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電力技術
汽輪機調速器和機組負荷響應試驗仿真測試儀
時間：2022-11-06
中試控股技術研究院魯工為您講解：汽輪機調速器和機組負荷響應試驗仿真測試儀
ZSTS-203汽輪機調速器仿真測試儀
汽輪機調速測試儀是針對于熱電廠電調速系統、熱電廠自動準同期系統特性檢測而開發的一種綜合性測試平臺，儀器可以完成DEH靜特性，轉速死區測量、負荷響應試驗和同期試驗等試驗項目,自動生成各種類型的試驗報告，203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。
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
ZSTS-203汽輪機調速器仿真測試儀簡介
汽輪機調速測試儀是針對于熱電廠電調速系統、熱電廠自動準同期系統特性檢測而開發的一種綜合性測試平臺，儀器可以完成DEH靜特性，轉速死區測量、負荷響應試驗和同期試驗等試驗項目,自動生成各種類型的試驗報告，203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。
ZSTS-203汽輪機調速器仿真測試儀特點
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. 自動計算各種試驗的試驗參數
6. 簡單方便的通道濾定方式
7. 使用 U 盤或移動硬盤等存儲設備方便的導出試驗數據
8. 實時繪制試驗曲線，并且提供多種曲線分析工具，使用戶可以對曲線進行任意縮放和定位操作
9. 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
10. 采用防抖動處理，避免用戶錯誤操作
ZSTS-203汽輪機調速器仿真測試儀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路方波頻率測量通道，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
5.一路方波信號頻率輸出，45Hz～55Hz 輸出頻率誤差小于 0.001Hz，輸出范圍 1.3～200Hz，一路4-20mA 頻率輸出，輸出頻率范圍可自定義，滿量程誤差小于 0.1%
6.8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
7.1個USB 口用于數據下載或鍵盤，鼠標輸入
8.觸摸屏方式實現人機交互
9.儀器自帶 4G 數據存儲空間
10.12.1 寸大彩屏顯示
ZSTS-203汽輪機調速器仿真測試儀參數
1.8個低電壓輸入通道，信號范圍為-10V~10V，各個通道相互隔離
2.8個弱電流輸入通道，信號范圍為-20mA~20mA，各個通道相互隔離
3.2個方波頻率信號測量通道，輸入電壓范圍 0~110V（有效值），測量范圍 0~1000HZ
4.2個無源節點開關量輸入通道，輸入信號為機械節點
5.2個有源節點開關量輸入通道，輸入信號電壓范圍為 12V~220VDC
6.1個頻率信號輸出通道，輸出頻率信號幅值 AC12V，輸出頻率范圍 1.3Hz~200Hz，45Hz～55Hz 內輸出頻率誤差小于 0.001Hz，全量程內頻率誤差小于 0.005Hz
7.1個4-20mA 頻率輸出，輸出頻率值范圍可自定義，輸出電流誤差小于 0.01mA
注意：接線時請注意面板上信號的輸入輸出范圍
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（1）水輪機調速器生產廠家和科研機構
在水輪機調速器廠家和科研機構，調速系統專業測試儀器所承擔的任務主要是仿真發電機組，新的水輪機調速器研制過程中，需要反復試驗，但是在水輪機調速器生產廠家或者科
研機構，往往沒有真實水電站運行環境，那么就需要構造一套能讓水輪機調速器運轉起來的系統。調速系統專業測試儀器能夠滿足這種需求，通過采集水輪機調速器導葉主接力器行程信號，模擬發電機組計算機組頻率，將得到的機組轉速信號輸出至水輪機調速器，讓水輪機調速器像在真實水電站環境一樣正常運轉。此時系統原理框圖如圖1所示，這樣就可以大大方便水輪機調速器的研制開發。
每一臺水輪機調速器被生產出來時，都需要對其質量進行檢測，觀察其是否能按照正常規律完成對水輪發電機組的控制。這樣的質量檢測包括靜態試驗和動態試驗兩個環節，對于靜態試驗，手工試驗方法耗時長，容易出錯，計算結果比較復雜；動態試驗環節則需要一個真實運行環境，能夠讓水輪機調速器正常運轉起來。調速系統專業測試儀器在這兩個試驗環節中都可以發揮重要作用，一方面自動完成調速器靜態試驗，速度快并且結果準確；另一方面調速系統專業測試儀器還可以仿真發電機組給水輪機調速器提供一個能使其正常運行的環境，并且記錄整個動態試驗過程，自動計算結果給出相應的參數和報告。
圖1專業測試儀器處于仿真工作模式時的系統原理框圖
（2）水電站、電力科學研究院和水電建設單位
新的水輪發電機組投運和處于運行中的發電機組大修時，都需要完成調速器調試工作，其中一個重要方面就是對調速器進行試驗，檢測調速器性能指標是否能達到國家標準要求。水輪機調速系統專業測試儀可以記錄整個試驗過程，采集試驗數據，實時給出試驗的各種數據波形，自動計算試驗結果給出試驗報告，此時的系統連接原理圖如圖2所示。
另一方面目前很多的水輪機調速系統專業測試儀器還加入了一次調頻功能和同期試驗功能，這使得調速系統專業測試儀器的應用范圍得到大大擴展，同期試驗可以用來在投運和檢修時檢測同期裝置性能，而一次調頻試驗功能則通過發送高精度頻率信號來檢測調速器死區，同時還可以模擬和記錄整個電網的一次調頻試驗過程，從而檢查調速器的一次調頻功能。
圖2專業測試儀器在水力發電現場的工作模式原理框圖
（3）學校
水輪機調速系統專業測試儀器還可以模擬整個發電機組現場運行環境，為高校和職業學校水電站運行課程教學提供一個良好實驗平臺，通過水輪機調速系統仿真測試儀模擬水電站運行過程中調速器的調節規律、開關機過程、各種事故及其狀態等等。
3水輪機調速系統測試技術現狀
3.1測試模式和測試手段
在國內，八十年代初期，中國水利水電科學研究院即開始這方面的研究工作，他們提出了"模擬調節對象+真實調速器"的模式。隨后，眾多的專家學者在水輪機仿真模型的建立，調速器控制策略研究方面進行了廣泛的探討，工程技術人員則在調速器的仿真研究、設計生產以及檢修測試方面進行了有益的探索。
1989年，孔昭年提出了一種描述水輪機動力學狀態的新方法，以適應水輪機調節系統實時仿真需要。該方法的中心思想是以流量特性矩陣與力矩特性矩陣來取代傳遞系數表征水輪機的流量與力矩特性[3]。1992年，蔣日東在水電機組的控制研究過程中，建立了相應的水電機組仿真模型，隨后近20年時間，水輪機專業測試儀器經歷了幾個大發展階段。
最先出現的測試模式是仿真調節對象+水輪機調速器模式，水輪機調速系統專業測試儀器通過采用數字仿真方法來模擬調節對象，經I/O接口與真實調速器相連，可進行調速器全部靜、動態特性試驗及調速系統動態試驗。它的研制成功，推動了國產調速器調試手段的發展，為水輪機調速器自動測試技術開展提供了良好的開端。
1998年以后，華中科技大學率先領導了水輪機調速系統測試技術的新革命，先后以Intel8086芯片和DSP2407芯片為核心，通過RS232串行通訊接口將測試儀與PC機相連，推出了新型的水輪機調速系統仿真測試儀[2]，該類型儀器不僅能以模擬調節對象+調速器模式工作，還能應用于發電現場實現對調速器的靜、動態性能進行全程測試、記錄、處理、打印保存工作，大大簡化了調速系統試驗過程和數據處理過程，降低了試驗錯誤幾率，提高了試驗效率。
近兩年水輪機調速系統測試技術更是得到了飛速發展，測試儀器出現了很多新的變化，試驗儀器的主流配置基本都變成了DSP2812+USB2.0模式，新的測試儀器信號采集和輸出通道數量多，速度快，精度高，數據處理變得更加方便，并且試驗項目也大大增加，某些試驗儀器甚至發展成為了超出了調速系統試驗范疇的水電站綜合性試驗儀器，例如中試和華中科技大學共同研制的新型調速系統仿真測試儀不僅能完成常見的調速系統靜、動態試驗，還能完成并網同期試驗，一次調頻試驗，甚至故障錄波和在線監測等任務。
3.2測試項目
隨著水輪機調速系統測試技術的發展，專業測試儀器的測試項目也發生了很大變化。早期的試驗儀設計的試驗項目都是仿真調速系統進行常規試驗，例如靜特性試驗，仿真擺動試驗，仿真擾動試驗，仿真甩負荷試驗等等，試驗項目非常少。
現如今的水輪機調速系統專業測試儀器除了完成仿真模式常規測試項目以外，都能完成水力發電現場試驗記錄，計算和自動數據處理，一般試驗儀器設計的試驗項目包括：靜特性，空載擺動試驗，空載擾動試驗，不動時間試驗，甩負荷試驗，開機過程記錄等，該類型試驗已經變成了調速系統專業測試儀器的主要應用。
同期試驗和一次調頻試驗屬于非調速系統試驗范疇，但是某些試驗儀器已經將這些試驗也納入了儀器的試驗項目，尤其是水電站一次調頻試驗，該試驗雖然是一個比較經典的電站常規試驗，但是在水力發電行業受到關注卻是近兩年的事情，目前水電站一次調頻試驗在全國各省變得越來越多熱門，隨著水電裝機容量比例不斷增加，水電站一次調頻功能對提高大電網穩定性發揮著非常重要的作用，一次調頻試驗對專業試驗儀器也提出了比以往更高的要求，尤其是儀器的頻率輸出和發送精度要求比早期儀器提高了一個數量級。
4水輪機調速系統測試技術的發展趨勢
雖然水輪機調速系統專業測試儀器經歷了很長時間的發展，但是現在還不能說水輪機調速系統測試儀器已經非常成熟，該類型測試儀從一出生就有著很多先天性缺陷，并且這些缺陷被一代一代傳遞了下來。由于市場規模有限，全國的測試儀器都缺乏產業化運作和推廣，基本上都是高校或科研院校單打獨斗，儀器研發、調試、檢測和生產過程及其不規范，這些狀況使得該類型的儀器存在一個通病即穩定性和可靠性極差。另一個問題是現有的測試儀器都使用筆記本電腦和儀器聯機方式采集、處理數據，該方式存在非常多的不可靠因素，如通信過程不可靠，上位機軟件不可靠，筆記本電腦多用途等等，往往容易造成儀器死機，這種現象在很多儀器上都存在。為了克服上述這些問題，武漢大學和華中科技大學的部分產品都開始了產英業化運作，并對產品的工作原理正進行革命化的調整，例如中試公司即將推出基于嵌入式系統的調速系統仿真測試儀，該儀器將能夠有效的避免老式儀器的不可靠和死機問題，并且在產品整個研發和生產過程中都進行嚴密監控和嚴格測試，以保證儀器質量。
從測試項目來看，調速系統專業測試儀器正在超越調速系統測試儀范疇，很多儀器已將同期，一次調頻等非調速系統試驗項目納入儀器試驗，并且測試儀還將擔當錄波器的任務，實施對水力發電現場進行實時監控和故障錄波，這將使得測試儀能得到更好的應用，甚至從某種意義上，調速系統測試儀還可能發展成為具有水力發電廠故障錄波功能的綜合性儀器。
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