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聯(lián)系我時(shí),請(qǐng)告知來(lái)自 環(huán)保在線1.概況本章扼要介紹水電站水輪機(jī)系列綜合測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)、構(gòu)成、主要功能及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)
本章扼要介紹水電站水輪機(jī)系列綜合測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)、構(gòu)成、主要功能及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。
水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)是對(duì)水電廠調(diào)速器、調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行全面動(dòng)靜特性試驗(yàn)的一種多功能儀器系統(tǒng)。同時(shí),可對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)的線性或非線性仿真,以便在調(diào)速器出廠前或水電廠檢修后機(jī)組不具備開啟條件的情況下,模擬水力機(jī)組動(dòng)態(tài)特性,檢驗(yàn)調(diào)速器和整個(gè)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。為進(jìn)一步滿足機(jī)組測(cè)試需求,本儀器系統(tǒng)還具有機(jī)組振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)、電量等物理量的測(cè)量及相應(yīng)的信號(hào)分析功能,包括頻譜分析、相關(guān)分析和小波分析等時(shí)頻分析功能,從而,不僅可以作為一臺(tái)通用的采集與分析系統(tǒng)使用,也使得機(jī)組在過渡過程中的振動(dòng)、擺度信號(hào)的測(cè)量和分析成為可能。此外,考慮到近年來(lái)業(yè)內(nèi)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能和調(diào)速系統(tǒng)辨識(shí)建模 (也稱參數(shù)測(cè)試)的廣泛關(guān)注,的軟件版本也引入了一次調(diào)頻性能指標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算和基于遺傳算法的辨識(shí)建模功能。
本測(cè)試系統(tǒng)凝聚了多年的水輪發(fā)電機(jī)組微機(jī)調(diào)速器及調(diào)速系統(tǒng)的測(cè)試仿真、機(jī)組振動(dòng)擺度測(cè)試及信號(hào)分析等相關(guān)系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),順應(yīng)了眾多水電站測(cè)試工程師的需要,是新一代的集調(diào)速系統(tǒng)測(cè)試、機(jī)組實(shí)時(shí)仿真、參數(shù)辨識(shí)和信號(hào)分析等多種功能為一體的試驗(yàn)儀器系統(tǒng)。本儀器是同時(shí)滿足GB/T 9652.1-2007《水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件》、GB/T 9652.2-2007《水輪機(jī)控制系統(tǒng)試驗(yàn)》, DL/T 1120-2009《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試及實(shí)時(shí)器技術(shù)條件》和 DL/T 1245-2013 《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需求的新型測(cè)試儀器。
本儀器在硬件上,采用了的浮點(diǎn)型DSP控制器 (TMS320F28335) 作為儀器的核心,保證了在進(jìn)行各類機(jī)組線性和非線性仿真情況下的實(shí)時(shí)性。在軟件上,采用專門用于測(cè)試系統(tǒng)的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)(LabWindows/CVI)開發(fā),保證了儀器的軟件可靠性、多種操作系統(tǒng)下的可移植性和易學(xué)、易用性。本儀器可實(shí)現(xiàn)測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化及數(shù)據(jù)處理的智能化和文檔電子化。其主要特點(diǎn)包括:
水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)由前置機(jī)(本儀器,也稱下位機(jī))和上位機(jī) (分析機(jī))構(gòu)成。發(fā)電機(jī)部分由便攜式電量記錄分析儀完成,并做勵(lì)磁試驗(yàn),其中前置機(jī)主要用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、簡(jiǎn)單的信號(hào)分析處理以及實(shí)時(shí)仿真算法的實(shí)現(xiàn),并將采集到的信息和必要的分析處理或?qū)崟r(shí)仿真結(jié)果通過網(wǎng)口以TCP/IP協(xié)議發(fā)送給分析機(jī) (臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦)。
分析機(jī)安裝有完整的測(cè)試仿真軟件,是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種功能的核心。它通過通信接口從前置機(jī)獲得調(diào)速器的各種數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)仿真算法的結(jié)果,進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示、分析,并自動(dòng)完成水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)各項(xiàng)測(cè)試和仿真結(jié)果處理。所有結(jié)果和曲線均可實(shí)時(shí)顯示、復(fù)現(xiàn)、保存和打印。該軟件可安裝在任何使用Windows XP/Windows 7 的計(jì)算機(jī)上。圖1-1為HDS3-TG-A型儀器的實(shí)物圖 (其余機(jī)型類似),圖1-2為它的簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1-2 HDS3-TG 系列水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
本儀器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于高性能的前置機(jī)。其硬件構(gòu)成是基于DSP控制器TMS320F28335的高性能數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。DSP工作頻率可達(dá)150 MHz,可實(shí)現(xiàn)每秒3億次的浮點(diǎn)運(yùn)算,足以保證實(shí)時(shí)快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和復(fù)雜線性及非線性仿真算法的實(shí)現(xiàn),克服了以往測(cè)試系統(tǒng)采用單片機(jī)處理器,受限于其處理能力和運(yùn)算速度的問題。此外,它具有很高的集成度和豐富的外圍接口,如:高速高精度A/D (80ns),定時(shí)器,PWM單元(用于頻率信號(hào)發(fā)生),捕捉單元(用于頻率信號(hào)測(cè)量)及片上Flash和RAM等。因此系統(tǒng)硬件緊湊,可靠性高。
本前置機(jī)的特點(diǎn)是在無(wú)通用操作系統(tǒng)的情況下,實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)下的基于TCP/IP協(xié)議的高速通訊。可方便實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)前置機(jī)通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與電腦遠(yuǎn)程連接進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試與仿真的功能。與大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)不同,這里實(shí)現(xiàn)通訊的關(guān)鍵部件選用了商業(yè)硬件協(xié)議芯片 (的硬件版本使用W5300)。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于避免了以往軟件協(xié)議棧的編程復(fù)雜和通訊可靠性不高等問題,也避免了通信部分對(duì)CPU資源的占用,實(shí)現(xiàn)了高性能與高可靠性的結(jié)合。
對(duì)于所有的模擬輸入,儀器內(nèi)部均采用了高性能隔離放大器,以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與儀器間以及通道與通道間的隔離。同時(shí),為適用于各種類型和范圍的模擬輸入信號(hào),每個(gè)通道均可通過選擇不同的信號(hào)適配器以滿足各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的要求。
HDS3-TG-A水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)的軟件由前置機(jī)軟件和分析機(jī)軟件兩部分構(gòu)成。前置機(jī)軟件使用美國(guó)TI公司的CCS DSP軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行開發(fā),整個(gè)軟件由C語(yǔ)言編寫,編譯后固化在前置機(jī)DSP芯片的FLASH中。
系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)主要取決于分析機(jī) (上位機(jī)) 軟件,采用了專門的測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)(也稱虛擬儀器開發(fā)平臺(tái))-美國(guó)NI公司的Labwindows/CVI 2013 SP2開發(fā)。CVI是美國(guó)NI (National Instrument)公司利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的32位面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。可以在多操作系統(tǒng)下,如windows98/NT/2000/XP/7/8、Mac OS、和UNIX等下運(yùn)行。它以工程技術(shù)人員所熟知的ANSI C為核心,將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。它的集成化開發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫(kù)函數(shù)為熟悉C語(yǔ)言的開發(fā)人員建立自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。與其它編程語(yǔ)言相比,它的特點(diǎn)包括:圖形化交互式設(shè)計(jì)方法、豐富的庫(kù)文件、提供對(duì)多種來(lái)自于不同廠家的硬件支持、數(shù)據(jù)庫(kù)支持、internet支持等。其中稱道的是提供了豐富的虛擬儀表控件,簡(jiǎn)化了圖形用戶接口的設(shè)計(jì),以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析工具。因此,所開發(fā)的調(diào)速系統(tǒng)測(cè)試仿真軟件具有可靠性高、中文界面友好、易學(xué)、易用等諸多優(yōu)點(diǎn)。
本儀器原名為GTS-3型水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)多功能試驗(yàn)裝置。為了適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展,同時(shí)也為了后續(xù)推出系列儀器的分類,現(xiàn)已更名為HDS3-TG-A水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng) (以下簡(jiǎn)稱調(diào)速系統(tǒng)測(cè)試)。主要區(qū)別在于模擬輸入通道的使用方法、最多可使用的通道數(shù)及機(jī)內(nèi)使用的模數(shù)變換器類型。
表1-1各機(jī)型儀器的硬件配置簡(jiǎn)要描述
| HDS3-TG-A |
輸入輸出連接方式 | 航空插頭座 |
隔離的模擬輸入通道數(shù) | 8 (16) |
AD變換器位數(shù) | 16 bit |
模擬輸入航插芯數(shù) | 6 |
模擬輸入適配器 | 不需要 |
模擬輸入精度 | 0.15% F.S. |
模擬輸入量程切換 | 更改航空插頭引線端子 |
傳感器用電源 | 公共24V |
模擬輸出通道數(shù) | 3 (4) |
模擬輸出是否隔離 | 是 |
隔離的測(cè)頻輸入通道數(shù) | 2 |
隔離的頻率輸出通道數(shù) | 2 |
隔離的開關(guān)量輸入通道數(shù) | 4 |
開關(guān)量輸入形式 | 繼電器接點(diǎn)或電子開關(guān) |
開關(guān)量輸出通道數(shù) | 4 |
開關(guān)量輸出形式 | 繼電器接點(diǎn) |
高性能以太網(wǎng)主板 | 是 |
采樣頻率/通道 | ≥3000Hz |
上下位機(jī)實(shí)際通訊速度 | 高 |
依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9652.1-2007《水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件》、GB/T 9652.2-2007《水輪機(jī)控制系統(tǒng)試驗(yàn)》,以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1120-2009《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試及實(shí)時(shí)器技術(shù)條件》,HDS3-TG 系列水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器(含單調(diào)、雙調(diào))及其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行全面試驗(yàn),包括靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、一次調(diào)頻試驗(yàn)、模型參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)以及水力機(jī)組的線性和非線性實(shí)時(shí)仿真等,也可作為通用的存儲(chǔ)型示波錄波器用于電廠其它設(shè)備的試驗(yàn)項(xiàng)目中。此外,還可作為信號(hào)分析儀,對(duì)采集到的振動(dòng)、擺度信號(hào)或其它信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,功率譜分析,相關(guān)分析及小波分析等多角度的時(shí)頻分析,達(dá)到一機(jī)多用的目的。在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)試驗(yàn)中,可自動(dòng)或半自動(dòng)計(jì)算性能指標(biāo)、自動(dòng)記錄波形,并可保存和打印。該機(jī)可實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:
此外,作為高級(jí)應(yīng)用,儀器還提供如下信號(hào)分析功能:
HDS3-TG 系列水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)按功能分類的樹形結(jié)構(gòu)框圖如圖1-3所示。圖中,有星號(hào)的試驗(yàn)項(xiàng)目可用于自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告。注意,所提供的過渡過程指標(biāo)自動(dòng)或手動(dòng)分析功能、模型辨識(shí)功能及信號(hào)時(shí)頻分析功能適用于所有具有波形顯示和記錄功能的界面。
圖1-3 HDS3-TG-A水電站水輪機(jī)調(diào)速綜合測(cè)試系統(tǒng)功能框圖
1.5.1 參數(shù):
1) 模擬量輸入通道
所有通道均可由外接的信號(hào)適配器(需另行訂貨)擴(kuò)展為其它的輸入信號(hào)形式。可選的適配器輸入量程有0~±10V、0~±5V、0~5V、0~20V、0~20mA、4~20mA等,每種適配器還可選配與系統(tǒng)隔離的單端或雙端傳感器電源 (詳見附錄4)。
2) 模擬量輸出通道
注意,上述路電壓信號(hào)與電流輸出通道共用一個(gè)D/A變換通道。
3) 頻率測(cè)量輸入通道
4) 頻率信號(hào)輸出通道
5) 開關(guān)量輸入通道
6) 開關(guān)量輸出通道
7) 以太網(wǎng)接口
8) 數(shù)據(jù)采集性能
9) 供電電源
交流220V±10%,50Hz/60Hz。
10) 外形尺寸及重量
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