一种用于水轮机调速器的实训装置及方法与流程

1.本发明涉及调速器故障诊断实训装置技术领域，具体而言，涉及一种用于水轮机调速器的实训装置及方法。


背景技术：

2.水轮机调速器是水轮发电机组非常重要的辅助控制设备，也是水电站机组事故、故障、缺陷多发设备之一，它的运行品质好坏直接影响机组安全稳定运行。为确保水轮机调速器可靠运行，就必须提高从业人员对水轮机调速器事故、故障进行分析、判断的能力，及时采取预防措施，增强缺陷处理能力。但实际工作中，我们很难有机会对水轮机调速器系统的事故、故障、缺陷进行全面学习，也没有机会在实际设备上进行水轮机调速器的运行、检修、安装、调试实际演练，或实际操作，这影响了从业人员专业技能的提升。
3.为了提高水轮机调速器从业人员专业技能，增强设备事故、故障、缺陷分析处理能力，因此亟需一种用于水轮机调速器的实训装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种集水轮机调速器电气控制系统和调速器机械液压系统、接力器、导水机构为一体的水轮机调速器装置实训设备，它能仿真水轮机调速器运行情况，可进行水轮机调速器检修、安装实际操作教学，也能进行水轮机调速器调试、试验演示，员工可以在设备上进行实际操作培训，它是一种即安全、功能齐全的调速器实训设备。
5.本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种用于水轮机调速器的实训装置，包括调速器电气控制系统和调速器机械液压系统，还包括：水轮发电机组仿真装置及用于通过开关量控制所述调速器电气控制系统的监控控制中心，所述监控控制中心与上位机具有信号连接；
6.所述调速器电气控制系统与调速器机械液压系统连接，所述调速器系统由油压装置、油压装置控制单元、接力器、接力器位置反馈装置、过速限制器、事故配压阀、分段关闭装置以及导水机构组成，其中，所述油压装置控制单元与油压装置连接，所述油压装置与接力器连接，所述接力器与水轮发电机组仿真装置连接，所述接力器位置反馈装置与调速器电气控制系统具有信号连接；
7.所以油压装置控制单元包括滤油器，所述滤油器的输出端分别与事故配压阀、分段关闭装置和过速限制器连接，所述分段关闭装置连接于事故配压阀和接力器之间，所述接力器连接至导水机构。
8.根据一种优选实施方式，所述油压装置控制单元还包括主配压阀、换向阀、伺服比例阀及紧急停机电磁阀；
9.所述油压装置包括回油箱，所述回油箱通过换向阀分别与主配压阀、事故配压阀及滤油器连接；
10.所述调速器电气控制系统通过伺服比例阀连接接力器。
11.根据一种优选实施方式，所述伺服比例阀及紧急停机电磁阀均设置有两个。
12.根据一种优选实施方式，所述油压装置连接有油泵、安全阀、油软管、蓄能器及卸荷阀。
13.根据一种优选实施方式，所述安全阀采用直动式溢流阀，安装于油泵出口处。
14.根据一种优选实施方式，所述主配压阀采用卧式安装、通径为dn50的主配压阀。
15.根据一种优选实施方式，所述事故配压阀采用插装阀式，带机械过速和电气过速动作的功能及接口电磁阀的事故配压阀。
16.根据一种优选实施方式，所述分段关闭装置采用滑阀式，带时间调整和拐点更改功能的分段关闭装置。
17.本发明还提供一种用于水轮机调速器的实训装置使用方法，应用上述所述的装置，包括如下步骤：
18.s1.将监控控制中心与上位机通信连接；
19.s2.进行设置故障的操作；
20.s3.通过监控控制中心向调速器电气控制系统输入信号控制其开启；
21.s4.投入一次调频指令或功率闭环指令；
22.s5.控制水轮发电机组仿真装置断路器的开合，进行空载调节或实现功率闭环调整；
23.s6.通过上位机进行调速器的报警、故障、状态等信息的实施反馈及监测。
24.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明各组件结构布置紧凑，安装方便，并配置高性能水轮发电机组仿真装置，可以依据国家标准进行机组开停机、带负荷、甩负荷等常规试验，还可以进行一次调频、功率闭环等各类涉网试验，便于运维、检修人员进行调速器设备运行操作，日常维护消缺、检修，以及动/静态试验等专业技能培训，并模拟故障处理。其根据结合水电站水轮机调速器实际功能设计而成，紧贴实际设备，真正达到培训专业人员，提升专业技能的目的。
附图说明
25.图1为本发明实施例1提供的实训装置的结构示意图；
26.图2为本发明实施例1提供的实训装置的原理框图；
27.图标：100
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油压装置控制单元，200
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接力器，300
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事故配压阀，400
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分段关闭装置，500
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蓄能器，600
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回油箱，700
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导水机构，800
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油压装置。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.实施例1
30.参阅图1所示，图1示出了本发明实施例提供的一种用于水轮机调速器的实训装置的结构示意图。
31.本发明实施例提供一种用于水轮机调速器的实训装置，包括调速器电气控制系统和调速器机械液压系统，还包括：水轮发电机组仿真装置及用于通过开关量控制所述调速器电气控制系统的监控控制中心，所述监控控制中心与上位机具有信号连接。
32.进一步的，以下对本实施例的调速器机械液压系统进行说明，所述调速器电气控制系统与调速器机械液压系统连接，所述调速器系统由油压装置800、油压装置控制单元100、接力器200、接力器位置反馈装置、过速限制器、事故配压阀300、分段关闭装置400以及导水机构700组成。
33.其中，所述油压装置控制单元100与油压装置800连接，所述油压装置800与接力器200连接，所述接力器200与水轮发电机组仿真装置连接，所述接力器位置反馈装置与调速器电气控制系统具有信号连接。分段关闭设置两段斜率，第一段主要抑制转速上升，第二段降低压力钢管水压上升率，减弱尾水水锤效应。
34.所以油压装置控制单元100包括滤油器，所述滤油器的输出端分别与事故配压阀300、分段关闭装置400和过速限制器连接，所述分段关闭装置400连接于事故配压阀300和接力器200之间，所述接力器200连接至导水机构700。
35.进一步的，所述油压装置控制单元100还包括主配压阀、换向阀、伺服比例阀及紧急停机电磁阀；所述油压装置800包括回油箱600，所述回油箱600通过换向阀分别与主配压阀、事故配压阀300及滤油器连接；所述调速器电气控制系统通过伺服比例阀连接接力器200。回油箱600用于贮存液压油，并作为本发明实施例的调速器的安装机体。
36.进一步的，所述伺服比例阀及紧急停机电磁阀均设置有两个，配合1个换向阀以此可实现自动、手动、紧急停机的功能。
37.进一步的，所述油压装置800连接有油泵、安全阀、油软管、蓄能器500及卸荷阀。在本实施例中，采用三相异步电机做来驱动油泵。油泵采用高压齿轮泵，体积小，效率高，安装灵活。安全阀采用的是带调节手柄的直动式溢流阀，安装在油泵出口处。其作用是当系统油压高于额定油压，而油泵仍在工作时，安全阀开启将油泵输出的压力油直接排入回油箱600。调整阀内弹簧的预压量可整定其开启压力值。蓄能器500采用囊式蓄能器500，囊式蓄能器500是一种油气隔离的压力容器，钢瓶内的胶囊预充氮气。当油泵将液压油输入蓄能器500时，囊胶内气体体积随压力增加而减小，从而储存能量。通常，蓄能器500内的油、气比为1：1。
38.在本发明实施例中，还包括吸油口滤油器，安装在油泵吸油口上，用于阻拦絮状、颗粒状机械杂质，以保护油泵。还包括安装在压力管路上的高精度滤油器，采用进口玻璃纤维滤材，具有过滤精度高、通油能力强等特点，而且拆卸方便。此滤油器安装在压力管路上，用以进一步阻挡杂质，提高压力油的清洁度，从而保证系统正常可靠工作。进一步的，还包括蓄能器500放油阀，用以当蓄能器500故障时，开启放油阀，将蓄能器500中的压力油放入回油箱600，便可检修或更换蓄能器500。还包括压力送变器和压力开关，用以当油压下降或上升到整定值时，接点闭合，将讯号发送给油泵电机控制柜，开启或关闭油泵。压力表采用德国wika。
39.进一步的，本实施例的所述主配压阀采用卧式安装、通径为dn50的主配压阀。
40.进一步的，本实施例的所述事故配压阀300采用插装阀式，带机械过速和电气过速动作的功能及接口电磁阀的事故配压阀300。
41.进一步的，本实施例的所述分段关闭装置400采用滑阀式，带时间调整和拐点更改功能的分段关闭装置400。
42.参阅图2所示，图2示出本发明实施例提供的实训装置的原理框图。
43.监控控制中心通过开关量(开机、停机、增减等指令)控制调速器电气控制系统，调速器电气控制系统输出电信号，通过比例伺服阀控制(配置电气放大板)控制接力器200即导叶接力器200，接力器位置反馈装置将采集到的导叶接力器200的位移信息分别发送至调速器电气控制系统和水轮发电机组仿真装置；水轮发电机组仿真装置输出机组转速信号至调速器电气控制系统。
44.其中，当水轮发电机组仿真装置断路器位置分开时，仿真装置将导叶开度信号转换成机组频率输出到电调，电调进行空载调节；当断路器位置合上时，仿真装置模拟发电，电调将进行发电调节，调速器电气控制系统将仿真装置输入的机组有功功率信号发送至监控控制中心，监控控制中心收到该信号，即可对仿真装置实现功率闭环调整。需要说明的是，本实训装置，当一次调频指令投入时，调速器可进行一次调频试验；当有功闭环指令投入时，调速器可进行功率闭环试验，其中，功率设定值通过串口以modbus规约接收。所述调速器电气控制系统连接有一频率信号发生器。
45.进一步的，以下对本实施例的调速器电气控制系统进行说明，本实施例的调速器电气控制系统采用safr
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2000h系列水轮机调速器电气调节装置。该装置由双重供电模块、测频信号处理模块、冗余配置的x20 pcc控制器、触摸屏等组成，新型的x20 pcc控制器采用了模块化式的插拔结构，由cpu模件、电源模件、开入模件、开出模件、模入模件、模出模件、测频模件、对时模件、通讯模件组成，它具有功耗低、结构紧凑、信号断线报警等优点，两套控制器之间依靠智能切换plc来实现主从机之间的切换。
46.其中，pu模块负责整个流程的控制，完成机组调节计算和控制输出；以太网通讯、人机界面通讯等通讯模件高速计数模块，完成对机组、电网频率的仿真测量；模拟量输入模块完成导叶接力器200行程、机组功率、水头测量，而模拟输出模块完成2路电液转换器的控制输出；开关量输入模块可采集开机、停机、发电、增加、减少等外部开关量命令；开关量输出模块可输出手动、一次调频等状态信号以及一些故障信号。测频信号、功率信号均通过水轮发电机组仿真装置进行仿真，其他信号均通过实时反馈及开关量tia人为干预实现系统闭环调节。
47.需要说明的是，采用上述模块所组成的a、b双机冗余切换系统，所有的pcc模块均为冗余配置，可保证两个调节器之间的信息冗余和相互切换时能稳定工作。两个调节器具有独立的供电电源和独立的反馈采样通道。两套cpu分别处理采集到的信号，一套处于主控模式，另一套处于热备用模式。当其中一套发生故障或需要检修时，通过智能切换单元使另一套立即投入运行。两套pcc之间的主从切换是由一个智能切换装置来控制的，该智能切换装置选用的是欧姆龙公司zen可编程plc。当主机pcc出现故障而另一套pcc正常运行时，plc会自动将正常运行的pcc切换为主机。调速器电气控制系统的人机接口界面选用b&r公司15寸高亮度液晶触摸显示屏。作为调速器整个控制系统的监控显示和操作界面，该触摸屏和pcc控制器具有同一套软件开发平台,两者之间通信无需编程，兼容性好，且采样速度快、内存大，实时性好，可实现实时通信，实时录波等优点。
48.本发明实施例还提供一种用于水轮机调速器的实训方法，应用到上述所述的实训
装置，包括如下步骤：
49.s1.将监控控制中心与上位机通信连接；
50.s2.进行设置故障的操作；
51.s3.通过监控控制中心向调速器电气控制系统输入信号控制其开启；
52.s4.投入一次调频指令或功率闭环指令；
53.s5.控制水轮发电机组仿真装置断路器的开合，进行空载调节或实现功率闭环调整；
54.s6.通过上位机进行调速器的报警、故障、状态等信息的实施反馈及监测。综上所述，本发明各组件结构布置紧凑，安装方便，并配置高性能水轮发电机组仿真装置，可以依据国家标准进行机组开停机、带负荷、甩负荷等常规试验，还可以进行一次调频、功率闭环等各类涉网试验，便于运维、检修人员进行调速器设备运行操作，日常维护消缺、检修，以及动/静态试验等专业技能培训，并模拟故障处理。其根据结合水电站水轮机调速器实际功能设计而成，紧贴实际设备，真正达到培训专业人员，提升专业技能的目的。
55.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。