水轮机调速系统测试技术现状及其发展趋势

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1、水轮机调速系统测试技术现状及其发展趋势王兰芳（武汉华英电力科技有限公司武汉）摘要水轮机速度调节系统是水力发电控制的重要组成部分，不断增长的水轮机调速系统测试需求和国产调速器技术的变革推动了水电站调速系统专业测试仪器产生和发展，在近20年时间里，水轮机调速系统测试技术在国内经历了几个发展阶段，仪器试验项目翻盖范围不断增加，甚至某些仪器已经成为了超出调速系统测试范畴的水电站综合性试验仪器，国内水轮机调速系统测试技术已经具有了比较高的水平，尽管如此在水轮机调速系统测试技术依然存在一些问题，突出表现在产

2、业化程度低，仪器稳定性和可靠性差等，这些问题将会促使水轮机调速系统专业测试仪器进入一个全新的发展阶段。关键词：水轮机调速系统水轮机调速器专业测试仪一次调频1引言水轮机调速器是水轮机调节系统的核心组成部分，水轮机调速器调节品质好坏对水轮发电机组运行的安全性、经济性以及电力系统电能质量和安全具有重大意义，在调速器生产、安装启动和大修等环节，都需要对其性能和特性进行全面测试，其试验包括产品出厂试验和现场交接验收试验。我国国家标准和有关行业标准等对水轮机调速系统及装置的设计制造、特性指标和测试验收方法、

3、条件均提出了明确要求。但是如果没有专业的试验仪器配合要完成这些试验是相当有困难的，例如：（1）新产品在实验室开发阶段，没有真实发电机组，不能构成闭环系统进行动特性试验，以确定调速器是否能够按照正常调节规律运行，直接到工业现场试验成本极高，并存在很大的安全隐患。（2）水轮机调速器在出厂时，都要进行出厂检验试验以确定调速器是否能按照正确的规律调节控制水轮机的运行，但是在调速器厂家往往没有条件构造水力发电现场环境。（3）在水电站现场，调速器安装投运和大修时，要对调速系统进行试验，试验过程中需要全程记录

4、，并计算相关参数指标，完成这些工作所需仪器繁多，过程复杂，容易出错。（4）要求调速器测试人员有较高的专业知识和丰富的实践经验，并且结果处理工作量大，容易带来误差。这些不断增长的市场需求和近些年新兴技术的发展，导致了水轮机调速系统专业测试仪器的产生和快速发展。2水轮机专业测试仪器应用领域分析水轮机调速系统专业测试仪器的使用单位主要包括水轮机调速器生产厂家，学校，科研机构，水电站，水电建设单位以及电力科学研究院。测试仪在这些单位的典型应用场景可归纳为以下几类：（1）水轮机调速器生产厂家和科研机构在水

5、轮机调速器厂家和科研机构，调速系统专业测试仪器所承担的任务主要是仿真发电机组，新的水轮机调速器研制过程中，需要反复试验，但是在水轮机调速器生产厂家或者科研机构，往往没有真实水电站运行环境，那么就需要构造一套能让水轮机调速器运转起来的系统。调速系统专业测试仪器能够满足这种需求，通过采集水轮机调速器导叶主接力器行程信号，模拟发电机组计算机组频率，将得到的机组转速信号输出至水轮机调速器，让水轮机调速器像在真实水电站环境一样正常运转。此时系统原理框图如图1所示，这样就可以大大方便水轮机调速器的研制开发。

6、每一台水轮机调速器被生产出来时，都需要对其质量进行检测，观察其是否能按照正常规律完成对水轮发电机组的控制。这样的质量检测包括静态试验和动态试验两个环节，对于静态试验，手工试验方法耗时长，容易出错，计算结果比较复杂；动态试验环节则需要一个真实运行环境，能够让水轮机调速器正常运转起来。调速系统专业测试仪器在这两个试验环节中都可以发挥重要作用，一方面自动完成调速器静态试验，速度快并且结果准确；另一方面调速系统专业测试仪器还可以仿真发电机组给水轮机调速器提供一个能使其正常运行的环境，并且记录整个动态试验

7、过程，自动计算结果给出相应的参数和报告。图1专业测试仪器处于仿真工作模式时的系统原理框图（2）水电站、电力科学研究院和水电建设单位新的水轮发电机组投运和处于运行中的发电机组大修时，都需要完成调速器调试工作，其中一个重要方面就是对调速器进行试验，检测调速器性能指标是否能达到国家标准要求。水轮机调速系统专业测试仪可以记录整个试验过程，采集试验数据，实时给出试验的各种数据波形，自动计算试验结果给出试验报告，此时的系统连接原理图如图2所示。另一方面目前很多的水轮机调速系统专业测试仪器还加入了一次调频功能

8、和同期试验功能，这使得调速系统专业测试仪器的应用范围得到大大扩展，同期试验可以用来在投运和检修时检测同期装置性能，而一次调频试验功能则通过发送高精度频率信号来检测调速器死区，同时还可以模拟和记录整个电网的一次调频试验过程，从而检查调速器的一次调频功能。图2专业测试仪器在水力发电现场的工作模式原理框图（3）学校水轮机调速系统专业测试仪器还可以模拟整个发电机组现场运行环境，为高校和职业学校水电站运行课程教学提供一个良好实验平台，通过水轮机调速系统仿真测试仪模拟水电站运行过程中调速器的调节规律、开关机