一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，具體包含如下步驟：在水輪周邊等間距設置m個感光孔；轉速為n的水輪發(fā)電機，每分鐘有mn個脈沖輸出光線通過周期內轉動感光孔產生輸出脈沖fp，進而測得輸出脈沖fb；根據(jù)n=fp/m得出水輪轉速n；預設水輪轉速正常閾值；根據(jù)步驟三計算出的水輪轉速n與預設正常閾值進行對比分析；若水輪轉速n高于正常閾值，則通過報警單元發(fā)出警報，同時通過轉速顯示單元實時顯示轉速。本發(fā)明方法簡單、測量精度高、抗干擾能力強；能夠精確地測量水輪發(fā)電機的轉速；通過精確地測量轉速，有效地避免了過速帶來的危害。
【專利說明】一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，屬于監(jiān)控領域。

【背景技術】
[0002]轉速數(shù)據(jù)是水輪發(fā)電機組運行狀況的重要標志之一。準確地測量機組的轉速并根據(jù)轉速的變化及時地進行各種必要的控制操作，以保證水輪發(fā)電機組正常、安全運行，是該監(jiān)控裝置應完成的功能。
[0003]目前，國內水電站使用的大多是永磁發(fā)電機加電壓繼電器式、機械式等舊式轉速信號器，存在結構復雜、測量精度低、工作可靠性差等缺點。
[0004]在水輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)中，過速保護系統(tǒng)作為機組控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于防止機組出現(xiàn)飛翼事故照成重大的損害，當機組出現(xiàn)事故停機或者甩負荷時，如果出現(xiàn)調速器故障拒動或者導葉關閉速度過慢等情況，就需要開啟事故匹配壓閥直接關閉導葉。國內外水電站曾多次出現(xiàn)機組過速、飛翼照成的重大事故，因此提高水電機組過速保護系統(tǒng)的可靠性。實時檢測水輪發(fā)電機組的速度尤其重要。
[0005]例如申請?zhí)枮椤?01220703479.1”的一種水輪發(fā)電機組機械過速保護裝置，包括轉速檢測器、配重、轉速脫扣器、抱箍，轉速檢測器通過抱箍固定安裝在機組主軸上隨機組主軸轉動，且在轉速檢測器的圓周對稱位置安裝配重保持平衡；轉速脫扣器安裝在機組主軸旁且與轉速檢測器留有間距；機組事故配壓閥連接轉速脫扣器，且在接收到電信號、液壓信號或者電信號和液壓信號后均會啟動關機操作程序。該實用新型的有益效果是反應靈敏，只要轉速脫扣器輸出電信號、或者液壓信號、或者電信號和液壓信號兩種信號都能驅動事故配壓閥關機，從而啟動關機操作程序，防止機組事故的發(fā)生。該實用新型雖然解決了水輪發(fā)電組轉速測量，通過轉速測量有效地進行過速保護，但是在測速精度方面有待進一步提升。
[0006]又如申請?zhí)枮椤?01310276592.5”一種水輪發(fā)電機過速保護電路及其控制方法，該水輪發(fā)電機過速保護電路包括安裝于水輪發(fā)電機上的η臺轉速測量儀、過速檢測裝置和過速執(zhí)行裝置，η臺轉速測量儀與過速檢測裝置相連，過速檢測裝置與過速執(zhí)行裝置相連，過速檢測裝置接收η臺轉速測量儀的檢測信號，當有m臺轉速測量儀檢測到水輪發(fā)電機轉速超速時，過速檢測裝置向過速執(zhí)行裝置輸出過速信號，調節(jié)水輪發(fā)電機轉速，η為大于2的正整數(shù)，m為大于2且小于η的正整數(shù)。該發(fā)明避免過速執(zhí)行裝置單一的根據(jù)機組轉速是否大于115%*Ne而運動，避免轉速信號異常造成過速保護誤動或拒動。同時，通過設立主配據(jù)動條件，避免主配拒動信號不正確而導致過速保護誤動。該發(fā)明雖然解決了水輪發(fā)電組轉速測量，通過轉速測量有效地進行過速保護，但是在測速精度方面有待進一步提升。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其結構簡單、測量精度高、抗干擾能力強且能夠精確地測量水輪發(fā)電機的轉速。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，具體包含如下步驟:
步驟一，在水輪的轉盤上等間距設置m個感光孔；采用光源垂直照射至轉盤上；
步驟二，預設水輪轉速正常閾值；
步驟三，采用光電式脈沖編碼器采集通過感光孔輸出的光信號，并對該光信號進行脈沖整形得到輸出脈沖信號；
步驟四，根據(jù)n=fp/m計算得出水輪轉速,其中，η為轉速，fp為輸出脈沖；
步驟五，根據(jù)步驟四計算出的水輪轉速η與預設水輪轉速正常閾值進行對比分析；若水輪轉速η高于正常閾值，則發(fā)出警報，進而調節(jié)水輪轉速至正常速度，同時實時顯示實際轉速。
[0009]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，所述m 為 60。
[0010]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，在步驟五中，采用聲光報警單元發(fā)出警報。
[0011]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，所述水輪轉速正常閾值為3000rpm。
[0012]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，在步驟五中，采用數(shù)碼管實時顯示實際轉速。
[0013]本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
1、方法簡單、測量精度高、抗干擾能力強；
2、能夠精確地測量水輪發(fā)電機的轉速；
3、通過精確地測量轉速，有效地避免了過速帶來的危害；
4、簡化了硬件電路，降低了產品成本，縮短了設計周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的流程圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示，一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，具體包含如下步驟:
步驟一，在水輪的轉盤上等間距設置m個感光孔；采用光源垂直照射至轉盤上；
步驟二，預設水輪轉速正常閾值；
步驟三，采用光電式脈沖編碼器采集通過感光孔輸出的光信號，并對該光信號進行脈沖整形得到輸出脈沖信號；
步驟四，根據(jù)n=fp/m計算得出水輪轉速,其中，η為轉速，fp為輸出脈沖；
步驟五，根據(jù)步驟四計算出的水輪轉速η與預設水輪轉速正常閾值進行對比分析；若水輪轉速η高于正常閾值，則發(fā)出警報，進而調節(jié)水輪轉速至正常速度，同時實時顯示實際轉速。
[0016]其中，η為轉速，fp為輸出脈沖，m為感光孔數(shù)量；
其中，所述m為60，所述微控制模塊為FLEX10K系列CPLD芯片，所述水輪轉速正常閾值為3000rpm,所述轉速顯示單元為數(shù)碼管。
[0017]本發(fā)明的轉速傳感器采用光電式脈沖編碼器，與待測發(fā)電機主軸同軸相連。傳感器上均勻分布有60個感光孔，使轉速為η的水輪發(fā)電機，每分鐘有60η個脈沖輸出，即每秒有η個脈沖，故可以通過對傳感器的輸出脈沖頻率fp的測量得到水輪發(fā)電機的轉速值η。
[0018]工作時,首先光源發(fā)射器將光信號垂直照射到轉盤上，通過感光孔輸出光信號，光電傳感器將光信號轉換成電信號輸出脈沖fp,進而通過脈沖整形放大電路傳輸至微控制器模塊計算，進而微控制器根據(jù)n=fp/m得出水輪轉速；其中，η為轉速，fp為輸出脈沖，m為感光孔數(shù)量；通過公式可計算出水輪轉速，微控制模塊根據(jù)計算出的水輪轉速判斷分析當前轉速是否在正常范圍內，若超過正常轉速，則驅動報警單元發(fā)出警報。
[0019]本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)是采用CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)及少量的接口器件構成的，系統(tǒng)的功能結構描述采用VHDL(Very Highspeed IntegratedCircuit Hardware Descript1nLanguage)。由于采用的CPLD芯片能夠高密度、高速度、高性能地實現(xiàn)復雜數(shù)字系統(tǒng)的設計，使硬件設計大大簡化。具有設計硬件結構簡單、測量精度聞、抗干擾能力強等特點。
[0020]FLEX10K系列器件是嵌入式PLD產品，每個FLEX10K器件包含一個嵌入式陣列和一個邏輯陣列。嵌入式陣列由一些嵌入式陣列塊組成，用于實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能。邏輯陣列由邏輯陣列塊組成，用于實現(xiàn)通用邏輯。FLEX10K器件采用可重構的CN0SSRAM單元，其結構集成了實現(xiàn)通用多功能門陣列所需的全部特征，器件容量可達I萬?25萬門。具有功耗低、互連方式靈活、支持多電壓I/O接口等特點，能夠高密度、高速度、高性能地將整個系統(tǒng)集成于單個器件中。
[0021]由于水輪發(fā)電機組的轉速過低或過高都會影響發(fā)電系統(tǒng)正常、安全地工作，因此需相應的驅動報警電路和控制電路來保障其工作速度在允許的范圍內。轉速的設定值可根據(jù)實際機組的需要從CPLD的I/O功能引腳預置輸入，應用VHDL語言描述，將CPLD測得的轉速值與預置值比較，超限即送出信號到控制繼電器組，使相應的繼電器動作，驅動相應的報警電路和控制電路工作。
[0022]本【技術領域】技術人員可以理解的是，可以用計算機程序指令來實現(xiàn)這些結構圖和/或框圖和/或流圖中的每個框以及這些結構圖和/或框圖和/或流圖中的框的組合?？梢詫⑦@些計算機程序指令提供給通用計算機、專業(yè)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理方法的處理器來生成機器，從而通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理方法的處理器來執(zhí)行的指令創(chuàng)建了用于實現(xiàn)結構圖和/或框圖和/或流圖的框或多個框中指定的方法。
[0023]本【技術領域】技術人員可以理解的是，本發(fā)明中已經(jīng)討論過的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案可以被交替、更改、組合或刪除。進一步地，具有本發(fā)明中已經(jīng)討論過的各種操作、方法、流程中的其他步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。進一步地，現(xiàn)有技術中的具有與本發(fā)明中公開的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。
[0024]以上所述僅是本發(fā)明的部分實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:具體包含如下步驟: 步驟一，在水輪的轉盤上等間距設置m個感光孔；采用光源垂直照射至轉盤上； 步驟二，預設水輪轉速正常閾值； 步驟三，采用光電式脈沖編碼器采集通過感光孔輸出的光信號，并對該光信號進行脈沖整形得到輸出脈沖信號； 步驟四，根據(jù)n=fp/m計算得出水輪轉速,其中，η為轉速，fp為輸出脈沖； 步驟五，根據(jù)步驟四計算出的水輪轉速η與預設水輪轉速正常閾值進行對比分析；若水輪轉速η高于正常閾值，則發(fā)出警報，進而調節(jié)水輪轉速至正常速度，同時實時顯示實際轉速。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:所述m為60。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:在步驟五中，采用聲光報警單元發(fā)出警報。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:所述水輪轉速正常閾值為3000rpm。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:在步驟五中，采用數(shù)碼管實時顯示實際轉速。
【文檔編號】G05D13/62GK104391517SQ201410687958
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】朱杰 申請人:無錫科思電子科技有限公司