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電力技術
水輪機調速器動態特性的微機型仿真測試系統
時間：2022-11-06
中試控股技術研究院魯工為您講解：水輪機調速器動態特性的微機型仿真測試系統
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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3.8生成試驗報告
試驗完成后試驗結果以圖3.8的方式展示，在結果查看器中選擇生成報告類型，然后點擊生成報告則在儀器中會自動生成WORD/EXCEL格式的試驗報告，試驗報告的名字與保存的試驗文件名字相同。
試驗報告中的曲線圖形和當前顯示的示波器中的圖形完全一樣，并且儀器會對圖形進行自動標識，儀器的試驗報告如圖3.9所示。
圖3.9空載擺動試驗報告
3.9波器操作
儀器的示波器組件實現的主要功能包括：
1）數據采集時的實時示波
2）數據采集完成后對數據進行波形回放
3）數據波形的整體放大，整體縮小，X軸放大，X軸縮小，定位，撤銷操作等
4）數據波形的參數統計，統計內容包括平均值，最大值，最小值，開關量跳動次數，以及這些參數所對應的時間軸
5) 對單條曲線進行，Y軸放大，Y軸縮小，Y軸上移/下移/平移，雙線統計等操作
6）通道名稱定義，物理量單位定義
示波器組件外形如圖3.2所示，左右兩邊的工具欄是針對示波器的操作，當鼠標離開工具欄時，工具欄會自動收起顯示當前的坐標系，當鼠標進入工具欄的文字提示處時，工具欄會自動打開，顯示可以進行的操作按鈕。
針對于示波器的操作包括：通道與坐標設置，圖形放大，縮小，X軸放大，X軸縮小，參數統計，撤銷操作，坐標自動選擇，數據定位，單線統計分析，單線上移，單線下移，單線平移，單線放大，單線縮小，應用當前坐標設置至模板等操作。
圖3.10 通道設置
1） 通道與坐標設置完成通道名稱定義，單位定義，顏色設置，是否顯示，信號坐標范圍，時間軸范圍，當前坐標系配置等設置功能。
其中通道設置如圖13所示，其中通道1，通道2……通道8對應儀器主機面板的CH1，CH2…..CH8等8個物理通道，通道名稱文本框是信號通道在該試驗模板中的物理量名稱，后面緊跟的是物理量的單位，展示時曲線的顏色， 當是否顯示復選框選中時，曲線將顯示在示波器中，否則曲線將不在示波器中展示。
圖3.11 示波器的坐標設置
坐標設置對話框如圖3.11所示,通過最小值和最大值來定義當前信號展示時的坐標范圍，調整坐標范圍可以實現對曲線的放大和縮小，通道小數點位數用于控制示波器數據展示和分析時小數點位數，此項決定了此通道數據在系統中展示時所使用的小數點位數。
X軸設置即為時間軸的范圍設置，將X坐標小數點增多將可以增加時間分析的分辨率。
坐標系選擇可以選擇4條曲線的坐標作為當前顯示的坐標系。當設置的X軸范圍超過限制時，儀器會自動調整至允許設置的最大值。
2） 圖形的放大與縮小
儀器提供四種方式對當前窗口的波形進行放大與縮小，第一種方式是使用示波器左邊快捷工具欄的放大與縮小工具，第二種方式是調整波形的坐標范圍，第三種通過按下鼠標或者一直按觸摸屏在LCD上繪制一個矩形區域以實現對圖形的精確縮放，第四種是通過示波器右邊快捷工具欄對特定曲線進行放大和縮小。
其中波形放大，縮小和矩形區域縮放控制這兩種方式是針對當前窗口的所有信號進行的操作，而坐標調整和特定曲線的縮放則是針對特定的某一條曲線，并且對特定曲線的縮放只影響Y坐標的調整
3) X軸放大與縮小
X軸的放大與縮小操作是指調整當前示波器圖形的時間窗口，并不改變曲線的Y軸坐標范圍。
4）圖形定位
在示波器左邊快捷工具欄可以啟動或者關閉數據定位操作，啟動數據定位操作后，示波器中會顯示一條定位紅線，示波器數據框會顯示當前紅線對應的時間，以及該時刻各個通道的數值
圖3.12 參數統計
5）參數統計
在左邊的快捷工具欄中選擇參數統計，儀器會展示當前示波器時間窗口中模擬信號的平均值，最大值，最小值，以及它們的時間位置，開關量跳變次數，以及它們首次跳變的時間位置。展示結果如圖3.12所示。
6）自動坐標
在左邊快捷工具欄中有一個自動坐標選項，此選項的作用是保持當前的時間窗口不變，自動調整曲線的Y坐標值，使所有的曲線都能以合適的大小顯示在當前窗口中
7） 應用至模板
儀器處于非運行狀態時，點擊應用至模板則當前示波器的設置參數會被自動保存至當前試驗的模板參數中，下次再次啟動試驗時會以當前坐標為模板進行初始化設置。
8）單線的放大，縮小，上移，下移
在示波器的右邊模板點擊單線選擇，確定需要操作的曲線，然后通過放大，縮小，上移和下移可以調整該曲線的Y軸大小和位置
圖3.13 雙線統計
9） 單線的平移
在示波器的右邊模板點擊單線選擇，確定需要操作的曲線，點擊曲線平移，則用戶在示波器中按下鼠標（或觸摸屏壓下），然后移動鼠標，曲線會在屏幕上移動與鼠標等值的Y軸距離。
10） 曲線的雙線統計
在示波器的右邊模板點擊單線選擇，確定需要操作的曲線，點擊開啟雙線統計，則示波器中會出現紅色和藍色的兩條曲線，并且示波器中會給出該曲線劃定時間區間內的平均值，最大值，最大值時間，最小值，最小值時間，兩根定位線的時間差DT，數值差DV，數值時間變化率DV/DT，以及藍色曲線對應的T2時間和數值V2. 在進行雙線統計分析時，紅色曲線T1所對應的數值全部在示波器中的文本框中更新。雙線統計圖形如圖3.13所示
3.10 虛擬鍵盤
儀器啟動時會自動加載虛擬鍵盤，通過虛擬鍵盤用戶可以實現文字和數據輸入等功能，虛擬鍵盤的按鍵位置和功能與實際物理鍵盤一致，當虛擬鍵盤啟動后在屏幕右上角能看到橙色按鈕。
點擊該按鈕時虛擬鍵盤被展開，點擊虛擬鍵盤的”HIDE”鍵時，虛擬鍵盤被隱藏。如果儀器中無橙色方塊顯示，可以通過儀器主界面的啟動虛擬鍵盤按鈕啟動鍵盤。
虛擬鍵盤的常見操作如下：
1 “HIDE” 隱藏虛擬鍵盤
2“ENT”回車確認選擇
3 “FN”+“EXI”關閉虛擬鍵盤程序
4“CAP”大寫輸入鎖定
5“<<”和“>>”左移和右移光標
6 “UP”和“DN”上移，下移光標
需要在儀器中輸入中文時可以開啟手寫輸入法，在儀器試驗選擇主菜單打開手寫輸入快捷菜單，在一起左上角會顯示“手寫”的橙色小塊，按住橙色小塊拖動可以改變其位置，單擊橙色小塊時可以開啟和關閉手寫鍵盤。
第四章 試驗項目
4.1 空載擺動試驗
試驗原理與目的：空載擺動試驗是指機組在沒有帶負荷的空載工況運行，記錄180S內機組轉速波動的最大值。
試驗接線：
1）對于非仿真模式：
1> 連接機組頻率信號至測試儀“機組頻率”測量端子
2> 連接導葉接力器行程信號至測試儀“導葉行程輸入”測量端子
3> 若有漿葉接力器行程，則連接漿葉接力器行程信號至“漿葉行程輸入”測量端子
2）儀器工作在仿真模式
1> 將儀器的“仿真頻率輸出”端子連接至調速器機組頻率測量輸入
2> 連接調速器導葉接力器行程至測試儀“導葉行程輸入”測量端子
3> 若有漿葉接力器，則連接漿葉接力器行程信號至“漿葉行程輸入”測量端子
試驗操作：試驗連線完成后，使調速器運行于空載工況，點擊軟件主界面空載擺動試驗出現試驗參數設置對話框如圖4.1 所示，空載擺動試驗可設置的參數只有采樣頻率，記錄時間達到180S時，試驗會自動停止，試驗完成后，軟件自動計算最大波動值。
圖4.1 空載擺動試驗參數設置
圖4.2 空載擾動試驗參數設置
4.2 空載擾動試驗
試驗原理與目的：空載擾動試驗記錄機組在沒有帶負荷的空載工況運行時，機組調速系統遇到外加干擾時，自動跟蹤干擾信號的能力和速度。
試驗連線：空載擾動試驗的連線和空載擺動試驗相同
試驗操作：試驗連線完成后，使調速器運行于空載工況，點擊軟件主界面空載擾動試驗出現試驗參數設置對話框如圖4.2所示，設定采樣頻率，最長記錄時間，干擾施加方式和穩態最大波動，其中穩態最大波動為軟件自動判斷試驗停止的條件。試驗啟動后，當儀器監測到信號的最大波動小于設定的“穩態最大波動值”并且持續一段時間，試驗記錄會自動停止。如果試驗過程中記錄達到了最長記錄時間或用戶點擊了停止試驗，則試驗也會被停止。試驗完成后，軟件自動計算超調量，波動次數，穩定時間等參數。
如果是處于非仿真模式，試驗過程中儀器運行到達指定起擾時間時會改變“仿真頻率輸出”端子的頻率輸出值至擾后頻率。對于仿真模式，只能通過調速器面板的頻率給定方式加擾，儀器本身不輸出擾動，因為儀器只有一個頻率輸出通道。
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