水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，包括循環(huán)水系統(tǒng)(1)、勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)(2)、調(diào)速控制系統(tǒng)(3)、變頻換相系統(tǒng)(4)、監(jiān)控系統(tǒng)(5)、負(fù)荷系統(tǒng)(6)、量測系統(tǒng)(7)、模型機(jī)組系統(tǒng)(8)和模型水道系統(tǒng)(9)，在該平臺(tái)上可以進(jìn)行大波動(dòng)、小波動(dòng)和水力干擾等過渡過程及其他相關(guān)問題的試驗(yàn)研究。其優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明集成度高，工作性能穩(wěn)定可靠，操作簡易、控制精密，可有效的完成水電站過渡過程相關(guān)的各項(xiàng)基礎(chǔ)性與應(yīng)用基礎(chǔ)性試驗(yàn)。適用于大中小型常規(guī)模型水電站和模型抽水蓄能電站。
【專利說明】水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水電站模型試驗(yàn)平臺(tái)，具體的說是一種水電站過渡過程整體物理模型 試驗(yàn)平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002] 模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算是開展科學(xué)研宄、工程應(yīng)用必不可少的兩種相輔相成的研宄 手段。其中，模型試驗(yàn)不僅能驗(yàn)證理論分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性和精確性，而且能觀 測、揭示物理現(xiàn)象的在內(nèi)規(guī)律，促進(jìn)理論分析和數(shù)值計(jì)算的發(fā)展。
[0003] 水電站引水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程是流體、機(jī)械、電氣、甚至結(jié)構(gòu)相互耦合的復(fù)雜的動(dòng) 態(tài)過程。一方面，過渡過程理論和數(shù)值計(jì)算已完整地考慮了水機(jī)電聯(lián)合過渡過程共同作用； 另一方面，現(xiàn)有的將水、機(jī)、電分開研宄的方法及成果無法滿足各類輸水系統(tǒng)復(fù)雜布置的電 站（特別是：大型長輸水道地下式水電站、抽水蓄能電站）設(shè)計(jì)和運(yùn)行的需要，所以需要開 展包含水力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的水電站過渡過程整體性物理模擬。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了開展水電站過渡過程整體性物理模擬，需要構(gòu)建相應(yīng)的整體物理模型試驗(yàn)平 臺(tái)，此平臺(tái)應(yīng)由循環(huán)水系統(tǒng)、勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)速控制系統(tǒng)、變頻換相系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、 負(fù)荷系統(tǒng)、量測系統(tǒng)、模型機(jī)組系統(tǒng)、模型水道系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成，并且監(jiān)控系統(tǒng)和量測系 統(tǒng)均包含硬件和軟件兩部分、其他子系統(tǒng)僅包含硬件，然后方可在此平臺(tái)上進(jìn)行大波動(dòng)、小 波動(dòng)和水力干擾等過渡過程及其他相關(guān)問題的試驗(yàn)研宄。
[0005] 為了達(dá)到上述的目的，水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建必須解決兩 個(gè)層面的問題，S卩（1)模型相似律的推導(dǎo)，（2)模型水道機(jī)組、量測、控制、模擬負(fù)載等硬件 設(shè)備的研制與集成整合、軟件系統(tǒng)的開發(fā)。第一個(gè)層面的問題的研宄與應(yīng)用實(shí)踐已比較成 熟，故本發(fā)明主要針對(duì)第二個(gè)層面，即水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)子系統(tǒng)的研 制及基于這些子系統(tǒng)的集成整合的試驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建。
[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)狀設(shè)計(jì)一種水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)， 能夠開展與過渡過程相關(guān)的各種基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性試驗(yàn)，并且試驗(yàn)操作簡單、智能、方 便，試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、記錄真實(shí)、全面、快速，數(shù)據(jù)的采集、分析高效、準(zhǔn)確。
[0007] 一種水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，包括循環(huán)水系統(tǒng)1、勵(lì)磁同期保護(hù)系 統(tǒng)2、調(diào)速控制系統(tǒng)3、變頻換相系統(tǒng)4、監(jiān)控系統(tǒng)5、負(fù)荷系統(tǒng)6、量測系統(tǒng)7、模型機(jī)組系統(tǒng) 8和模型水道系統(tǒng)9 ;所述模型機(jī)組系統(tǒng)8在其蝸殼進(jìn)口、尾水管出口處通過法蘭盤分別與 模型水道系統(tǒng)9的上游引水管道21的末斷面、下游尾水管道22的首斷面連接，構(gòu)成模型引 水發(fā)電系統(tǒng)；模型水道系統(tǒng)9通過其進(jìn)、出水口分別與循環(huán)水系統(tǒng)1的上、下游水箱相連，實(shí) 現(xiàn)水流的整體循環(huán)；在模型引水發(fā)電系統(tǒng)上設(shè)有量測系統(tǒng)7的傳感器，所述傳感器通過信 號(hào)線經(jīng)模擬通道與量測系統(tǒng)7的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置相連；調(diào)速控制系統(tǒng)3通過接力器連接 模型機(jī)組系統(tǒng)8,用于控制模型機(jī)組系統(tǒng)8的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；所述模型機(jī)組系統(tǒng)8的發(fā)電機(jī) 上設(shè)有測頻裝置，用于將信號(hào)引入監(jiān)控系統(tǒng)5,同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)5通過電信號(hào)的測量，與量測 系統(tǒng)7的上位機(jī)同時(shí)下達(dá)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)動(dòng)作的指令，并由監(jiān)控系統(tǒng)5的現(xiàn)地控制單元和調(diào)速控 制系統(tǒng)3聯(lián)合執(zhí)行；勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)2、變頻換相系統(tǒng)4、負(fù)荷系統(tǒng)6通過信號(hào)線與監(jiān)控系 統(tǒng)5相連，受監(jiān)控系統(tǒng)5的上位機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)組負(fù)荷的增減、變頻換相、加勵(lì)磁與同 期并網(wǎng)。
[0008] 所述循環(huán)水系統(tǒng)1，包括蓄水池10、水泵11、供水管道12、回水渠道13、上游水箱 14、下游水箱141，所述供水管道12與蓄水池10相連通，供水管道12末端設(shè)有閥門和水泵 11 ;上游水箱14、下游水箱141的進(jìn)水管15分別與供水管道12相連通，上游水箱14、下游 水箱141的出水管16分別與回水渠道13相連通；供水管道12與回水渠道13相連接處設(shè) 有排氣閥18 ;供水管道12上還設(shè)有電磁流量計(jì)19 ;所述水泵11、排氣閥18通過信號(hào)線引 入監(jiān)控系統(tǒng)5,受監(jiān)控系統(tǒng)5上位機(jī)的控制；電磁流量計(jì)19通過信號(hào)線引入量測系統(tǒng)7,由 量測系統(tǒng)7采集電磁流量計(jì)19測量的數(shù)據(jù)。
[0009] 所述勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)2,包括模擬勵(lì)磁系統(tǒng)和模擬同期系統(tǒng)；前者由單片微機(jī)、 大規(guī)模集成電路、STD總線組成，后者的核心部件是單片微機(jī)；勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)2連入監(jiān) 控系統(tǒng)5,受監(jiān)控系統(tǒng)5上位機(jī)的控制。
[0010] 所述調(diào)速控制系統(tǒng)3,包括BPLC-II型可編程調(diào)節(jié)器、數(shù)字油缸及接力器；BPLC-II型可編程調(diào)節(jié)器由PLC基本單元（FX2C-64MT)、A/D轉(zhuǎn)換單元（FX-4AD)、D/A轉(zhuǎn)換單元 (FX-2DA)、輸入擴(kuò)展單元（FX-16EX)、數(shù)字測頻單元、功放單元、按鍵和顯示單元組成，生產(chǎn) 商為西門子公司；數(shù)字油缸用于液壓傳動(dòng)壓力的傳遞、放大，并實(shí)現(xiàn)液壓油在油缸內(nèi)部的循 環(huán)；接力器位于模型機(jī)組系統(tǒng)8處，用于控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
[0011] 所述變頻換相系統(tǒng)4,包括變頻器和換相裝置，兩個(gè)裝置分別在變頻和換向操作指 令下達(dá)時(shí)投入使用。
[0012] 所述監(jiān)控系統(tǒng)5,包括上位機(jī)和現(xiàn)地控制單元；所述上位機(jī)為高性能計(jì)算機(jī)，現(xiàn)地 控制單元由機(jī)組現(xiàn)地控制單元、調(diào)速器電動(dòng)球閥控制屏、微機(jī)勵(lì)磁屏、公用現(xiàn)地控制單元、 變頻控制屏、機(jī)組負(fù)載調(diào)節(jié)屏、負(fù)載功率屏、綜合負(fù)載屏、低壓配電屏組并列組成，上位機(jī)通 過數(shù)據(jù)線與現(xiàn)地控制單元連接，下達(dá)指令、現(xiàn)地控制單元執(zhí)行。現(xiàn)地控制單元的生產(chǎn)商為武 漢電力科技開發(fā)有限公司。
[0013] 所述負(fù)荷系統(tǒng)6,包括負(fù)載系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控裝置、檢測裝置與報(bào)警裝置；所述負(fù)載 系統(tǒng)由電阻、電容、電感組成，負(fù)載系統(tǒng)的微機(jī)監(jiān)控裝置一方面連接監(jiān)控系統(tǒng)5的上位機(jī)， 另一方面連接負(fù)載系統(tǒng)，用于按指令控制負(fù)載系統(tǒng)的類型與大??；檢測裝置、報(bào)警裝置也與 負(fù)載系統(tǒng)相連。
[0014] 所述量測系統(tǒng)7,包括傳感器、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置、上位機(jī)；所述上位機(jī)與動(dòng)態(tài)數(shù) 據(jù)采集裝置連接，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置通過信號(hào)線連接布置于模型機(jī)組系統(tǒng)8、模型水道系統(tǒng) 9和循環(huán)水系統(tǒng)1上的傳感器，采集傳感器測量到的模擬量信號(hào)。
[0015] 所述模型機(jī)組系統(tǒng)8,包括蝸殼、窄高型尾水管、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、同步發(fā)電機(jī)和水 輪機(jī)的聯(lián)軸器以及支架；模型蝸殼、窄高型尾水管、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)構(gòu)成模型水輪機(jī)，模型水 輪機(jī)與模型同步發(fā)電機(jī)通過水輪機(jī)的聯(lián)軸器相連組成模型水輪發(fā)電機(jī)組，模型水輪發(fā)電機(jī) 組最后由支架支撐、固定。
[0016] 所述模型水道系統(tǒng)9,包括模型進(jìn)水口 20、模型上游引水管道21、模型下游尾水管 道22、模型出水口 23;所述模型進(jìn)水口 20與循環(huán)水系統(tǒng)1的上游水箱14相連，繼而模型 進(jìn)水口 20連接模型上游引水管道21-端，模型上游引水管道21的另一端與模型機(jī)組系統(tǒng) 8的蝸殼進(jìn)口斷面相連；模型下游尾水管道22 -端與模型機(jī)組系統(tǒng)8的尾水管出口斷面相 連，另一端與模型出水口 23相連，繼而模型出水口 23與下游水箱141相連通。
[0017] 所述傳感器，包括但不限于水位傳感器、壓力傳感器、行程傳感器、功率互感器、電 壓互感器和電流互感器。
[0018] 所述量測系統(tǒng)7,還包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯 示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
[0019] 所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊，用于匹配系統(tǒng)硬件通道和軟件通道；
[0020] 所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，用于在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊的參數(shù)確定后，確定每一通道的放 大倍數(shù)、偏移量、單位、采樣間隔和采樣長度；
[0021] 所述數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)現(xiàn)各被測物理量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和高速同步多通道的 數(shù)據(jù)采集；
[0022] 所述數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示采樣數(shù)據(jù)的波形、光標(biāo)讀數(shù)、標(biāo)字；
[0023] 所述數(shù)據(jù)分析模塊，用于提供數(shù)學(xué)分析庫，包括自相關(guān)和互相關(guān)分析、回歸分析、 時(shí)域和頻域分析以及小波分析。
[0024] 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行裁減、移動(dòng)或?yàn)V波處理。
[0025] 本發(fā)明一種水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明為開展水電 站水機(jī)電過渡過程模型試驗(yàn)提供了硬件與軟件平臺(tái)。帶模型機(jī)組與模擬負(fù)荷系統(tǒng)的整體性 試驗(yàn)將水電站過渡過程研宄向前推進(jìn)了一大步，不僅試驗(yàn)重復(fù)性好、其結(jié)果規(guī)律性強(qiáng)，如機(jī) 組調(diào)保參數(shù)隨導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)間和關(guān)閉規(guī)律的變化，機(jī)組轉(zhuǎn)速升高、蝸殼最大動(dòng)水壓力以 及尾水管最小動(dòng)水壓力發(fā)生時(shí)間次序及其與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)間的關(guān)系等；而且能在一定精 度下，定量給出機(jī)組調(diào)保參數(shù)的大小，尤其是機(jī)組轉(zhuǎn)速升高值和尾水管進(jìn)口最小動(dòng)水壓力 (包括進(jìn)口斷面最小動(dòng)水壓力分布）。并且能進(jìn)行小波動(dòng)和水力干擾試驗(yàn)，正確地反映了水 輪機(jī)工作特性、調(diào)速器主要參數(shù)和引水發(fā)電管道系統(tǒng)水力特性的影響，為科學(xué)研宄、工程設(shè) 計(jì)、水電站運(yùn)行提供了可參考的依據(jù)。此外與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比，為改進(jìn)數(shù)學(xué)模型、提高數(shù) 值模擬精確性奠定了基礎(chǔ)。
[0026] 本發(fā)明集成度高，工作性能穩(wěn)定可靠，操作簡易、控制精密，可有效的完成水電站 過渡過程相關(guān)的各項(xiàng)基礎(chǔ)性與應(yīng)用基礎(chǔ)性試驗(yàn)。適用于大中小型常規(guī)模型水電站和模型抽 水蓄能電站。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖2為循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖3為BPLC-II型可編程調(diào)節(jié)器硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0030]圖4為變頻換相系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)接線圖。
[0031] 圖5為監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0032] 圖6為量測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖7為量測系統(tǒng)的示意框圖。
[0034] 圖8為模型水道系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0036] 如圖1所示，一種水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，由以下子系統(tǒng)組成：循 環(huán)水系統(tǒng)1、勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)2、調(diào)速控制系統(tǒng)3、變頻換相系統(tǒng)4、監(jiān)控系統(tǒng)5、負(fù)荷系統(tǒng) 6、量測系統(tǒng)7、模型機(jī)組系統(tǒng)8、模型水道系統(tǒng)9。模型機(jī)組系統(tǒng)8在其蝸殼進(jìn)口和尾水管出 口處通過法蘭盤分別與模型水道系統(tǒng)9的上游壓力引水管道的末斷面和下游壓力尾水管 道的首斷面連接，構(gòu)成模型引水發(fā)電系統(tǒng)；模型引水發(fā)電系統(tǒng)通過其上下游進(jìn)/出水口與 循環(huán)水系統(tǒng)1的上下游水箱相連，實(shí)現(xiàn)水流的整體循環(huán)；在模型引水發(fā)電系統(tǒng)上布置各類 傳感器，將傳感器通過信號(hào)線經(jīng)模擬通道引入量測系統(tǒng)7的硬件平臺(tái)：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置； 再通過調(diào)速控制系統(tǒng)3的接力器將調(diào)速控制系統(tǒng)3引入模型引水發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制 系統(tǒng)3對(duì)模型機(jī)組系統(tǒng)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制；在模型發(fā)電機(jī)上布置測頻裝置，并將信號(hào) 引入監(jiān)控系統(tǒng)5,同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)5通過電流電壓等電信號(hào)的測量，與量測系統(tǒng)7的上位機(jī)一 起下達(dá)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)動(dòng)作的指令，并由監(jiān)控系統(tǒng)5的現(xiàn)地控制單元和調(diào)速控制系統(tǒng)3聯(lián)合執(zhí)行； 勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)2、變頻換相系統(tǒng)4、負(fù)荷系統(tǒng)6也通過信號(hào)線與監(jiān)控系統(tǒng)5聯(lián)合，受監(jiān)控 系統(tǒng)5的上位機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)組負(fù)荷的增減、變頻換相、加勵(lì)磁與同期并網(wǎng)等功能。
[0037] (1)循環(huán)水系統(tǒng)
[0038] 主要設(shè)備包括蓄水池、水泵、供水管道、回水渠道、水箱、水箱進(jìn)出水管、閥門、排氣 閥、電磁流量計(jì)、水泵現(xiàn)地控制單元及其他輔助設(shè)備等，結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。循環(huán)水系統(tǒng) 工作時(shí)，水泵現(xiàn)地控制單元啟動(dòng)水泵，從蓄水池中抽水，將供水管道充滿水并形成一定的水 壓，再通過由供水管道引出的支管向水箱供水；供水管道及支管上的閥門可以用來調(diào)節(jié)進(jìn) 入水箱的流量、電磁流量計(jì)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測流量、排氣閥則起到管道排氣及應(yīng)急排水的作用； 水箱內(nèi)安裝平水槽維持水位恒定，平水槽溢流而出的水通過水箱出水管/渠經(jīng)消能后流入 回水渠道，最終流入蓄水池，完成循環(huán)。
[0039] (2)勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)
[0040] 包括模擬勵(lì)磁系統(tǒng)和模擬同期系統(tǒng)。
[0041] 模擬勵(lì)磁系統(tǒng)：選用武漢水利電力大學(xué)電子設(shè)備廠研制的TDWLT-Ol微機(jī)勵(lì)磁調(diào) 節(jié)器。該調(diào)節(jié)器以美國INTEL公司的80C198單片微機(jī)為核心，輔以大規(guī)模集成電路，采用完 全雙通道技術(shù)、雙機(jī)混合工作模式、STD總線結(jié)構(gòu)組成的新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，具有完善的電 壓調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)、功率因數(shù)調(diào)節(jié)模式，適用于不同電站的各種運(yùn)行方式的需要； 具有PID、H)、PSS、EOC、NEOC等多種控制規(guī)律，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的需要；具有完善的保護(hù)控 制功能，配置有斷線保護(hù)、過勵(lì)限制、頂值限制、低勵(lì)限制、欠勵(lì)限制、V/F限制、誤強(qiáng)勵(lì)保護(hù)、 空載過壓保護(hù)等；具有可設(shè)定的調(diào)差系數(shù)，保證發(fā)電機(jī)間無功分配。
[0042] 模擬同期系統(tǒng)：選用武漢水利電力大學(xué)電子設(shè)備廠研制的CZT-A型微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同 期裝置。該裝置以美國INTEL公司的80C196單片微機(jī)為核心，充分利用微機(jī)的運(yùn)算和判斷 功能，根據(jù)同期過程的頻差、相角差數(shù)學(xué)模型進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，大大縮短了并網(wǎng)時(shí)間，使發(fā) 電機(jī)能快速準(zhǔn)確地并入電網(wǎng)。從而兼有自同期的快速和準(zhǔn)同期的并網(wǎng)無沖擊的雙重優(yōu)越 性。
[0043] (3)調(diào)速控制系統(tǒng)
[0044] 采用發(fā)明人研制的BPLC-II型可編程數(shù)字缸調(diào)速器，該調(diào)速器由BPLC-II型可編 程調(diào)節(jié)器、數(shù)字油缸和接力器組成。
[0045]接力器。水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力部件，是調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由單個(gè) 直缸和活塞組成的結(jié)構(gòu)，簡稱為直缸接力器。當(dāng)水輪機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，由調(diào)速器主配壓閥 控制的壓力油進(jìn)入接力器的油缸推動(dòng)接力器活塞；當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí)，通過推拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)控制環(huán)； 控制環(huán)再通過連桿、轉(zhuǎn)臂達(dá)到控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的目的。
[0046] 數(shù)字油缸。數(shù)字油缸集中了現(xiàn)有液壓技術(shù)的所有功能，它能直接接受專用數(shù)字控 制器、計(jì)算機(jī)及可編程控制器（PLC)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號(hào)而可靠工作，脈沖頻率代表速度， 脈沖總數(shù)代表行程，一一對(duì)應(yīng)。數(shù)字缸只需接通液壓油源（如果輸出力在1-2噸以下不需 外接油源），不需任何其它液壓閥件和傳感器，所有的功能都通過調(diào)節(jié)器直接設(shè)定，把傳統(tǒng) 液壓控制中復(fù)雜的閥口控制技術(shù)徹底的改變?yōu)橹苯咏o定的電子控制技術(shù)。
[0047]BPLC-II型可編程調(diào)節(jié)器：BPLC型可編程微機(jī)調(diào)節(jié)器是在原PLC-I和PLC-II型可 編程微機(jī)調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)完善后新推出的可編程微機(jī)調(diào)節(jié)器。它除了保留原PC-I 和PC-II型結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、性能優(yōu)良等特點(diǎn)外，還靈活配置了多種調(diào)節(jié)功能（頻 率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)等）和數(shù)字電氣手動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)了軟件數(shù)字測頻。同時(shí)，智能化程 度也更高，對(duì)頻率斷線、反饋斷線、電源消失和調(diào)節(jié)器故障的容錯(cuò)和保護(hù)功能更強(qiáng)。因此運(yùn) 行方式更加靈活，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性、可靠性更好。硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見圖3。
[0048] BPLC-II型可編程微機(jī)調(diào)節(jié)器采用日本三菱公司的FX2N系列PLC基本單元及相應(yīng) 的專用模塊組成，調(diào)節(jié)器全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。該調(diào)節(jié)器可與數(shù) 字油缸組成一套完整的可編程數(shù)字缸調(diào)速器，用于控制各種不同型式的水輪發(fā)電機(jī)組。它 有以下基本功能：
[0049] 按頻率（即轉(zhuǎn)速）變化，實(shí)現(xiàn)PID控制；
[0050]按功率設(shè)定（或按開度設(shè)定），實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)；
[0051] 設(shè)有數(shù)字電氣手動(dòng)控制，數(shù)字電氣手動(dòng)與自動(dòng)方式之間實(shí)行雙向自動(dòng)跟蹤，可實(shí) 現(xiàn)兩種方式間的無擾動(dòng)切換；
[0052] 可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)后自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻或頻率設(shè)定值（在網(wǎng)頻消失時(shí)或人為設(shè)定情況 下），并實(shí)現(xiàn)最佳啟動(dòng)過程控制和快速準(zhǔn)同期；
[0053] 并網(wǎng)后自動(dòng)投入人工死區(qū)，可使調(diào)頻機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行；
[0054] 可按水頭自動(dòng)整定空載開度變化和限制最大出力運(yùn)行。
[0055] 該調(diào)節(jié)器有如下特點(diǎn)：
[0056] 設(shè)有網(wǎng)頻斷線容錯(cuò)功能。當(dāng)機(jī)組在自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻方式啟動(dòng)時(shí)，若網(wǎng)頻消失或斷線， 調(diào)節(jié)器能自動(dòng)切至頻率給定調(diào)節(jié)方式（50. 00ΗΖ)，并保證機(jī)組正常開機(jī)并網(wǎng)同時(shí)給出報(bào)警 信號(hào)。
[0057] 設(shè)有機(jī)頻斷線容錯(cuò)功能。無論是空載還是并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)機(jī)組頻率斷線（或消 失）時(shí)，調(diào)節(jié)器都能自動(dòng)判別，并給出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)，分別采用不同容錯(cuò)方式：并網(wǎng)時(shí)，取 網(wǎng)頻作為機(jī)頻；空載時(shí)，先自動(dòng)限制機(jī)組開度為空載值，再切至數(shù)字電氣手動(dòng)控制。
[0058] 設(shè)有反饋斷線容錯(cuò)功能，發(fā)電運(yùn)行時(shí)，若反饋斷線，則可保證機(jī)組運(yùn)行工況基本不 變，并給出報(bào)警信號(hào)。
[0059] 設(shè)有工作電源消失容錯(cuò)功能，當(dāng)交直流工作電源全部消失時(shí)，可保證機(jī)組負(fù)荷不 變，并在工作電源恢復(fù)時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。
[0060] 設(shè)有調(diào)節(jié)器故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)液壓手動(dòng)控制功能。運(yùn)行中當(dāng)自診斷出調(diào)節(jié)器故障時(shí)， 能自動(dòng)切換至機(jī)械手動(dòng)，并給出報(bào)警信號(hào)。
[0061] BPLC-II型可編程數(shù)字缸調(diào)速器：由BPLC-II型可編程調(diào)節(jié)器和數(shù)字油缸組合即 構(gòu)成BPLC-II型可編程數(shù)字缸調(diào)速器。調(diào)速器數(shù)字油缸和水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)連接， 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的控制。其機(jī)械部分無需任何液壓元件，只需恒壓油 源，接通壓力油口和回油口即可構(gòu)成任何功能的液壓系統(tǒng)，它完全是數(shù)字信號(hào)控制，重復(fù)性 好。
[0062] (4)變頻換相系統(tǒng)
[0063] 主要設(shè)備包括變頻器和換相裝置（針對(duì)水泵水輪機(jī)組）等。
[0064] 模型水泵水輪機(jī)組兼具抽水和發(fā)電的功能，及兼做發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。這就要求模 型水泵水輪機(jī)組可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0065] 三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，因此，只要改變改變旋轉(zhuǎn) 磁場的旋轉(zhuǎn)方向，就能使異步電機(jī)反轉(zhuǎn)，亦即改變電動(dòng)機(jī)的相序。具體操作時(shí)只要將接到定 子繞組的三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。如圖4所示。
[0066] (5)監(jiān)控系統(tǒng)
[0067] 監(jiān)控系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)所有設(shè)備（包括水輪發(fā)電機(jī)組、調(diào)速器、 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、同期裝置、負(fù)載系統(tǒng)、閘閥等）進(jìn)行控制、監(jiān)測、事故處理、數(shù)據(jù)處理等。采取開 放式環(huán)境下的全分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控，在功能上分為兩級(jí)，即上位機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單元系 統(tǒng)，并由主控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和現(xiàn)地控制單元的操控。
[0068] 上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)監(jiān)控試驗(yàn)平臺(tái)所有設(shè)備 的運(yùn)行、操作，提供良好的人機(jī)聯(lián)系手段，是系統(tǒng)的決策控制層，具有集中控制、操作、監(jiān)測、 在線及離線修改參數(shù)值、仿真及開發(fā)軟件功能。系統(tǒng)設(shè)置有主控系統(tǒng)軟件。
[0069] 主控系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)全部采用變量的形式。軟件包含 指令模塊和數(shù)據(jù)處理。具有以下主要功能：
[0070] 1、完成各種操作：開、停機(jī)組，工況的轉(zhuǎn)換，斷路器的合閘、跳閘操作，量測系統(tǒng)的 控制保護(hù)，有功、無功控制；
[0071] 2、具有記憶操作人員、操作時(shí)間、操作名稱和操作結(jié)果的功能；
[0072] 3、畫面功能：顯示系統(tǒng)配置圖，主接線圖，單元機(jī)組接線圖，重要設(shè)備接線圖，油、 氣、水接線圖，電量參數(shù)列表，非電量列表，電量棒形圖，事故和故障報(bào)警畫面。全部畫面動(dòng) 態(tài)更新；
[0073] 4、報(bào)警功能：具有故障報(bào)警，事故報(bào)警，異常報(bào)警等功能。報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出報(bào)警畫 面，記錄報(bào)警時(shí)的報(bào)警名稱、報(bào)警值、報(bào)警時(shí)間；
[0074] 5、具有所有機(jī)組年月日時(shí)歷史數(shù)據(jù)包括電量參數(shù)、非電量參數(shù)、運(yùn)行工況、操作時(shí) 間、操作結(jié)果、故障、事故的存儲(chǔ)、查詢功能；
[0075] 6、能根據(jù)設(shè)定對(duì)負(fù)荷模擬屏進(jìn)行控制（需相應(yīng)的接口標(biāo)準(zhǔn)）；
[0076] 7、能根據(jù)設(shè)定對(duì)量測系統(tǒng)進(jìn)行控制（需相應(yīng)的接口標(biāo)準(zhǔn)）；
[0077] 8、具有自動(dòng)定時(shí)生成運(yùn)行報(bào)表功能；
[0078] 9、可顯示各種設(shè)備工作狀態(tài)；
[0079] 10、具有通信監(jiān)視功能，當(dāng)通信出現(xiàn)異常時(shí)可自動(dòng)報(bào)警。
[0080] 現(xiàn)地控制單元。本發(fā)明中的監(jiān)控系統(tǒng)為每臺(tái)模型機(jī)組各設(shè)置一個(gè)現(xiàn)地控制單元 (LCU)。各現(xiàn)地控制單元直接完成生產(chǎn)過程（包括過渡過程）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，單 元狀態(tài)監(jiān)視、調(diào)控，以及與上位機(jī)的通信聯(lián)絡(luò)等功能。
[0081] 現(xiàn)地控制單元IXU按不同控制對(duì)象分別布置，并通過網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)相聯(lián)。計(jì) 算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過LCU實(shí)現(xiàn)對(duì)全水電站所有機(jī)組的監(jiān)控，各LCU完成各自的管理。
[0082] 現(xiàn)地控制單元由可編程控制器（PLC)和工控機(jī)構(gòu)成。PLC負(fù)責(zé)機(jī)組的數(shù)據(jù)監(jiān)測與 控制，采集機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)順控、工況轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)等功能。工控 機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和功能的分布，負(fù)責(zé)接受現(xiàn)地控制層和電量采集單元的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)主控層下 傳的操作控制命令，組織數(shù)據(jù)上網(wǎng)，并可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制。
[0083] 機(jī)組現(xiàn)地自動(dòng)操作控制功能由可編程控制器構(gòu)成的機(jī)組順控裝置（PLC)來實(shí)現(xiàn)。 正常時(shí)PLC作為機(jī)組現(xiàn)地控制單元（IXU)的一部分，與微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和微機(jī)調(diào)速器一同 接受由上位機(jī)或中控室運(yùn)行人員通過計(jì)算機(jī)鍵盤手動(dòng)發(fā)出的命令，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)組實(shí) 行控制和調(diào)節(jié)；各LCU都帶有工控機(jī)作為現(xiàn)地人機(jī)聯(lián)系的手段或開機(jī)順序模擬操作面板和 一鍵操作手段，可脫離計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，亦可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組分步手動(dòng)操作，與微機(jī)勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器和微機(jī)調(diào)速器一道實(shí)現(xiàn)機(jī)組的開停機(jī)控制和功率調(diào)節(jié)。
[0084] 另外，由于IXU各部分可獨(dú)立運(yùn)行，即使工控機(jī)故障，機(jī)組仍可由順控PLC實(shí)現(xiàn)開 停機(jī)。LCU具有當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能，并設(shè)有人機(jī)聯(lián)系界面，可脫離主控級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行， LCU的硬件與軟件功能是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的。
[0085] 需要監(jiān)視的模擬量、狀態(tài)量及事故、故障信號(hào)等以現(xiàn)場總線通信方式或繼電器空 接電的方式送進(jìn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
[0086] 由于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)象和目的與實(shí)際水電站有所差別，所以在培訓(xùn)工作站內(nèi)，利用 PLC模擬各種實(shí)驗(yàn)室沒有的信號(hào)，使系統(tǒng)更接近真實(shí)環(huán)境。
[0087] 每臺(tái)機(jī)組控制量為：
[0088] (1)輸出控制量：調(diào)速器開機(jī)令，調(diào)速器停機(jī)令，調(diào)速器增有功，調(diào)速器減有功，調(diào) 速器緊急停機(jī)令，同期令，勵(lì)磁投入令，勵(lì)磁停止令，勵(lì)磁增無功，勵(lì)磁減無功，跳斷路器，備 用指示燈，開機(jī)令燈，停機(jī)令燈，斷路器合指示燈，斷路器分指示燈，緊急停機(jī)令燈，尾水控 制1，尾水控制2,量測系統(tǒng)控制1。
[0089] (2)輸入開關(guān)量：斷路器位置，緊急停機(jī)令，關(guān)機(jī)令，事故復(fù)歸，開機(jī)令，勵(lì)磁故障 信號(hào)，同期故障信號(hào)，調(diào)速器故障信號(hào)，尾水狀態(tài)信號(hào)，上游水位控制信號(hào)，量測系統(tǒng)狀態(tài)信 號(hào)。
[0090] 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
[0091] 監(jiān)控系統(tǒng)配置圖如圖5,計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從功能上分為兩級(jí)：主控級(jí)和單元控制 級(jí)。
[0092] 主控級(jí)：由計(jì)算機(jī)及中控室有關(guān)設(shè)備組成，是實(shí)時(shí)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)自動(dòng)化處理。
[0093] 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的中心是一套主/從切換計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，處理水電站的控制。監(jiān) 視、數(shù)據(jù)處理等。主機(jī)所使用的系統(tǒng)為WinNT多任務(wù)，開放式系統(tǒng)，編程環(huán)境為Boland C++Builder5.5。
[0094] 通信用于與控制系統(tǒng)及其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)也可設(shè)置若干遠(yuǎn)程終端，用于 隨時(shí)了解水電站內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及技術(shù)參數(shù)。21英寸彩色監(jiān)視器放置在中控室控制 臺(tái)，實(shí)驗(yàn)人員能隨時(shí)監(jiān)視。系統(tǒng)配置兩臺(tái)高速激光打印機(jī)，可定時(shí)打印或召喚打印報(bào)表、事 故及各種報(bào)警等。
[0095] 單元控制級(jí)：每一個(gè)控制單元將完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及單元狀態(tài)監(jiān)視、調(diào)整和控制， 與上位機(jī)通信等功能。
[0096] 機(jī)組自動(dòng)控制功能由可編程控制器（PLC)構(gòu)成的機(jī)組順序控制來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)機(jī)組正 常以全自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，PLC接受上位機(jī)或運(yùn)行人員發(fā)出的命令，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)組進(jìn)行 控制和調(diào)整。由于PLC可獨(dú)立于上位機(jī)運(yùn)行，即使上位機(jī)故障，機(jī)組也可由PLC通過手動(dòng)控 制實(shí)現(xiàn)開停機(jī)及其他的控制。
[0097] (6)負(fù)荷系統(tǒng)
[0098] 根據(jù)水電站過渡過程科學(xué)研宄和工程應(yīng)用的需要，電氣負(fù)載模擬系統(tǒng)應(yīng)具有以下 主要功能：
[0099] 1、發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷均可自動(dòng)調(diào)節(jié)，有功負(fù)荷P=O?12kW，最小調(diào)整 量：0.lkW，無功負(fù)荷Q= 0?12kVAR，最小調(diào)整量：0. 05kVAR。
[0100] 2、功率因數(shù)能在0. 7?0. 95范圍內(nèi)調(diào)整，最小調(diào)整量0. 1，誤差不超過0. 05。
[0101] 3、負(fù)載變化時(shí)，利用自動(dòng)控制可使功率因數(shù)同步補(bǔ)償。
[0102] 4、某臺(tái)機(jī)組跳閘甩負(fù)荷時(shí)，能同步切除所帶的負(fù)荷。
[0103] 5、每臺(tái)機(jī)均能手動(dòng)和自動(dòng)并入孤立電網(wǎng)或無窮大電網(wǎng)，且能手動(dòng)和自動(dòng)同步投切 有功負(fù)荷和無功負(fù)荷，也可手動(dòng)和自動(dòng)單獨(dú)投切有功負(fù)荷或無功負(fù)荷。
[0104] 6、整個(gè)負(fù)載系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)微機(jī)監(jiān)控。
[0105] 7、兩極母線均設(shè)有相應(yīng)的測量表計(jì)，自動(dòng)記錄各電量參數(shù)的變化，并對(duì)每臺(tái)發(fā)電 機(jī)配備了反方向供電和過電壓的聲光報(bào)警裝置。
[0106] 根據(jù)對(duì)負(fù)荷的調(diào)整與控制要求，以如下設(shè)計(jì)例說明設(shè)計(jì)方案：
[0107] 有功負(fù)荷P的調(diào)整：每臺(tái)機(jī)的每一相電阻負(fù)載均有7個(gè)電阻組成，分別為1444Ω， 722Ω，361Ω，180. 5Ω，90. 25Ω，45. 125Ω，22. 5625Ω，代表的功率分別為 〇· 1/3KW， 0. 2/3KW, 0. 4/3KW, 0. 8/3KW,I. 6/3KW, 3. 2/3KW, 6. 4/3KW。每個(gè)電阻均設(shè)有相應(yīng)的投切開關(guān)。
[0108] 無功負(fù)荷Q或功率因數(shù)coscp的調(diào)整：每相均有一組由2個(gè)電感L、8個(gè)電 容C組成的無功負(fù)荷Q調(diào)整系統(tǒng)，每個(gè)L或C均設(shè)有相應(yīng)的投切開關(guān)，其中電感Ll=40mH、L2 = 35mH(L2 為Ll的抽頭）；8 個(gè)電容C分另Ij為IyF、2yF、4yF、8yF、 16μΡ、32μΡ、64μΡ、128μΡ。根據(jù)預(yù)定的有功負(fù)荷P和相應(yīng)的功率因數(shù)cos，利用公式
【權(quán)利要求】
1. 一種水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：包括循環(huán)水系統(tǒng)（1)、勵(lì) 磁同期保護(hù)系統(tǒng)（2)、調(diào)速控制系統(tǒng)（3)、變頻換相系統(tǒng)（4)、監(jiān)控系統(tǒng)（5)、負(fù)荷系統(tǒng)（6)、量 測系統(tǒng)（7)、模型機(jī)組系統(tǒng)（8)和模型水道系統(tǒng)（9);所述模型機(jī)組系統(tǒng)（8)在其蝸殼進(jìn)口、 尾水管出口處通過法蘭盤分別與模型水道系統(tǒng)（9)的上游引水管道（21)的末斷面、下游尾 水管道（22)的首斷面連接，構(gòu)成模型引水發(fā)電系統(tǒng)；模型水道系統(tǒng)（9)通過其進(jìn)、出水口分 別與循環(huán)水系統(tǒng)（1)的上、下游水箱相連，實(shí)現(xiàn)水流的整體循環(huán)；在模型引水發(fā)電系統(tǒng)上設(shè) 有量測系統(tǒng)（7)的傳感器，所述傳感器通過信號(hào)線經(jīng)模擬通道與量測系統(tǒng)（7)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) 采集裝置相連；調(diào)速控制系統(tǒng)（3)通過接力器連接模型機(jī)組系統(tǒng)（8)，用于控制模型機(jī)組系 統(tǒng)（8)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；所述模型機(jī)組系統(tǒng)（8)的發(fā)電機(jī)上設(shè)有測頻裝置，用于將信號(hào)引入 監(jiān)控系統(tǒng)（5)，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（5)通過電信號(hào)的測量，與量測系統(tǒng)（7)的上位機(jī)同時(shí)下達(dá)導(dǎo) 水機(jī)構(gòu)動(dòng)作的指令，并由監(jiān)控系統(tǒng)（5)的現(xiàn)地控制單元和調(diào)速控制系統(tǒng)（3)聯(lián)合執(zhí)行；勵(lì)磁 同期保護(hù)系統(tǒng)（2)、變頻換相系統(tǒng)（4)、負(fù)荷系統(tǒng)（6)通過信號(hào)線與監(jiān)控系統(tǒng)（5)相連，受監(jiān) 控系統(tǒng)（5)的上位機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)組負(fù)荷的增減、變頻換相、加勵(lì)磁與同期并網(wǎng)； 所述循環(huán)水系統(tǒng)（1)，包括蓄水池（10)、水泵（11)、供水管道（12)、回水渠道（13)、上游 水箱（14)、下游水箱（141)，所述供水管道（12)與蓄水池（10)相連通，供水管道（12)末端 設(shè)有閥門和水泵（11);上游水箱（14)、下游水箱（141)的進(jìn)水管（15)分別與供水管道（12) 相連通，上游水箱（14)、下游水箱（141)的出水管（16)分別與回水渠道（13)相連通；供水 管道（12)與回水渠道（13)相連接處設(shè)有排氣閥（18);供水管道（12)上還設(shè)有電磁流量 計(jì)（19);所述水泵（11)、排氣閥（18)通過信號(hào)線引入監(jiān)控系統(tǒng)（5)，受監(jiān)控系統(tǒng)（5)上位 機(jī)的控制；電磁流量計(jì)（19)通過信號(hào)線引入量測系統(tǒng)（7)，由量測系統(tǒng)（7)采集電磁流量 計(jì)（19)測量的數(shù)據(jù)； 所述量測系統(tǒng)（7)，包括傳感器、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置、上位機(jī)；所述上位機(jī)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) 采集裝置連接，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置通過信號(hào)線連接布置于模型機(jī)組系統(tǒng)（8)、模型水道系統(tǒng) (9)和循環(huán)水系統(tǒng)（1)上的傳感器，采集傳感器測量到的模擬量信號(hào)； 所述模型水道系統(tǒng)（9)，包括模型進(jìn)水口（20)、模型上游引水管道（21)、模型下游尾水 管道（22)、模型出水口（23);所述模型進(jìn)水口（20)與循環(huán)水系統(tǒng)（1)的上游水箱（14)相 連，繼而模型進(jìn)水口（20)連接模型上游引水管道（21) -端，模型上游引水管道（21)的另 一端與模型機(jī)組系統(tǒng)（8)的蝸殼進(jìn)口斷面相連；模型下游尾水管道（22) -端與模型機(jī)組系 統(tǒng)（8)的尾水管出口斷面相連，另一端與模型出水口（23)相連，繼而模型出水口（23)與下 游水箱（141)相連通。
2. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述勵(lì) 磁同期保護(hù)系統(tǒng)（2)，包括模擬勵(lì)磁系統(tǒng)和模擬同期系統(tǒng)；勵(lì)磁同期保護(hù)系統(tǒng)（2)連入監(jiān)控 系統(tǒng)（5)，受監(jiān)控系統(tǒng)（5)上位機(jī)的控制。
3. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述調(diào) 速控制系統(tǒng)（3)，包括BPLC- II型可編程調(diào)節(jié)器、數(shù)字油缸及接力器；BPLC- II型可編程調(diào)節(jié) 器由PLC基本單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、輸入擴(kuò)展單元、數(shù)字測頻單元、功放單元、 按鍵和顯示單元組成；數(shù)字油缸用于液壓傳動(dòng)壓力的傳遞、放大，并實(shí)現(xiàn)液壓油在油缸內(nèi)部 的循環(huán)；接力器位于模型機(jī)組系統(tǒng)（8)處，用于控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述變 頻換相系統(tǒng)（4)，包括變頻器和換相裝置，兩個(gè)裝置分別在變頻和換向操作指令下達(dá)時(shí)投入 使用。
5. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述監(jiān) 控系統(tǒng)（5)，包括上位機(jī)和現(xiàn)地控制單元；所述上位機(jī)為高性能計(jì)算機(jī)，現(xiàn)地控制單元由機(jī) 組現(xiàn)地控制單元、調(diào)速器電動(dòng)球閥控制屏、微機(jī)勵(lì)磁屏、公用現(xiàn)地控制單元、變頻控制屏、機(jī) 組負(fù)載調(diào)節(jié)屏、負(fù)載功率屏、綜合負(fù)載屏、低壓配電屏組并列組成，上位機(jī)通過數(shù)據(jù)線與現(xiàn) 地控制單元連接，下達(dá)指令、現(xiàn)地控制單元執(zhí)行。
6. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述負(fù) 荷系統(tǒng)（6)，包括負(fù)載系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控裝置、檢測裝置與報(bào)警裝置；所述負(fù)載系統(tǒng)由電阻、電 容、電感組成，負(fù)載系統(tǒng)的微機(jī)監(jiān)控裝置一方面連接監(jiān)控系統(tǒng)（5)的上位機(jī)，另一方面連接 負(fù)載系統(tǒng)，用于按指令控制負(fù)載系統(tǒng)的類型與大?。粰z測裝置、報(bào)警裝置也與負(fù)載系統(tǒng)相 連。
7. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述模 型機(jī)組系統(tǒng)（8)，包括蝸殼、窄高型尾水管、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、同步發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)的聯(lián)軸器 以及支架；模型蝸殼、窄高型尾水管、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)構(gòu)成模型水輪機(jī)，模型水輪機(jī)與模型同 步發(fā)電機(jī)通過水輪機(jī)的聯(lián)軸器相連組成模型水輪發(fā)電機(jī)組，模型水輪發(fā)電機(jī)組由支架支撐 固定。
8. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述量 測系統(tǒng)（7)的傳感器，包括但不限于水位傳感器、壓力傳感器、行程傳感器、功率互感器、電 壓互感器和電流互感器。
9. 如權(quán)利要求1所述的水電站過渡過程整體物理模型試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：所述量 測系統(tǒng)（7)，還包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù) 分析模塊和數(shù)據(jù)處理模塊； 所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊，用于匹配系統(tǒng)硬件通道和軟件通道； 所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，用于在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊的參數(shù)確定后，確定每一通道的放大倍 數(shù)、偏移量、單位、采樣間隔和采樣長度； 所述數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)現(xiàn)各被測物理量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和高速同步多通道的數(shù)據(jù) 米集； 所述數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示采樣數(shù)據(jù)的波形、光標(biāo)讀數(shù)、標(biāo)字； 所述數(shù)據(jù)分析模塊，用于提供數(shù)學(xué)分析庫，包括自相關(guān)和互相關(guān)分析、回歸分析、時(shí)域 和頻域分析以及小波分析； 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行裁減、移動(dòng)或?yàn)V波處理。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK104458316SQ201410854028
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】楊建東, 郭文成, 王學(xué)武, 曾威, 李進(jìn)平, 王炳豹, 張新春, 王超, 楊桀彬, 李玲, 陳捷平 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)