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    一、引言

    火力發(fā)電一般通過燃燒煤粉或其它燃料以產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)而推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動來帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速決定所發(fā)交流電的頻率f。因我國目前所用交流電頻率f為50Hz，即通常所說的工頻，所以要求在發(fā)電時，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速n（即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速）必須穩(wěn)定在3000r/min左右；發(fā)電機(jī)所發(fā)電的功率，取決于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)矩所做的功。為了使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，就相應(yīng)有一套行程閥、液壓控制閥等組成的控制系統(tǒng)來控制汽輪機(jī)使其正常運(yùn)行。一旦控制系統(tǒng)失靈，發(fā)電機(jī)組在突然卸負(fù)荷時將引起轉(zhuǎn)速的飛升，嚴(yán)重時會引發(fā)重大事故。因此，在一個新發(fā)電廠完工或原有電廠大修后，均應(yīng)作相應(yīng)的甩負(fù)荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證控制系統(tǒng)的可靠性。

    二、甩負(fù)荷試驗(yàn)相關(guān)信號描述

    在甩負(fù)荷試驗(yàn)中，所關(guān)心的信號種類主要可分為：轉(zhuǎn)速（r/min）、壓力（Mp）（包括有油壓及蒸汽壓）、行程（mm）、流量（t/h）、溫度（℃），發(fā)電機(jī)功率（Kw）及電壓（Kv）等。這些物理量除了一路轉(zhuǎn)速為正弦波信號外，另外的信號均為電流或電壓信號。

    以上信號中，傳感器輸出的是4-20mA電流的物理量分別有：一次、二次脈動油壓、潤滑油壓、調(diào)節(jié)油壓、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、再熱蒸汽壓力，左、中、右側(cè)高壓油動機(jī)行程，主汽流量、給水流量，主汽溫度、再熱汽溫、高壓缸排汽溫度，高、中、低壓缸脹差等共22路；發(fā)電機(jī)功率對應(yīng)輸出的是0-2.5mA的小電流；主汽溫度、再熱汽溫、高壓缸排汽溫度等輸出的是0~50mV的小電壓；從發(fā)電機(jī)A、B、C三段分別取出的電壓/電流即是三PT/CT，經(jīng)一次側(cè)衰減后接入到測試系統(tǒng)的PT仍高達(dá)0-100V，而CT則高達(dá)0-50安匝。

    針對上述信號特點(diǎn)，我們必須分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的前端調(diào)理；而根據(jù)正常甩負(fù)荷試驗(yàn)要求，發(fā)電機(jī)組一般是從3000r/min過沖到3400r/min后，在控制系統(tǒng)的作用下以略低于3400r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)入另一個穩(wěn)定態(tài)，整個過程大約為3S左右，為了記錄控制機(jī)構(gòu)相應(yīng)動作的時序及溫度、壓力等信號，因而要求后端的數(shù)采系統(tǒng)為多路、并行采集。

    三、總體測試方案

    甩負(fù)荷試驗(yàn)總體測試框圖如圖1所示，大體上分為傳感器、前端調(diào)理、并行數(shù)采三部分。

    對于轉(zhuǎn)速信號雖然只有一路，但在甩負(fù)荷試驗(yàn)中至關(guān)重要，因?yàn)檗D(zhuǎn)速傳感器輸出的信號為正弦波，為此需對其進(jìn)行隔離、整形，以輸出標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波，并專門設(shè)計(jì)了一款計(jì)數(shù)卡來對它進(jìn)行采集，它可以以等間隔的時間Δt，將記錄的轉(zhuǎn)速脈沖個數(shù)存儲在計(jì)數(shù)卡上的存儲器中，從而滿足甩負(fù)荷試驗(yàn)的特殊要求。

    對于4-20mA電流信號，我們在前端調(diào)理中用25Ω取樣后，然后用差分放大器放大10倍以轉(zhuǎn)化為0-5V電壓信號；對于0-2.5mA的小電流信號，其取樣電阻為20Ω，而差分放大器的放大倍數(shù)為100倍，從而保證對應(yīng)的輸出電壓也為0-5V；至于三路0-50mV的小電壓信號，則只需用放大倍數(shù)為100倍的差分放大器直接進(jìn)行放大即可。對于三路從一次PT/CT過來的信號，市面上有直接將其進(jìn)一步降低的二次PT/CT產(chǎn)品，很容易將它們轉(zhuǎn)變?yōu)?-3.5V的電壓信號。

    關(guān)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，總共使用了32路，最高采樣率為1MHz，A/D分辨率為12Bits，板上存儲深度可高達(dá)1M個樣點(diǎn)，實(shí)際使用時采樣率為25KHz、采樣長度設(shè)為128K即可，這樣就能記錄大約5S，完全滿足記錄時間大于3S的要求，因而用我公司性價更好的TST5000系列的并行采集器也是可行的。

    四、結(jié)語

    本文介紹的汽輪機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)測試系統(tǒng)，目前已在某電廠成功地完成了甩負(fù)荷試驗(yàn)，從而驗(yàn)證了本方案的可行性。不過我們同時也要指出的是，由于電廠的各種干擾較多，特別是其地電位有時就高達(dá)三十多伏，因此如何正確處理信號接地問題非常重要，否則可能根本采不到信號，這是我們在現(xiàn)場調(diào)試不可回避的問題。