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基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的制作方法

文檔序號(hào):5252710閱讀:263來源:國知局

專利名稱::基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本實(shí)用新型涉及發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量控制裝置,尤其是一種基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置。
背景技術(shù)
:水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速是反映機(jī)組運(yùn)行工況的一個(gè)主要標(biāo)志。根據(jù)機(jī)組不同的轉(zhuǎn)速值,轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置就可以發(fā)出不同的命令和信號(hào),以對(duì)機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)操作或保護(hù)。例如當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的140%時(shí),發(fā)出飛逸信號(hào),命令機(jī)組事故停機(jī)操作,并關(guān)閉進(jìn)水閘門;當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的115%時(shí),如調(diào)速器的主配壓閥仍處于非關(guān)閉位置,則發(fā)出過速信號(hào)使過速保護(hù)裝置動(dòng)作,命令機(jī)組事故停機(jī);在以自同期方式的開機(jī)并網(wǎng)過程中,當(dāng)機(jī)組上升到額定轉(zhuǎn)速的98%(根據(jù)不同電站要求而定)時(shí),發(fā)出同期信號(hào),使發(fā)電機(jī)斷路器合閘,將機(jī)組投入系統(tǒng);停機(jī)過程中,當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的35%時(shí),發(fā)出制動(dòng)信號(hào),對(duì)機(jī)組進(jìn)行制動(dòng)等。由此可見,機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置是機(jī)組自動(dòng)化操作和保護(hù)必不可少的環(huán)節(jié)。該裝置的可靠性和穩(wěn)定性直接影響著機(jī)組的安全運(yùn)行。目前使用的轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置各有特色,按照信號(hào)源來源分為齒盤測(cè)頻方式(SSG)和殘壓測(cè)頻方式(PT)兩種,按照控制核心又可以分為單片機(jī)方式和PLC方式,按信號(hào)源區(qū)分SSG方式的最大的特點(diǎn)在于低轉(zhuǎn)速測(cè)量(范圍l~100Hz),信號(hào)直接反映機(jī)組的轉(zhuǎn)速,并且由于輸出為脈沖量信號(hào),不易受到干擾。但是,很重要的就是該型測(cè)速方式受探頭的安裝影響較大,特別是機(jī)組擺徑向擺動(dòng)較大時(shí),對(duì)測(cè)頻穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生影響。而且齒盤的加工精度直接到測(cè)速的精度。PT測(cè)量方式的特點(diǎn)在于信號(hào)通過PT采集,所測(cè)的信號(hào)的頻率即為機(jī)組的轉(zhuǎn)速,由于信號(hào)直接反映機(jī)組頻率,故其測(cè)頻精度高。但是其缺點(diǎn)在于低轉(zhuǎn)速情況下,測(cè)量穩(wěn)定性較差,特別是10HZ以下,不易測(cè)量準(zhǔn)確。還有一點(diǎn)就是,當(dāng)發(fā)電機(jī)處于失磁運(yùn)行是無法檢測(cè)其真實(shí)的機(jī)組轉(zhuǎn)速。按控制核心分單片機(jī)的最大有點(diǎn)在于價(jià)格便宜,通用型強(qiáng)。但其缺點(diǎn)在于抗干擾能力差、容易出現(xiàn)死機(jī)、程序跑飛、誤動(dòng)作等現(xiàn)象。PLC最大的特點(diǎn)在于為工業(yè)控制設(shè)計(jì),充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,抗干擾能力強(qiáng),平均無故障時(shí)間高等諸多特點(diǎn)。在國內(nèi)使用的轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置主要的工作方式為控制核心+單探頭,控制核心+雙纟笨頭、控制核心+單探頭+殘壓,控制核心+殘壓等等幾種方式,顯而易見的是其輸出的判斷依據(jù)僅僅只能來自于單信號(hào)源,當(dāng)單信號(hào)源出現(xiàn)異常時(shí),例如殘壓測(cè)速方式下機(jī)組失磁、由于齒盤安裝距離過遠(yuǎn)或過近就能使信號(hào)產(chǎn)生失真,造成裝置的信號(hào)誤報(bào)致使機(jī)組非正常停機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出的基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置,提供至少三個(gè)獨(dú)立的傳感器來檢測(cè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào),采用三選二的多數(shù)輸出原則,以期近于100%地保證輸出可靠性和準(zhǔn)確性,提高水輪機(jī)組安全性。所述基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置包括轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器,用于接收轉(zhuǎn)速信測(cè)量信號(hào)并基于此信號(hào)而控制調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器,其特征是所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有多路,為三路或五路,所述控制器是一種基于所測(cè)多路轉(zhuǎn)速信號(hào)按照三取二或五取三多數(shù)原則表決輸出控制信號(hào)的可編程控制器;轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器的信號(hào)輸出端與可編程控制器的輸入模塊相連,可編程控制器的輸出模塊經(jīng)其模擬量輸出端口及數(shù)字量輸出端口與水輪機(jī)保護(hù)裝置、水輪機(jī)繼電器控制接點(diǎn)相連。所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有三路,其中二路的信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)于發(fā)電機(jī)主軸處,為齒盤測(cè)頻傳感器,一路信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)于發(fā)電機(jī)繞組電壓輸出處,為殘壓測(cè)頻傳感器。本實(shí)用新型采用可靠性極高的可編程控制器為核心控制元件,極大的提高了硬件的可靠性。通過齒盤獲得的采樣信號(hào)極好地消除了信號(hào)源干擾,最低可測(cè)轉(zhuǎn)速達(dá)到1Hz左右;殘壓測(cè)頻范圍也大大改善,轉(zhuǎn)速可測(cè)范圍達(dá)到(7~90)Hz左右。該轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置不僅具有良好的硬件基礎(chǔ),而且其軟件功能也極為強(qiáng)大面板上的四位數(shù)碼管既能顯示機(jī)組頻率,還可根據(jù)用戶需要通過面板上的頻率/百分比切換開關(guān)顯示機(jī)組轉(zhuǎn)速百分比;信號(hào)指示燈分別指示轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的工作狀態(tài)(1個(gè)電源指示燈,1個(gè)頻率/百分比信號(hào)指示燈,多個(gè)繼電器動(dòng)作指示燈和1個(gè)故障指示燈);面板上的6個(gè)觸摸鍵分別用來整定轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的動(dòng)作值和顯示機(jī)組最大轉(zhuǎn)速。將轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置開發(fā)為大于三套的多輸入信號(hào),兩路SSG+—路殘壓(PT),可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)達(dá)到精確輸出的目的,采用三選二輸出的多數(shù)原則幾乎可以100%地保^正輸出的可靠性及準(zhǔn)確性。從而可大幅減少大型和特大型機(jī)組因?yàn)檗D(zhuǎn)速信號(hào)裝置的誤動(dòng)造成機(jī)組的非正常停機(jī),不僅可給電站帶來極大的經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)效益,而且還給電網(wǎng)的穩(wěn)定作出較大貢獻(xiàn),而且所耗成本極少。圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)原理圖;圖2為主控程序流程圖。具體實(shí)施方式如圖1示,所述基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置20包括轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器,用于接收轉(zhuǎn)速信測(cè)量信號(hào)并基于此信號(hào)而控制調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器,其特征是所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有多路,為三路或五路,所述控制器是一種基于所測(cè)多路轉(zhuǎn)速信號(hào)按照三取二或五取三多數(shù)原則表決輸出控制信號(hào)的可編程控制器10;轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器的信號(hào)輸出端與可編程控制器10的輸入模塊9相連,可編程控制器的輸出模塊11經(jīng)其模擬量輸出端口D/A12及數(shù)字量輸出端口D/D18與水輪機(jī)保護(hù)裝置、水輪機(jī)繼電器控制接點(diǎn)13相連。所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有三路,其中二路的信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)于發(fā)電機(jī)主軸3處,為齒盤測(cè)頻傳感器1、2,一路信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)于發(fā)電機(jī)繞組19電壓輸出處,為殘壓測(cè)頻傳感器6。所述轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置采用可靠性極高的FX2N系列作為可編程控制器10為核心控制元件,在系統(tǒng)原理圖l中,1、2為齒盤測(cè)頻傳感器(SSG1、SSG2),探測(cè)距離一般可為8mm,響應(yīng)頻率1KHZ,現(xiàn)場(chǎng)安裝距離保證在4mm士0.5mm可以保i正要求。6為殘壓測(cè)頻傳感器,設(shè)置在發(fā)電機(jī)出口,所取的電壓信號(hào),一般工作范圍0.3V150V間。PLC可編程序控制器10,為控制核心,控制程序在其內(nèi)部完成。頻率測(cè)量原理。無論是齒盤測(cè)頻方式(SSG)還是殘壓測(cè)頻方式(PT)其測(cè)量方式均采用的是測(cè)周法,即SSG是測(cè)量探頭經(jīng)過齒與齒之間的時(shí)間,同例PT是一個(gè)周波的時(shí)間。具體的測(cè)量原理如下測(cè)量的原理在于單位時(shí)間內(nèi)(300ms),采集到的中斷數(shù)"(齒數(shù)或周波數(shù))與其經(jīng)過的時(shí)間T之商即為頻率/。由于轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置主要用于自動(dòng)控制流程和保護(hù)用,而且受機(jī)組自身的化的影響,故300ms輸出一次并不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行,不像調(diào)速器對(duì)響應(yīng)時(shí)間和精度有極高的要求。1、三選二表決系統(tǒng)的構(gòu)成。令SSG1(齒盤測(cè)頻傳感器1)探頭的測(cè)量值為^艱K他)令SSG2(齒盤測(cè)頻傳感器2)探頭的測(cè)量值為&^2(他)令PT(殘壓測(cè)頻傳感器6)的測(cè)量值為FWK他)則SSG1與SSG2的運(yùn)行時(shí)的測(cè)量偏差為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>則SSG2與PT的運(yùn)行時(shí)的測(cè)量偏差為當(dāng)機(jī)組處于正常穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候由于受機(jī)組自身的化影響,轉(zhuǎn)速在極限情況下的上升率不會(huì)超過一個(gè)值,我們將其設(shè)為"(他)正常情況下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>SAF1So";我們記為條件滿足Ml為真-"A^2S巧我們記為條件滿足MS為真-exSAF3So";我們記為條件滿足^3為真則此時(shí)的輸出^=M1IM2I|M3,即三信號(hào)源均可作為正常的輸出,判斷結(jié)果正常。非正常狀態(tài)在此假設(shè)SSG2探頭輸出信號(hào)明顯異常,則根據(jù)上式可得AF1和AF2的數(shù)據(jù)會(huì)明顯大于ct,則條件中的M1和M3為假。式i。=Ml||M2|il/3=M2即當(dāng)探頭SSG2出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)異常時(shí),輸出就根據(jù)SSG1和PT輸出的信號(hào)作為輸出的依據(jù),極大的能夠保證裝置工作的可靠性。當(dāng)信號(hào)輸入源出現(xiàn)物理故障而沒有輸出是可以通過軟件進(jìn)行判斷的,例如SSG出現(xiàn)物理損壞,導(dǎo)致無脈沖信號(hào)輸出、PT信號(hào)因?yàn)楸kU(xiǎn)暴烈或斷線都是可以通過軟件判斷出來的,而對(duì)于非正常輸入信號(hào)通過表決系統(tǒng)是可以使設(shè)備正常工作的。故使用了表決系統(tǒng)的裝置可以極大的提高裝置的可靠性,可以極大的減少因轉(zhuǎn)速裝置造成的非正常停機(jī)。圖2所示程序流程圖說明了其才企測(cè)、判斷及控制過程。所述裝置采用交、直流雙電源供電,單路掉電時(shí)可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)電源切換。背板上的紅、綠兩個(gè)開關(guān)分別為交流和直流的電源開關(guān)。具體要求AC220V(±10%)DC220V(±10%)轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置采用日本三菱FX2N系列PLC作為核心控制元件,其基本配置如下交流電源直流電源<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>除此之外,還有EEPROM卡盒FX-EEPR0M-4(4K步)作為程序備份。其寫入、改寫時(shí)不需要專用的寫入器,而且不需要后備電源。由于采用接插方式并內(nèi)附保護(hù)電路,因此可靠性很高。測(cè)速輸入信號(hào)(如圖1示)(1)由2路齒盤測(cè)頻傳感器1、2(SSG1、SSG2)通過屏蔽電纜5輸入的機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)——測(cè)量24VDC開關(guān)量信號(hào),可測(cè)轉(zhuǎn)速范圍1~100Hz。(2)由殘壓測(cè)頻傳感器6(PT)輸入的機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)——可測(cè)信號(hào)范圍0.3150VAC,可測(cè)轉(zhuǎn)速范圍7-90Hz。校驗(yàn)信號(hào)校驗(yàn)齒盤測(cè)頻信號(hào)時(shí),使用信號(hào)發(fā)生器接轉(zhuǎn)換接口,校驗(yàn)殘壓測(cè)頻信號(hào)時(shí),可將信號(hào)發(fā)生器信號(hào)直接接入相應(yīng)殘壓測(cè)頻端口。輸出信號(hào)DC24V電源8(提供接近開關(guān)的工作電源)繼電器空接點(diǎn)輸出(可根據(jù)客戶要求調(diào)整。默認(rèn)值第1、2、3點(diǎn)為下越限動(dòng)作,即小于整定值動(dòng)作,第4、5、6、7點(diǎn)為上越限動(dòng)作,即大于整定值動(dòng)作),常開接點(diǎn)輸出,輸出容量AC250V/5A備用繼電器空接點(diǎn)輸出,常開接點(diǎn)輸出(可選)故障繼電器空接點(diǎn)輸出,一開一閉空接點(diǎn)輸出,發(fā)生故障時(shí)繼電器勵(lì)磁,輸出容量AC250V/5A才莫擬量輸出12。其中輸出電壓(010V)對(duì)應(yīng)(0100Hz);輸出電流(4~20mA)對(duì)應(yīng)(0~1OOHz)故障報(bào)警機(jī)組運(yùn)行過程中,當(dāng)測(cè)速輸入信號(hào)之一故障時(shí),自動(dòng)切換至另一路測(cè)速輸入信號(hào)控制輸出,故障繼電器動(dòng)作接點(diǎn)開出,故障指示燈亮。故障復(fù)位之前,發(fā)生過故障的測(cè)頻通道無效。當(dāng)轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置測(cè)頻輸入信號(hào)均故障時(shí),故障繼電器動(dòng)作接點(diǎn)開出,故障指示燈亮,顯示和模擬量輸出被復(fù)位,轉(zhuǎn)速范圍指示繼電器保持故障前一時(shí)刻的狀態(tài)。安裝要求a)齒盤4應(yīng)通過螺栓連接固定在齒盤安裝處,同時(shí)焊接牢固,軸向禁止串動(dòng)。(2)齒盤測(cè)頻傳感器1、2應(yīng)安裝牢固,其探頭面應(yīng)與齒盤4外切面平4亍,并與齒盤切面間隔不超出4.0mm~4.5mm,同時(shí)保證機(jī)組在整個(gè)運(yùn)行過程中接近開關(guān)的探頭面不超出齒盤的上、下端面。(3)齒盤測(cè)頻傳感器1、2用三芯金屬屏蔽電纜5連接到轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的機(jī)箱后板,金屬屏蔽電纜的長度不大于100m,—端接地。如果齒盤測(cè)頻傳感器1、2接線錯(cuò)誤,將有可能導(dǎo)致齒盤測(cè)頻傳感器永久性損壞,這一點(diǎn)務(wù)必引起用戶的注意。如果用戶接線正確,合上轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的工作電源,在機(jī)組運(yùn)行過程中,將能觀察到齒盤測(cè)頻傳感器1、2處的指示燈閃爍,同時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的數(shù)碼管顯示機(jī)組頻率,否則,應(yīng)仔細(xì)檢查齒盤和齒盤測(cè)頻傳感器的安裝,確保無誤。(4)殘壓測(cè)頻傳感器6輸入信號(hào)需要采用獨(dú)立的屏蔽線。(5)電源隔離變壓器7安裝在轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置機(jī)箱外。電源進(jìn)線引至隔離變壓器,輸出端接到轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置。圖1中,14為開關(guān)量輸入模塊,15為面板顯示,16為轉(zhuǎn)速范圍指示燈,17為頻率數(shù)碼顯示器。權(quán)利要求1.一種基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置,包括轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器,用于接收轉(zhuǎn)速信測(cè)量信號(hào)并基于此信號(hào)而控制調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器,其特征是所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有多路,為三路或五路,所述控制器是一種基于所測(cè)多路轉(zhuǎn)速信號(hào)按照三取二或五取三多數(shù)原則表決輸出控制信號(hào)的可編程控制器;轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器的信號(hào)輸出端與可編程控制器的輸入模塊相連,可編程控制器的輸出模塊經(jīng)其模擬量輸出端口D/A及數(shù)字量輸出端口D/D與水輪機(jī)保護(hù)裝置、水輪機(jī)繼電器控制接點(diǎn)相連。2.如權(quán)利要求1所述的基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置,其特征是所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有三路,其中二路的信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)于發(fā)電機(jī)主軸處,為齒盤測(cè)頻傳感器,一路信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)于發(fā)電機(jī)繞組電壓輸出處,為殘壓測(cè)頻傳感器。專利摘要一種基于表決輸出方式的水輪機(jī)可編程轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置,包括轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器,用于接收轉(zhuǎn)速信測(cè)量信號(hào)并基于此信號(hào)而控制調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器,其特征是所述轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器有多路,為三路或五路,所述控制器是一種基于所測(cè)多路轉(zhuǎn)速信號(hào)按照三取二或五取三多數(shù)原則表決輸出控制信號(hào)的可編程控制器;轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量傳感器的信號(hào)輸出端與可編程控制器的輸入模塊相連,可編程控制器的輸出模塊經(jīng)其模擬量輸出端口D/A及數(shù)字量輸出端口D/D與水輪機(jī)保護(hù)裝置、水輪機(jī)繼電器控制接點(diǎn)相連。本實(shí)用新型提供至少三個(gè)獨(dú)立的傳感器來檢測(cè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào),采用三選二的多數(shù)輸出原則,可以100%地保證輸出可靠性和準(zhǔn)確性,大大提高了水輪機(jī)組運(yùn)行安全性。文檔編號(hào)F03B15/00GK201016985SQ20072008374公開日2008年2月6日申請(qǐng)日期2007年3月12日優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日發(fā)明者向家安,張新華,胡乙進(jìn)申請(qǐng)人:武漢事達(dá)電氣股份有限公司
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