一种水电站过渡过程整体物理模型试验平台，包括循环水系统(1)、励磁同期保护系统(2)、调速控制系统(3)、变频换相系统(4)、监控系统(5)、负荷系统(6)、量测系统(7)、模型机组系统(8)和模型水道系统(9)，在该平台上可以进行大波动、小波动和水力干扰等过渡过程及其他相关问题的试验研究。其优点是：本实用新型专利技术集成度高，工作性能稳定可靠，操作简易、控制精密，可有效的完成水电站过渡过程相关的各项基础性与应用基础性试验。适用于大中小型常规模型水电站和模型抽水蓄能电站。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及水电站模型试验平台，具体的说是一种水电站过渡过程整体物理 模型试验平台。
技术介绍
模型试验和数值计算是开展科学研宄、工程应用必不可少的两种相辅相成的研宄 手段。其中，模型试验不仅能验证理论分析和数值计算结果的可靠性和精确性，而且能观 测、揭示物理现象的在内规律，促进理论分析和数值计算的发展。 水电站引水发电系统过渡过程是流体、机械、电气、甚至结构相互耦合的复杂的动 态过程。一方面，过渡过程理论和数值计算已完整地考虑了水机电联合过渡过程共同作用； 另一方面，现有的将水、机、电分开研宄的方法及成果无法满足各类输水系统复杂布置的电 站（特别是：大型长输水道地下式水电站、抽水蓄能电站）设计和运行的需要，所以需要开 展包含水力系统、机械系统和电气系统的水电站过渡过程整体性物理模拟。
技术实现思路
为了开展水电站过渡过程整体性物理模拟，需要构建相应的整体物理模型试验平 台，此平台应由循环水系统、励磁同期保护系统、调速控制系统、变频换相系统、监控系统、 负荷系统、量测系统、模型机组系统、模型水道系统等子系统组成，并且监控系统和量测系 统均包含硬件和软件两部分、其他子系统仅包含硬件，然后方可在此平台上进行大波动、小 波动和水力干扰等过渡过程及其他相关问题的试验研宄。 为了达到上述的目的，水电站过渡过程整体物理模型试验平台的构建必须解决两 个层面的问题，S卩（1)模型相似律的推导，（2)模型水道机组、量测、控制、模拟负载等硬件 设备的研制与集成整合、软件系统的开发。第一个层面的问题的研宄与应用实践已比较成 熟，故本技术主要针对第二个层面，即水电站过渡过程整体物理模型试验平台子系统 的研制及基于这些子系统的集成整合的试验平台的构建。 本技术的目的是针对上述现状设计一种水电站过渡过程整体物理模型试验 平台，能够开展与过渡过程相关的各种基础性和应用基础性试验，并且试验操作简单、智 能、方便，试验现象的观察、记录真实、全面、快速，数据的采集、分析高效、准确。 一种水电站过渡过程整体物理模型试验平台，包括循环水系统1、励磁同期保护系 统2、调速控制系统3、变频换相系统4、监控系统5、负荷系统6、量测系统7、模型机组系统 8和模型水道系统9 ;所述模型机组系统8在其蜗壳进口、尾水管出口处通过法兰盘分别与 模型水道系统9的上游引水管道21的末断面、下游尾水管道22的首断面连接，构成模型引 水发电系统；模型水道系统9通过其进、出水口分别与循环水系统1的上、下游水箱相连，实 现水流的整体循环；在模型引水发电系统上设有量测系统7的传感器，所述传感器通过信 号线经模拟通道与量测系统7的动态数据采集装置相连；调速控制系统3通过接力器连接 模型机组系统8,用于控制模型机组系统8的导水机构运动；所述模型机组系统8的发电机 上设有测频装置，用于将信号引入监控系统5,同时监控系统5通过电信号的测量，与量测 系统7的上位机同时下达导水机构动作的指令，并由监控系统5的现地控制单元和调速控 制系统3联合执行；励磁同期保护系统2、变频换相系统4、负荷系统6通过信号线与监控系 统5相连，受监控系统5的上位机的控制，实现模型机组负荷的增减、变频换相、加励磁与同 期并网。 所述循环水系统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与蓄水池10相连通，供水管道12末端设有阀门和水泵 11 ;上游水箱14、下游水箱141的进水管15分别与供水管道12相连通，上游水箱14、下游 水箱141的出水管16分别与回水渠道13相连通；供水管道12与回水渠道13相连接处设 有排气阀18 ;供水管道12上还设有电磁流量计19 ;所述水泵11、排气阀18通过信号线引 入监控系统5,受监控系统5上位机的控制；电磁流量计19通过信号线引入量测系统7,由 量测系统7采集电磁流量计19测量的数据。 所述励磁同期保护系统2,包括模拟励磁系统和模拟同期系统；前者由单片微机、 大规模集成电路、STD总线组成，后者的核心部件是单片微机；励磁同期保护系统2连入监 控系统5,受监控系统5上位机的控制。 所述调速控制系统3,包括BPLC- II型可编程调节器、数字油缸及接力器；BPLC- II 型可编程调节器由PLC基本单元（FX2C-64MT)、A/D转换单元（FX-4AD)、D/A转换单元 (FX-2DA)、输入扩展单元（FX-16EX)、数字测频单元、功放单元、按键和显示单元组成，生产 商为西门子公司；数字油缸用于液压传动压力的传递、放大，并实现液压油在油缸内部的循 环；接力器位于模型机组系统8处，用于控制导水机构的运动。 所述变频换相系统4,包括变频器和换相装置，两个装置分别在变频和换向操作指 令下达时投入使用。 所述监控系统5,包括上位机和现地控制单元；所述上位机为高性能计算机，现地 控制单元由机组现地控制单元、调速器电动球阀控制屏、微机励磁屏、公用现地控制单元、 变频控制屏、机组负载调节屏、负载功率屏、综合负载屏、低压配电屏组并列组成，上位机通 过数据线与现地控制单元连接，下达指令、现地控制单元执行。现地控制单元的生产商为武 汉电力科技开发有限公司。 所述负荷系统6,包括负载系统、微机监控装置、检测装置与报警装置；所述负载 系统由电阻、电容、电感组成，负载系统的微机监控装置一方面连接监控系统5的上位机， 另一方面连接负载系统，用于按指令控制负载系统的类型与大小；检测装置、报警装置也与 负载系统相连。 所述量测系统7,包括传感器、动态数据采集装置、上位机；所述上位机与动态数 据采集装置连接，动态数据采集装置通过信号线连接布置于模型机组系统8、模型水道系统 9和循环水系统1上的传感器，采集传感器测量到的模拟量信号。 所述模型机组系统8,包括蜗壳、窄高型尾水管、转轮、导水机构、同步发电机和水 轮机的联轴器以及支架；模型蜗壳、窄高型尾水管、转轮、导水机构构成模型水轮机，模型水 轮机与模型同步发电机通过水轮机的联轴器相连组成模型水轮发电机组，模型水轮发电机 组最后由支架支撑、固定。 所述模型水道系统9,包括模型进水口 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 ;所述模型进水口 20与循环水系统1的上游水箱14相连，继而模型 进水口 20连接模型上游引水管道21-端，模型上游引水管道21的另一端与模型机组系统 8的蜗壳进口断面相连；模型下游尾水管道22 -端与模型机组系统8的尾水管出口断面相 连，另一端与模型出水口 23相连，继而模型出水口 23与下游水箱141相连通。 所述传感器，包括但不限于水位传感器、压力传感器、行程传感器、功率互感器、电 压互感器和电流互感器。 本技术水电站过渡过程整体物理模型试验平台的优点是：本技术为开展 水电站水机电过渡过程模型试验提供了硬件与软件平台。带模型机组与模拟负荷系统的整 体性试验将水电站过渡过程研宄向前推进了一大步，不仅试验重复性好、其结果规律性强， 如机组调保参数随导水机构关闭时间和关闭规律的变化，机组转速升高、蜗壳最大动水压 力以及尾水管最小动水压力发生时间次序及其与导水机构关闭时间的关系等；而且能在一 定本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水电站过渡过程整体物理模型试验平台，其特征在于：包括循环水系统(1)、励磁同期保护系统(2)、调速控制系统(3)、变频换相系统(4)、监控系统(5)、负荷系统(6)、量测系统(7)、模型机组系统(8)和模型水道系统(9)；所述模型机组系统(8)在其蜗壳进口、尾水管出口处通过法兰盘分别与模型水道系统(9)的上游引水管道(21)的末断面、下游尾水管道(22)的首断面连接，构成模型引水发电系统；模型水道系统(9)通过其进、出水口分别与循环水系统(1)的上、下游水箱相连，实现水流的整体循环；在模型引水发电系统上设有量测系统(7)的传感器，所述传感器通过信号线经模拟通道与量测系统(7)的动态数据采集装置相连；调速控制系统(3)通过接力器连接模型机组系统(8)，用于控制模型机组系统(8)的导水机构运动；所述模型机组系统(8)的发电机上设有测频装置，用于将信号引入监控系统(5)，同时监控系统(5)通过电信号的测量，与量测系统(7)的上位机同时下达导水机构动作的指令，并由监控系统(5)的现地控制单元和调速控制系统(3)联合执行；励磁同期保护系统(2)、变频换相系统(4)、负荷系统(6)通过信号线与监控系统(5)相连，受监控系统(5)的上位机的控制，实现模型机组负荷的增减、变频换相、加励磁与同期并网；所述循环水系统(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)与蓄水池(10)相连通，供水管道(12)末端设有阀门和水泵(11)；上游水箱(14)、下游水箱(141)的进水管(15)分别与供水管道(12)相连通，上游水箱(14)、下游水箱(141)的出水管(16)分别与回水渠道(13)相连通；供水管道(12)与回水渠道(13)相连接处设有排气阀(18)；供水管道(12)上还设有电磁流量计(19)；所述水泵(11)、排气阀(18)通过信号线引入监控系统(5)，受监控系统(5)上位机的控制；电磁流量计(19)通过信号线引入量测系统(7)，由量测系统(7)采集电磁流量计(19)测量的数据；所述量测系统(7)，包括传感器、动态数据采集装置、上位机；所述上位机与动态数据采集装置连接，动态数据采集装置通过信号线连接布置于模型机组系统(8)、模型水道系统(9)和循环水系统(1)上的传感器，采集传感器测量到的模拟量信号；所述模型水道系统(9)，包括模型进水口(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)；所述模型进水口(20)与循环水系统(1)的上游水箱(14)相连，继而模型进水口(20)连接模型上游引水管道(21)一端，模型上游引水管道(21)的另一端与模型机组系统(8)的蜗壳进口断面相连；模型下游尾水管道(22)一端与模型机组系统(8)的尾水管出口断面相连，另一端与模型出水口(23)相连，继而模型出水口(23)与下游水箱(141)相连通。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建东，郭文成，王学武，曾威，李进平，王炳豹，张新春，王超，杨桀彬，李玲，陈捷平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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