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DL／T 1120-2018 水轮机调节系统测试与实时仿真装置技术规程

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注H期的引用文件，仅注H期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T9652.1水轮机控制系统技术条件 GB/T9652.2水轮机控制系统试验 DL/T496水轮机电液调节系统及装置调整试验导则 DL/T563水轮机电液调节系统及装置技术规程 DL/T1245水轮机调节系统并网运行技术导则 DL/T1548水轮机调节系统设计与应用导则

3.1模拟量催号采集的电平标准应为4mA～20mA/0mA20mA，也可以是0V5V或0V~10V或一5V~ +5V，测速/测频信号宜为0.3V～150V（RMS）电压信号。 3.2水轮机、发电机及压力引水系统特性参数和数据应准确、完整。 3.3装置使用地点的海拔、空气温度、相对湿度应符合DL/T563的规定。

4.2.1号处理单元基本配置至少应满足以

模拟量输入接口，8路； 模拟量输出接口，4路； 开关量输入接口，4路； 开关量输出接口，4路； 一频率信号输入接口，3路； 一频率信号输出接口，2路： 数据通信接口，1路。 1.2.2信号处理单元各输入/输出接口相万.之间及与外部设备之间均应电气隔离。 4.2.3模拟量输入接口要求：

a）分辨率：12bit及以上。 b）测量范围应为0V～5V、0V～10V、一5V～十5V、10V～+10V、0mA 20mA，应能适应不同传感器的工作需要。 c）输入阻抗：电压型，≥5k2；电流型，≤5002。 d）模拟量输入接口还应提供传感器供电电源，传感器供电电压应在DC5V～2 可选为5V、10V、12V、15V、24VE10_JTG_E50-2006公路土工合成材料试验规程，负载能力不小于100mA。 4.2.4模拟量信号的采样步长应满足DL/T1548的规定。对于高速采样，其步长应≤1 4.2.5 对于发电机定子电流，应采用高速采样。 4.2.6对模拟量输入通道，试验前应进行标定。 4.2.7 模拟量输出接口要求： a） 数值转换分辨率：12bit及以上。 b）信号范围应可选为0V～10V、4mA～20mA。 c）负载能力：电压型，≥5002；电流型，≤5002。 4.2.8开关量输入回路应能适应有源及无源接点信号，采样步长≤4mS。 4.2.9开关量输出回路应能输出无源接点信号，信号滞后时间≤10mS。 4.2.10频率信号接口及测量要求： a） 测频范围：0.3Hz~100.0Hz； b）45Hz～55Hz范围内测频分辨率：≤0.0015Hz； c）测频信号电压范围：0.3V～150.0V（RMS）。 4.2.11 频率信号发生回路要求： a） 频率信号范围：0.5Hz~100.0Hz； b）45Hz～55Hz范围内信号分辨率：≤0.0015Hz； c）信号波形：方波或正弦波； d）信号电平：0.1V200.0V（RMS)； e 负载能力：≥100.0mA。 4.2.12 数据通信接口宜采用以太网口，也可采用USB、串行接口。 4.2.13 装置的电磁兼容性应满足GB/T9652.1、DL/T563的要求。

装置应配置如下功能模块： a）系统设置与模拟量输入/输出通道率定模块； b）实时数据采集与存储示波器功能模块； c）存储数据回放与图形显示模块； d）输出频率信号调整模块； e）随动系统特性测试模块； f）调节器PID特性测试模块； g）调速器静特性测试模块； h）调速器动态特性测试模块； i）并网（涉网）功能试验模块； i）调速器故障模拟及故障处理过程记录模块； k）动态特性自动分析模块； 1）试验结果处理与动态特性半自动分析模块： m）打印设置与图形输出模块：

4.3.1装置应配置如下功能模功

n）试验报告生成模块； o）Excel格式试验数据生成模块： p）自定义的功能模块。

DL/T1120—2018

o）Excel格式试验数据生成模块； p）自定义的功能模块。 4.3.2系统设置与模拟量输入/输出通道率定模块应具备下列基本功能： a）可选择模拟量输入通道的接口测量范围： b）可对每个模拟量输入通道进行率定： c）输入/输出通道对应的外部实际物理量名称、单位设定； d）可设定采样步长； e）可设定每个输入通道采样信号的滤波方法与滤波器参数。 4.3.3实时数据采集与存储示波器功能模块应具有下列功能： a）实时数据采集与显示； b）对选定的借号进行‘定时间段（可设定）的采集，并存入指定的数据文件中。 4.3.4存储数据回放与图形显示模块：应能打开存储的数据文件，并显示过程曲线。对显示的过程曲 线可进行放大和缩小，可借助于光标进行读图和简单的数据处理。 4.3.5输出频率信号调整模块：频率信号的调整可为阶跃式和渐变式，调整的幅值和变化的速度应可 设定。各路频率信号应可分别调整或同步调整。 4.3.6随动系统特性测试模块应能实现： a）测量记录随动系统的阶跃扰动特性； b）随动系统静态特性试验及随动系统不准确度测试。 4.3.7调速器PID特性测试模块：应能测量记录调节器的PID特性，并可根据调节器输出特性，按 GB/T9652.2、DL/T496规定的方法计算调节参数Kp、KI、Kp或bt、Ta、Tn 4.3.8调速器静特性测试模块：应能自动进行调速器静特性测试，并绘制静特性曲线，计算转速死 区、线性度误差及永态转差系数或功率调差率。 4.3.9调速器动态特性测试模块：调速器动态特性测试宜包括开机过程、停机过程、空载频率扰动、 空载转速摆动、负荷扰动、接力器不动时间测定、机组甩负荷过程记录等测试。 4.3.10涉网功能试验模块：应能进行实现··次调频试验、参数实测及建模试验。 4.3.11调速器故障模拟测试模块：应能对本标准5.2.4所述的调节系统故障前后，对接力器行程、机 组转速等量进行连续记录。 4.3.12动态特性分析模块：应能对测试项日的动态过程图形进行分析，并可自动计算和显示相应的动 态性能指标或特征值，如波峰数、调节时间、超调量等；还应能借助光标读取曲线任意点的坐标值。 在需要时，还可自动生成相关的试验报告。 4.3.13试验结果处理模块应具备下列功能：

4.3.13试验结果处理模块应具备下列功能

b）相关试验的结果应可嵌入到试验报告的对应位置，生成完整的试验报告； 在试验记录文件和回放的图形文件中，对所有试验项目，应包含试验项日名称、试验仪器名称 及编号、试验人员、试验日期、试验时间、试验工况、试验参数以及试验结果等内容。 4.3.14自定义功能模块：可根据川户白定义的其他功能进行试验

5.1调节对象实时仿真功能

发电机及引水系统的动态特性。 1.2装置应能输出水压、机组频率、有功功率、接力器位移等信号。信号的类型和电平应与调

DL/T11202018

DL/T11202018

5.1.3实时仿真模型主要特性参数应能人工整定

5.2.1试验和检测方法应符合GB/T9652.2、DL/T496、DL/T1245的要求。

2并网前的试验项目： a）调节系统静态特性试验及转速死区指标、静态特性线性度误差和永态转差系数、功率调差率的 测试： b）多喷嘴冲击式水轮机调节系统的喷针同步误差测试； c）每个导叶单独控制的水轮机调节系统的导叶同步误差测试； d）电液随动系统静态特性试验及随动系统不准确度测试： e）电液随动系统动态特性试验； f）电子调节器调节规律试验和调节参数Kp、K、Kp（或bt、Ta、T,）、bp的校验。 .3并网后的试验项目： a）机组开机过程试验； b）机组停机过程试验； c）调节系统空载扰动试验； d）调节系统于动工况和自动工况下空载转速摆动值测定； e）机组负荷调整（增、减）试验； f）机组负荷扰动试验； g 机组甩负荷过程试验： 1）接力器不动时间测定； 2）甩100%负荷时动态过程记录及调节时间Tp与Te、升速时间TM和波动次数Z等动态特性 指标检测： 3）甩100%负荷机组转速最大值、水压最大值测量。 h）并网（涉网）功能试验： 1）·次调频试验； 2）参数实测及建模试验。 .4调节系统障模拟试验： a）频率（转速）信号消失； b）接力器位移传感器偿号故障： c）电液随动系统故障； d）交/直流电源切换和交/直流电源同时消尖； e）控制器障及元余控制器切换； f）电液转换环节故障及穴余电液转换环节切换； g）功率反馈信号故障；

5.2.3并网后的试验项且：

2）参数实测及建模试验

5.2.4调节系统故障模拟试验：

a）频率（转速）信号消失； b）接力器位移传感器信号故障； c）电液随动系统故障； d）交/直流电源切换和交/直流电源同时消失； e）控制器故障及穴余控制器切换； f）电液转换环节故障及穴余电液转换环节切换； g）功率反馈信号故障； h）功率给定信号故障； i）水头信号故障。

5.2.5其他试验项：

a）调节系统手动、自动切换试验； b）自定义的功能试验； ）作为稳定的频率信号源及试验记录仪，参与水轮机调节系统的电磁兼容性试验。

5.3试验数据采集、存储和数据处理功能

5.3.1数据分析处理、特性指标计算应合GB/T9652.2、DL/T496、DL/T1245的规定， 5.3.2应具有数据采集、存储、曲线生成和特性参数的分析功能，并可自动生成试验报告 5.3.3应具有输出图形、数据的功能

频率检测及频率信号发生

5.4.1应具有信号频率检测的功能，可检测的信号频率范围宜为0.5Hz～100.0Hz。 5.4.2应具有输出正弦波或方波信号的功能，信号频率的范围为0.5Hz～100.0Hz，信号电压的幅值范 围为0.1V～200.0V（RMS），频率及电压幅值应能人工调整，或按约定的输出方式改变。

6.1调速器整机静特性及转速死区测试

6.1.1开始试验前，使调节系统进入开度模式或功率模式，将永态转差系数b，整定在4%，用“功率 给定”或“开度给定”或于动操作的方法，将导叶或喷针接力器调整到50%行程位置。 6.1.2试验的频率变化增量、两个相邻测点之间的频率变化速率、测量等待时间（稳定时间）应可设 置，且每组测点频率值在升或降方向的数值应相等。 6.1.3记录测试数据前，应通过升高频率使接力器从50%位置向全关方向运动至10%以下位置，或通 过降低频率使接力器从50%位置向全开方向运动至90%以上位置。 6.1.4通过频率逐次渐变的方法控制接力器朝开启方向或关闭方向移动，在接力器每次变化稳定后， 记录频率（输入）、接力器行程（输出）。 6.1.5静特性试验中记录的频率值应是装置实测的频率值，不宜用信号发生器的设定值。 6.1.6试验完成后，应给出试验记录的数据表和试验结果，并绘出静特性曲线，见图1，i1=bp·△y1； ix2=bpy2；i3=bp‘y3。测试应取3组以上频率，以最大死区值作为调速器的死区被考核值。应采用 实测校验后的b，值计算死区，其校验方法按DL/T496执行。

6.2随动系统开环增益校验

图1水轮机调节系统死区的测试与求取

2.1随动系统输入端应施加相当于接力器全行程20%的阶跌扰动假号，自动记求正/负阶跌扰动 器的运动曲线，并计算接力器向开方向运动和向关方向运动时随动系统可用增益。 2.2确定实际最大可用增益的原则是：能保持随动系统稳定、最大超调量小于2%且波动次数不 6次的最大开环增益，即为实际最大可用增益。

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6.2.3计算最大可用增益下的随动系统开环放大倍数。

6.2.3计算最大可用增益下的随动系统开环放大倍数。

图2随动系统不准确度的测试与求取

应记录从机组启动至机组转速n（频率f）达到80%额定转速n（或额定频率f）的升速日 自机组启动至空载转速（频率）达到同期带（即99.5%f～101%f）及所经历的时间tsR，见图

图3开机升速至同期转速的过程曲线

记录停机过程中的机组转速（频率）、接力器位移曲线，并记录接力器全关时对应的转速、接力 （或机组转速从100%）到转速下降至某一特征值（可选定，如30%）的时间、转速从某一特征 到5%的时间。

6.6空载转速摆动试验

读记录3min，计算在该时段内机组转速的摆动相

Anmax 持续波动周期内的转速最人波峰值，r/min； Anmin 持续波动周期内的转速最小波谷值，I/min n 转速目标值（给定值），r/min。 并以图形的方式显示动态过程，在该过程图中应给山试验结果，并标明转速最人值、最小值和转速的 摆动相对值，见图4。

6.7空载频率扰动试验

图4机组转速波动曲线

按照DL/T496、DL/T563的规定，由空载频率扰动响应曲线，得出频率变化衰减度 W=△f/Afx）、频率最大超调量Amax、调节时间tFR、波动次数Z等动态指标。 可通过下列两种方法进行试验： a）频率给定法：对调节系统施加幅度不小于4%额定转速的阶跃给定，记录动态响应过程，见图5。 b）于动扰动法：于动增/减接力器位移，改变机组当前的实际转速，当转速变化幅度超过4%额定 转速时，再切至自动，见图6。

6.8接力器不动时间测试

6.8.1宜通过现场甩25%负荷、以定子电流消失为起点，测定接力器不动时间。 6.8.2试验采样步长应不人」1mS。 6.8.3接力器不动时间的计算应按DL/T496执行。

.9机组甩负荷过渡过利

应采集定子电流、机组转速、接力器位移、水压、调压井水位等参数；调节时间Tp与Te、升速时 间TM和波动次数Z等动态特性指标的计算，应结合图7按GB/T9652.1、DL/T563的规定执行。

图7甩负荷调节过程曲线

6.10接力器全速开启/关闭试验

6.10.1将开度限制置于全开，然后采用下述方法，使接力器全速开启或关闭： a）在自动方式下向调速器突加全开、全关的控制信号； b）操作快速事故停机阀动作和复归； c）对于装有事故配压阀或重锤关机阀的调速器，还应通过动作事故配压阀或重锤关机阀，使接力 器全速关闭； d）记录在此过程中的接力器位移变化曲线。 6.10.2 接力器开关时间的测量 a 取接力器在75%与25%之间运动时间的两倍作为接力器的开启和关闭时间，以排除接力器两 端的缓冲段对测量时间的影响。 b）当接力器具有分段关闭装置时，应在直线关闭时间调整完毕后，再投入分段关闭装置。

引水系统水锤现象、水轮机的非线性特性、发中

应根据水轮机综合特性曲线（具有制动工况的信息）建立水轮机数学模型。应能方便地输入、修 改、复现、确认水轮机非线性特性、水轮发电机组惯性时间常数Ta、引水系统时间常数Tw、水锤波相 时间常数T、水轮机孤立运行条件下的负荷特性系数e。等原始参数。

7.3引水系统水锤数学模型

可选用刚性水锤数学模型、近似弹性水锤数学模型或弹性水锤数学模型，适用条件和计算公式参 见附录A.3。

7.4实时仿真系统计算步长

7.5.1参数输入处理模块，应能方便地输入或选择如下参数： a）水轮机力矩特性、流量特性参数表； b）引水系统特性参数Tw、T,及选择的水锤计算模型； c）水轮机型号、发电机型号、机组惯性时间常数Ta及负荷特性系数eg; d）仿真初始工况时的水轮机发电机组稳态参数（水头、频率、功率、开度及流量等）。 7.5.2实时仿真模块，应具备以下功能： a）水轮机力矩（功率）计算及输出； b）水轮机流量计算及输出； c）引水系统水锤计算及输出； d）水轮发电机组转速计算及输出。 7.5.3实时仿真试验功能模块，应利用被控对象实时仿真系统与实际调速器构成闭环调节系统，完 5.2所列试验项目。

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8.1装置应接规定程序批准的图纸和文件制造，交货前应接订货协议、本标准及有笑标准出用户组织 验收。验收的程序、技术要求及负责单位应按订货协议执行。 8.2随产品一起供给用户的技术文件应齐全，主要有使用说明书、维护调试说明书、产品出厂检验报 告、合格证及装箱清单。应提供本装置重要元件/组件原制造厂的相关技术文件

8.1装置应接规定程序批准的图纸和文件制造，交货前应按订货协议、本标准及有笑标准出用户组织 验收。验收的程序、技术要求及负责单位应按订货协议执行。 8.2随产品一起供给用户的技术文件应齐全，主要有使用说明书、维护调试说明书、产品出厂检验报 告、合格证及装箱清单。应提供本装置重要元件/组件原制造厂的相关技术文件

A.1.5相对参数值计算公式：

附录A （资料性附录） 水轮机实时仿真系统采用的计算公式、计算方法

2.=f(a,n.) 1..=f(a,n.) =Q,DH M=M,DH

（A.4) (A.5)

(A.6) (A.7) (A.8) (A.9) （A.10） (A.11) （A.12) （A.13) (A.14)

n=nfn x=n。/ n, x=n/n, h=H。/H, h=△H/H, q,=Q,/Qur m.,=M/M.. y=Y, / Ymax V=AY/Y

流量、力矩计算公式：

A.1.6差分方程的计算公式：

式中： Y—输出信号； 输入信号； S—拉普拉斯算了。

(A.15) (A.16)

DL/T1120—2018 差分后有：

DL/T1120—2018 差分后有：

由t1、t2时刻的输入信号值Xi、X2及t时刻的输出信号值Y,可计算出t2时刻的输出信号 图A.1。

A.2水轮机力矩、流量特征矩阵的计算公式

图A.1参数的差分计算

A4.2.1水轮机的单位力矩特性及单位流量特性：输入至计算机的水轮机特性原始数据应具有制动工况 区的信息，山此特性（见图A.2）可得参数表A.1和表A.2，并按规定格式输入计算机。

2混流式水轮机单位力矩及单位流量特性示例

表A.1水轮机单位力矩表

DL/T11202018

DL/T11202018

表A.2水轮机单位流量表

A.2.2水轮机流量力矩特征矩阵的推导：

2.2水轮机流量力矩特征矩阵的推导： 可用n一1次多项式表征a=a,时的流量：

(t) [4,A,A,,A(x)? : (x)"1

A,=a+aa,+aa,+...+aa A=a2+aa,+aa?+.+an2a, A, = a, +a2.a, + aa.a?+.+a..a.

Ili公式（A.21）可以归纳出在表格中各结点上的参数（q),及（m),，这些参数构成了求解有 的已知条件，并可有矩阵关系式：

ag(a),/((X)g=[(q)g) (ag)n(am)gn((X)g=(m)g)

矩阵(a。),、(a.),}称为水轮机流量和力矩的特性矩阵，矩阵中各元素和分布规律综合表达了 不同类型水轮机的流量和力矩对导叶开度和转速变化的敏感程度。水轮机流量、力矩特性矩阵的表达 式为：

D/T 1120 2018

D/T 1120 2018

(a)g=(ag(q)()) (am),）=(a,）((m,),((x),）

A.26 (A.27)

石端4个矩阵及水轮机流量和力矩的特 务阶段根据有关数据表A.1和表A.2 求得，对于转桨式水轮机，对应每个定桨特性相类似地 求取水轮机流和力矩的特性矩阵；在实时仿 真的主程序段，只要已知某一时刻的x，和a.，就可很快地计算出该时间的单位流量和单位力矩

DB34／T 3059-2017 信息化项目验收规范A.3.1刚性水锤：

适用条件：T./T>6及T./T>2。

A.3.2近似弹性水锤：

A.3.2近似弹性水锤：

适用条件：3

其，A表示压力钢管未端，B表示引水管进口处。 适用条件：T,/T<3SN／T 5291-2021 海关放射性检测实验室建设规范.pdf，T./T<0.5。

： qu=(1,a,a,a")(ag)g) X 一： m=(1,a,a,,.",a,")(am),)

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