真試驗中真機建模的兩種方法，即數字建模與試驗建模的可行性，結合水電廠實際情況進行前景分析，為仿真技術在實際中的運用提出了建設性意見。

關鍵詞水輪機調速器真機仿真試驗水電應用

0前言

為了順利地開展水電廠狀態檢修工作，必須對水輪發電機組及其輔助設備的狀態進行準確全面的評估。

水輪機調速器是水輪發電機組的一個重要輔助設備，其狀態的好壞直接關系到發電機的供電質量并影響水輪發電機組的安全穩定和經濟運行。全面、有效、客觀地評價設備狀態的有效手段是對設備進行狀態性能參數的在線監測，并將監測到的運行參數與有關儀表及規程進行比較作出其狀態性能的評估。由于大中型水輪機調速器都是微機型的，是一種高度智能化的調節設備，其硬件結構又是千差萬別，并趨向于集成化、模塊化方向發展，外部結構越來越緊湊，因此，在現場運行中通過在線監測水輪機調速器各部結構性能參數來總體評估其狀態性能具有一定的難度。同時，由于水輪機調速器處于一個水、機、電聯合作用的復雜系統中，被調節、控制的系統會對調速器的狀態性能產生或多或少的影響，因此僅僅去監測水輪機調速器的某些狀態參數，如轉速（頻率）、導葉開度、漿葉角度和功率，還不能很全面客觀地對其狀態性能進行評估，必須將其置身于所調節、控制地整個系統中去考慮。因此，為了檢驗運行中水輪機調速器的狀態性能，一般都是通過一系列試驗來實現的，如靜特性和開、停機，空載擺動，空載擾動，突增、突減負荷，甩負荷等動態特性試驗。水輪機調速器的真機試驗一般分為無水試驗和有水試驗，而利用真機仿真技術就可以在無水狀態下進行有水試驗的項目，提前預知設備檢修質量和及早發現設備缺陷所在，為水電廠的檢修提供可信服的依據。

1調速器真機仿真的原理和方法

調速器真機仿真有2種建模方法：數字仿真和試驗仿真。數字仿真是人工構造機組的數學模型。將模型輸入到計算機，然后將這臺具有測量控制功能的計算機和調速器相連，由計算機中的模型代替真實機組，用軟件的方法實現仿真試驗。由于技術上的原因，人工構造的模型和實際機組模型存在一定的差異，仿真試驗的精度不是很高，很難用狀態分析軟件來判斷它的調節品質是否發生了變化。同時，由于人工構造模型需要人工介入，很難實現仿真試驗自動進行。

試驗仿真與數字仿真在構造數學模型和試驗方法上都大不一樣，它的建模原理是：被仿真的機組，如果以前做過一次動態特性試驗（如空載擾動、甩負荷等），而且試驗是很成功的。那么試驗過程中記錄的數據，已隱含著該機組的全部特性參數（包括水輪機的綜合特性曲線，發電機的Ta和引水系統的TW等）。在相同的工況下，如果重復上一次試驗，只要調速器（及相關機構）的控制特性不變，那么它們的過渡過程曲線應該是相同的。基于這種原理，可以將上一次的試驗文件作為樣板文件保存起來，每次仿真時將它調出來，通過一定的數學手段構造它的真實模型，對調速器做真機仿真試驗。將這次試驗的曲線和樣板文件的曲線進行比較，用狀態分析軟件進行分析，得出這次試驗是否成功，并判斷調速器（及相關機構）的調節特性是否變化，以及變化多大。由于使用了計算機自動構造模型，為仿真試驗自動進行提供了可能。

2精度分析和驗證方法

真機試驗仿真是根據實測的采樣數據，通過一定的數學方法構造它的真實模型。它的誤差主要來自2個方面：一是采樣信號的精度，二是數學模型的計算精度。采樣信號精度一般在0．2％～0．1％之間，而計算機的計算精度可以控制在很高的水平，一般都在萬分之一以上，因此總體精度可優于0．2％。由于真機試驗仿真的精度很高，這就為調速器的設備狀態分析提供了很高的可信度。

檢驗真機試驗仿真精度的方法比較簡單：對機組做一次真實的動態特性試驗（如甩負荷試驗），或可通過查詢相關的歷史資料；停機之后在無水狀態下，做一次同樣的真機仿真試驗，2次試驗的曲線應該完全重合。

3基于真機仿真試驗的水輪機調速器狀態監測系統

調速器的狀態監測由硬件和軟件2大部分組成。

硬件包括：計算機，高速數據采集系統，高精密數字變頻裝置，高精密數字測頻裝置，定子電流檢測模塊和相應的傳感器。

軟件包括：調速器所有試驗軟件，真機仿真建模軟件，真機仿真軟件，狀態分析軟件，在線監測軟件，通訊繪圖顯示軟件包，數據庫和趨勢分析軟件。若將調速器的狀態監測納入1臺機組的狀態監測系統或計算機監控系統中，則某些硬件（如計算機和高速數據采集系統）可以直接引用監控系統的計算機，而不需另外配置，只需配置數字變頻，數字測頻，定子電流檢測和傳感器等專用硬件即可。軟件部分可將試驗軟件包，真機仿真建模軟件，真機仿真軟件，狀態分析軟件和在線監測軟件放在下位機，而通訊繪圖顯示軟件包，數據庫和趨勢分析軟件放在上位機。在機組運行期間，利用在線監測軟件對調速器的運行狀態進行簡單的監測和分析。機組大修或初投時，可調用試驗軟件包完成調速器靜特性和所有動態特性試驗，并選取調節特性好的試驗文件作為樣板文件存入樣板庫。以后只要機組小修或停機無水狀態下，就可以進行真機仿真試驗。設計一個調度程序，由它來安排仿真試驗的時間和順序，全部自動進行。仿真后的試驗文件及分析結果自動傳送到上位機，并存入數據庫，同時可以顯示和打印。上位機的趨勢分析軟件將數據庫中歷年來的仿真試驗文件調出來進行趨勢分析，得出調速器是否需要大修的結論，從而實現調速器的狀態檢修。

4調速器的真機仿真的兩個重要意義

a．實現調速器的狀態分析和狀態監測。

b．甩負荷仿真可以代替真實的甩負荷。機組大修之后往往都要進行一次甩負荷試驗來檢查調速器及相關機構的調節控制特性。甩負荷試驗不僅要向調度申請，而且大型機組的甩負荷對系統和機組都產生很大的沖擊，影響機組壽命。甩負荷仿真試驗完全可以模擬真實的甩負荷，從而取代它。這樣既保證了檢修質量，又提高了工效，延長機組的使用壽命。

5應用前景

目前我省的水電廠采用的調速器種類較多，但大多數都已升級為微機型調速器，這就對用仿真技術實施調速器真機仿真提供了很好的應用背景。利用真機試驗仿真技術可以對調速器在充水之前就能了解調速器的大修質量和及時發現存在的問題隱患，為整個大修提供有力的技術保障。隨著狀態檢修工作的進一步深入開展，在水電廠進行調速器的真機仿真試驗已是勢在必行。通過在柘溪水電站做的仿真試驗以及實測真機的過渡過程進行的比較，調速器真機仿真試驗的結果是可以令人信服的。在逐步加深對調速器的狀態檢修的認識后，用調速器真機仿真試驗技術來進行狀態監測和評估調速器性能能夠得到更好的應用。