一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，具體包含如下步驟：在水輪周邊等間距設(shè)置m個感光孔；轉(zhuǎn)速為n的水輪發(fā)電機，每分鐘有mn個脈沖輸出光線通過周期內(nèi)轉(zhuǎn)動感光孔產(chǎn)生輸出脈沖fp，進而測得輸出脈沖fb；根據(jù)n=fp/m得出水輪轉(zhuǎn)速n；預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值；根據(jù)步驟三計算出的水輪轉(zhuǎn)速n與預(yù)設(shè)正常閾值進行對比分析；若水輪轉(zhuǎn)速n高于正常閾值，則通過報警單元發(fā)出警報，同時通過轉(zhuǎn)速顯示單元實時顯示轉(zhuǎn)速。本發(fā)明方法簡單、測量精度高、抗干擾能力強；能夠精確地測量水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速；通過精確地測量轉(zhuǎn)速，有效地避免了過速帶來的危害。
【專利說明】一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，屬于監(jiān)控領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)是水輪發(fā)電機組運行狀況的重要標志之一。準確地測量機組的轉(zhuǎn)速并根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化及時地進行各種必要的控制操作，以保證水輪發(fā)電機組正常、安全運行，是該監(jiān)控裝置應(yīng)完成的功能。
[0003]目前，國內(nèi)水電站使用的大多是永磁發(fā)電機加電壓繼電器式、機械式等舊式轉(zhuǎn)速信號器，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量精度低、工作可靠性差等缺點。
[0004]在水輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)中，過速保護系統(tǒng)作為機組控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于防止機組出現(xiàn)飛翼事故照成重大的損害，當機組出現(xiàn)事故停機或者甩負荷時，如果出現(xiàn)調(diào)速器故障拒動或者導(dǎo)葉關(guān)閉速度過慢等情況，就需要開啟事故匹配壓閥直接關(guān)閉導(dǎo)葉。國內(nèi)外水電站曾多次出現(xiàn)機組過速、飛翼照成的重大事故，因此提高水電機組過速保護系統(tǒng)的可靠性。實時檢測水輪發(fā)電機組的速度尤其重要。
[0005]例如申請?zhí)枮椤?01220703479.1”的一種水輪發(fā)電機組機械過速保護裝置，包括轉(zhuǎn)速檢測器、配重、轉(zhuǎn)速脫扣器、抱箍，轉(zhuǎn)速檢測器通過抱箍固定安裝在機組主軸上隨機組主軸轉(zhuǎn)動，且在轉(zhuǎn)速檢測器的圓周對稱位置安裝配重保持平衡；轉(zhuǎn)速脫扣器安裝在機組主軸旁且與轉(zhuǎn)速檢測器留有間距；機組事故配壓閥連接轉(zhuǎn)速脫扣器，且在接收到電信號、液壓信號或者電信號和液壓信號后均會啟動關(guān)機操作程序。該實用新型的有益效果是反應(yīng)靈敏，只要轉(zhuǎn)速脫扣器輸出電信號、或者液壓信號、或者電信號和液壓信號兩種信號都能驅(qū)動事故配壓閥關(guān)機，從而啟動關(guān)機操作程序，防止機組事故的發(fā)生。該實用新型雖然解決了水輪發(fā)電組轉(zhuǎn)速測量，通過轉(zhuǎn)速測量有效地進行過速保護，但是在測速精度方面有待進一步提升。
[0006]又如申請?zhí)枮椤?01310276592.5”一種水輪發(fā)電機過速保護電路及其控制方法，該水輪發(fā)電機過速保護電路包括安裝于水輪發(fā)電機上的η臺轉(zhuǎn)速測量儀、過速檢測裝置和過速執(zhí)行裝置，η臺轉(zhuǎn)速測量儀與過速檢測裝置相連，過速檢測裝置與過速執(zhí)行裝置相連，過速檢測裝置接收η臺轉(zhuǎn)速測量儀的檢測信號，當有m臺轉(zhuǎn)速測量儀檢測到水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速超速時，過速檢測裝置向過速執(zhí)行裝置輸出過速信號，調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速，η為大于2的正整數(shù)，m為大于2且小于η的正整數(shù)。該發(fā)明避免過速執(zhí)行裝置單一的根據(jù)機組轉(zhuǎn)速是否大于115%*Ne而運動，避免轉(zhuǎn)速信號異常造成過速保護誤動或拒動。同時，通過設(shè)立主配據(jù)動條件，避免主配拒動信號不正確而導(dǎo)致過速保護誤動。該發(fā)明雖然解決了水輪發(fā)電組轉(zhuǎn)速測量，通過轉(zhuǎn)速測量有效地進行過速保護，但是在測速精度方面有待進一步提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、抗干擾能力強且能夠精確地測量水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，具體包含如下步驟:
步驟一，在水輪的轉(zhuǎn)盤上等間距設(shè)置m個感光孔；采用光源垂直照射至轉(zhuǎn)盤上；
步驟二，預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值；
步驟三，采用光電式脈沖編碼器采集通過感光孔輸出的光信號，并對該光信號進行脈沖整形得到輸出脈沖信號；
步驟四，根據(jù)n=fp/m計算得出水輪轉(zhuǎn)速,其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖；
步驟五，根據(jù)步驟四計算出的水輪轉(zhuǎn)速η與預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值進行對比分析；若水輪轉(zhuǎn)速η高于正常閾值，則發(fā)出警報，進而調(diào)節(jié)水輪轉(zhuǎn)速至正常速度，同時實時顯示實際轉(zhuǎn)速。
[0009]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，所述m 為 60。
[0010]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，在步驟五中，采用聲光報警單元發(fā)出警報。
[0011]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，所述水輪轉(zhuǎn)速正常閾值為3000rpm。
[0012]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法的進一步優(yōu)選方案，在步驟五中，采用數(shù)碼管實時顯示實際轉(zhuǎn)速。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、方法簡單、測量精度高、抗干擾能力強；
2、能夠精確地測量水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速；
3、通過精確地測量轉(zhuǎn)速，有效地避免了過速帶來的危害；
4、簡化了硬件電路，降低了產(chǎn)品成本，縮短了設(shè)計周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的流程圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示，一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，具體包含如下步驟:
步驟一，在水輪的轉(zhuǎn)盤上等間距設(shè)置m個感光孔；采用光源垂直照射至轉(zhuǎn)盤上；
步驟二，預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值；
步驟三，采用光電式脈沖編碼器采集通過感光孔輸出的光信號，并對該光信號進行脈沖整形得到輸出脈沖信號；
步驟四，根據(jù)n=fp/m計算得出水輪轉(zhuǎn)速,其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖；
步驟五，根據(jù)步驟四計算出的水輪轉(zhuǎn)速η與預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值進行對比分析；若水輪轉(zhuǎn)速η高于正常閾值，則發(fā)出警報，進而調(diào)節(jié)水輪轉(zhuǎn)速至正常速度，同時實時顯示實際轉(zhuǎn)速。
[0016]其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖，m為感光孔數(shù)量；
其中，所述m為60，所述微控制模塊為FLEX10K系列CPLD芯片，所述水輪轉(zhuǎn)速正常閾值為3000rpm,所述轉(zhuǎn)速顯示單元為數(shù)碼管。
[0017]本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器采用光電式脈沖編碼器，與待測發(fā)電機主軸同軸相連。傳感器上均勻分布有60個感光孔，使轉(zhuǎn)速為η的水輪發(fā)電機，每分鐘有60η個脈沖輸出，即每秒有η個脈沖，故可以通過對傳感器的輸出脈沖頻率fp的測量得到水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速值η。
[0018]工作時,首先光源發(fā)射器將光信號垂直照射到轉(zhuǎn)盤上，通過感光孔輸出光信號，光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出脈沖fp,進而通過脈沖整形放大電路傳輸至微控制器模塊計算，進而微控制器根據(jù)n=fp/m得出水輪轉(zhuǎn)速；其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖，m為感光孔數(shù)量；通過公式可計算出水輪轉(zhuǎn)速，微控制模塊根據(jù)計算出的水輪轉(zhuǎn)速判斷分析當前轉(zhuǎn)速是否在正常范圍內(nèi)，若超過正常轉(zhuǎn)速，則驅(qū)動報警單元發(fā)出警報。
[0019]本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)是采用CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)及少量的接口器件構(gòu)成的，系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)描述采用VHDL(Very Highspeed IntegratedCircuit Hardware Descript1nLanguage)。由于采用的CPLD芯片能夠高密度、高速度、高性能地實現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計，使硬件設(shè)計大大簡化。具有設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)簡單、測量精度聞、抗干擾能力強等特點。
[0020]FLEX10K系列器件是嵌入式PLD產(chǎn)品，每個FLEX10K器件包含一個嵌入式陣列和一個邏輯陣列。嵌入式陣列由一些嵌入式陣列塊組成，用于實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能。邏輯陣列由邏輯陣列塊組成，用于實現(xiàn)通用邏輯。FLEX10K器件采用可重構(gòu)的CN0SSRAM單元，其結(jié)構(gòu)集成了實現(xiàn)通用多功能門陣列所需的全部特征，器件容量可達I萬?25萬門。具有功耗低、互連方式靈活、支持多電壓I/O接口等特點，能夠高密度、高速度、高性能地將整個系統(tǒng)集成于單個器件中。
[0021]由于水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速過低或過高都會影響發(fā)電系統(tǒng)正常、安全地工作，因此需相應(yīng)的驅(qū)動報警電路和控制電路來保障其工作速度在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速的設(shè)定值可根據(jù)實際機組的需要從CPLD的I/O功能引腳預(yù)置輸入，應(yīng)用VHDL語言描述，將CPLD測得的轉(zhuǎn)速值與預(yù)置值比較，超限即送出信號到控制繼電器組，使相應(yīng)的繼電器動作，驅(qū)動相應(yīng)的報警電路和控制電路工作。
[0022]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，可以用計算機程序指令來實現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)圖和/或框圖和/或流圖中的每個框以及這些結(jié)構(gòu)圖和/或框圖和/或流圖中的框的組合?？梢詫⑦@些計算機程序指令提供給通用計算機、專業(yè)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理方法的處理器來生成機器，從而通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理方法的處理器來執(zhí)行的指令創(chuàng)建了用于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖和/或框圖和/或流圖的框或多個框中指定的方法。
[0023]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明中已經(jīng)討論過的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案可以被交替、更改、組合或刪除。進一步地，具有本發(fā)明中已經(jīng)討論過的各種操作、方法、流程中的其他步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。進一步地，現(xiàn)有技術(shù)中的具有與本發(fā)明中公開的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。
[0024]以上所述僅是本發(fā)明的部分實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:具體包含如下步驟: 步驟一，在水輪的轉(zhuǎn)盤上等間距設(shè)置m個感光孔；采用光源垂直照射至轉(zhuǎn)盤上； 步驟二，預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值； 步驟三，采用光電式脈沖編碼器采集通過感光孔輸出的光信號，并對該光信號進行脈沖整形得到輸出脈沖信號； 步驟四，根據(jù)n=fp/m計算得出水輪轉(zhuǎn)速,其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖； 步驟五，根據(jù)步驟四計算出的水輪轉(zhuǎn)速η與預(yù)設(shè)水輪轉(zhuǎn)速正常閾值進行對比分析；若水輪轉(zhuǎn)速η高于正常閾值，則發(fā)出警報，進而調(diào)節(jié)水輪轉(zhuǎn)速至正常速度，同時實時顯示實際轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:所述m為60。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:在步驟五中，采用聲光報警單元發(fā)出警報。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:所述水輪轉(zhuǎn)速正常閾值為3000rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪過速控制方法，其特征在于:在步驟五中，采用數(shù)碼管實時顯示實際轉(zhuǎn)速。
【文檔編號】G05D13/62GK104391517SQ201410687958
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】朱杰 申請人:無錫科思電子科技有限公司