基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法技术方案

本发明专利技术提供基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法，包括：通过电气测速和机械测速方法获取脉冲信号，传输至高数计数器预处理；通过PROFINET环网将PLC控制器通讯连接，经预处理后的数据传输至CPU加工处理后存储于存储模块；将存储模块中的数据进行内部调用和外部调用；将CPU加工处理获得数据和内外调用的数据通过以太网和光纤分别传输至触摸屏和上位机显示。本发明专利技术基于水轮发电机监控系统PROFINET环网和同步模块的双冗余配置，结合高速计数模块，增加了对机组转速监测的模块化配置，提高了机组转速监测数据的处理能力和可靠性，进一步充分发挥水电厂技术人员的维护力量，有效降低了对生产厂家的依赖性。有效降低了对生产厂家的依赖性。有效降低了对生产厂家的依赖性。

【技术实现步骤摘要】
基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法


[0001]本专利技术涉及水轮发电机机组转速监测
，特别涉及基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法。

技术介绍

[0002]在水力发电厂内，机组转速信号被广泛应用于机组监控系统启停机控制流程和调速器控制系统；主要作用体现在准同期装置，投退高顶，投退风闸，机组蠕动监控，机组过速监控和调速器开关导叶对机组转速变化上，可靠的转速监测对机组的安全、稳定和经济运行承担重要作用。
[0003]近几年随着工业化自动控制系统的蓬勃发展，大型监控系统的性能更强，普遍适合处理机组运行任务；国内中、大型机组的单机容量越来越大，在电力系统中承担重要角色；为此，对机组转速测量与保护的可靠性要求越来越高。在以往对机组转速监测过程中，转速装置集成化，水电厂技术力量难以对装置进行维护；其次，装置独立，对外硬节点输出，送至机组监控系统，增加了转速节点信号传输过程的不可靠性；同时，还存在装置显示单元单一，操作复杂等问题。为解决以往各类测速装置所存在的不足，满足电站自动监控和保护以及电厂现场维护的需求，结合现有技术，采取突破性的模块化的设计方法，使机组转速监测行为更加可靠和简便，更有利于现场维护。

技术实现思路

[0004]针对上述现有方法存在的不足，本专利技术提供了基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法，以解决现有技术中转速装置集成化、独立、功能单一、操作复杂，以及难以满足水电厂现场技术维护的问题。
[0005]本专利技术基于水电厂现有的中、大型监控系统的双冗余配置，结合高速计数模块的独立数据处理能力，增加了对机组转速监测的模块化配置，有效提高机组转速监测数据的处理能力和可靠性，进一步充分发挥水电厂技术人员的维护力量，并有效降低了对生产厂家的依赖性。
[0006]本专利技术提供了基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法，包括电压互感器PT、信号处理模块、机械测速探头及齿盘、信号隔离模块、高速计数模块、水轮发电机监控系统、AO模块、调速器、交换机、触摸屏、上位机和通讯模块，所述水轮发电机监控系统通过所述通讯模块与所述高速计数模块和所述AO模块通讯连接，所述水轮发电机监控系统包括第一PLC控制器和第二PLC控制器，所述水轮发电机监控系统通过PROFINET环网通讯连接，实现冗余配置，所述PLC控制器包括CPU、存储模块、通讯模块、网络模块和同步模块，所述PLC控制器通过所述网络模块与所述交换机网络连接，所述交换机配置有以太网接口和光纤通道接口，所述上位机包括工程师站、操作员站和数据库，监测方法为：
[0007]S1：获取水轮发电机组初始脉冲信号，所述水轮发电机组初始脉冲信号是采用电气测速和机械测速方法获取，所述电气测速方法是通过电压互感器PT采集电网电压频率信
号和水轮发电机组机端电压频率信号，再经信号处理模块转换后获得的可供高速计数模块识别的脉冲信号，所述机械测速是将基于霍尔传感器的齿盘测速获得的脉冲信号,再经信号隔离模块转换后获得的可供高速计数模块识别的脉冲信号；所述初始脉冲信号包括：基于电网电压频率信号的第一初始脉冲信号、基于水轮发电机组机端电压频率信号的第二初始脉冲信号和基于霍尔传感器齿盘测速的第三初始脉冲信号；
[0008]S2：将所述步骤S1中的所述水轮发电机组初始脉冲信号传输至所述高速计数模块进行预处理后获得目标脉冲信号，所述预处理是采用高速计数模块计算所述水轮发电机组初始脉冲信号的脉冲数；
[0009]S3：将所述步骤S2中经过预处理后获得的所述目标脉冲信号通过PROFINET环网传输至所述CPU，由所述CPU根据预先设定的用户程序加工处理后获得内部变量数据，并将所述内部变量数据存储于所述存储模块，所述内部变量数据包括频率数据和转速信号数据,所述内部变量数据包括基于电网电压频率信号的第一内部变量数据、基于水轮发电机组机组机端电压频率信号的第二内部变量数据和基于霍尔传感器齿盘测速的第三内部变量数据，分别计算所述第一内部变量数据与所述第二内部变量数据、所述第一内部变量数据与所述第三内部变量数据的频差，获得第四内部变量数据，并将所述第四内部变量数据存储于所述存储模块；同时，所述PLC控制器的同步模块还配置有两根光纤专门用于实时同步数据和事件，同步处理用户程序，紧密协调所述第一PLC控制器和所述第二PLC控制器数据；
[0010]S4：调用所述步骤S3中存储于所述存储模块的内部变量数据，所述调用包括内部调用和外部调用，所述内部调用具体为：在机组监控系统执行监控程序时,调用所述存储模块中的所述第二内部变量数据和所述第三内部变量数据与预设于系统内的转速频率信号节点值进行比较，若二者相等，输出节点相等的信号数据存储于存储模块，并提供给机组开停机流程，允许机组开停机执行下一步流程，若二者不相等，则不允许机组开停机执行下一步流程；
[0011]所述外部调用具体为：调取存储于所述存储模块中的所述内部变量数据，通过所述AO模块将所述内部变量数据转换为4
‑
2mA模拟量信号并输出至所述调速器，供所述调速器控制计算使用；
[0012]S5：通过所述交换机将所述步骤S3和S4中的存储的内部变量数据进行传输显示，所述数据传输方式包括以太网传输和光纤传输，所述以太网传输是将所述水轮发电机监控系统中的数据通过以太网将传输至所述触摸屏显示，所述光纤传输是将所述水轮发电机监控系统中的数据通过光纤通道实时上传至所述上位机。
[0013]优选的，所述信号处理是采用信号处理模块进行，包括隔离、降压、滤波和波形变换，是将正弦信号转换成高速计数模块可识别的脉冲信号；所述信号隔离处理是采用信号隔离模块进行，是将来自传感器的脉冲信号换成高速计数模块可识别的脉冲信号。
[0014]优选的，经过信号处理模块处理后的所述电网电压频率信号和所述水轮发电机组机端电压频率信号均可产生两路供高速计数模块识别的脉冲信号,所述第一初始脉冲信号包括第一路初始脉冲信号和第二路初始脉冲信号,所述第二初始脉冲信号包括第三路初始脉冲信号和第四路初始脉冲信号；
[0015]经过信号隔离模块处理后的所述霍尔传感器齿盘测速的脉冲信号转换输出后可产生四路供高速计数模块识别的脉冲信号,所述第三初始脉冲信号包括第五路初始脉冲信
号、第六路初始脉冲信号、第七路初始脉冲信号和第八路初始脉冲信号。
[0016]优选的，所述步骤S3中对所述目标脉冲信号根据预先设定的用户程序加工处理是将所述脉冲信号转换为所述内部变量数据，其计算公式为：
[0017][0018]又因可知：
[0019][0020]其中，f为频率，f的单位为Hz；y为所述CPU的扫描周期内机频的脉冲数量；z为所述CPU的扫描周期内网频的脉冲数量；Δt为所述CPU的扫描周期，Δt的单位为s；x为所述CPU的扫描周期内齿盘测速的脉冲数量；N为齿盘的齿数与机组极对数成倍数关系；p为机组极对数；n为转速，n的单位为r/min；
[0021]所述电网电压频率信号的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法，包括电压互感器PT、信号处理模块、机械测速探头及齿盘、信号隔离模块、高速计数模块、水轮发电机监控系统、AO模块、调速器、交换机、触摸屏、上位机和通讯模块，所述水轮发电机监控系统通过所述通讯模块与所述高速计数模块和所述AO模块通讯连接，其特征在于：所述水轮发电机监控系统包括第一PLC控制器和第二PLC控制器，所述水轮发电机监控系统通过PROFINET环网通讯连接，实现冗余配置，所述PLC控制器包括CPU、存储模块、通讯模块、网络模块和同步模块，所述PLC控制器通过所述网络模块与所述交换机网络连接，所述交换机配置有以太网接口和光纤通道接口，所述上位机包括工程师站、操作员站和数据库，监测方法为：S1：获取水轮发电机组初始脉冲信号，所述水轮发电机组初始脉冲信号是采用电气测速和机械测速方法获取，所述电气测速方法是通过电压互感器PT采集电网电压频率信号和水轮发电机组机端电压频率信号，再经信号处理模块转换后获得的可供高速计数模块识别的脉冲信号，所述机械测速是将基于霍尔传感器的齿盘测速获得的脉冲信号,再经信号隔离模块转换后获得的可供高速计数模块识别的脉冲信号；所述初始脉冲信号包括：基于电网电压频率信号的第一初始脉冲信号、基于水轮发电机组机端电压频率信号的第二初始脉冲信号和基于霍尔传感器齿盘测速的第三初始脉冲信号；S2：将所述步骤S1中的所述水轮发电机组初始脉冲信号传输至所述高速计数模块进行预处理后获得目标脉冲信号，所述预处理是采用高速计数模块计算所述水轮发电机组初始脉冲信号的脉冲数；S3：将所述步骤S2中经过预处理后获得的所述目标脉冲信号通过PROFINET环网传输至所述CPU，由所述CPU根据预先设定的用户程序加工处理后获得内部变量数据，并将所述内部变量数据存储于所述存储模块，所述内部变量数据包括频率数据和转速信号数据,所述内部变量数据包括基于电网电压频率信号的第一内部变量数据、基于水轮发电机组机组机端电压频率信号的第二内部变量数据和基于霍尔传感器齿盘测速的第三内部变量数据，分别计算所述第一内部变量数据与所述第二内部变量数据、所述第一内部变量数据与所述第三内部变量数据的频差，获得第四内部变量数据，并将所述第四内部变量数据存储于所述存储模块；同时，所述PLC控制器的同步模块还配置有两根光纤专门用于实时同步数据和事件，同步处理用户程序，紧密协调所述第一PLC控制器和所述第二PLC控制器数据；S4：调用所述步骤S3中存储于所述存储模块的内部变量数据，所述调用包括内部调用和外部调用，所述内部调用具体为：在机组监控系统执行监控程序时,调用所述存储模块中的所述第二内部变量数据和所述第三内部变量数据与预设于系统内的转速频率信号节点值进行比较，若二者相等，输出节点相等的信号数据存储于存储模块，并提供给机组开停机流程，允许机组开停机执行下一步流程，若二者不相等，则不允许机组开停机执行下一步流程；所述外部调用具体为：调取存储于所述存储模块中的所述内部变量数据，通过所述AO模块将所述内部变量数据转换为4
‑
2mA模拟量信号并输出至所述调速器，供所述调速器控制计算使用；S5：通过所述交换机将所述步骤S3和S4中的存储的内部变量数据进行传输显示，所述数据传输方式包括以太网传输和光纤传输，所述以太网传输是将所述水轮发电机监控系统中的数据通过以太网将传输至所述触摸屏显示，所述光纤传输是将所述水轮发电机监控系
统中的数据通过光纤通道实时上传至所述上位机。2.根据权利要求1所述的基于水轮发电机监控系统转速模块化冗余配置的监测方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗计，陈豪，张伟，陈名先，余仕丹，
申请(专利权)人：大唐观音岩水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：