[发明专利]水电站过渡过程整体物理模型试验平台

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

模型试验和数值计算是开展科学研究、工程应用必不可少的两种相辅相成的研究手段。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、电分开研究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。

发明内容

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究。

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，即(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究与应用实践已比较成熟，故本发明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。

本发明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。