水轮机模型试验技术的新进展

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1、水轮机模型试验技术的新进展　　1、高台参数　　较高试验水头：H=100m；较大试验流量：Q=1.2m3/s；测功机转速：n=300～1800r/min；水泵电机功率：P=400kW×2；测功机功率：P=400kW；水库容积：750m3；校正罐容积：120m3；效率试验精度：±0.25%。试验台机械系统示意图见图。　　2、电气自动控制系统　　试验台电气系统由二台直流水泵电机、一台直流测功机（可按发电机及电动机两种方式运行）、静压轴承系统、23台电动阀门、真空泵、压缩机等组成。试验台试验时，需对电机及测功机的转速和负载不断地变换，甚至要求发电机和电动机的运行方式交变进行，阀门也要不断切

2、换，以满足各种不同试验工况的需要。　　2.1传动装置　　直流调速系统的调速方案，即直流电动机转速和其它参量的关系可用下式表达：n=U-IR/KeФ。由上式可见，直流电动机的调速方法有3种：改变电枢回路的总电阻R、减弱电动机磁通Ф和调节电枢的供电电压U。此处所采用的变流调压的直流调速方案中，采取数字式给定与调速反馈，提高了调速系统的稳态精度。数字控制由计算机实现，并同时实现PI、PID及其它各种特殊控制规律。试验台采用了ABB公司智能全数字调速系统DCS500，它包括的主要模块文件有：桥组、变流器风机、温度传感器、电流板、控制板、功率接口板、励磁单元、通讯板、控制盘等，具有电枢电流和

3、磁场电流控制环节的自调谐功能。DCS500能满足快速响应和控制精度的要求，同时具有完善的过流、过压、故障接地等自诊断功能，通过控制盘或计算机方便地进行故障的诊断和监测。　　2.2PLC控制技术PLC是本系统的控制核心，它把来自各部分的输入信号经内部处理转换为输出信号，以控制变流器的工作状态，向变流装置发出速度、方向、加速度等控制信号，采集调速装置输出的各种电枢电压、电流和转速信号；在不同试验工况下，完成阀门状态的自动组合；接收各种传感器信号，接收操作台上各部件及计算机键盘发出的信号，同时向指示灯、数字显示仪表、计算机显示器发出状态或数字信号，并检测、分析处理故障。DCS500变流装

4、置的数字I/O联接板与模拟I/O联接板的输入/输出与PLC的输入、输出接口相连，完成各种控制信号的传递。　　2.3工业控制计算机系统运行时，工控机与PLC进行实时通讯，在KingView工业控制组态软件支持下，对试验台运行情况进行动态监测，运用图形界面反映系统各相关数据，操作者通过计算机完成运行时的全部操作。　　3、综合测试系统　　3.1传感器与信号调理流量采用精度为0.2%的MSF900型电磁流量计，校准方式采用容积为120m3的精度为0.08%的标准容积筒，通过管路切换，在不改变流量计的工作状态下进行校准；试验水头采用精度为0.075%的3051CD型差压传感器测量，采用精度为

5、0.02%的活塞压力计进行原位校准；力矩采用精度为0.02%的1110-A0型负荷传感器，采用精度为0.0025%的标准砝码进行原位校准。信号调理是指对30几路传感器的输出信号分不同类别进行隔直、降噪、滤波、放大等，转换成适合于数采器接收的标准信号。　　3.2VXI总线与A/D转换　　该系统是采用基于VXI总线的数采系统。它利用ID（仪器驱动程序）、SCPI（可编程仪器的标准命令）和P&P可十分方便、灵活地调用、指挥各种不同仪器完成上百种测试功能，主要模块功能如下：　　①E1413C扫描A/D场效应管（FET）多路转换器（MUX）。主要指标：16位A/D，读数精度0.01%，扫描频

6、率100kHz，64通道。它的扫描速度快（每通道较短为10μs），精度高，功能丰富（有自校、开路传感器检测OTD，曲线或直线拟合，上、下报警限测量等），它目前配有E1501A（直接输入）、E1503A（可编程增益）、E1510A（采样/保持）等各种不同功能的SCP（信号调整插件）。　　②E1483A，VXIlink，即把VXI直接连接到外部微机的“控制器”。该模块的一端有一个插在HP75000主机箱的0槽，经由电缆将其另一端ISA插卡插在微机上。　　③E1432A，16通道数字化含义。水流压力脉动、振动、径向力等动态信号是试验台测量内部的一大部分，该模块有抗混、滤波等动态信号处理（

7、DSP）功能。　　④E1332A，4通道计数器/累加器，该模块为B尺寸，增加一个E1403B适配器后装到C尺寸的主机箱上。主要功能为计数、测频率、测时间等。另外还配有E1411B、数字电压表模块，E1460A继电器模块等。　　3.3计算机系统　　计算机系统由一台HPnetSeverE40/6服务器、三台HPVL5/200微机、HP4Vc网络打印机等组成，采用Windows2000界面的WindowsNT平台。其中一台微机与HP75000数采器相联，采集到的试验数据由该