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水輪機調(diào)速器真機仿真試驗技術(shù)在水電廠的應(yīng)用
（作者未知） 2009/5/5
摘 要 介紹了水輪機調(diào)速器真機仿真試驗中真機建模的兩種方法，即數(shù)字建模與試驗建模的可行性，結(jié)合水電廠實際情況進(jìn)行前景分析，為仿真技術(shù)在實際中的運用提出了建設(shè)性意見。
關(guān)鍵詞 水輪機調(diào)速器 真機仿真試驗 水電 應(yīng)用
0 前 言
為了順利地開展水電廠狀態(tài)檢修工作，必須對水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確全面的評估。
水輪機調(diào)速器是水輪發(fā)電機組的一個重要輔助設(shè)備，其狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到發(fā)電機的供電質(zhì)量并影響水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行。全面、有效、客觀地評價設(shè)備狀態(tài)的有效手段是對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)性能參數(shù)的在線監(jiān)測，并將監(jiān)測到的運行參數(shù)與有關(guān)儀表及規(guī)程進(jìn)行比較作出其狀態(tài)性能的評估。由于大中型水輪機調(diào)速器都是微機型的，是一種高度智能化的調(diào)節(jié)設(shè)備，其硬件結(jié)構(gòu)又是千差萬別，并趨向于集成化、模塊化方向發(fā)展，外部結(jié)構(gòu)越來越緊湊，因此，在現(xiàn)場運行中通過在線監(jiān)測水輪機調(diào)速器各部結(jié)構(gòu)性能參數(shù)來總體評估其狀態(tài)性能具有一定的難度。同時，由于水輪機調(diào)速器處于一個水、機、電聯(lián)合作用的復(fù)雜系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)、控制的系統(tǒng)會對調(diào)速器的狀態(tài)性能產(chǎn)生或多或少的影響，因此僅僅去監(jiān)測水輪機調(diào)速器的某些狀態(tài)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速（頻率）、導(dǎo)葉開度、漿葉角度和功率，還不能很全面客觀地對其狀態(tài)性能進(jìn)行評估，必須將其置身于所調(diào)節(jié)、控制地整個系統(tǒng)中去考慮。因此，為了檢驗運行中水輪機調(diào)速器的狀態(tài)性能，一般都是通過一系列試驗來實現(xiàn)的，如靜特性和開、停機，空載擺動，空載擾動，突增、突減負(fù)荷，甩負(fù)荷等動態(tài)特性試驗。水輪機調(diào)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(shù)就可以在無水狀態(tài)下進(jìn)行有水試驗的項目，提前預(yù)知設(shè)備檢修質(zhì)量和及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷所在，為水電廠的檢修提供可信服的依據(jù)。
1 調(diào)速器真機仿真的原理和方法
調(diào)速器真機仿真有2種建模方法：數(shù)字仿真和試驗仿真。數(shù)字仿真是人工構(gòu)造機組的數(shù)學(xué)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(diào)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(xiàn)仿真試驗。由于技術(shù)上的原因，人工構(gòu)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(tài)分析軟件來判斷它的調(diào)節(jié)品質(zhì)是否發(fā)生了變化。同時，由于人工構(gòu)造模型需要人工介入，很難實現(xiàn)仿真試驗自動進(jìn)行。
試驗仿真與數(shù)字仿真在構(gòu)造數(shù)學(xué)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(tài)特性試驗（如空載擾動、甩負(fù)荷等），而且試驗是很成功的。那么試驗過程中記錄的數(shù)據(jù)，已隱含著該機組的全部特性參數(shù)（包括水輪機的綜合特性曲線，發(fā)電機的Ta和引水系統(tǒng)的TW等）。在相同的工況下，如果重復(fù)上一次試驗，只要調(diào)速器（及相關(guān)機構(gòu)）的控制特性不變，那么它們的過渡過程曲線應(yīng)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(diào)出來，通過一定的數(shù)學(xué)手段構(gòu)造它的真實模型，對調(diào)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(jìn)行比較，用狀態(tài)分析軟件進(jìn)行分析，得出這次試驗是否成功，并判斷調(diào)速器（及相關(guān)機構(gòu)）的調(diào)節(jié)特性是否變化，以及變化多大。由于使用了計算機自動構(gòu)造模型，為仿真試驗自動進(jìn)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(jù)實測的采樣數(shù)據(jù)，通過一定的數(shù)學(xué)方法構(gòu)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(shù)學(xué)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(yōu)于0．2％。由于真機試驗仿真的精度很高，這就為調(diào)速器的設(shè)備狀態(tài)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(tài)特性試驗（如甩負(fù)荷試驗），或可通過查詢相關(guān)的歷史資料；停機之后在無水狀態(tài)下，做一次同樣的真機仿真試驗，2次試驗的曲線應(yīng)該完全重合。
3 基于真機仿真試驗的水輪機調(diào)速器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
調(diào)速器的狀態(tài)監(jiān)測由硬件和軟件2大部分組成。
硬件包括：計算機，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高精密數(shù)字變頻裝置，高精密數(shù)字測頻裝置，定子電流檢測模塊和相應(yīng)的傳感器。
軟件包括：調(diào)速器所有試驗軟件，真機仿真建模軟件，真機仿真軟件，狀態(tài)分析軟件，在線監(jiān)測軟件，通訊繪圖顯示軟件包，數(shù)據(jù)庫和趨勢分析軟件。若將調(diào)速器的狀態(tài)監(jiān)測納入1臺機組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)或計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，則某些硬件（如計算機和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）可以直接引用監(jiān)控系統(tǒng)的計算機，而不需另外配置，只需配置數(shù)字變頻，數(shù)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(tài)分析軟件和在線監(jiān)測軟件放在下（未完，下一頁）
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