汽轮发电机组甩负荷试验
成都泰斯特电子
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摘要:针对汽轮发电机组甩负荷试验的要求，提出了包括前端调理到数据采集一套完整的测试方案。由于该方案的数采部分采用了多通道、并行采集技术，不仅可记录整个汽轮机组甩负荷试验的全过程，而且能正确反映相应安全控制机构的动作时间；同时它还可以作为发电机组日常的监测系统来使用。目前该方案已在某新建电厂甩负荷试验得到了成功的验证。
关键词;汽轮机 发电机组甩负荷试验 数据采集多通道 并行测试
一、引言
火力发电一般通过燃烧煤粉或其它燃料以产生蒸汽，进而推动汽轮机转动来带动发电机发电。汽轮机的转速决定所发交流电的频率f。因我国目前所用交流电频率f为50Hz，即通常所说的工频，所以要求在发电时，汽轮机转速n（即发电机转速）必须稳定在3000r/min左右；发电机所发电的功率，取决于汽轮机转矩所做的功。为了使汽轮机转速n稳定在一定的范围内，就相应有一套行程阀、液压控制阀等组成的控制系统来控制汽轮机使其正常运行。一旦控制系统失灵，发电机组在突然卸负荷时将引起转速的飞升，严重时会引发重大事故。因此，在一个新发电厂完工或原有电厂大修后，均应作相应的甩负荷试验，以验证控制系统的可靠性。
二、甩负荷试验相关信号描述
在甩负荷试验中，所关心的信号种类主要可分为：转速（r/min）、压力（Mp）（包括有油压及蒸汽压）、行程（mm）、流量（t/h）、温度（℃），发电机功率（Kw）及电压（Kv）等。这些物理量除了一路转速为正弦波信号外，另外的信号均为电流或电压信号。
以上信号中，传感器输出的是4-20mA电流的物理量分别有：一次、二次脉动油压、润滑油压、调节油压、主蒸汽压力、调节级压力、再热蒸汽压力，左、中、右侧高压油动机行程，主汽流量、给水流量，主汽温度、再热汽温、高压缸排汽温度，高、中、低压缸胀差等共22路；发电机功率对应输出的是0-2.5mA的小电流；主汽温度、再热汽温、高压缸排汽温度等输出的是0~50mV的小电压；从发电机A、B、C三段分别取出的电压/电流即是三PT/CT，经一次侧衰减后接入到测试系统的PT仍高达0-100V，而CT则高达0-50安匝。
针对上述信号特点，我们必须分别设计相应的前端调理；而根据正常甩负荷试验要求，发电机组一般是从3000r/min过冲到3400r/min后，在控制系统的作用下以略低于3400r/min的转速进入另一个稳定态，整个过程大约为3S左右，为了记录控制机构相应动作的时序及温度、压力等信号，因而要求后端的数采系统为多路、并行采集。
三、总体测试方案
甩负荷试验总体测试框图如图1所示，大体上分为传感器、前端调理、并行数采三部分。
图1甩负荷试验总体测试框图
对于转速信号虽然只有一路，但在甩负荷试验中至关重要，因为转速传感器输出的信号为正弦波，为此需对其进行隔离、整形，以输出标准的TTL方波，并专门设计了一款计数卡来对它进行采集，它可以以等间隔的时间Δt，将记录的转速脉冲个数存储在计数卡上的存储器中，从而满足甩负荷试验的特殊要求。
对于4-20mA电流信号，我们在前端调理中用25Ω取样后，然后用差分放大器放大10倍以转化为0-5V电压信号；对于0-2.5mA的小电流信号，其取样电阻为20Ω，而差分放大器的放大倍数为100倍，从而保证对应的输出电压也为0-5V；至于三路0-50mV的小电压信号，则只需用放大倍数为100倍的差分放大器直接进行放大即可。对于三路从一次PT/CT过来的信号，市面上有直接将其进一步降低的二次PT/CT产品，很容易将它们转变为0-3.5V的电压信号。
关于多路、并行采集，使用的是我公司非常成熟的TST3000系列的并行采集卡，总共使用了32路，最高采样率为1MHz，A/D分辨率为12Bits，板上存储深度可高达1M个样点，实际使用时采样率为25KHz、采样长度设为128K即可，这样就能记录大约5S，完全满足记录时间大于3S的要求，因而用我公司性价更好的TST5000系列的并行采集器也是可行的。
四、结语
本文介绍的汽轮机甩负荷试验测试系统，目前已在某电厂成功地完成了甩负荷试验，从而验证了本方案的可行性。不过我们同时也要指出的是，由于电厂的各种干扰较多，特别是其地电位有时就高达三十多伏，因此如何正确处理信号接地问题非常重要，否则可能根本采不到信号，这是我们在现场调试不可回避的问题。
